CN104374327A - 高速动车组车体前窗框三维检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种高速动车组车体前窗框的三维检测方法，包括制作检测辅助靶标，使全站仪能够采集所有检测点坐标；绘制前窗框检测辅助线：根据靶标检测中心点到窗框棱线和玻璃安装面之间的高度和宽度尺寸，将窗框棱线和玻璃安装面在三维图中平移到靶标检测中心点位置，相交得出的曲线即为前窗框检测辅助线；以前窗框最高点、最低点连线和前窗框横梁将前窗框划分为左上、右上、左下、右下四个区域，在四个区域内取相同数量的检测点；待检部件检测曲线和理论检测辅助线的拟合。本发明简化空间直角坐标系转换流程可使窗框这类本身没有明确基准点的部件，完美解决高速动车组车体前窗框这类本身无法找到基准点和检测位置不可达部件的检测问题。

Description

高速动车组车体前窗框三维检测方法
技术领域
本发明公开一种高速动车组车体前窗框的三维检测方法，用于评估高速动车组车体是否满足后续装配和上线运营的精度要求，属于轨道客车制造技术领域。 
背景技术
高速动车组的车体前窗框外形复杂，部件本身无任何明确基准点，测量过程中需要提取大量三维尺寸数据，评估前窗框与前挡风玻璃间下平面和立边接触的两个面的变形情况，使用常规的检测工具如卷尺、高度尺、直角尺、测距仪等无法测量，可以使用全站仪进行检测。但由于车头前窗框在车体前部位置结构特殊，无法利用全站仪的联机、换站实现所有尺寸检测，且部分检测区域无法使用全站仪直接采集检测数据。 
发明内容
本发明公开一种高速动车组车体前窗框的三维检测方法，目的是检测前窗框的变形方向和变形量，评估此部件是否满足后续装配和上线运营的精度要求。 
为实现上述目的，本发明公开一种高速动车组车体前窗框的三维检测方法，其特征在于包括下列步骤： 
1、制作检测辅助靶标，使全站仪能够采集所有检测点坐标：根据窗框断面图、窗框棱线和玻璃安装面之间的高度和宽度尺寸设计靶标，靶标包括检测转换头、反光贴片、磁铁旋转座、基座和沉头螺钉五部分组成，反光贴片位于检测转换头的中心区域与检测转换头同心，检测转换头下面设置磁性旋转座，磁性旋转座与基座通过沉头螺钉固定连接；
2、绘制前窗框检测辅助线：根据靶标检测中心点到窗框棱线和玻璃安装面之间的高度和宽度尺寸，将窗框棱线和玻璃安装面在三维图中平移到靶标检测中心点位置，相交得出的曲线即为前窗框检测辅助线；
3、在前窗框相对最高点和最低点处各取一点，另外，以最高点、最低点连线和前窗框横梁(附图中件号1)将前窗框划分为左上、右上、左下、右下四个区域，在四个区域内取相同数量的检测点；
4、待检部件检测曲线和理论检测辅助线的拟合：利用平面直角坐标系转换方法对检测数据进行坐标系转换，使待检部件检测曲线和理论检测辅助线实现拟合。
本发明通过绘制检测辅助线将前窗框这种存在检测不可达位置的部件，通过计算得出辅助线位置，利用三维绘图软件绘制辅助线，同时制作与辅助线配套使用的特制靶标，实现所有位置的检测；简化空间直角坐标系转换流程可使窗框这类本身没有明确基准点的部件，避开空间直角坐标系转换方法实现实测数据坐标系和理论坐标系最佳拟合；然后以EXCEL程序为基础，通过对比实测数据与理论坐标系的差距，实现前窗框实测数据坐标与理论坐标系的匹配，达到前窗框实测数据坐标系和理论坐标系最佳拟合的目的。完美解决高速动车组车体前窗框这类本身无法找到基准点和检测位置不可达部件的检测问题。  
附图说明
图1是前窗框在整个车体的位置和形状示意图； 
图2-1是前窗框检测辅助线主视图、图2-2是前窗框检测辅助线左视图、图2-3是前窗框检测辅助线俯视图、图2-4是前窗框型材断面图，图中标注位置为辅助线位置；
图3-1、图3-2是前窗框检测靶标设计图；
