CN104778379A - 重轨头宽与冠状饱满度的参数化公差判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重轨头宽与冠状饱满度的参数化公差判定方法，解决现有判断方法在重轨扫描断面有细节变化不能随动变化，误差大的问题。重轨头宽的参数化公差判定方法：先拟合计算轨底直线方程，根据该方程确定左腹区和右腹区，然后分别在左腹区和右腹区选点并计算中心线拟合直线方程；在上述基础上分别计算轨头上头宽和轨头下头宽，并进行轨头上头宽和下头宽的公差比较判断；分别得出轨头上头宽和下头宽合格、不合格、警告合格的结论。重轨轨头冠状参数化判定方法，先用上述相同方法确定中心线拟合直线方程，再通过在重轨扫描断面轮廓冠状顶端选点、建立直线方程和计算，最后对轨头冠状饱满度公差比较判断。本方法具有测算精度高的优点。

Description

重轨头宽与冠状饱满度的参数化公差判定方法

技术领域

本发明涉及轧钢领域，尤其涉及一种重轨头宽与冠状饱满度的参数化公差判定方法。

背景技术

在钢轨生产中，重轨断面规格是其质量的一个重要方面。自动测量装置，例如钢轨断面轮廓测量仪的使用使重轨断面轮廓参数得到及时精确的测量，得到钢轨断面轮廓的一系列坐标，例如S₁(x₁，y₁)、S₂(x₂，y₃)、S₃(x₃，y₃)、S₄(x₄，y₄)……这些坐标点形成参数化的重轨扫描断面轮廓。

重轨扫描断面轮廓头宽包括上头宽和下头宽，现有的上头宽计算方法是：计算轨底上一定高度的水平线通过的轨头的两个点之间的距离，将该距离作为上头宽，这样的计算方法误差很大，与实际测量可比性差。对于下头宽，采用轨头两侧最外侧两点之间的距离，存在误差大的问题。总之，现有的头宽计算方法在重轨扫描断面有细节变化不能随动变化，测量值误差大。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是：提供一种重轨头宽参数化公差判定方法，解决现有的头宽计算方法在重轨扫描断面有细节变化不能随动变化，测量误差大的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：重轨头宽的参数化公差判定方法，包括以下步骤：

步骤一：确定中心线

(1)、计算轨底拟合直线方程

在重轨扫描断面轮廓轨底选取n个点，分别记为S₁(x_s1，y_s1)、S₂(x_s2，y_s2)……S_n(x_sn，y_sn)，其中n≥2，根据选取点计算得到重轨扫描断面轮廓轨底拟合线直线方程：y_d＝a₁·x_d+b₁，式中：

$a_1=\frac{n\underset{i=1}{\overset{n}{\text{\Σ}}}{x}_{\mathrm{si}}{y}_{\mathrm{si}}-\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{si}}\right)\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{si}}\right)}{n\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{si}}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{si}}\right)}^2}$

$b_1=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{si}}}{n}-a_1\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{si}}}{n}$

(2)、确定左腹区和右腹区

将步骤一第(1)步得到的轨底拟合直线向上平移至左侧或右侧轨腰圆弧下切点以上至少2mm，将轨底拟合直线向上平移至左侧或右侧轨腰圆弧上切点以下至少2mm，所述两次平移的轨底拟合直线分别与左侧轨腰圆弧和右侧轨腰圆弧相交并形成左腹区和右腹区；

(3)、确定中心线拟合点

在左腹区选取m个点：T₁(x_t1，y_t1)、T₂(x_t2，y_t2)……T_m(x_tm，y_tm)；在右腹区选取m个点：U₁(x_u1，y_u1)、U₂(x_u2，y_u2)……U_m(x_um，y_um)，其中m≥2，并且点T_i(x_ti，y_ti)和点U_i(x_ui，y_ui)(1≤i≤m，且i为正整数)的纵坐标值相等或者最接近；

确定中心线拟合点为W₁(x_w1，y_w1)、W₂(x_w2，y_w2)……W_m(x_wm，y_wm)，其中点W_i(x_wi，y_wi)为点T_i(x_ti，y_ti)和点U_i(x_ui，y_ui)的中点(1≤i≤m，且i为正整数)；

(4)、计算中心线拟合直线方程

根据W₁(x_w1，y_w1)、W₂(x_w2，y_w2)……W_m(x_wm，y_wm)，计算得到重轨扫描断面轮廓中心线拟合直线方程：y_z＝a₂·x_z+b₂，式中：

