[發明專利]軌道車輛外部輪廓非接觸式檢測方法

在審

• 申請號: 201410504101.2
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104239904A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 魯寨軍;梁習鋒;劉應龍;高廣軍;王前選;周偉;李志偉;言正明;黃磊
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06K9/64
• 分類號: G06K9/64;G06T7/60
• 代理公司: 長沙丁卯專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 陳書誠

技術領域

本發明屬于鐵道車輛安全檢測技術領域，具體涉及一種基于機器視覺檢測技術的軌道車輛外部輪廓非接觸式檢測方法。

背景技術

近年來，隨著我國高速鐵路和城市軌道交通迅速發展，以及人民生活質量的不斷提高，加之我國軌道交通裝備正在實施的“走出去”戰略，都對新造軌道車輛輪廓制造精度提出了更高的要求。目前，根據?GB/T?16904《標準軌距鐵路機車車輛限界檢查》的規定，對于軌道車輛車體外部輪廓尺寸的測量，我國仍在使用限界規，該種方法費時費力，且檢測精度難以得到保證，因此，對于新造軌道車輛車體表面輪廓尺寸的檢測問題已成為一個亟待解決的技術難題。限界規分為上部規和下部規，上部規由鋼結構框架、中心調節器、葉板及伸縮調整定位裝置、雙向擺動及中心復位機構、非接觸傳感器及其封閉安裝盒等部件組成，用以檢測車體頂部及側面的尺寸及幾何量信息；下部規由三維可調支座、葉板與支承軸承、雙向擺動及其中心復位裝置等部件組成。測量時被檢車輛以小于5km/h的速度通過標準軌距鐵路機車車輛檢查區段，通過葉板的伸縮量進行測量。限界規檢測主要有以下其不足之處：???????????????????????????????????????????????限界規安裝調整的過程極為復雜，操作需人工參與，步驟繁瑣、效率低下；測量點數有限，測量結果可信度差，無法對測量數據進行自動保存、計算和管理；無法獲得整車的外部輪廓；檢測時，需在限界規前后各預留一倍車長的檢查區段，增加了測量的空間范圍。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，針對新造軌道車輛外部輪廓檢測精度不高、效率低下等問題，基于機器視覺理論和仿射幾何原理，提供了一種能夠實現軌道車輛外部輪廓測量自動化的，能夠對測量數據進行分析、評定和管理的，減少試驗人員數量，提高檢測水平的軌道車輛外部輪廓非接觸式檢測方法。

本發明的目的是通過以下技術方案予以實現：

所述方法包括采用數碼相機獲取被測車輛外部輪廓的數碼照片，對數碼照片進行分析計算和處理，繪制出被測車輛的外輪廓圖形，與標準的外輪廓圖形進行比較，實現對被測車輛外部輪廓幾何尺寸進行非接觸式的檢測；

所述方法還包括以下步驟：

1）設備準備：設置一個龍門架，龍門架內能夠通過被測車輛，被測車輛配置步進控制的牽引裝置；龍門架的立柱和頂部橫梁上安裝若干個照明燈光和若干個檢測裝置；每個照明燈光均面向被測車輛；每個檢測裝置包括數碼相機和線光源，線光源垂直面對被測車輛，數碼相機以固定角度傾斜面對被測車輛；線光源的照射區落入數碼相機的成像區內；所有線光源的中心線均位于被測車輛的同一橫截面內；所有數碼相機的成像區相疊加能夠完全覆蓋被測車輛的同一橫截面處的兩側和頂部；各檢測裝置和牽引裝置的控制部分均與中央控制裝置電連接，中央控制裝置包括微處理器、儲存單元、輸入接口和輸出接口，安裝專用軟件，程序控制照明燈光、數碼相機、線光源和牽引裝置，采集、分析處理并保存數據；

2）建立坐標體系：以被測車輛的長度方向為X軸，以被測車輛所在軌道水平面為Y軸，以被測車輛橫截面的垂直中心線為Z軸，?XYZ坐標體系的O點位于被測車輛的指定端部的橫截面內；

3）設置采集點：從XYZ坐標體系的O點開始，對于被測車輛外表面有小尺寸零部件的部位，沿X軸方向的拍攝采集間距為3-10毫米，對于被測車輛的其他部位，沿X軸方向的拍攝采集間距為10-200毫米，最后將M個檢測橫截面作為M個采集點標注在X軸上，并保存它們編號及其在X軸上的坐標值；

4）獲取數碼照片：采集點的編號從1開始直到M結束，在某個采集點，照明燈光始終處于工作狀態，先后拍攝并保存背景圖像和目標圖像共兩張數碼照片：在線光源關閉的狀態下獲取背景圖像，在線光源打開的狀態下獲取目標圖像；獲取數碼照片選用以下方式之一：

4A、程序控制被測車輛以間歇方式沿X軸行進，在每個采集點處停留并獲取數碼照片：

4B、程序控制被測車輛以勻速方式沿X軸行進，根據速度和相鄰兩采集點在X軸上的間距確定獲取照片的時間間隔，程序按照時間間隔獲取數碼照片：

4C、程序控制被測車輛連續沿X軸行進，對于被測車輛外表面有小尺寸零部件的部位，被測車輛行進速度為每秒3-10毫米，對于被測車輛的其他部位，被測車輛行進速度為每秒10-200毫米，根據速度和相鄰兩采集點在X軸上的間距確定獲取照片的時間間隔，程序按照時間間隔獲取數碼照片：

5）圖像處理，采用以下方式之一：