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一種道岔鋼軌件鉆孔尺寸的測量方法
【專利摘要】一種道岔鋼軌件鉆孔尺寸的測量方法，提供了一種基于雙目立體視覺的道岔鋼軌件鋼軌鉆孔和孔間距的測量方法，利用這種方法能夠在鋼軌件生產(chǎn)車間直接實現(xiàn)鉆孔孔徑大小和鉆孔位置的測量，將大大提高工作效率，使得測量工作在現(xiàn)場就可以完成，靈活方便，測量結果準確，顯著提高了測量的精度和速度，從而大大提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種道岔鋼軌件鉆孔尺寸的測量方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于測量方法【技術領域】，涉及到一種能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式測量的道岔鋼軌件 鉆孔尺寸的測量方法。

【背景技術】
[0002] 道岔是鐵路實現(xiàn)列車轉(zhuǎn)線運行的關鍵軌道設備，其技術水平集中反映了一個國家 鐵路軌道的制造水平，道岔制造與組裝的高精度與高平順性是重要的技術指標之一，道岔 鋼軌件的相關尺寸制造精度是影響道岔高精度與高平順性的重要因素之一。目前道岔鋼軌 件鉆孔尺寸以及位置的測量通常都是采用人工接觸式測量方式，人工接觸式測量方式測量 步驟繁瑣，耗時長，精度低，測量效率低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，設計了一種道岔鋼軌件鉆孔尺寸的測量方法， 能實現(xiàn)鋼軌件鉆孔孔徑大小和鉆孔位置的非接觸測量，克服人工測量耗時長、精度不高的 問題，可以大大提高測量效率。
[0004] 本發(fā)明所采取的具體技術方案是：一種道岔鋼軌件鉆孔尺寸的測量方法，關鍵是： 所述的方法包括以下步驟：
[0005] a、進行工業(yè)相機標定：首先采用張正友平面標定法進行標定，通過拍攝在不同平 面的七幅含有平面標定板的圖像，得到工業(yè)相機的內(nèi)參數(shù)矩陣，然后在測量中通過正對的 平面標定板得到該平面標定板所在坐標系下的外參數(shù)矩陣，同時也可以得到兩個工業(yè)相機 之間的基本矩陣；
[0006] b、準備鋼軌件，在鋼軌件上畫出第一檢測孔位，調(diào)整兩個工業(yè)相機的高度和角度， 使兩個工業(yè)相機正對鋼軌件的側面，然后對被測鋼軌件進行拍攝，得到同段鋼軌件的兩個 圖像，并將所拍照片傳輸給控制裝置；
[0007] c、控制裝置對所得的兩個圖像分別進行高斯濾波處理和基于Canny的邊緣檢測， 得到兩幅分別含有鉆孔邊緣的圖像；
[0008] d、通過對步驟c所得的圖像中的橢圓進行檢測得到在圖像中所有橢圓的方程，取 到橢圓上250個點的坐標，通過極幾何約束關系得到兩個圖像中橢圓上的匹配點，然后根 據(jù)匹配點和兩個工業(yè)相機之間的基本矩陣恢復這些匹配點的三維坐標，對這些空間點進行 空間圓的擬合，那么就可以得到鉆孔在空間中的方程，也就得到了鉆孔的孔徑大小和孔徑 的位置；
[0009] e、控制裝置將步驟d所得的數(shù)據(jù)與保存在數(shù)據(jù)庫中的標準數(shù)據(jù)進行比對，給出檢 測結果合格與否的提示，如果合格，在第一檢測孔位打孔，如果不合格，進行步驟f;
[0010] f、重復進行步驟b到步驟e，直至檢測結果合格。
