[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

本發明涉及一種基于圖像處理的鋼軌廓形檢測裝置及方法。該裝置包括四個傳感器、傳感器支架(5)、底座(6)、軌道輸送輥(7)和鋼軌(8)，四個傳感器分別安裝在傳感器支架的四個內角處，各傳感器坐標系的Z軸均相交于固定在底座上的傳感器支架的中心，底座上固定有軌道輸送輥，用來支撐和輸送鋼軌。該方法是將四個傳感器采集到的圖像進行坐標變換，統一到同一個世界坐標系中，以其中一個圖像作為基準，搜索四個圖像中的特征點，根據特征點將其余三個圖像向基準轉換，獲取鋼軌斷面輪廓，計算斷面輪廓的幾何尺寸并與鐵標進行比較判斷。本發明能顯著提高生產效率，提高測量精度。

技術領域

本發明涉及鐵道鋼軌檢測技術領域，具體涉及一種基于圖像處理的鋼軌廓形參數測量裝置及方法。

背景技術

隨著列車運行速度和密度的不斷提升，對列車運行的平穩性、舒適性、安全性要求的不斷提高，對鋼軌的焊接技術中存在的影響因素也提出來更高要求。無縫焊接技術已成為主流，在焊接作業中，鋼軌斷面廓形的幾何尺寸是影響鋼軌的平直度的重要因素。

焊軌廠在進行鋼軌焊接作業中，若焊接處兩端面的尺寸不一致將導致鋼軌品質的下降，增加打磨工作量，且影響行車安全。

當前的鋼軌廓形參數測量方法存在鋼軌廓形的匹配精度不高，影響了測量精度，本發明在進行標定的過程中進行了多次特征點的運算，并提取相對精度較高的特征點，并采用線性度高的矩形標準塊，提高了標定的準確性和精度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：鑒于以上所述，提供一種基于圖像處理的鋼軌廓形檢測裝置及方法，以提高圖像拼合的精度，從而提高鋼軌廓形尺寸的檢測精度。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發明提供的基于圖像處理的鋼軌廓形檢測裝置，其特征是包括四個傳感器、傳感器支架、底座、軌道輸送輥和鋼軌，其中：四個傳感器為激光輪廓傳感器，它們分別安裝在傳感器支架的四個內角處，并且各傳感器坐標系的Z軸均相交于傳感器支架的中心，傳感器支架固定在該檢測裝置的底座上，同時底座上固定有軌道輸送輥，用來支撐和輸送鋼軌。

所述的四個傳感器，均采用相同型號的線性激光測距傳感器。

本發明提供的基于圖像處理的鋼軌廓形檢測方法，具體是：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。

上述方法中，在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。

上述方法中，可以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。

上述方法中，在進行數據標定過程中，可以包括以下步驟：

(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。