Entwicklung eines Systems zur Vermessung des Volumens von Ladegut eines Anhängers

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Systems zur Volumsbestimmung von Schüttgut auf Anhängern. Dabei werden die Anhänger sequenziell mittels eines 2D-Laser-Range-Scanners abgetastet wobei die Daten durch Punktwolken repräsentiert werden. Um aus diesen Messdaten eine 3D-Obefläche zu erzeugen ist es notwendig die Geschwindigkeit zusätzlich zu erfassen, da diese nicht als konstant angenommen werden kann. Dies erfolgt mittels eines optischen Objektverfolgungs-Algorithmus, dem Lucas-Kanade-Tracker. Dafür wird zu jedem Abtastzeitpunkt ein Bild des Anhängers mit einer Digital-Kamera aufgezeichnet. Aus den Tracking-Daten lässt sich nach Filterung und Eliminierung von Fehlern die Bewegungstrajektorie rekonstruieren.<br />Bei der Obeflächenabtastung werden zusätzlich zum Anhänger auch Teile der Umge- bung aufgenommen. Diese werden durch einen Segmentierungs-Algorithmus entfernt.<br />Für die Bestimmung des Volumens werden die in diskreter Form vorliegenden 3D- Segmente linear interpoliert.<br />Durch einmalige Abtastung der Oberfläche des unbefüllten Anhängers lässt sich das Volumen von unterschiedlichem Schüttgut durch Integration beider Segmente bestimmen. In einem Miniatur-Versuchsaufbau im Labor gelang es dabei eine Genauigkeit von ±2, 5 % zu erreichen.<br />

The scope of this diploma thesis is the development of a system for volume determination of charge heaps on tractor trailers. The trailers are sequentially scanned by a 2D-Laser-Range-Scanner in which the acquired data is represented by point-clouds. For the reconstruction of the 3D-surface out of these measurements it is necessary to record the speed additionally, since it can not be assumed to be constant. This is implemented through an optical-tracking-algorithm, in this case the Lucas-Kanade-tracker. For each laser-sample an image of the trailer is recorded by a digital-camera. After filtering and elimination of incorrect tracking-data it is possible to reconstruct the trajectory of the trailer.<br />Scanning of the surface implies also acquirement of parts of the surroundings within the data. These are removed by an segmentation-algorithm. To determine the volume of the heaps it is necessary to interpolate the discrete 3D-data.<br />After scanning the empty trailer once, it is possible to determine the volume of different charge heaps by integration of both surface-segments. On a miniature experimental setup in the laboratory an accuracy of ±2.5 % was achieved.