УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА ДВИЖУЩЕГОСЯ ГРУЗА, ИМЕЮЩЕГО СЛОЖНЫЙ РЕЛЬЕФ ПОВЕРХНОСТИ

Полезная модель относится к устройствам для бесконтактного определения степени загрузки движущегося грузовика или железнодорожного вагона и может быть применено для определения объема и массы насыпного груза, который имеет сложный рельеф поверхности.
Известен аналог – устройство для измерения объема трехмерного объекта, имеющего сложную поверхность,  патент Великобритании  №2189594, 28.10.1987, содержащее средство для перемещения объекта через сканирующую плоскость, средство для измерения размеров объекта в двух непараллельных направлениях в сканирующей плоскости с обеспечением измерения профилей объекта, проходящих через сканирующую плоскость, и средство для вычисления объёма объекта путём умножения площадей описываемых профиль объекта прямоугольников на величину перемещения между двумя профилями, проходящими через сканирующую область в процессе измерения.
Недостатком аналога является невозможность использования устройства для измерения сыпучих грузов, находящихся в самосвалах, так как устройство не имеет функции определения скорости самосвала, которая от измерения к измерению варьируется. А в аналоге считывание значения скорости перемещения объекта осуществляется с двигателя привода ленты, на которой происходит перемещение объекта. Кроме этого, аналог не позволяет осуществлять измерение грузов, имеющих сложный рельеф поверхности с большой точностью, так как формы поперечных сечений груза интерполируются прямоугольниками.
Также известно устройство для определения объема груза в кузове движущегося автомобиля - авторское свидетельство СССР № 1323861,  17.07.1987, выбранное в качестве прототипа предлагаемого технического решения, содержащее дальномеры поперечного ряда, коммутатор, дешифратор и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в него введены дальномеры продольного ряда, пороговый элемент, триггер, генератор импульсов, счетчик, реле времени, элемент И, аналого-цифровой преобразователь, умножитель и сумматор, выходы дальномеров поперечного ряда соединены с первой группой информационных входов коммутатора, выходы дальномеров продольного ряда подключены к второй группе информационных входов коммутатора, выход которого соединен с входом порогового элемента и информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому информационному входу множителя, выход которого соединен с информационным входом сумматора, выход которого подключен к информационному входу блока индикации, выход порогового элемента соединен с входом установки единицы триггера и первым входом элемента И, выход которого подключен  к входам управления аналого-цифрового преобразователя и умножителя, выход триггера соединен с входом генератора импульсов, выход которого подключен к второму входу элемента И и к входу счетчика, информационный выход которого соединен с входом управления коммутатора, входом сброса триггера и входом дешифратора, выход которого соединен с вторым информационным входом умножителя, выход переполнения счетчика соединен с входом реле времени, выход которого подключен к входам управления сумматора и блока индикации.
Недостатком прототипа является невозможность измерения объема груза в кузове любого транспортного средства, а только одного типа грузовика, габаритные размеры и конфигурация кузова которого заложены в вычислительную систему устройства.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении возможности измерения объёма груза, имеющего сложный рельеф поверхности, в кузовах, имеющих различные габаритные размеры и конфигурацию.
Решение технической задачи в устройстве для бесконтактного измерения объёма движущегося груза, имеющего сложный рельеф поверхности, содержащем соединенные между собой сканирующий и вычислительный блоки, достигается тем, что сканирующих блоков два, один из которых расположен над поверхностью груза транспортного средства, с возможностью замера расстояния до точек поверхности груза, второй расположен сбоку транспортного средства, с возможностью измерения вертикального габарита груза или кузова транспортного средства, а также наличием модулей регистрации, связанных с вычислительным блоком, и расположенных сбоку и сверху относительно транспортного средства с возможностью видео- и фотофиксации передней, задней, верхней и боковой сторон транспортного средства, причём сканирующие модули и модули регистрации размещены на единой раме.
На фиг.1 изображен вид сбоку на устройство для бесконтактного измерения объёма движущегося груза, имеющего сложный рельеф поверхности.
На фиг.2 изображен вид сзади на устройство для бесконтактного измерения объёма движущегося груза, имеющего сложный рельеф поверхности.
На фиг.3 изображен контур поверхности груза, являющийся линией пересечения поверхности груза с плоскостью сканирования.
Устройство для бесконтактного измерения объёма движущегося груза, имеющего сложный рельеф поверхности содержит соединенные между собой сканирующий 1 и вычислительный 2 блоки, как показано на рисунках 1 и 2. Сканирующих блоков 1 два, один из которых расположен над поверхностью 3 груза 4 транспортного средства 5, с возможностью замера расстояния до точек поверхности 3 груза 4, второй расположен сбоку, для обеспечения фиксации вертикального габарита Yг груза 4 или Yк кузова 6 транспортного средства 5, а также наличием блоков 7 регистрации, связанных с вычислительным блоком, расположенных сбоку и сверху относительно транспортного средства 5 с возможностью видео- и фотофиксации передней, задней, верхней и боковой сторон транспортного средства, причём сканирующие модули и модули регистрации размещены на единой раме 8.
