本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種列車車輪直徑動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，包括：沿列車軌道對(duì)稱布置線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，獲取列車車輪和車軸斷面輪廓光條圖像；由車輪斷面輪廓光條與輪輞內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)的直線段確定輪輞內(nèi)側(cè)面方程，由車軸斷面輪廓光條確定車軸軸線方程，軸線與輪輞內(nèi)側(cè)面相交計(jì)算出輪緣頂點(diǎn)圓圓心的內(nèi)側(cè)面投影坐標(biāo)；由輪緣頂點(diǎn)圓圓心和輪緣頂點(diǎn)在輪輞內(nèi)側(cè)面投影坐標(biāo)計(jì)算輪緣頂點(diǎn)圓直徑；由車輪斷面內(nèi)外側(cè)局部輪廓光條恢復(fù)車輪完整的斷面輪廓，計(jì)算輪緣高度；用輪緣頂點(diǎn)圓直徑減去兩倍的輪緣高度得到車輪直徑。本發(fā)明專利技術(shù)同時(shí)公開了一種列車車輪直徑動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，采用本發(fā)明專利技術(shù)方法及系統(tǒng)可對(duì)列車車輪直徑進(jìn)行非接觸式的高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及測(cè)量
，尤其涉及一種列車車輪直徑動(dòng)態(tài)測(cè)量方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸向著高速、大密度、重載方向發(fā)展，列車車輪的踏面和輪緣的磨損日益嚴(yán)重，導(dǎo)致車輪直徑發(fā)生變化，使車輪與鋼軌之間的配合關(guān)系發(fā)生改變，不僅加劇了列車輪對(duì)結(jié)構(gòu)部件的傷損，導(dǎo)致較高的鐵路運(yùn)輸成本，而且直接影響鐵路運(yùn)輸安全。為保證列車運(yùn)行安全，鐵道部門規(guī)定運(yùn)行列車要定期對(duì)車輪狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，以決定車輪的段修和報(bào)廢。車輪直徑是列車車輪狀態(tài)檢測(cè)的重要參數(shù)，由于它的尺寸較大，不同型號(hào)車輪直徑相差較大，難以用普通量具直接測(cè)量，是車輪眾多幾何參數(shù)中較難精確測(cè)量的參數(shù)。·目前，國(guó)內(nèi)在列車車輪直徑測(cè)量方面仍停留在靜態(tài)測(cè)量階段，靜態(tài)測(cè)量分為人工手動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量裝置測(cè)量。長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)鐵路部門對(duì)列車車輪直徑的檢測(cè)都是采用專用輪徑尺進(jìn)行人工手動(dòng)測(cè)量，自動(dòng)化程度和工作效率不高，并且受人為因素影響很大，不能滿足當(dāng)前鐵路運(yùn)行的要求。對(duì)于自動(dòng)測(cè)量裝置，如公告號(hào)為CN2463262Y、CN2863584Y、CN2511564Y等專利文件中公布的測(cè)量裝置，多采用接觸機(jī)械式或非接觸視覺的方法測(cè)量車輪直徑，但這些裝置一般需要使用復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)將車輪支起并控制車輪旋轉(zhuǎn)，因此這類裝置只能安裝在檢修廠內(nèi)，需要將車輪從列車上卸下運(yùn)至測(cè)量場(chǎng)地，大大增加了勞動(dòng)量，而且占用機(jī)車周轉(zhuǎn)時(shí)間，無(wú)法及時(shí)了解車輪在運(yùn)行中的質(zhì)量狀況。為及時(shí)了解列車在運(yùn)行中車輪直徑的情況，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)對(duì)車輪直徑動(dòng)態(tài)測(cè)量的方法進(jìn)行了研究。公告號(hào)為CN101219672B的專利技術(shù)專利公布的“基于激光的車輪直徑非接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)量方法”，采用兩個(gè)激光位移傳感器直接照射車輪踏面滾動(dòng)圓，通過傳感器安裝位置的幾何關(guān)系測(cè)量車輪直徑。該裝置需要激光位移傳感器準(zhǔn)確照射在車輪踏面滾動(dòng)圓上，所以，要嚴(yán)格保證傳感器安裝在正確的位置上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝提出了較高要求，難以達(dá)到理想精度。公告號(hào)為CN100396529C的專利技術(shù)專利公布的“列車輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)方法及裝置”，在每根鋼軌的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置兩對(duì)間隔距離一定的激光位移探測(cè)器，采用弓高弦長(zhǎng)的方法測(cè)量列車車輪直徑。該裝置需要準(zhǔn)確保證激光位移探測(cè)器之間的距離和距軌面的高度，而且需要準(zhǔn)確測(cè)量車速，現(xiàn)場(chǎng)難以精確實(shí)現(xiàn)。