[發(fā)明專利]測量列車車輪表面三維形貌的方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611208026.0
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106595524A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 張渝;譚優(yōu);楊凱;彭建平;陳瑞
• 申請（專利權）人: 北京主導時代科技有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01N21/88
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司11227
• 代理人: 羅滿

技術領域

本發(fā)明涉及機車車輛領域，更具體地說，涉及一種測量列車車輪表面三維形貌的方法及裝置。

背景技術

目前，車輪三維形貌及表面缺陷測量就是實現(xiàn)車輪踏面的三維曲面重構(gòu)，目前主要有以下方法：(1)接觸測量法，例如手動方法、三坐標測量機中的接觸式測量方法等；(2)非接觸測量法，例如激光掃描測量法，激光掃描測量法中的光截法在實際測量中，將激光光線投射到車輪踏面上，利用CCD工業(yè)相機得到車輪踏面線光束的圖像，對圖像分析即可求得二維空間平面的數(shù)據(jù)值，通過選取等角度間隔的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理，即可得到整個車輪的外形輪廓。接觸測量法的測量速度慢，而且車輪輪緣和踏面之間的曲率變化跨度較大，接觸測量法只適合測量幾何形狀簡單的物體。光截法在對車輪踏面測量過程是一個等角度間隔采樣的過程，這其中不乏會有數(shù)據(jù)的丟失、缺失等，而且利用光截法測量的數(shù)據(jù)量較大，處理的速度慢；光截法只能檢測車輪踏面二維輪廓曲線，需連續(xù)掃描拼接才能獲得三維信息，而不能一次性完成車輪表面三維形貌及表面缺陷的檢測。

綜上所述，如何測量列車車輪表面三維形貌及表面缺陷為本領域技術人員急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種測量列車車輪三維形貌的方法，能夠準確測量列車車輪三維形貌，并且通過列車車輪三維形貌檢測其外形尺寸參數(shù)和表面缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種測量列車車輪表面三維形貌的方法，包括：

獲取標定板表面圖像信息；

依據(jù)所述標定板表面圖像信息計算相位-高度映射關系參數(shù)；

獲取被測車輪表面圖像信息；

根據(jù)所述被測車輪表面圖像信息計算所述被測車輪表面各位置的實際相位差分布；

依據(jù)所述被測車輪表面各位置的實際相位差分布以及所述相位-高度映射關系參數(shù)計算所述被測車輪表面各位置的實際高度分布；

依據(jù)所述實際高度分布獲得所述被測車輪的表面三維形貌。

優(yōu)選地，在上述測量列車車輪表面三維形貌的方法中，獲取標定板表面圖像信息具體包括：

建立高度坐標，將標定板放置在所述高度坐標的零點位置；

投影結(jié)構(gòu)光條紋至所述標定板的表面；

接收由所述標定板反射回來的標定板結(jié)構(gòu)光條紋，并將其轉(zhuǎn)換為標定板表面圖像信息。

優(yōu)選地，在上述測量列車車輪表面三維形貌的方法中，依據(jù)所述標定板表面圖像信息計算相位-高度映射關系參數(shù)，具體包括：

根據(jù)所述標定板表面圖像信息計算由于所述標定板位置不同引起的相位差；

依據(jù)所述相位差計算相位-高度映射關系參數(shù)。

優(yōu)選地，在上述測量列車車輪表面三維形貌的方法中，獲取被測車輪表面圖像信息，具體包括：

投影所述結(jié)構(gòu)光條紋至所述被測車輪的目標局部位置；

接收由所述被測車輪的目標局部位置反射回來的車輪表面結(jié)構(gòu)光條紋，并將其轉(zhuǎn)換為車輪表面圖像信息。

優(yōu)選地，在上述測量列車車輪表面三維形貌的方法中，獲得所述車輪的三維形貌之后，還包括：

依據(jù)所述車輪的三維形貌對所述車輪表面外形尺寸參數(shù)及表面缺陷進行檢測。

本發(fā)明還提供了一種測量列車車輪表面三維形貌的裝置，包括：

標定板；

圖像信息獲取裝置，用于獲取標定板表面圖像信息，獲取被測車輪表面圖像信息；

數(shù)據(jù)處理器，用于依據(jù)所述標定板表面圖像信息計算相位-高度映射關系參數(shù)，根據(jù)所述被測車輪表面圖像信息計算所述被測車輪表面各位置的實際相位差分布，依據(jù)所述被測車輪的實際相位差分布以及所述相位-高度映射關系參數(shù)計算所述被測車輪表面各位置的實際高度分布，依據(jù)所述實際高度分布獲得所述被測車輪的表面三維形貌。

優(yōu)選地，在上述測量列車車輪表面三維形貌的裝置中，所述圖像信息獲取裝置包括：

條紋投影裝置，用于投影結(jié)構(gòu)光條紋至所述標定板的表面，投影所述結(jié)構(gòu)光條紋至所述被測車輪的目標局部位置。

圖像傳感器，用于接收由所述標定板的表面反射回來的標定板表面結(jié)構(gòu)光條紋，并將其轉(zhuǎn)換為標定板表面圖像信息，用于接收由所述被測車輪的目標局部位置反射回來的車輪表面結(jié)構(gòu)光條紋，并將其轉(zhuǎn)換為車輪表面圖像信息。

優(yōu)選地，在上述測量列車車輪表面三維形貌的裝置中，所述條紋投影裝置與所述圖像傳感器之間具有預設夾角，且所述標定板垂直于所述條紋投影裝置的光軸或所述圖像傳感器的光軸。