图4是处理数据的流程图。
具体实施方式
1、车辆放置状态确定 
将待检车辆放置在稳定、水平的台位上，保持其正前方10米范围内视野清晰，地面无障碍物，架设好全站仪。
2、靶标设计 
前窗框外形复杂，制作普通靶标至少需四个才能实现360°全方位检测，根据辅助线尺寸设计可旋转靶标头，实现单个靶标全程检测。
参照图3-1、3-2，为CRH380B型动车组前窗框检测靶标，激光靶标中心距前窗框型材两个面的尺寸和与检测辅助线尺寸一致。 
前窗框检测用靶标见图3-1、图3-2：检测转换头1和基座碳钢1加工后做表面防腐处理，磁铁旋转座2使用磁铁加工。利用沉头螺钉连接基座和磁铁旋转座，将反光贴片4中心与检测转换头中心重合粘接在一起，即完成靶标的准备工作。     
3、辅助线位置确定
如图1，车头前窗框处于车身前端，三维外形复杂，其最低点所处位置全站仪无法直接捕捉，需要通过试验确定全站仪能够捕捉到的区域，在此区域内绘制检测辅助线。
参照图2-1、2-2、2-3、2-4，为CRH380B型动车组前窗框检测辅助线及定位尺寸，此区域内所有的检测点都在全站仪捕捉范围内。 
4、辅助线理论坐标读取 
以最高点和最低点连线的中点作为O点，以最高点到最低点在XZ平面投影的连线作为X轴正方向。将检测辅助线等分为若干点(X轴坐标值间距0.01)，读取各点理论坐标值(X,Y,Z)，建立检测辅助线理论坐标值数据库。
5、前窗框检测数据采集 
利用全站仪配合靶标进行前窗框检测数据的采集工作。靶标使用时基座直角底边与前窗框玻璃安装面贴严，立面短边与前窗框棱线接触，即可进行数据采集工作。
参照图1，数据采集过程中需在前窗框最高点和最低点处各取一点，此处要求取点位置相对准确即可。另外，以最高点、最低点连线和前窗框横梁A将前窗框划分为左上、右上、左下、右下四个区域，在四个区域内取相同数量的检测点(每个区域各取10个点)； 
获得检测坐标：取得所有检测点坐标后，在测量坐标系中，以最高点和最低点连线的中点作为O点，以最高点到最低点在XZ平面投影的连线作为X轴正方向，建立空间直角坐标系，得出各检测点坐标值；
6、实测数据处理方法
实测数据处理过程图4所示，具体运行流程如下：
⑴将第4步获得的检测点坐标值导入到程序中；
⑵检测数据一步修正：计算检测数据最高点、最低点X轴坐标差值和Z轴坐标差值比例，之后与理论值进行对比；
若两者比值相同，则直接进入下一步程序；若两者比值不同，则计算两者间的偏转角度n，之后利用平面旋转公式完成XZ平面旋转，
即：x'=x*cos(n)+y*sin(n)         y'=-x*sin(n)+y*cos(n)。
⑶理论数据读取对比：从数据库中读取出与第⑵步修正后得出的坐标X值最接近的理论坐标值； 
⑷检测数据二步修正：对比左上、右上、左下、右下四个区域Y轴偏转值，计算四个区域Y轴偏转均值；
若偏转均值为0，则直接进入下一步程序；若偏转均值不是0，则计算两者间的偏转角度n，之后利用平面旋转公式完成XY平面旋转，
⑸检测数据三步修正：对比左上、右上、左下、右下四个区域Z轴偏转值，计算四个区域Z轴偏转均值；
若偏转均值为0，则直接进入下一步程序；若偏转均值不是0，则计算两者间的偏转角度n，之后利用平面旋转公式完成YZ平面旋转；
⑹检测数据四步修正：旋转后确定实测的最高点和最低点X值，读取此两点理论坐标，计算实测数据最高点、最低点X轴坐标差值和Z轴坐标差值比例，之后与理论值进行对比；
若两者比值相同，则直接进入下一步程序；若两者比值不同，则计算两者间的偏转角度n，之后利用平面旋转公式完成XZ平面旋转；
⑺差值计算：利用公式 计算修正后各检测点(X1,Y1,Z1)到所有数据库中理论坐标点(X,Y,Z)的距离(S)，生成计算结果数据库，从中筛出最小值对应的理论坐标，