[0011] 步驟e中所述的檢測結果合格是指尺寸誤差小于等于0. 5mm的產(chǎn)品為合格產(chǎn)品， 檢測結果不合格是指尺寸誤差大于〇. 5mm的產(chǎn)品為不合格產(chǎn)品。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：提供了一種基于雙目立體視覺的道岔鋼軌件鋼軌鉆孔和孔 間距的測量方法，利用這種方法能夠在鋼軌件生產(chǎn)車間直接實現(xiàn)鉆孔孔徑大小和鉆孔位置 的測量，將大大提高工作效率，使得測量工作在現(xiàn)場就可以完成，靈活方便，測量結果準確， 顯著提高了測量的精度和速度，從而大大提高了生產(chǎn)效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明中測量裝置的結構示意圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明測量時平面標定板、工業(yè)相機和鋼軌件的位置關系示意圖。
[0015] 圖3為雙目立體視覺的二極幾何約束。
[0016] 附圖中，1代表底座，2代表工業(yè)相機，3代表支撐架，4代表絲杠，5代表電機，6代 表減速機，7代表滑塊，8代表定位橫桿，9代表定位縱桿，10代表全方位云臺，11代表聯(lián)軸 器，12代表滑輪，13代表控制臺，14代表支撐桿，15代表翻板座椅，16代表鋼軌件，17代表 平面標定板。

【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明：
[0018] 如圖1所示，一種道岔鋼軌件鉆孔尺寸測量裝置，包括底座1、兩個工業(yè)相機2、控 制裝置、高度調(diào)節(jié)裝置，兩個工業(yè)相機2和高度調(diào)節(jié)裝置都與控制裝置連接，高度調(diào)節(jié)裝置 沿堅直方向設置在底座1上，兩個工業(yè)相機2沿水平方向?qū)ΨQ設置在高度調(diào)節(jié)裝置的兩側 并與高度調(diào)節(jié)裝置形成升降配合，兩個工業(yè)相機2借助高度調(diào)節(jié)裝置與底座1形成升降配 合。
[0019] 高度調(diào)節(jié)裝置包括門型結構的支撐架3、絲杠4、電機5、減速機6、固定支架，電機5 的輸出軸借助聯(lián)軸器11與減速機6連接，支撐架3的底端與底座1固定連接，絲杠4沿堅 直方向設置在支撐架3門型結構的內(nèi)部，電機5設置在支撐架3的頂部并與控制裝置連接， 絲杠4的頂部穿通支撐架3與減速機6的輸出軸固定連接，絲杠4的底部與底座1形成轉(zhuǎn) 動配合，絲杠4上套裝有滑塊7,固定支架包括定位橫桿8,定位橫桿8的兩端分別設置有一 個定位縱桿9,兩個定位縱桿9對稱設置并都與定位橫桿8垂直設置，兩個定位縱桿9的 端部都固定有全方位云臺10,工業(yè)相機2與全方位云臺10鉸接，定位橫桿8與滑塊7固定 連接，工業(yè)相機2借助滑塊7和絲杠4的配合與底座1形成升降配合。測量時，電機5通過 聯(lián)軸器11帶動減速機6轉(zhuǎn)動，減速機6帶動絲杠4轉(zhuǎn)動，使滑塊7在絲杠4上上升或下降， 滑塊7通過固定支架帶動兩個工業(yè)相機2上升或下降，當兩個工業(yè)相機2到達所需的高度 時電機5停止轉(zhuǎn)動，然后利用全方位云臺10調(diào)整工業(yè)相機2的角度即可，結構簡單，操作方 便。
[0020] 作為對本發(fā)明的進一步改進，在底座1的底端設置多個滑輪12,使得該裝置在進 行水平移動時更加方便省力。
[0021] 作為對本發(fā)明的進一步改進，增設用于放置控制裝置的控制臺13,控制臺13的背 面與支撐架3固定連接，控制臺13的底端固定有支撐桿14,支撐桿14的底端與底座1的上 端固定連接，將控制裝置設置在控制臺13上，作為一個整體，測量時方便操作人員觀察控 制。
[0022] 作為對本發(fā)明的進一步改進，增設與控制臺13相配套的翻板座椅15,翻板座椅15 的底端與底座1固定連接，操作人員可以坐在翻板座椅15上進行操作，更加方便舒適。