在專利號(hào)為CN100449259C、US5936737、US5247338、US4932784等的專利文件中提出了采用結(jié)構(gòu)光和電荷耦合元件(Charge-coupled Device, (XD)動(dòng)態(tài)測(cè)量列車車輪直徑的方法，但這些方法都存在的共同問題是I)需要通過精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)保證各傳感器之間的幾何關(guān)系，一方面增加了機(jī)械加工成本，另一方面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝提出了較高要求；2)采用直接測(cè)量踏面滾動(dòng)圓直徑的方法，定位測(cè)量點(diǎn)非常困難；3)采用對(duì)小圓弧內(nèi)多個(gè)踏面基點(diǎn)進(jìn)行圓擬合的方法測(cè)量直徑，其特征點(diǎn)的提取對(duì)測(cè)量精度影響非常大，難以保證測(cè)量精度；4)測(cè)量的動(dòng)態(tài)性不高，一般只能測(cè)量車速為10_30km/h的列車車輪直徑。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的主要目的在于提供一種列車車輪直徑動(dòng)態(tài)測(cè)量方法及系統(tǒng)，能夠在機(jī)械加工成本較低、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝要求較低的條件下，保障測(cè)量精度，在列車快速通過測(cè)量區(qū)域時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量列車車輪直徑。為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種列車車輪直徑動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，該方法包括在列車鋼軌兩側(cè)，沿軌道對(duì)稱布置線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，構(gòu)成車輪觀測(cè)傳感器和·根據(jù)車輪斷面輪廓光條上與輪輞內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)的直線段確定輪輞內(nèi)側(cè)面方程，根據(jù)車軸斷面輪廓光條確定車軸軸線方程，軸線與輪輞內(nèi)側(cè)面相交計(jì)算出車輪輪緣頂點(diǎn)圓圓心在輪輞內(nèi)側(cè)面投影坐標(biāo)；根據(jù)車輪斷面輪廓光條確定車輪輪緣頂點(diǎn)在輪輞內(nèi)側(cè)面投影坐標(biāo)，結(jié)合車輪輪緣頂點(diǎn)圓圓心坐標(biāo)，計(jì)算車輪輪緣頂點(diǎn)圓直徑；由車輪斷面內(nèi)外側(cè)局部輪廓光條恢復(fù)車輪完整的斷面輪廓，計(jì)算車輪輪緣高度；用車輪輪緣頂點(diǎn)圓直徑減去兩倍的輪緣高度得到車輪直徑。所述車輪觀測(cè)傳感器中，對(duì)于鋼軌的每一側(cè)，由一對(duì)以上車輪觀測(cè)傳感器沿鋼軌對(duì)稱布置構(gòu)成車輪踏面觀測(cè)傳感器，分別從車輪內(nèi)側(cè)和外側(cè)獲取車輪同一斷面的局部斷面輪廓光條圖像，另外的車輪觀測(cè)傳感器分布在鋼軌內(nèi)側(cè)，獲取車輪其它斷面輪廓光條圖像；所述車軸觀測(cè)傳感器，沿軌道枕木分布在兩根枕木之間，獲取車軸斷面輪廓光條圖像。所述根據(jù)車輪斷面輪廓光條上與輪輞內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)的直線段確定輪輞內(nèi)側(cè)面方程之前，進(jìn)一步包括對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，并計(jì)算各輪廓光條在各線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。所述對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，包括各線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的CCD攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的標(biāo)定，各線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的標(biāo)定，各線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量的標(biāo)定。所述計(jì)算各輪廓光條在各線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，包括提取各輪廓光條中心圖像坐標(biāo)；根據(jù)線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器數(shù)學(xué)模型和各線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的CCD攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算各輪廓光條點(diǎn)在對(duì)應(yīng)CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；在各線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的激光平面建立光平面坐標(biāo)系，確定各線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系到對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量；將各輪廓光條在對(duì)應(yīng)CXD攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系下，確定各輪廓光條在對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系下坐標(biāo)。