Рассмотрим пример конкретной реализации устройства для бесконтактного измерения объёма движущегося груза, имеющего сложный рельеф поверхности. Сканирующие блоки 1 выполнены в виде лазерных дальномеров. Каждый из них имеет лазерный излучатель, который своим излучением создает на поверхности объекта контур, состоящий из множества точек, и фотоприёмник отражённого от объекта излучения. Фазы излучения лазера и полученного фотоприёмником отражённого от объекта излучения  сравниваются в вычислительном блоке 2 и на основании сравнения определяются расстояния до точек контура объекта. Объектами измерения являются поверхность 3 груза 4 и кузов 6 транспортного средства 5. Блоки 7 регистрации представляют из себя камеры, которые фотографируют переднюю, заднюю, верхнюю и боковую стороны транспортного средства. Сканирующие блоки 1 и блоки регистрации 7 размещены на раме 8, которая изготовлена из стальных профилей и имеет площадку обслуживания 9 и лестницу 10. Размещение сканирующих блоков 1 и блоков регистрации 7 на единой раме 8 необходимо для взаимного точного позиционирования блоков с целью обеспечения правильного измерения объёма движущегося груза. Сканирующие блоки 1 осуществляют измерение линейных размеров груза 4 и кузова 6 транспортного средства 5 в плоскости сканирования 11, при движении транспортного средства 5 через плоскость сканирования 11.
Рассмотрим пример работы устройства для бесконтактного измерения объёма движущегося груза. Конструкция рамы 8 собирается на месте проведения замеров. Монтаж и настройка положения сканирующих блоков 1 и блоков регистрации 7  осуществляется без привлечения подъёмных механизмов и стремянок, так как рама 8 оснащена площадкой обслуживания 9 и лестницей 10. Перед проведением замеров объема грузов 4 осуществляется калибровка блоков. Для калибровки пространства сканирования блоков регистрации 7 используют тест. С помощью теста создаётся пространственная сетка на кадре камеры блока  для определения координат точек объекта на изображении матрицы цифровой камеры. Для соотношения  реальных размеров объекта с полученным изображением на кадре применяется процедура калибровки. Для решения задачи калибровки используют опорные данные, координаты точек теста X,Y, помещенного в область кадра. В дальнейшем важно взаимное расположение блоков, поэтому они расположены на единой раме 8.
Для измерения объёма груза 4 транспортное средство 5 с грузом 4 проезжает через плоскость сканирования 11 устройства. В это время  сканирующие блоки 1 измеряют размеры поверхности 3 груза 4 и кузова 6 транспортного средства 5, а блоки регистрации 7 осуществляют видео- и фотофиксацию передней, задней, верхней и боковой сторон транспортного средства 5. При движении транспортного средства 5 в плоскости сканирования 11 измерительный блок 2 осуществляет вычисление скорости перемещения по перемещению движущегося объекта на матрице камер блоков регистрации 7.
Информация о размерах контура поверхности 3 груза 4, находящегося  в плоскости сканирования 11 представляется в виде N точек на контуре, с координатами (Xi, Yi), как показано на рисунке 3.  Причем точка (X1,Y1) – начало контура, точка (XN,YN) – конец контура, а для координат X выполняется неравенство Xi+1>Xi для любых i. Вычислительным блоком 2 осуществляется вычисление площади фигуры, образованной контуром, которая равна сумме площадей прямоугольных трапеций, образованных точками (Xi, Yi) и (Xi+1, Yi+1).
В процессе перемещения груза 4 через плоскость сканирования 11 осуществляется измерения площадей двумерных фигур, образованных контурами поверхности 3 груза 4, находящихся на расстоянии  hi друг от друга. На основании информации о скорости движения транспортного средства 5, получаемой с блока регистрации 7, вычислительный блок 2 вычисляет расстояния hi между контурами и объём Vф трехмерной фигуры, ограниченный поверхностью 3 груза 4.
Сканирующий блок 1, расположенный сбоку от проезжающего транспортного средства, фиксирует вертикальный габарит Yк кузова 6 транспортного средства 5, как показано на рисунке 2, и определяет объём кузова Vк. Суммированием Vф и Vк вычислительный блок вычисляет полный объём груза 4 Vп, находящегося в кузове 6 транспортного средства 5.
Для более точного вычисления полного объёма груза 4, находящегося в кузове 6 транспортного средства 5, осуществляется предварительное измерение пустого кузова 6 транспортного средства 5 при его движении через плоскость сканирования 11. В этом случае измеряемыми контурами являются линии пересечения поверхности пустого кузова 6 с плоскостью сканирования 11. В вычислительном блоке 2 измеренный объём пустого  кузова 6 ставится в соответствие с изображениями транспортного средства 5, полученными с блоков регистрации 7. При измерении объёма груза 4 полного кузова 6 транспортного средства 5, информация об объёме пустого кузова уже находится в памяти вычислительного блока 2.  Для вычисления полного объёма груза 4 производится замер размеров и вычисление объёма Vф фигуры, ограниченной поверхностью 3, имеющей сложный рельеф, и суммирование его с объёмом пустого кузова 6. Операция предварительного замера пустого кузова 6 может производиться для множества транспортных средств 5 один раз. В дальнейшем вычисление полного объёма груза 5 в кузовах 6 этих транспортных средств 5 будет вычисляться с большей точностью. При этом информация о транспортных средствах 5 заносится в базу, в которую сохраняются их изображения с трех видов, номера государственной регистрации, полученные с блоков регистрации 7 передней и задней части транспортного средства 5, и объёмы их кузовов 6.
Достижение технического результата в устройстве для бесконтактного измерения объёма движущегося груза, имеющего сложный рельеф поверхности осуществляется благодаря
- наличию сканирующего блока, расположенного с возможностью измерения вертикального габарита груза или кузова транспортного средства сбоку относительно транспортного средства,
- наличию блоков регистрации, связанных с вычислительным блоком, и расположенных сбоку и сверху относительно транспортного средства с возможностью видео- и фотофиксации передней, задней, верхней и боковой сторон транспортного средства, а также измерения скорости движения транспортного средства,
- размещению сканирующих модулей и модулей регистрации на единой раме.