[0023] -種道岔鋼軌件鉆孔尺寸的測量方法，關鍵是：所述的方法包括以下步驟：
[0024] a、進行工業(yè)相機標定：首先采用張正友平面標定法進行標定，通過拍攝在不同平 面的七幅含有平面標定板17的圖像，得到工業(yè)相機的內(nèi)參數(shù)矩陣，然后在測量中通過正對 的平面標定板17得到該平面標定板17所在坐標系下的外參數(shù)矩陣，同時也可以得到兩個 工業(yè)相機2之間的基本矩陣，具體步驟如下：
[0025] 對兩個工業(yè)相機2分別使用張正友標定法，得到兩個工業(yè)相機2的內(nèi)參數(shù)矩陣 P:和P2(Zhengyouzhang.AFlexibleNewTechniqueforCameraCalibration.IEEE TransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligence,VOL. 22,NO. 11.),
[0026] 雙目立體視覺的二極幾何約束，如圖3所示，在圖3中，X為空間中一點，u312為 兩個工業(yè)相機2的成像平面，mi，m2為X在兩個工業(yè)相機2的像點，Q，C2為兩個工業(yè)相機2 的光學中心，ei，e2為兩個外極點，lp12分別為m2,mi的外極線；
[0027] 兩個工業(yè)相機2成像的極幾何關系可以用基本矩陣F來刻畫，用基本矩陣來表達 兩幅圖像的外極約束：

【權利要求】
1. 一種道岔鋼軌件鉆孔尺寸的測量方法，其特征在于：所述的方法包括以下步驟： a、 進行工業(yè)相機標定：首先采用張正友平面標定法進行標定，通過拍攝在不同平面的 七幅含有平面標定板（17)的圖像，得到工業(yè)相機的內(nèi)參數(shù)矩陣，然后在測量中通過正對的 平面標定板（17)得到該平面標定板（17)所在坐標系下的外參數(shù)矩陣，同時也可以得到兩 個工業(yè)相機（2)之間的基本矩陣； b、 準備鋼軌件（16)，在鋼軌件（16)上畫出第一檢測孔位，調(diào)整兩個工業(yè)相機（2)的高 度和角度，使兩個工業(yè)相機（2)正對鋼軌件（16)的側面，然后對被測鋼軌件（16)進行拍 攝，得到同段鋼軌件（16)的兩個圖像，并將所拍照片傳輸給控制裝置； c、 控制裝置對所得的兩個圖像分別進行高斯濾波處理和基于Canny的邊緣檢測，得到 兩幅分別含有鉆孔邊緣的圖像； d、 通過對步驟c所得的圖像中的橢圓進行檢測得到在圖像中所有橢圓的方程，取到橢 圓上250個點的坐標，通過極幾何約束關系得到兩個圖像中橢圓上的匹配點，然后根據(jù)匹 配點和兩個工業(yè)相機之間的基本矩陣恢復這些匹配點的三維坐標，對這些空間點進行空間 圓的擬合，那么就可以得到鉆孔在空間中的方程，也就得到了鉆孔的孔徑大小和孔徑的位 置； e、 控制裝置將步驟d所得的數(shù)據(jù)與保存在數(shù)據(jù)庫中的標準數(shù)據(jù)進行比對，給出檢測結 果合格與否的提示，如果合格，在第一檢測孔位打孔，如果不合格，進行步驟f ; f、 重復進行步驟b到步驟e，直至檢測結果合格。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種道岔鋼軌件鉆孔尺寸的測量方法，其特征在于：步驟e 中所述的檢測結果合格是指尺寸誤差小于等于〇. 5mm的產(chǎn)品為合格產(chǎn)品，檢測結果不合格 是指尺寸誤差大于0. 5mm的產(chǎn)品為不合格產(chǎn)品。
【文檔編號】G01B11/14GK104330041SQ201410519973
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權日:2014年9月30日
【發(fā)明者】劉洪柱, 竇燕, 戴坡, 范安然, 鄭玉倩, 喬巨潭 申請人:中鐵山橋集團有限公司