所述計(jì)算輪緣頂點(diǎn)圓圓心在輪輞內(nèi)側(cè)面投影坐標(biāo)，包括根據(jù)車輪觀測(cè)傳感器從鋼軌內(nèi)側(cè)獲取的車輪斷面輪廓光條在對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，搜索車輪斷面輪廓光條上與輪輞內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)的直線段光條點(diǎn)，確定各輪廓輪輞內(nèi)側(cè)直線段光條點(diǎn)在對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；根據(jù)各線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系到對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量的逆變換和各線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，將各輪廓輪輞內(nèi)側(cè)直線段光條點(diǎn)坐標(biāo)統(tǒng)一到全局坐標(biāo)系下，進(jìn)行平面擬合得到輪輞內(nèi)側(cè)面在全局坐標(biāo)系下的方程；根據(jù)車軸觀測(cè)傳感器獲取的車軸斷面輪廓光條在對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，對(duì)車軸斷面輪廓分別進(jìn)行圓擬合，得到車軸斷面輪廓中心在光平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)； 根據(jù)各線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系到對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量的逆變換和各CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，計(jì)算車軸斷面輪廓中心在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；對(duì)車軸斷面輪廓中心坐標(biāo)進(jìn)行解析計(jì)算或直線擬合得到車軸軸線在全局坐標(biāo)系下的方程，根據(jù)輪輞內(nèi)側(cè)面方程和車軸軸線方程，計(jì)算車軸軸線與輪輞內(nèi)側(cè)面交點(diǎn)在全局坐標(biāo)系下坐標(biāo)。所述計(jì)算車輪輪緣頂點(diǎn)圓直徑，包括沿車輪斷面輪廓光條上與輪輞內(nèi)側(cè)面對(duì)應(yīng)的直線段指向輪緣頂點(diǎn)的方向，搜索車輪斷面輪廓光條上距直線端點(diǎn)最遠(yuǎn)的點(diǎn)，得到各輪廓輪緣頂點(diǎn)在對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；根據(jù)各線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系到對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量的逆變換和各CCD攝像機(jī)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，確定各輪廓的輪緣頂點(diǎn)在全局坐標(biāo)系下坐標(biāo)；根據(jù)車輪輪輞內(nèi)側(cè)面在全局坐標(biāo)系下的方程，計(jì)算輪緣頂點(diǎn)在車輪輪輞內(nèi)側(cè)面的投影坐標(biāo)；由輪緣頂點(diǎn)坐標(biāo)和頂點(diǎn)圓圓心坐標(biāo)確定車輪輪緣頂點(diǎn)圓直徑。所述計(jì)算車輪輪緣高度，包括根據(jù)車輪踏面觀測(cè)傳感器從車輪內(nèi)、外兩側(cè)獲取的車輪同一斷面在對(duì)應(yīng)光平面坐標(biāo)系下的輪廓光條坐標(biāo)，提取車輪斷面輪廓光條本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種列車車輪直徑動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，該方法包括：在列車鋼軌兩側(cè)，沿軌道對(duì)稱布置線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，構(gòu)成車輪觀測(cè)傳感器和車軸觀測(cè)傳感器，分別獲取車輪斷面輪廓光條圖像和車軸斷面輪廓光條圖像；根據(jù)車輪斷面輪廓光條上與輪輞內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)的直線段確定輪輞內(nèi)側(cè)面方程，根據(jù)車軸斷面輪廓光條確定車軸軸線方程，軸線與輪輞內(nèi)側(cè)面相交計(jì)算出車輪輪緣頂點(diǎn)圓圓心在輪輞內(nèi)側(cè)面投影坐標(biāo)；根據(jù)車輪斷面輪廓光條確定車輪輪緣頂點(diǎn)在輪輞內(nèi)側(cè)面投影坐標(biāo)，結(jié)合車輪輪緣頂點(diǎn)圓圓心坐標(biāo)，計(jì)算車輪輪緣頂點(diǎn)圓直徑；由車輪斷面內(nèi)外側(cè)局部輪廓光條恢復(fù)車輪完整的斷面輪廓，計(jì)算車輪輪緣高度；用車輪輪緣頂點(diǎn)圓直徑減去兩倍的輪緣高度得到車輪直徑。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張廣軍，孫軍華，劉沖，陳勖，宮政，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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