[發明專利]一種基于機器視覺火車導軌輪廓測量中輪廓配準方法

無效

• 申請號: 201410588757.7
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104296682A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 余學才;程小龍;張行至;余瑞華
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明屬于基于圖像的非接觸式自動測量領域，涉及圖像處理、激光與光學、計算機、自動控制領域，具體是指一種基于機器視覺火車導軌輪廓測量中輪廓配準方法。

背景技術

鋼軌作為鐵路運輸中的重要載體，是鐵路運輸中最基礎單元之一，它的狀態好壞直接影響著列車的運行安全。尤其是當列車在高速、重載、高密度下運行時，鋼軌磨耗加大，壽命縮短，對列車安全造成極大危害。鐵道部在鐵路線路“維規”中，針對鋼軌輕、重傷規定了軌頭磨耗的限定值，并要求當檢測出鋼軌軌頭磨耗超出限定值后就要及時進行處理或更換，以保證列車的運行安全。

隨著鐵路運輸行車密度的提升、運行速度的急劇提高，鋼軌的磨耗越來越嚴重，尤其是軌頭處的小半徑曲線內側磨損尤為嚴重，影響了列車的平穩運行，微小軌道的幾何偏差都有可能對列車(尤其是高鐵)造成搖晃和各種振動，對列車行駛和旅客乘車的舒適度都有影響，甚至由于軌道磨損加重造成橫向運行的偏移。當輪橫向力增大時，就有可能會發生列車脫軌等情況，給旅客和行車安全帶來極大的危害。鋼軌的磨損程度決定鋼軌的使用壽命，磨損值到達一定限度時，需要及時地更換。鋼軌磨耗的測量數據是工務系統決定鋼軌是否需要更換的重要依據，因此，準確地檢測軌道的磨耗量大小，并分析各個路段磨耗情況是一項非常重要的工作。

機械接觸測量法是我國目前使用得最多的一種方法，主要是采用卡尺進行手工測量，這種方法完全是依靠人工，接觸式測量的缺點是速度太慢，誤差大，人為因素影響大、效率低，而且不便于事后分析統計和存檔。接觸式測量另一個分支就是機械和電子、可編程等技術綜合應用開發的鋼軌磨耗檢查器。另外還有光電編碼法、位移傳感法和基于圖像處理的非接觸式測量法，這種方法通過傳感器間接獲取鋼軌斷面的輪廓曲線，將繪制的曲線與標準的曲線對比得到磨耗值。按照傳感器的不同又可分為光電編碼器和位移傳感器。丹麥綠林公司研制的MINIPROF系統，它由一臺筆記本、專用伸縮箱和輪軌測量裝置組成。通過測量裝置上的小磁輪接觸被測鋼軌表面，人工控制小磁輪，通過計算機得到傳感器的極坐標數據，轉換為笛卡爾坐標后計算出輪廓。磁輪芯的軌跡會被記錄下來，計算機就可以算出斷面的真實輪廓。國內的光電編碼檢測設備有由同濟大學鐵道學院和靖江華星公司合作研制的WRS2000型鋼軌軌頭外形測錄儀，它是通過高精度的光電編碼器來實現的。另外同濟大學還研制了一種下置滑動式鐵路鋼軌波浪形磨耗測量裝置，該裝置采用簡單的機械構件形成縱向測量基準和導軌，并采用USB接口和控制技術與計算機無線傳輸測量結果，能即時將結果顯示在屏幕上。

基于機器視覺輪廓測量技術是一種非接觸測量技術，具有速度快、能獲取輪廓全貌、數據管理方便等優點。近年來由于數字圖像技術、激光技術和計算機技術的高速發展，基于機器視覺的火車導軌輪廓測量技術得到很大發展。基于機器視覺輪廓測量技術是一種非接觸測量技術，具有速度快、能獲取輪廓全貌、數據管理方便等優點。

基于機器視覺火車導軌輪廓測量，其中最關鍵的環節是將所獲取的導軌輪廓和實際輪廓比對，才能計算進行磨耗計算，這個比對的過程稱為輪廓配準。輪廓配準不對時，計算出的磨耗尺寸有非常大的、完全錯誤的偏差，只有輪廓配準正確，所計算的磨耗尺寸才是在一定誤差范圍內可信數據。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種非接觸式火車導軌輪廓測量中的輪廓配準方法，將經過處理的導軌實際輪廓線和標準輪廓線統一到同一個坐標系中，并對實際輪廓線進行旋轉、平移等處理，使得實際輪廓線和標準輪廓線的漸近線平行且端點重合，以此確定兩條輪廓線的相對位置，配準結果準確、淺顯易懂、觀察和計算方便，能夠得到可靠的磨耗數據。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于機器視覺火車導軌輪廓測量中輪廓配準方法，其中，輪廓測量采用的是非接觸式測量，它能夠大大提高現場鐵路檢測部門的工作效率。測量的主要原理是通過激光光切法獲取鋼軌斷面輪廓曲線，同時，CCD相機采集激光圖像，并將圖像信息傳輸到裝載在小車上的計算機的處理芯片上，經過鋼軌磨耗測量程序對采集到的圖像進行一系列的處理，得到鋼軌斷面的單像素曲線。通過對曲線圖像的匹配校正，與鐵路檢測部門定義的鋼軌磨耗點進行比對，得出相應的側面磨耗和垂直磨耗的值。

輪廓測量具體包括以下步驟：S1，采集鋼軌圖像；S2，將采集到的鋼軌圖像傳輸至計算機進行處理，得到鋼軌斷面的單像素曲線；S3，對單像素曲線進行標定還原，得到實際輪廓線；S4，進行輪廓配準；

所述的步驟S4中的輪廓配準包括以下子步驟：