[发明专利]一种基于最小二乘拟合的无砟轨道板快速计算方法

说明书

本发明公开了一种基于最小二乘拟合的无砟轨道板快速计算方法，包括如下步骤：步骤1、利用激光感测头对无砟轨道板表面形貌进行无接触快速扫描，获得无砟轨道板外形尺寸；步骤2、处理激光扫描仪采集到的数据点，找到特殊位置点；步骤3、利用特殊位置点将表面轮廓线分段，并确定各段数据区间；步骤4、数据拟合，并根据拟合方程计算轮廓信息。本发明方法采用最小二乘方法对激光感测头无接触扫描轨道板轮廓的数据进行特征点的提取和分析；避免了利用点云数据对整个的无砟轨道板轮廓进行建模，大幅度减少了建模时间。

技术领域

本发明属于无砟轨道板快速测量技术领域，具体涉及一种基于最小二乘拟合的无砟轨道板快速计算方法。

背景技术

随着高铁、地铁以及轨道交通技术的发展，CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板应用越来越广泛，其制造质量、精度要求也大大提高。CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板由混凝土等材料在预定的模具中浇筑而成，目前最常见的轨道板上有18或者16个混凝土承轨台，其尺寸约为6m×3m。由于高铁或者地铁等安装在承轨台上，因此对承轨台的轮廓度以及整个轨道板的承轨台面的平面度有高的要求。混凝土承轨台结构复杂，表面精度要求高，工件精度检测难度较大。加之目前的无砟轨道板生产采用自动生产线，其节拍要求严格，因此检测过程中获得的测量数据必须以最快的速度处理，以满足生产节拍的要求。

目前对CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板的表面精度的数据处理方法主要有：1、接触式扫描仪接触式扫描方法。接触式三维扫描仪通过实际触碰工件表面的方式计算深度，如三座标测量机即典型的接触式三维扫描仪，计算结果通过大量的数据点进行逼近计算，精度高，但处理速度慢，无法用于在线直接测量和处理；2、三维扫描仪创建工件几何表面点云建模方法。通过三坐标扫描仪扫描工件整体，创建工件几何表面点云，用点云数据插补成物体的表面形状，点云越密集，创建的模型越精确，同样无法直接用于在线运算。这些检测方法的数据处理存在以下问题：

1、接触式扫描过程中必须接触物体，长时间的测量探针的误差(如灰尘等)的影响测量数据的精确性，导致计算结果精度降低。

2、三坐标扫描仪必须扫描工件整体，扫描速度慢，操作复杂，不适合大型工件的快速在线建模和数据处理。

3、要建立精确的模型，需要大量的点云数据建模，建模速度、数据处理速度慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于最小二乘拟合的无砟轨道板快速计算方法，能解决现有的扫描速度慢、计算精度低和数据处理时间长的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于最小二乘拟合的无砟轨道板快速计算方法，包括如下步骤：

步骤1、利用激光感测头对无砟轨道板表面形貌进行无接触快速扫描，获得无砟轨道板外形尺寸；

步骤2、处理激光扫描仪采集到的数据点，找到特殊位置点；

步骤3、利用特殊位置点将表面轮廓线分段，并确定各段数据区间；

步骤4、数据拟合，并根据拟合方程计算轮廓信息。

本发明的特点还在于，

步骤2中特殊位置点为：线段交点、最大值点、最小值点及孔两侧的点。

步骤3中表面轮廓线分为圆弧段及直线段。

步骤4的数据拟合具体为：当表面轮廓线为圆弧段时，用圆弧公式式中a，b为笛卡尔坐标系下的圆心坐标，对圆弧段部分进行最小二乘拟合，并计算得到圆弧段半径r，拟合度需大于0.9999，否则调整数据区间重新拟合；

当表面轮廓线为直线段时，用直线公式y＝kx+n，式中k为直线斜率，n为该直线在y轴的截距，对直线段部分进行最小二乘拟合，得到直线段的直线方程，计算直线段信息，拟合度需大于0.9999，否则调整数据区间重新拟合。