﻿ 基于激光扫描的体积测量系统
 计算机系统应用  2020, Vol. 29 Issue (4): 107-112 PDF

1. 四川大学 电子信息学院, 成都 610065;
2. 成都西图科技有限公司, 成都 610041

Volume Measurement System Based on Laser Scanning
ZHANG Wei1, QING Lin-Bo1, WU Xiao-Hong1, HE Hai-Bo2
1. College of Electronics and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China;
2. Chengdu Xitu Technology Co. Ltd., Chengdu 610041, China
Abstract: This study designs a volume measurement system based on laser scanner for the logistics industry to measure the volume of goods. The system consists of two-dimensional LiDAR, servo motor, motor control unit, data acquisition and processing unit, and other mechanical devices. The data acquisition and processing unit uses discrete integral operations to process 3D point cloud information and calculate the volume of the object. The application of multimedia timers enables data acquisition, data processing, and command response to work in harmony. The results show that the system’s measurement error can be controlled below 5%, scanning at a speed of about 0.5 m/s and at a position 5 to 6 meters from the plane of the object. The system has strong applicability, which can measure the volume of all objects in the scanning area and has broad application prospects.
Key words: LiDAR     3D point cloud     contour scanning     volume calculation

1 系统的总体方案设计

 图 1 系统整体结构示意图

 图 2 系统结构框图

2 货物体积的计算

2.1 激光扫描仪

 图 3 “脉冲传播时间测量”原理

 图 4 光束发散示意图

 图 5 不同角度分辨率下测量点之间距离的示意图

2.2 体积计算

(1) 标定

 图 6 标定示意图

(2) 计算

 图 7 扫描区域示意图

 ${h_i} = \;{l_i}\; \cdot \cos {\theta _i}$ (1)

 ${d_i} = \;{h_i} \cdot \left( {\tan {\theta _i} - \tan ({\theta _i} - \alpha )} \right)$ (2)

 $V = \;\sum\limits_i^{n - 1} {\left( {{h_i} - {H_i}} \right) \cdot {d_i} \cdot {w_i}}$ (3)

3 系统的实现与测试

3.1 界面与软件流程

 图 8 软件流程图

 图 9 软件界面

 图 10 图形重绘函数流程图

 图 11 三维重建立体图

3.2 对比试验

(1) 物体大小对于测量结果的影响

(2) 货物是否规则摆放对于测量结果的影响

 图 12 不规则摆放货物示意图

(3) 堆叠摆放方式对测量结果的影响

 图 13 两层货物未对齐摆放的示意图

(4) 试验结果分析

1) 对比试验1说明: 无论被测物体体积较大还是较小, 测量的总体误差都可以控制在1%以内;

2) 对比试验2说明: 虽然对不规则摆放的物体进行扫描时会造成比扫描规则摆放物体更大的误差, 但是扫描的整体误差还是处于可控制的范围之内, 总体误差小于2%, 因此说明此系统可以运用于对摆放不规则的物体进行体积扫描;

3) 对比试验3说明: 在测量堆叠货物时, 货物摆放要尽量边缘对齐,造成误差的主要原因是光线沿直线传波, 较高的货物旁边将会出现“扫描盲区”, 如图14所示, 使得处在盲区中的货物没有被扫描到, 导致扫描的体积数据偏小; 即使如此, 造成的整体误差仍然低于5%, 说明系统仍然可以适用于此种情况.

 图 14 扫描盲区示意图

4 总结

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