[发明专利]一种基于NURBS-Kriging的钢轨打磨廓形预测方法

摘要

一种基于NURBS‑Kriging的钢轨打磨廓形预测方法，先构建基于三次NURBS曲线的待打磨钢轨横断面廓形曲线参数化模型，计算不同打磨模式下单个砂轮的打磨面积，再设计单个砂轮打磨面积的Kriging模型构建方案，然后构建单个砂轮的打磨面积的Kriging预测模型，通过砂轮端面直线与钢轨廓形NURBS曲线的求交算法，获得单个砂轮打磨后的交点为P_n和Q_n，计算获得任意打磨模式中第n个打磨砂轮打磨完成后的廓形，本发明将NURBS曲线的动态可调整优势与Kriging近似模型技术的高计算效率特点结合起来，对不同打磨模式下钢轨的打磨廓形进行预测，能够快速获得直观的打磨廓形预测结果，保证钢轨打磨质量。

主权项

1.一种基于NURBS‑Kriging的钢轨打磨廓形预测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用钢轨轮廓扫描仪，获得钢轨断面廓形的数据点坐标值，将之作为NURBS曲线的型值点，构建基于三次NURBS曲线的待打磨钢轨横断面廓形曲线参数化模型；2)假设在同一打磨模式下砂轮的打磨量相同，根据钢轨的打磨原理，将砂轮打磨量的计算转化成为求解由廓形NURBS曲线与砂轮打磨端面直线相交围成的面积的问题，砂轮打磨量为廓形横断面打磨面积S；3)利用三次NURBS曲线面积积分量精算公式计算不同打磨模式下单个砂轮的打磨面积S；4)将打磨模式中列车运行速度v、砂轮打磨角度θ和打磨压力p三个打磨参数作为设计变量，打磨面积S为因变量，设计单个砂轮打磨面积的Kriging模型构建方案；5)利用打磨车依次选择对应的打磨模式对一段磨损钢轨进行打磨，并使用钢轨轮廓检测仪获得打磨前后的钢轨廓形坐标值，应用步骤3)确定的打磨面积计算方法，得到30组打磨模式对应的打磨面积S，以此作为训练样本，基于Matlab软件Dace工具箱，使用步骤4)确定的Kriging模型构建方案，构建单个砂轮的打磨面积的Kriging预测模型；6)通过砂轮端面直线与钢轨廓形NURBS曲线的求交算法，获得单个砂轮打磨后的交点为Pn和Qn；7)基于钢轨打磨顺序成形原理，采用步骤6)确定的砂轮端面直线与钢轨廓形NURBS曲线的求交算法设计钢轨打磨廓形预测方案，计算获得任意打磨模式中第n个打磨砂轮打磨完成后的廓形，并将之在图形用户界面中输出；所述步骤4)中单个砂轮打磨面积的Kriging模型构建方案，包括以下步骤：4.1)将打磨模式中列车运行速度v、砂轮打磨角度θ和打磨压力p三个打磨参数作为设计变量，打磨面积S为因变量；4.2)使用拉丁超立方抽样方法在设计空间中对三个打磨参数进行随机抽样组合，获得由三个打磨参数随机组合成的30组打磨模式；4.3)使用打磨列车采用步骤4.2)确定的30组打磨模式进行打磨，并应用钢轨轮廓扫描仪获得打磨前、后钢轨的横断面打磨面积S；4.4)将30组由列车运行速度v、砂轮打磨角度θ和打磨压力p构成的打磨模式及其对应的打磨面积S组合起来，以此作为训练样本，应用Matlab软件Dace工具箱构建单个砂轮打磨面积的Kriging预测模型。