СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ШТАБЕЛЯ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА АВТОМОБИЛЕ Российский патент 2013 года по МПК G01N33/46 

Заявляемые способ и устройство относятся к измерительной технике и могут быть использованы на различных стадиях заготовки и обработки лесоматериалов при контроле весогабаритных параметров исходного материала.

Известен способ определения объема круглых лесоматериалов, описанный в заявке РФ №99109434, МПК G06N 33/46, опубликованной 10 февраля 2001 года на изобретение: "Фотометрический способ определения объема и качества круглых лесоматериалов", в котором для определения диаметра торцов бревен и расчета полезного объема осуществляют съемку торцевых сторон бревен. Для этого размещают, как минимум, одну управляемую стереопару, состоящую из видеокамер, ориентированных для съемки торцов, устанавливают маркеры с заданным расположением их в пространстве таким образом, чтобы они попали в угол обзора обеих камер, регистрируют и получают изображения торцов в виде пары (стереопары) растровых изображений, поочередно вводят полученные изображения в компьютер, который преобразует их в эквивалентные цифровые изображения с соответствующей разрешающей способностью, размещают левое и правое изображения для получения стереоскопического эффекта, проводят компьютерную обработку изображений путем цветового выделения торцов, векторизирования изображений (если съемка велась под углом), приводят в плоскость, параллельную плоскости экрана, восстановления недостающих границ торцов бревен и приведения всех торцов к единой плоскости, наблюдают объемную геометрическую модель бревен, приводят ее к плоскости маркеров, аппроксимируют каждый торец известными способами с минимальной погрешностью, получают теоретическую модель бревен, по которой с помощью ЭВМ определяют наименьший диаметр каждого торца и/или площадь, по известному заранее соотношению переходят от системы координат экрана к системе координат объекта и вычисляют объем исследуемых круглых лесоматериалов по известным методикам.

Описанное выше техническое решение не обеспечивает высокой точности определения объема круглых лесоматериалов как из-за погрешностей, вносимых дефектами оптики аппаратуры, так и из-за сложности реализации способа.

Известно устройство измерения круглых лесоматериалов, описанное в свидетельстве РФ №14399, МПК G01N 33/46, опубликованном 20 июля 2000 года, на полезную модель: "Автоматизированная система для определения объема и контроля качества и породного состава круглых лесоматериалов", содержащее средство регистрации анализируемого объекта в виде фото или видеокамер, ориентированных для съемки торцевых сторон бревен и средство управления и контроля, выполненное в виде рабочего места оператора, оснащенного компьютером с дисплеем, сопряженным со средствами регистрации.

Описанное выше устройство требует установки стационарных фото и видеокамер, что не позволяет в полной мере учесть индивидуальные особенности измеряемой партии лесоматериалов, поэтому наилучший результат достигается только в ограниченном количестве случаев. Кроме того, известное устройство не позволяет измерять длину бревен в штабеле, так как длина штабеля считается фиксированной и вводится оператором.

Наиболее близким аналогом к заявляемым в качестве изобретения способу и устройству является техническое решение, описанное в патенте РФ RU №96254, МПК G01N 33/46, опубликованном 20 июля 2010 года на полезную модель: "Фотограмметрическое средство измерений объемов круглых лесоматериалов на автомобилях".

Известное техническое решение содержит П-образную металлическую конструкцию с закрепленными на ней опознаками, внутрь которой свободно заезжает автомобиль со штабелем круглых лесоматериалов, цифровую фотокамеру, плоский калибровочный тест для определения внутренних параметров камеры, тест-объект в виде параллелепипеда и компьютер с дисплеем.

