[發明專利]感應板廓形檢測方法和結構

有效

• 申請號: 201810721823.1
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN109084697B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 于龍;張冬凱;馮凱;高雄杰
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑

1.感應板廓形檢測方法，其特征在于：包括廓形曲線分割方法、廓形匹配方法和廓形形變評價方法三個步驟；

其中廓形曲線分割方法：

要實現對感應板廓形的高精度測量，需對檢測廓形中F軌廓形部分，緊固螺絲部分進行自動分割，精確定位它們之間的分割點；由于車體運動過程中，產生的隨機振動并不影響檢測廓形中感應板廓形、F軌廓形、緊固螺絲廓形的幾何分布關系，因此，利用穩定的幾何位置分布關系來對廓形曲線進行分割；

STEP1遍歷整條輪廓線段，尋找斷裂處，較短的作為F軌廓形部分，剩下的點云AH即為感應板廓形部分；

STEP2對于AH點云線段，根據AB/AH、AC/AH、AD/AH、AE/AF、AF/AH、AG/AH的比例，得到按比例分割的線段；

STEP3對于分割好的結果，BC、DE、FG作為緊固螺絲的部分，剩下的即為感應板廓形點云數據P；

廓形匹配方法：

磁浮軌道檢測車車體是具有彈簧懸掛裝置的多自由度振動系統，安裝于車體下方的2D激光傳感器會跟隨車體一起發生多自由度的隨機振動，導致檢測的感應板廓形無法直接與標準輪廓自然重合；為了實現感應板廓形的高精度形變狀況評價，需要將檢測廓形與設計的標準感應板廓形進行高精度匹配；對于廓形點云，為保證其在匹配時點-點之間的角度、位置關系不發生改變，需要進行求解剛體的旋轉平移矩陣；

針對檢測廓形點云數據P，直接在標準廓形數據上尋找到對應的點集Q，因此，廓形點云的剛性旋轉R、平移T變換即轉換為求解點云數據P到Q的最小二乘最優解的問題；

將問題轉換為如下計算式描述：

其中，n為廓形點云的數量，w_i為點云數據的權重，這里取w_i＝1；

STEP11計算點云數據P、Q的中心點，如式(2)；

STEP12對原數據做減中心處理，得到新的點云數據，如式(3)；

STEP13計算d×d維的協方差矩陣S，如式(4)；

S＝XWY^T (4)

X，Y是d×n維矩陣，這里，d＝1，W為對角矩陣，對角線元素分別為w_i，即W＝diag(w₁,w₂,w₃,...,w_n)；

STEP14由STEP13的S計算SVD分解，即svd(S)可得到S＝UΣV^T，即解得U,V；U,V分別為d×d維和n×n維酋矩陣，Σ為奇異值矩陣；利用SVD分解得到的值，得到旋轉矩陣R，計算方法如(5)；

STEP15根據STEP14計算得到的R，可解得T，如式(6)；

STEP15根據上述步驟求得的R,T矩陣，對廓形按式(7)進行旋轉、平移，得到最終匹配結果；

其中(x₀,y₀)為原始檢測廓形點云坐標點，(x,y)為旋轉、平移后的檢測廓形點云坐標點；

廓形形變評價方法：

利用鋼軌廓形匹配數據的結果，計算廓形形變狀況；

STEP111設置廓形匹配閾值W_max，對廓形點云數據進行遍歷，對每個點云數據p_i，其對應的點云數據q_i，進行按式(8)計算距離，并完成判斷，得到每個點對應的N_i值：

W_i＝dst(p_i,q_i)，

W_i為p_i,q_i兩點之間的歐式幾何距離；

STEP112計算廓形形變指數D：

2.一種適用于權利要求1所述的感應板廓形檢測方法的感應板廓形檢測結構，其特征在于：感應板包括左右感應板，分別安裝在左右軌道上；在左右感應板上方并排安裝兩臺2D激光測量組件；

2D激光傳感器分別在左右感應板上各投射激光光條；

通過2D激光傳感器檢測出感應板斷面廓形，將檢測廓形與感應板的標準設計形貌進行比較，得出廓形變化情況，依此評價感應板形變。