$a_2=\frac{m\underset{i=1}{\overset{m}{\text{\Σ}}}{x}_{\mathrm{wi}}{y}_{\mathrm{wi}}-\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{wi}}\right)\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{wi}}\right)}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{wi}}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{wi}}\right)}^2}$

$b_2=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{wi}}}{m}-a_2\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{wi}}}{m}$

步骤二：轨头上头宽的判定

(1)、在重轨踏面找到A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点，要求A(x_A，y_A)和B(x_B，y_B)到所述中心线拟合直线的距离均为TC；

其中TC为标准重轨A_b、B_b两点距离的一半，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；

(2)、建立过A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点的直线方程，再向轨底方向平移TD与重轨扫描轮廓相交于C(x_C，y_C)、D(x_D，y_D)两点，再计算C(x_C，y_C)和D(x_D，y_D)之间的距离作为轨头上头宽TB′；

其中TD为钢轨测量标准中轨头A_bB_b连线与C_bD_b连线之间的距离，C_b、D_b分别为标准重轨断面，连接A_b、B_b两点另一圆弧段的下端点；

(3)轨头上头宽的比较判断

若(TB′-TB)＞TBup或(TB′-TB)<TBdown，则轨头上头宽不合格；

若TBdownY≤(TB′-TB)≤TBupY，则轨头上头宽合格；

否则警告合格；

其中：TB为轨头上宽度标准尺寸、TBdown为轨头上头宽下公差，TBup为轨头上头宽上公差，TBdownY轨头上头宽警告下公差，TBupY为轨头上头宽警告上公差；

步骤三：轨头下头宽的判定

(1)、在重轨踏面找到A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点，要求A(x_A，y_A)和B(x_B，y_B)到所述中心线拟合直线的距离均为TC；

其中TC为标准重轨A_b、B_b两点距离的一半，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；

(2)、建立轨头下宽选点区

建立过A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点的直线方程，将直线AB平移至左侧或右侧轨头最宽点以上至少2mm，将直线AB平移至左侧或右侧轨头最宽点以下至少4mm，所述直线AB两次平移与重轨断面扫描轮廓相交形成轨头下宽选点区；

(3)、在所述轨头下宽选点区找出横坐标值最大和最小的两个点N(x_N，y_N)、M(x_M，y_M)，再计算M(x_M，y_M)到中心线拟合直线的距离，计算N(x_N，y_N)到中心线拟合直线的距离，将M到中心线拟合直线的距离与N到中心线拟合直线的距离的和作为轨头下宽度TA′；

(4)、轨头下头宽的比较判断

若(TA′-TA)＞TAup或(TA′-TA)<TAdown，则轨头下头宽不合格；

若TAdownY≤(TA′-TA)≤TAupY，则轨头下头宽合格；

否则警告合格；

其中：TA为轨头上宽度标准尺寸、TAdown为轨头上头宽下公差，TAup为轨头上头宽上公差，TAdownY轨头上头宽警告下公差，TAupY为轨头上头宽警告上公差。

上述步骤二和步骤三的顺序可调换。

进一步的是，所述步骤一的第(1)步中，在重轨扫描断面轮廓轨底选取的n个点中，任意一点到重轨扫描轮廓轨底左侧边或轨底右侧边的距离均不少于5mm。

进一步的是，所述步骤一的第(1)步中，在重轨扫描断面轮廓轨底选取的n个点中，相邻两点之间的间距相等。通过等距选取轨底选点区的点，可以简化选点计算。

进一步的是，所述步骤一第(2)步中，轨底拟合直线向上平移至左侧或右侧轨腰圆弧下切点以上2-6mm。

进一步的是，所述步骤一第(2)步中，轨底拟合直线向上平移至左侧或右侧轨腰圆弧上切点以下2-6mm。

本发明要解决的第二个技术问题是：提供一种重轨轨头冠状饱满度的参数化判定方法。

本解决所述第二个问题采用的技术方案是：重轨轨头冠状饱满度参数化的判定方法，包括以下步骤：

步骤一：确定中心线

该步骤与上述“重轨头宽的参数化公差判定方法”的步骤一相同；

步骤二：轨头冠状饱满度的判定

(1)、在重轨踏面找到A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点，A(x_A，y_A)和B(x_B，y_B)到所述中心线拟合直线的距离均为TC；

