[发明专利]一种基于面结构光的承载鞍在线检测系统

说明书

技术领域

本发明属于精密测量领域，具体涉及铁路检测中的承载鞍的三维测量系统，可以对安装在列车滚动轴承和转向架侧架导框之间的承载鞍进行实时的在线质量检测。 

背景技术

随着城际铁路和高速铁路的相继投入运行，我国铁路已步入高速铁路新纪元，也意味着我国铁路安全运输生产面临着新的更高要求。为了确保高速、重载列车安全、可靠、准点运行，加大高新科技应用力度、改革运输组织及其设备检修维护方式和手段势在必行。现代铁路的高速化和重载化，给高铁路运输的安全提出了更高的要求，而且迫切需要快速准确的检测铁路零件的三维尺寸。承载鞍是列车滚动轴承装置中的重要配件，也是影响列车速度、载重量和安全性的重要部件之一。 

承载鞍在列车运行中不断地承受着交变载荷，其性能将直接影响行车的稳定和安全。随着铁路车辆的提速，承载鞍的检修质量对列车运行安全的影响也越来越大。目前，承载鞍检测一般采用手工样板测量和机械检测，对大量承载鞍实施检测时难以保证其测量精度，并且工作效率比较低；手写记录也不便于长期保存和查询；在测量过程中需要人工配合搬动，测量后还需进行分类，劳动强度较大。此外，各种承载鞍的外形式样、检修部位尺寸相差较大，测量基准也不易确定，给承载鞍检测带来了相当大的难度。 

近年来，随着计算机技术、图像处理技术、图像分析技术等的快速发展，视觉测量技术得到了迅速发展，视觉测量属于非接触式测量，视觉测量技术可以实现工业现场物体的在线测量。视觉测量属于非接触式测量，视觉检测同以往手工检测和机械检测等检测手段相比，具有检测速度快，可靠性高和对环境适应性强等独特的有点，已在许多工业领域得到广泛应用。 

发明内容

本发明提供一种承载鞍在线检测系统，该系统能够对铁路货车承载鞍三维尺寸在线检测，具有快速、实时的特点。 

本发明提供的一种承载鞍在线检测系统，其特征在于，该系统包括计算机、第一、第二相位轮廓测量子系统； 

第一相位轮廓测量子系统包含第一CCD相机、第二CCD相机和第一DLP投影仪，第二相位轮廓测量子系统包含第三CCD相机、第四CCD相机和第二DLP投影仪； 

在同一相位轮廓测量子系统中，二部CCD相机的光心轴与相对应的DLP投影仪的光心轴夹角均在20至60度之间，并且测量时保持DLP投影仪与相对应的CCD相机的相对位置不变； 

第一至第四CCD相机均通过图像采集卡与计算机相连； 

各CCD相机和各DLP投影仪在测量过程中保持不动，CCD相机的图像采集帧率与DLP投影仪的投影帧率保持一致，安装在旋转工作台上的被检测承载鞍能够随旋转工作台运动，以测量不同位置下承载鞍的整体三维数据。 

本发明提供的使用上述承载鞍在线检测系统进行测量的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤： 

第1步将被检测承载鞍安置于旋转工作台上，旋转工作台位于检测系统的视场范围内，第一、第二投影仪同时向被检测承载鞍表面投射光栅，四部CCD相机同步捕捉经调制变形后的光栅条纹，按下述过程测量被检测 承载鞍的四个不同的工位： 

第1.1步初始化旋转工作台到第一工位，第一、第二投影仪同时向被检测承载鞍表面投射光栅，四部CCD相机同步捕捉经调制变形后的光栅条纹，获取测量鞍面弧面和推力挡肩面的三维点云数据，通过密集的点云数据拟合出鞍面圆弧面的直径和推理挡肩间的距离，分析其磨耗量； 

第1.2步旋转工作台在俯视方向沿顺时针旋转约90°至第二工位，然后通过第一、第二相位轮廓测量子系统获取导框底面和导框内侧面的三维数据，并分析该侧面内侧面间的距离与磨耗； 

第1.3步旋转工作台顺时针旋转90°至第三工位，然后获取被检测承载鞍顶面的三维数据，以磨耗相对均匀的鞍面圆弧面与导框底面作为基准，在检测空间中拟合出基准平面，并分析底面的磨耗量； 

第1.4步旋转工作台再顺时针旋转90°至第四工位，然后通过第一、第二相位轮廓测量子系统获取另一侧导框底面和导框内侧面的三维数据，并分析该侧面内侧面间的距离与磨耗，此时完成所有磨耗面的三维测量； 

第2步计算机首先对变形的黑白正弦光栅进行四步相移解相，计算出被测表面的像素值； 

第3步利用基于极限约束的立体匹配算法获取四部CCD相机所拍摄的图像的匹配点； 

第4步对得到的匹配点进行点云重构，计算出被测物体表面的三维点坐标，完成被检测承载鞍的断面测量；