[发明专利]一种基于图像处理的钢轨廓形检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于图像处理的钢轨廓形检测方法，其特征是利用非接触激光成像原理，采用四个三维激光轮廓传感器采集钢轨断面轮廓数据，通过对各个传感器采集到的图像数据进行坐标变换、旋转、平移，进行图形拼合，获取钢轨断面轮廓，将计算得出的断面轮廓几何尺寸与铁标进行比较判断；

其中，根据旋转后的图像将四个坐标系进行平移处理，具体是将一个传感器的图像保持不变，将其余三个传感器旋转后的图像向第一传感器的图像进行平移，获得拼接后的标准块断面轮廓图,从而获得标定参数2，即数据平移量S1、S2、S3、S4；

所述平移处理包括以下步骤：

步骤1：将第二传感器的拐点平移到与第一传感器的拐点的X坐标重合，Z坐标在第一传感器的拐点的Z坐标向上长度为标准块宽的距离的点重合，以该平移量平移第二传感器的图像数据；将第三传感器的拐点平移到与第一传感器的拐点的Z坐标重合，X坐标在第一传感器的拐点的X坐标向右长度为标准块长的距离的点重合，以该平移量平移第三传感器的图像数据；将第四传感器的拐点平移到与第一传感器的拐点的X坐标向右长度为标准块长的距离，第一传感器的拐点的Z坐标向上长度为标准块宽的距离的点重合，以该平移量平移第四传感器的图像数据；

步骤2：用上述标定过程中线性拟合的方法求各传感器采集到的侧边的拟合直线，分别计算每个传感器采集到的原始数据的顶边或底边的拟合直线与侧边的拟合直线的交点，并将该点以及对应的旋转角代入坐标旋转公式，获得旋转后的拐点Z_max1，Z_max2，Z_max3，Z_max4；

步骤3：将每个传感器采集到的原始数据进行多次采集，采集N次，取出N组数据的经过步骤2所得的拐点Z_max1，Z_max2，Z_max3，Z_max4，分别求其平均值，得到Avg_max1，Avg_max2，Avg_max3，Avg_max4；

步骤4：第一传感器的旋转后数据的平移量为S₁＝0，第二传感器的旋转后数据的平移量为S₂＝Avg_max2(x,z)-Avg_max1(x,z+b)，第三传感器的旋转后数据的平移量为S₃＝Avg_max3(x,z)-Avg_max1(x+a,z)，第四传感器的旋转后数据的平移量为S₄＝Avg_max4(x,z)-Avg_max1(x+a,z+b)。

2.根据权利要求1所述的钢轨廓形检测方法，其特征是采用该数据进行钢轨廓形参数的测量前，先用矩形块作为钢轨断面轮廓检测的标准块进行数据标定，计算旋转角度R1、R2、R3、R4和平移量S1、S2、S3、S4，以后的每次测量就无需再进行标定，只需将钢轨放置在测量工位上，直接采用标定参数：旋转角度和平移量获得完整的钢轨断面轮廓，以提高钢轨廓形检测效率。

3.根据权利要求2所述的钢轨廓形检测方法，其特征是采用线性度较好的长方体标准块对其进行标定，具体是：将四个传感器对称安装在与中轴线均呈45°位置，长方体标准块中心高度与四个传感器对称安装形成的正方形的中心位置高度保持一致，然后将四个传感器采集到的图像进行坐标旋转变换处理，统一到同一个世界坐标系中，以其中一个图像作为基准，找出四个图像中的特征点，根据特征点将其余三个图像向基准平移，进行图形拼合，获取标准块断面轮廓，得到标定数据：旋转角度和平移量。

4.根据权利要求3所述的钢轨廓形检测方法，其特征是在进行数据标定过程中，包括以下步骤：

(1)采用给定尺寸的标准块放在检测工位上，开启激光传感器；

(2)将四个激光传感器输出的数据坐标系进行旋转变换，将其统一到同一个世界坐标系中，获得标定参数1，其为旋转角R1、R2、R3、R4；

(3)将旋转后的数据根据标准块的尺寸进行坐标平移，获得标定参数2，其为数据平移量S1、S2、S3、S4。