В известном техническом решении описан способ определения объема штабеля круглых лесоматериалов, расположенных на автомобиле, в котором осуществляют предварительную калибровку фотокамеры, затем производят съемку металлической конструкции с тест-объектом. После этого в П-образную металлическую конструкцию заезжает автомобиль со штабелем круглых лесоматериалов и производится съемка его торцевых частей, причем на каждом снимке должно быть видно не менее 12 опознаков, расположенных не в одной плоскости. Полученные снимки загружаются в компьютер и обрабатываются с помощью специальной программы. Затем на снимках выделяются торцы бревен и восстанавливается их пространственное расположение. В качестве математической модели торца используется эллипс. Программа обработки после выделения торцов с обеих сторон штабеля ищет между ними соответствие. Если соответствия между торцами не определились или определились не удовлетворительно, то для вычисления объема применяется метод концевых сечений, который не требует нахождения четкого соответствия между торцами с разных сторон штабеля.

Известные способ и устройство не обеспечивают высокой точности определения объема штабеля круглых лесоматериалов как из-за погрешностей, вносимых дефектами оптики аппаратуры, так и из-за сложности реализации способа.

Задачей изобретения является создание способа и устройства, обеспечивающих высокую точность определения объема штабеля круглых лесоматериалов, расположенных на автомобиле, без их разгрузки.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения объема штабеля круглых лесоматериалов, расположенных на автомобиле, основанном на получении изображения торцов бревен, обработке полученных изображений с помощью компьютера и определении объема штабеля круглых лесоматериалов согласно изобретению осуществляют предварительное измерение длины нескольких бревен, расположенных по контуру штабеля с помощью дальномера, вводят полученные данные в компьютер и определяют фактическую длину штабеля как среднее арифметическое измеренных длин бревен, затем осуществляют ультразвуковое точечное сканирование торцов бревен с каждой из сторон штабеля от крайней левой точки штабеля к крайней правой точке штабеля или в обратном порядке путем горизонтального перемещения с определенным шагом вертикально расположенной сканирующей измерительной балки, при наличии в точке измерения отражающего излучения фиксируют наличие объекта измерения, а при отсутствии отражающего излучения в данной точке измерения делают вывод от отсутствии объекта измерения, вводят полученный массив точек, представляющих собой информацию об объекте измерения, в компьютер, отображают полученный массив точек на экране дисплея, анализируют полученное изображение, при этом по наличию точек и их распределению на экране дисплея определяют точные границы торцов бревен и вычисляют суммарную площадь торцов бревен, затем с учетом ранее полученной фактической длины штабеля определяют объем штабеля как произведение суммарной площади торцов бревен и фактической длины штабеля.

Поставленная задача решается тем, что устройство определения объема штабеля круглых лесоматериалов, расположенных на автомобиле, выполненное на основе П-образной металлической конструкции и содержащее компьютер с дисплеем, согласно изобретению дополнительно содержит сканирующую измерительную балку с закрепленными на ней с фиксированными расстояниями между ними ультразвуковыми датчиками, лазерный дальномер, первый выход которого связан с первым входом компьютера, а вход и второй выход лазерного дальномера связаны со штабелем, двигатель, а также два радиомодуля, один из которых связан первыми входом и выходом соответственно с выходом и входом двигателя, вторыми входом и выходом связан соответственно с выходом и входом измерительной балки с ультразвуковыми датчиками, а третьими входом и выходом связан соответственно с первыми выходом и входом второго радиомодуля, вторые вход и выход которого связаны соответственно с выходом и входом компьютера, при этом выход двигателя кинематически связан со стойкой и сканирующей измерительной балкой, установленной с возможностью пошагового горизонтального перемещения на горизонтальной части П-образной конструкции, выполненной в виде стойки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема устройства, реализующего заявленный способ,

