[发明专利]一种便携式列车车轮正截面轮廓结构光视觉测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种便携式列车车轮正截面轮廓结构光视觉测量系统及方法，该方法由多线结构光视觉传感器重建不同视角下列车车轮的一般轮廓，将一般轮廓绕轴旋转投影到过轴平面从而得到正截面轮廓，通过拼接多视角下的测量结果，可得到列车车轮完整的正截面轮廓。本发明提供一种不受传感器位置和姿态约束的列车车轮正截面轮廓测量方法，具有测量精度高、操作灵活性高、自动化程度高、鲁棒性强等特点。

技术领域

本发明涉铁路检测与测量领域，特别涉及列车车轮正截面轮廓线测量方法。

背景技术

列车车轮是铁路运输系统中重要的组成部分，测量列车车轮正截面轮廓线可确定车轮磨损状况以及车轮关键的几何参数，以便及时更换和检修达到磨损极限的车轮，从而为铁路交通安全提供重要保障。

目前，针对列车车轮正截面轮廓线的测量方法主要分为接触式和非接触式。接触式的测量方法采用传感器敏感元件与车轮表面直接接触以获取车轮正截面轮廓的三维信息。LIJ-4D和MiniProf是典型的接触式测量设备。前者通过特定设计的游标卡尺测量轮参数，后者使用带磁性的小轮沿轮廓滚动完成测量。接触式测量设备需要由专业的人员操作，测量精度受表面接触状况的影响较大，并且测量费时、效率低，MiniProf完成一次完整轮廓测量需要耗时5min。相比较而言，非接触式的测量方法自动化程度高，测量效率高，目前成为主流的方法。其中，线结构光传感器因点云获取速度快、精度高的特点，而被广泛应用于非接触式的测量系统中。利用结构光传感器测量列车车轮正截面轮廓所面临的问题为：结构光传感器只能获取光平面与车轮表面相交处的点云，当激光平面未与车轮轴线对齐时，结构光传感器获取的轮廓为一般轮廓而非正截面轮面。目前采用结构光传感器测量列车车轮正截面轮廓的方法根据应用场景可分为在线测量和线下测量。在线测量系统中，结构光视觉传感器通常安装于铁轨两侧，当列车行驶经过时，根据安装的触发控制装置结构光传感器可对车轮表面进行连续扫描，从而完成车轮轮廓及其几何参数的自动测量。线下测量则通常应用于列车停车检修或者车间中的车轮旋修，此时，车轮处于静止状态，为了在这种情况下测量车轮正截面轮廓线，常采用为车轮添加约束或为传感器添加约束两种方案。落轮式激光轮对检测系统将车轮拆卸以后以特定的位姿推送进测量系统中，从而完成轮对尺寸的精确测量，采用的是典型的为车轮添加约束的测量方法，这种测量系统具有设备昂贵、测量费时费力、测量效率低下的缺点。便携式的轮廓测量仪多采用为传感器添加约束的测量方法，例如借助辅助对齐转置保证激光平面与车轮轴线对齐，从而完成正截面轮廓的测量。相比较而言，这种方法具有成本低、操作简便等优点，然而受辅助对齐装置的影响，这些方法测量视角单一，无法保证测量得到完整的车轮轮廓。一种测量完整车轮正截面轮廓的方法为：在车轮表面粘贴标志点，利用激光扫描车轮四周，并借助标志点拼接点云得到完整的车轮表面后计算出正截面轮廓。然而这种借助标志点辅助定位传感器位姿的方法受标志点粘贴局限性的影响，操作复杂、效率低，不适合大规模应用场景。

综上所述，现阶段基于结构光测量列车车轮正截面轮廓的方法均需要约束车轮或者传感器的位姿以达到测量正截面轮廓线的目的，其主要缺点在于测量精度受传感器安装精度影响、测量视角受限、所测轮廓不完整、操作灵活性差等。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种便携式的列车车轮正截面轮廓结构光视觉测量系统及方法，不需要约束传感器及车轮的位置，即可实现对列车车轮进行多视角正截面轮廓的测量，并通过轮廓拼接的方法得到完整正截面轮廓，该方法具有使用灵活高、鲁棒性强、测量精度高的特点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的一种便携式列车车轮正截面轮廓结构光视觉测量系统，包括：多线结构光视觉传感器、便携式计算机和测量控制装置；