[发明专利]基于结构光的车轮多参数在线测量系统及其测量方法

摘要

一种基于结构光的车轮多参数在线测量系统，其包括车轮传感器、第一车轮在线测量装置及第二车轮在线测量装置，第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置均包括踏面结构光单元、剖面结构光单元及二维图像传感器；踏面结构光单元与剖面结构光单元在车轮上投影出剖面轮廓曲线与踏面轮廓曲线，二维图像传感器摄取图像，并将图像三维重建获取踏面与剖面轮廓信息，根据获取的轮廓信息获得车轮直径、轮缘高及轮缘厚；本发明的可靠性及测量精度高，且减小了外界环境光的影响；还可根据同一个圆上两段剖面结构光轮廓拟合圆求出车轮直径，从而，无需对车轮进行精确定位。此外，本发明还公开了所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统的测量方法。

主权项

1.一种基于结构光的车轮多参数在线测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、安装与标定：(1)将基于结构光的车轮多参数在线测量系统安装于检测路段；所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统包括系统控制器、车轮传感器、第一车轮在线测量装置及第二车轮在线测量装置，所述车轮传感器、第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置均连接于系统控制器上；且车轮传感器、第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置沿列车前进方向依次并排设置；所述第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置均包括有踏面结构光单元、剖面结构光单元及二维图像传感器，所述剖面结构光单元、踏面结构光单元及二维图像传感器沿同一条钢轨外侧排列；所述踏面结构光单元发射出n条线激光，其中，n≥2，所述n条线激光投射到车轮上时，形成n条车轮踏面轮廓曲线；所述剖面结构光单元发射出m条线激光，其中，m≥1，所述m条线激光投射到车轮上时，形成m条车轮剖面轮廓曲线；m条车轮剖面轮廓曲线与n条车轮踏面轮廓曲线相交于踏面轮廓线距内侧面60mm～80mm的区域；且所述的n条车轮踏面轮廓曲线与m条车轮剖面轮廓曲线均位于所述二维图像传感器的成像范围内；(2)标定结构光参数；步骤二、列车车轮参数检测：(1)获取被测列车车轮轮廓信息：列车经过时，车轮传感器检测到车轮后，第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置同时工作，记第一、第二车轮在线测量装置的剖面结构光单元的m条线激光在车轮上的剖面轮廓分别为lp_1‑1、lp_1‑2、……、lp_1‑m、lp_2‑1、lp_2‑2、……、lp_2‑m，第一车轮在线测量装置的踏面结构光单元的n₁条线激光在车轮上的踏面轮廓分别为lt_1‑1、lt_1‑2、……、lt_1‑n1，第二车轮在线测量装置的踏面结构光单元的n₂条线激光在车轮上的踏面轮廓分别为lt_2‑1、lt_2‑2、……、lt_2‑n2，两个二维图像传感器在k个时刻分别拍摄k组车轮底部两段剖面结构光与踏面结构光轮廓图像P_1‑1与P_2‑1、P_1‑2与P_2‑2、……、P_1‑k与P_2‑k，其中，k为自然数；(2)第一组三维轮廓图像重建：根据第一组两个二维图像传感器拍摄的图像P_1‑1与P_2‑1，与步骤一第(2)步中标定的结构光参数，将P_1‑1与P_2‑1进行三维图像重建，得到三维重建后的踏面结构光轮廓lt’_1‑1、lt’_1‑2、……、lt’_1‑n1、lt’_2‑1、lt’_2‑2、……、lt’_2‑n2与三维重建后的剖面结构光轮廓lp’_1‑1、lp’_1‑2、……、lp’_1‑m、lp’_2‑1、lp’_2‑2、……、lp’_2‑m；(3)第一组被测车轮轮廓参数计算：对第一组三维重建后的踏面结构光轮廓lt’_1‑1、lt’_1‑2、……、lt’_1‑n1、lt’_2‑1、lt’_2‑2、……、lt’_2‑n2进行处理，合成一条车轮踏面曲线lt’，根据所述踏面曲线lt’，按定义计算出第一组车轮轮缘高与轮缘厚；或者对所有n₁+n₂条重建后的踏面轮廓分别处理，得到n₁+n₂个车轮轮缘高与轮缘厚数值，剔除误差较大的轮缘高与轮缘厚数值之后，对剩下的车轮轮缘高与轮缘厚数值取平均值，计算出第一组的车轮轮缘高与轮缘厚；(4)第一组被测车轮直径计算：根据第一组三维图像重建后的m对剖面结构光轮廓lp’_1‑1与lp’_2‑1、lp’_1‑2与lp’_2‑2、……、lp’_1‑m与lp’_2‑m，拟合出m个圆C₁、C₂、……、C_m，根据拟合圆方程得出m个直径D₁、D₂、……、D_m；根据轮廓曲线lt’，将所述m个拟合圆直径D₁、D₂、……、D_m修正到滚动圆上，获得m个滚动圆直径值D₁’、D₂’、……、D_m’，剔除误差较大滚动圆直径值后再取平均，得到第一组的车轮直径值D；(5)当k大于1时，对剩下k‑1组图像P_1‑2与P_2‑2、……、P_1‑k与P_2‑k，重复步骤(2)～(4)，计算出k‑1组车轮轮缘高、轮缘厚与直径值；对k组车轮轮缘高、轮缘厚与直径值，剔除误差较大的值后分别取平均，得到最终的被测轮轮缘高、轮缘厚与直径值；(6)踏面擦伤与剥离识别：当轮对不存在擦伤或剥离时，k个时刻三维图像重建后所有剖面结构光轮廓都是连续缓变的弧线，当其中一条剖面结构光轮廓出现突变时，根据突变类型，判断擦伤或者剥离；步骤三、实时判断报警：根据步骤二中测得的车轮直径、轮缘高、轮缘厚与标准值进行比较，求出差值；根据直径差值、轮缘高差值、轮缘厚差值的大小判断是否需要报警提示；根据是否存在擦伤与剥离判断是否需要报警提示，当所有的参数均没有超出设定值以及不存在擦伤与剥离时，则认定为安全；当其中的一个或一个以上的参数超出设定值时，或者存在擦伤与剥离时，系统认定存在隐患进行报警提示。