В соответствии с представленным чертежом устройство для определения объема штабеля круглых лесоматериалов, расположенных на автомобиле содержит стойку 1 с кареткой, на горизонтальной части стойки 1 (на каретке) установлена с возможностью пошагового горизонтального перемещения сканирующая измерительная балка 2 с закрепленными на ней с фиксированными расстояниями между ними ультразвуковыми датчиками. Выход измерительной балки 2 связан с входом персонального компьютера 4 с дисплеем. Устройство содержит также лазерный дальномер 5, первый выход которого связан с входом компьютера 4,а вход и второй выход связаны со штабелем 3. В устройстве имеется двигатель 6, а также два радиомодуля 7, 8. Первый радиомодуль 7 связан первыми входом и выходом соответственно с выходом и входом двигателя 6, вторыми входом и выходом связан соответственно с выходом и входом измерительной балки 2 с ультразвуковыми датчиками, а третьими входом и выходом связан соответственно с первыми выходом и входом второго радиомодуля 8. Вторые вход и выход радиомодуля 8 связаны соответственно с выходом и входом компьютера 4, при этом выход двигателя 6 кинематически связан со стойкой и сканирующей измерительной балкой 2 с ультразвуковыми датчиками, установленной на горизонтальной части П-образной конструкции, выполненной в виде стойки, с возможностью пошагового горизонтального перемещения.

Радиомодули 7, 8 обеспечивают двухсторонний обмен информацией в цифровом виде по радиоканалу между компьютером 4, двигателем 6 и измерительной балкой 2.

Двигатель 2 кинематически связан с измерительной балкой 2 и стойкой 1 и предназначен для перемещения измерительной балки 2 с ультразвуковыми датчиками вдоль торца штабеля 3 горизонтально относительно стойки 1 на определенный шаг, задаваемый при помощи компьютера 4 через радиомодули 7, 8, через которые также передаются на компьютер сигналы с ультразвуковых датчиков, размещенных на измерительной балке. 1.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно собирают и устанавливают над проезжей частью дороги П-образную металлическую конструкцию, выполненную в виде стойки 1, на горизонтальную часть которой устанавливают измерительную балку 2 с ультразвуковыми датчиками. Ультразвуковые датчики расположены относительно друг друга на определенном, заранее заданном расстоянии. Размещают под П-образной металлической конструкцией, выполненной в виде стойки 1, автомобиль со штабелем 3 круглых лесоматериалов таким образом, чтобы сканирующая измерительная балка 2 с датчиками имела возможность перемещения вдоль торцов бревен штабеля 3. Затем осуществляют предварительное измерение длины нескольких бревен, расположенных по контуру штабеля 3 с помощью лазерного дальномера 5, вводят полученные данные в компьютер 4 и определяют фактическую длину штабеля 3 как среднее арифметическое измеренных длин бревен в штабеле 3. Для получения изображения торцов бревен штабеля 3 осуществляют ультразвуковое точечное сканирование торцов бревен с каждой из сторон штабеля 3 от крайней левой точки штабеля 3 к крайней правой точке штабеля или в обратном порядке путем горизонтального перемещения с определенным шагом с помощью двигателя 6, управляемого радиомодулями 7, 8 вертикально расположенной сканирующей измерительной балки 2 с ультразвуковыми датчиками, при наличии в точке измерения отражающего излучения фиксируют наличие объекта измерения (торца бревна), а при отсутствии отражающего излучения в данной точке измерения делают вывод от отсутствии объекта измерения, вводят полученный массив точек, представляющих собой информацию об объекте измерения, в компьютер 4 и отображают полученный массив точек на экране дисплея, анализируют полученное изображение, при этом по наличию точек и их распределению на экране дисплея определяют точные границы торцов бревен штабеля 3 и вычисляют суммарную площадь торцов бревен, затем с учетом ранее полученной фактической длины бревен в штабеле 3 определяют объем штабеля 3 как произведение суммарной площади торцов бревен и фактической длины бревен в штабеле 3.

Преимущество заявляемых технических решений заключается в том, что они обеспечивают более высокую точность определения объема штабеля круглых лесоматериалов без их разгрузки в условиях затрудненного доступа к торцам древесины за счет упрощения процессов измерения и обработки полученной информации.

Заявляемые в качестве изобретения технические решения могут быть реализованы при помощи серийно производимых технических средств.

