[發明專利]一種基于圖像處理的鋼軌廓形檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201710147303.X
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106840033B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 李存榮;謝雯;張琪;崔耕;王博文
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01B11/245
• 分類號: G01B11/245
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 王守仁<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種基于圖像處理的鋼軌廓形檢測方法，其特征是利用非接觸激光成像原理，采用四個三維激光輪廓傳感器采集鋼軌斷面輪廓數據，通過對各個傳感器采集到的圖像數據進行坐標變換、旋轉、平移，進行圖形拼合，獲取鋼軌斷面輪廓，將計算得出的斷面輪廓幾何尺寸與鐵標進行比較判斷；

其中，根據旋轉后的圖像將四個坐標系進行平移處理，具體是將一個傳感器的圖像保持不變，將其余三個傳感器旋轉后的圖像向第一傳感器的圖像進行平移，獲得拼接后的標準塊斷面輪廓圖,從而獲得標定參數2，即數據平移量S1、S2、S3、S4；

所述平移處理包括以下步驟：

步驟1：將第二傳感器的拐點平移到與第一傳感器的拐點的X坐標重合，Z坐標在第一傳感器的拐點的Z坐標向上長度為標準塊寬的距離的點重合，以該平移量平移第二傳感器的圖像數據；將第三傳感器的拐點平移到與第一傳感器的拐點的Z坐標重合，X坐標在第一傳感器的拐點的X坐標向右長度為標準塊長的距離的點重合，以該平移量平移第三傳感器的圖像數據；將第四傳感器的拐點平移到與第一傳感器的拐點的X坐標向右長度為標準塊長的距離，第一傳感器的拐點的Z坐標向上長度為標準塊寬的距離的點重合，以該平移量平移第四傳感器的圖像數據；

步驟2：用上述標定過程中線性擬合的方法求各傳感器采集到的側邊的擬合直線，分別計算每個傳感器采集到的原始數據的頂邊或底邊的擬合直線與側邊的擬合直線的交點，并將該點以及對應的旋轉角代入坐標旋轉公式，獲得旋轉后的拐點Z_max1，Z_max2，Z_max3，Z_max4；

步驟3：將每個傳感器采集到的原始數據進行多次采集，采集N次，取出N組數據的經過步驟2所得的拐點Z_max1，Z_max2，Z_max3，Z_max4，分別求其平均值，得到Avg_max1，Avg_max2，Avg_max3，Avg_max4；

步驟4：第一傳感器的旋轉后數據的平移量為S₁＝0，第二傳感器的旋轉后數據的平移量為S₂＝Avg_max2(x,z)-Avg_max1(x,z+b)，第三傳感器的旋轉后數據的平移量為S₃＝Avg_max3(x,z)-Avg_max1(x+a,z)，第四傳感器的旋轉后數據的平移量為S₄＝Avg_max4(x,z)-Avg_max1(x+a,z+b)。

2.根據權利要求1所述的鋼軌廓形檢測方法，其特征是采用該數據進行鋼軌廓形參數的測量前，先用矩形塊作為鋼軌斷面輪廓檢測的標準塊進行數據標定，計算旋轉角度R1、R2、R3、R4和平移量S1、S2、S3、S4，以后的每次測量就無需再進行標定，只需將鋼軌放置在測量工位上，直接采用標定參數：旋轉角度和平移量獲得完整的鋼軌斷面輪廓，以提高鋼軌廓形檢測效率。

3.根據權利要求2所述的鋼軌廓形檢測方法，其特征是采用線性度較好的長方體標準塊對其進行標定，具體是：將四個傳感器對稱安裝在與中軸線均呈45°位置，長方體標準塊中心高度與四個傳感器對稱安裝形成的正方形的中心位置高度保持一致，然后將四個傳感器采集到的圖像進行坐標旋轉變換處理，統一到同一個世界坐標系中，以其中一個圖像作為基準，找出四個圖像中的特征點，根據特征點將其余三個圖像向基準平移，進行圖形拼合，獲取標準塊斷面輪廓，得到標定數據：旋轉角度和平移量。

4.根據權利要求3所述的鋼軌廓形檢測方法，其特征是在進行數據標定過程中，包括以下步驟：

(1)采用給定尺寸的標準塊放在檢測工位上，開啟激光傳感器；

(2)將四個激光傳感器輸出的數據坐標系進行旋轉變換，將其統一到同一個世界坐標系中，獲得標定參數1，其為旋轉角R1、R2、R3、R4；

(3)將旋轉后的數據根據標準塊的尺寸進行坐標平移，獲得標定參數2，其為數據平移量S1、S2、S3、S4。