[发明专利]一种激光视觉钢轨磨耗测量的纠偏方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光视觉测量技术，特别是指一种激光视觉钢轨磨耗测量的纠偏方法。 

背景技术

轨道的定期检测对于铁路运输的合理计划和低成本维护是非常重要的：一方面，在轨道磨损和变形早期阶段，进行轨道检测有助于制定合理的铁路维护时间表，以避免危险状况发生；另一方面，有效的轨道检测将为轨道从周期性检修向状态检修转变奠定基础，使有限的人力和仪器设备资源得到更好的利用，有效节约轨道维护成本。 

目前，国内外许多研究机构和学者对钢轨磨耗的检测方式进行了研究，并成功研制了各种测量装置，根据检测方式的不同，测量装置可以分为接触式和非接触式。其中，接触式测量装置的测量精度高，但操作复杂，测量效率低，只适合静态测量，主要用于实验室研究钢轨耐磨性能时使用，不适合在线测量；非接触式测量装置适合动态测量。 

关于非接触式测量装置，在申请号为200510123725.0，发明名称为“钢轨磨耗激光视觉动态测量装置及测量方法”的中国专利申请中，公开了一种只在钢轨内侧设置一个单线激光视觉传感器，便可完成对钢轨垂直磨耗和侧面磨耗测量的装置，该装置及测量方法提高了钢轨磨耗测量效率，降低了测量设备成本，改善了工程化应用的可操作性和便捷性。但是该装置中的激光视觉传感器只投射一个光平面，因此每幅图像只包含一个钢轨断面的特征轮廓，造成图像信息的浪费。 

另外，在申请号为200710176429.6，发明名称为“一种钢轨磨耗综合参数车载动态测量装置及方法”的中国专利申请中，公开了一种基于光栅结构的激光视觉传感器测量钢轨垂直磨耗、水平磨耗及波浪磨耗的装置及方法。该专利申请中描述的装置及方法，在无需提高图像采集硬件性能的情况下，便可提高采集密度，从而满足波浪磨耗在线动态测量要求。

上述两种装置及测量方法在钢轨磨耗测量过程中，均要求激光视觉传感器所投射出的光平面垂直于钢轨纵轴轴线。但是，在激光视觉传感器安装过程中，很难保证其投射出的光平面与钢轨纵轴轴线垂直。此外，激光视觉传感器安装在列车底部，随列车运行时，由于列车的振动也会造成激光视觉传感器投射出的光平面与钢轨纵轴轴线不垂直，从而降低了钢轨磨耗测量的精度。 

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种激光视觉钢轨磨耗测量的纠偏方法，能够消除由激光视觉传感器投射出的光平面与钢轨纵轴轴线不垂直带来的钢轨磨耗测量误差，提高了钢轨磨耗测量的精度。 

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： 

本发明提供了一种激光视觉钢轨磨耗测量的纠偏方法，该方法包括： 

a、激光视觉传感器在钢轨内侧投射出光平面，所述光平面与钢轨相交形成钢轨断面的特征轮廓，将激光视觉传感器测量得到的钢轨断面的特征轮廓的轨腰轮廓分为轨腰大圆和轨腰小圆； 

b、依据所述轨腰大圆和轨腰小圆的切点在激光视觉传感器数学模型摄像机坐标系下的坐标拟合直线，将所述直线作为钢轨纵轴轴线； 

c、以钢轨纵轴轴线方向为投影方向，将所述特征轮廓投影到垂直于所述钢轨纵轴轴线的辅助平面，得到所述特征轮廓在所述辅助平面的投影作为钢轨断面的投影轮廓； 

d、通过钢轨断面的标准轮廓与所述投影轮廓的对齐，计算出钢轨断面的磨 耗值；所述磨耗值包括：垂直磨耗值和水平磨耗值； 

所述垂直磨耗值为所述标准轮廓的垂直磨耗测量点在垂直方向上到所述投影轮廓的距离；所述水平磨耗值为所述标准轮廓的水平磨耗测量点在水平方向上到所述投影轮廓的距离。 

其中，所述激光视觉传感器包含两个或两个以上的光平面投射器；所述激光视觉传感器投射出的多个光平面相互平行。 

在所述步骤a之后，该方法还包括：基于所述特征轮廓在激光视觉传感器数学模型二维测量坐标系下的坐标，采用半径约束非线性优化方法分别拟合所述轨腰大圆和轨腰小圆的方程；并基于所述轨腰大圆和轨腰小圆的方程计算出所述轨腰大圆和轨腰小圆的切点坐标。 

步骤d所述将钢轨断面的标准轮廓与所述投影轮廓对齐为：以所述投影轮廓的轨腰轮廓为基准，在所述辅助平面上将所述标准轮廓和投影轮廓对齐。本发明的激光视觉钢轨磨耗测量的纠偏方法，采用多线激光视觉传感器采集含有钢轨多个断面特征轮廓的图像，如此可以提高图像信息的利用率。