Группа изобретений относится к лесной промышленности и может найти применение при заготовке и обработке лесоматериалов для учета и контроля древесины. В способе, основанном на получении изображения торцов бревен, обработке полученных изображений с помощью компьютера и определении объема штабеля круглых лесоматериалов, осуществляют предварительное измерение длины нескольких бревен, расположенных по контуру штабеля с помощью дальномера, вводят полученные данные в компьютер и определяют фактическую длину штабеля как среднее арифметическое измеренных длин бревен. Для получения изображения торцов бревен осуществляют ультразвуковое точечное сканирование торцов бревен с каждой из сторон штабеля от крайней левой точки штабеля к крайней правой точке штабеля или в обратном порядке путем горизонтального перемещения с определенным шагом вертикально расположенной сканирующей измерительной балки, при наличии в точке измерения отражающего излучения фиксируют наличие объекта измерения, а при отсутствии отражающего излучения в данной точке измерения делают вывод от отсутствии объекта измерения, вводят полученный массив точек, представляющих собой информацию об объекте измерения, в компьютер, отображают полученный массив точек на экране дисплея, анализируют полученное изображение, при этом по наличию точек и их распределению на экране дисплея определяют точные границы торцов бревен и вычисляют суммарную площадь торцов бревен, затем с учетом ранее полученной фактической длины бревен в штабеле определяют объем штабеля как произведение суммарной площади торцов бревен и фактической длины бревен в штабеле. Также описано устройство для определения объема штабеля круглых лесоматериалов, расположенных на автомобиле. Достигается повышение точности и упрощение определения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения объема штабеля круглых лесоматериалов, расположенных на автомобиле, основанный на получении изображения торцов бревен, обработке полученных изображений с помощью компьютера и определении объема штабеля круглых лесоматериалов, отличающийся тем, что осуществляют предварительное измерение длины нескольких бревен, расположенных по контуру штабеля с помощью дальномера, вводят полученные данные в компьютер и определяют фактическую длину штабеля как среднее арифметическое измеренных длин бревен, для получения изображения торцов бревен осуществляют ультразвуковое точечное сканирование торцов бревен с каждой из сторон штабеля от крайней левой точки штабеля к крайней правой точке штабеля или в обратном порядке путем горизонтального перемещения с определенным шагом вертикально расположенной сканирующей измерительной балки, при наличии в точке измерения отражающего излучения фиксируют наличие объекта измерения, а при отсутствии отражающего излучения в данной точке измерения делают вывод об отсутствии объекта измерения, вводят полученный массив точек, представляющих собой информацию об объекте измерения, в компьютер, отображают полученный массив точек на экране дисплея, анализируют полученное изображение, при этом по наличию точек и их распределению на экране дисплея определяют точные границы торцов бревен и вычисляют суммарную площадь торцов бревен, затем с учетом ранее полученной фактической длины бревен в штабеле определяют объем штабеля как произведение суммарной площади торцов бревен и фактической длины бревен в штабеле.

2. Устройство определения объема штабеля круглых лесоматериалов, расположенных на автомобиле, выполненное на основе П-образной металлической конструкции и содержащее компьютер с дисплеем, отличающееся тем, что дополнительно содержит сканирующую измерительную балку с закрепленными на ней с фиксированными расстояниями между ними ультразвуковыми датчиками, лазерный дальномер, первый выход которого связан с первым входом компьютера, а вход и второй выход лазерного дальномера связаны со штабелем, двигатель, а также два радиомодуля, один из которых связан первыми входом и выходом соответственно с выходом и входом двигателя, вторыми входом и выходом связан соответственно с выходом и входом измерительной балки с ультразвуковыми датчиками, а третьими входом и выходом связан соответственно с первыми выходом и входом второго радиомодуля, вторые вход и выход которого связаны соответственно с выходом и входом компьютера, при этом выход двигателя кинематически связан со стойкой и сканирующей измерительной балкой, установленной с возможностью пошагового горизонтального перемещения на горизонтальной части П-образной конструкции, выполненной в виде стойки.