利用公式和计算实测点在宽度方向(XY平面)和高度方向(XZ平面)的偏移量；
⑻计算结果输出：如下表所示，将计算出的各点变形量输出。各超差点自动生成红色标记，表中S表示实测点在前窗框型材立面(宽度)的偏差，H表示实测点在前窗框型材下平面(高度)的偏差。若输出值为正数，则表示此检测点较理论值宽或高；若输出值为负数，则表示此检测点较理论值窄或低。
 。 

Claims (2)

1.一种高速动车组车体前窗框的三维检测方法，其特征在于包括下列步骤：
（1）制作检测辅助靶标，使全站仪能够采集所有检测点坐标：根据窗框断面图、窗框棱线和玻璃安装面之间的高度和宽度尺寸设计靶标，靶标包括检测转换头、反光贴片、磁铁旋转座、基座和沉头螺钉五部分组成，反光贴片位于检测转换头的中心区域与检测转换头同心，检测转换头下面设置磁性旋转座，磁性旋转座与基座通过沉头螺钉固定连接；
（2）绘制前窗框检测辅助线：根据靶标检测中心点到窗框棱线和玻璃安装面之间的高度和宽度尺寸，将窗框棱线和玻璃安装面在三维图中平移到靶标检测中心点位置，相交得出的曲线即为前窗框检测辅助线；
（3）在前窗框相对最高点和最低点处各取一点，另外，以最高点、最低点连线和前窗框横梁将前窗框划分为左上、右上、左下、右下四个区域，在四个区域内取相同数量的检测点；
（4）待检部件检测曲线和理论检测辅助线的拟合：利用平面直角坐标系转换方法对检测数据进行坐标系转换，使待检部件检测曲线和理论检测辅助线实现拟合。
2.根据权利要求1所述的高速动车组车体前窗框的三维检测方法，其特征在于：对所述的第（3）步取得的相同数量的检测点的处理过程如下：
⑴将获得的检测点坐标值导入；
⑵检测数据一步修正：计算检测数据最高点、最低点X轴坐标差值和Z轴坐标差值比例，之后与理论值进行对比；
若两者比值相同，则直接进入下一步程序；若两者比值不同，则计算两者间的偏转角度n，之后利用平面旋转公式完成XZ平面旋转，
即：x'=x*cos(n)+y*sin(n)         y'=-x*sin(n)+y*cos(n)；
⑶理论数据读取对比：从数据库中读取出与第⑵步修正后得出的坐标X值最接近的理论坐标值；
⑷检测数据二步修正：对比左上、右上、左下、右下四个区域Y轴偏转值，计算四个区域Y轴偏转均值；
若偏转均值为0，则直接进入下一步程序；若偏转均值不是0，则计算两者间的偏转角度n，之后利用平面旋转公式完成XY平面旋转，
⑸检测数据三步修正：对比左上、右上、左下、右下四个区域Z轴偏转值，计算四个区域Z轴偏转均值；
若偏转均值为0，则直接进入下一步程序；若偏转均值不是0，则计算两者间的偏转角度n，之后利用平面旋转公式完成YZ平面旋转；
⑹检测数据四步修正：旋转后确定实测的最高点和最低点X值，读取此两点理论坐标，计算实测数据最高点、最低点X轴坐标差值和Z轴坐标差值比例，之后与理论值进行对比；
若两者比值相同，则直接进入下一步程序；若两者比值不同，则计算两者间的偏转角度n，之后利用平面旋转公式完成XZ平面旋转；
 ⑺差值计算：利用公式                                                计算修正后各检测点(X1,Y1,Z1)到所有数据库中理论坐标点(X,Y,Z)的距离(S)，生成计算结果数据库，从中筛出最小值对应的理论坐标，
利用公式和计算实测点在宽度方向(XY平面)和高度方向(XZ平面)的偏移量；
⑻计算结果输出：将计算出的各点变形量输出，各超差点自动生成红色标记，表中S表示实测点在前窗框型材立面即宽度偏差，H表示实测点在前窗框型材下平面即高度偏差；若输出值为正数，则表示此检测点较理论值宽或高；若输出值为负数，则表示此检测点较理论值窄或低。
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