[發明專利]一種鋼軌表面加工質量的定量測量方法

有效

• 申請號: 202110443606.2
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113172551B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 曹衍龍;唐銘;黃芳;劉文淵;陳景曦;丁斌杰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B24B49/12
• 分類號: B24B49/12;B24B9/04;B24B21/00;B24B27/00;B24B21/18;B24B21/20;G01N21/95;G01N21/01
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 徐關壽

1.一種鋼軌表面加工質量的定量測量方法，其特征在于：該方法通過激光器向鋼軌表面照射直線光條，相機獲取鋼軌和光條的鋼軌-光條圖像，從鋼軌-光條圖像中分割出光條，沿著X向對光條離散取點，提取出各離散點的光條中心像素坐標，尋找縱坐標最小的光條中心點作為特征點，從特征點分別向左右兩邊搜索光條曲線的二階導數的最小值點，將特征點左右兩邊的二階導數最小值點判定為鋼軌焊縫邊界特征點，以鋼軌焊縫邊界內的特征點和鋼軌焊縫邊界外的特征點在y軸的差值作為打磨后軌底焊筋高度。

2.如權利要求1所述的鋼軌表面加工質量的定量測量方法，其特征在于：提取光條中心點像素坐標的可選的方法為：以圖像中光條上任意一像素點(x₀，y₀)處的法線方向的向量記為(n_x，n_y)，獲得光條中心的像素坐標為(x₀+tn_x，y₀+tn_y)，其中，

記數字圖像的二維灰度分布函數為I(x，y)。

3.如權利要求2所述的鋼軌表面加工質量的定量測量方法，其特征在于：在計算光條中心點的坐標之前，利用閾值法對鋼軌-光條圖像的光條邊界進行粗提取，然后通過粗提取的光條邊界計算光條寬度w并生成對應寬度的高斯卷積核，最后再利用該高斯卷積核對光條內部區域使用上述公式計算進行光條中心的精確提取，從而得到光條中心坐標；記第i個光條中心的像素坐標為(x_i，y_i)，光條中心點的水平像素坐標為x_i，尋找光條中心點縱坐標最小的點作為特征點C；然后分別對各個光條中心點進行微分計算與高斯濾波處理得到濾波后的一階導數ki，然后再對濾波后的一階導數進行微分計算與高斯濾波處理，得到濾波后的二階導數Di，最后從特征點C分別向左右兩側搜索二階導數的最小值來確定鋼軌焊縫邊界的特征點；以鋼軌焊縫邊界內的特征點和鋼軌焊縫邊界外的特征點在y軸的差值作為打磨后軌底焊筋高度。

4.如權利要求1所述的鋼軌表面加工質量的定量測量方法，其特征在于：光條中心坐標提取方法的流程如下：

Step1：設置閾值th，輸入待處理的鋼軌-光條圖像I；

Step2：對鋼軌-光條圖像I進行預處理；

Step3：對所有列像素進行順序掃描，得到該列上第一個大于th的像素坐標和最后一個大于th的像素坐標，分別記為(B₁，col)，(B₂，col)，該坐標即為粗提取得到光條邊界的坐標；

Step4：利用粗提取得到的光條邊界計算每一列上的光條寬度，記第i列的光條寬度為w_i＝|B₁-B₂|，則最大光條寬度為w_max＝max{w_i|N≥i≥1}，其中N為圖像的列數；

Step5：以10為公差生成等差數組M＝{10，20，…，w_max}；利用數組中的元素m_i構造長度和寬度為的高斯卷積核及其對應的一階和二階偏導卷積核；

Step6：對圖像中第i列像素，選擇Step5生成的數組M中最接近w_i的元素m_i所構造的卷積核計算第i列像素上行坐標在區間內的像素點的法線方向的向量(n_x，n_y)；

Step7：將Step5中計算得到的特征向量代入式(3-21)計算t，當|tn_x|≤0.5且|tn_y|≤0.5時，光條中心處于當前像素內；最終求解得光條中心的像素坐標為(x₀+tn_x，y₀+tn_v)；

Step8：對每一列重復Step6至Step7，最終可提取得到所有光條中心。