其中TC为标准重轨A_b、B_b两点距离的一半，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；

(2)、分别在A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点远离中心线拟合直线的一侧找到A′(x_A′，y_A′)和B′(x_B′，y_B′)两点，要求A与A′的横坐标之差、B与B′的横坐标之差均为d；

其中d为标准重轨的A_b、B_b两处的测量凸起物的横坐标差，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；

(3)、根据A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)和A′(x_A′，y_A′)、B′(x_B′，y_B′)确定A″(x_A″，y_A″)、B″(x_B″，y_B″)，A″和B″的坐标确定方法如下：

若y_A′≤y_A-h，则x_A″＝x_A、y_A″＝y_A；

若y_A′＞y_A-h，则x_A″＝x_A′、y_A″＝y_A′+h；

若y_B′≤y_B-h，则x_B″＝x_B、y_B″＝y_B；

若y_B′＞y_B-h，则x_B″＝x_B′、y_B″＝y_B′+h；

其中h为标准重轨A_b、B_b两处的测量凸起物的纵坐标差，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；对于60kg/m的重轨h为1.01mm；

(4)、建立过A″(x_A″，y_A″)和B″(x_B″，y_B″)两点的直线方程；

(5)、将重轨扫描断面轮廓冠状顶端距离中心线拟合直线(y_z＝a₂·x_z+b₂)的距离不超过5.5mm的所有点作为冠状取点区；

在冠状取点区选取多个点并计算各点到A″B″直线方程的距离，取最大值记为TH′；

(6)轨头冠状饱满度的判定

若(TH′-TH)＞THup或(TH′-TH)<THdown，则不合格；

若THdownY≤(TH′-TH)≤THupY，则合格；

否则警告合格；

其中：TH为重轨冠状标准高度、THdown为冠状高度下公差，THup为冠状高度上公差，THdownY为冠状高度告下公差，THupY为冠状高度警告上公差。

本发明的有益效果是：提供一种重轨断面轮廓头宽、冠状参数化的判定方法，该方法测量精度高，断面尺寸随动性强，测量值准确度高，而且可通过计算机程序实现，有利于提高钢轨检测的自动化程度，降低人工测量比例，提高生产节奏。

附图说明

图1是本发明60kg/m重轨扫描断面轮廓轨头上头宽、下头宽的参数化公差判定方法实施例的符号标记；

图2是本发明60kg/m重轨扫描断面轮廓轨头重轨轨头冠状饱满度参数化的判定方法实施例的符号标记。

附图标记：轨底选点区Ⅰ、左腹区Ⅱ、右腹区Ⅲ、轨头下宽选点区Ⅳ、冠状取点区Ⅴ、右侧轨腰圆弧下切点E、右侧轨腰圆弧上切点F。

具体实施方式

本实施例以60kg/m重轨为例，结合附图对本发明作进一步的说明。

重轨头宽的参数化公差判定方法，包括以下步骤：

步骤一：确定中心线

(1)计算轨底拟合直线方程

首先在重轨轨底建立轨底选点区Ⅰ，如图1所示，所述轨底选点区Ⅰ左侧边界点与重轨扫描轮廓轨底左侧边的距离不少于5mm，并且轨底选点区Ⅰ右侧边界点与重轨扫描轮廓轨底右侧边的距离不少于5mm，例如图示均取值5.00mm。轨底选点区Ⅰ两侧的边界点与重轨扫描轮廓轨底对应侧的距离可为5-10mm，这样既可剔除轨底倒角的影响，又能保证轨底选点区Ⅰ对轨底的代表性，减少轨底的有效数据的舍弃。

然后，在所述轨底选点区Ⅰ内选取n个点，分别记为S₁(x_s1，y_s1)、S₂(x_s2，y_s2)……S_n(x_sn，y_sn)，其中n≥2，为了提高计算精度，可尽量多地取点。为了简化计算还可等距地取点，当然也可非等距任意取点。再根据选取点计算得到重轨扫描断面轮廓轨底拟合线直线方程：y_d＝a₁·x_d+b₁，式中：

$a_1=\frac{n\underset{i=1}{\overset{n}{\text{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{si}}{y}_{\mathrm{si}}-\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{si}}\right)\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_{\mathrm{si}}\right)}{n\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{si}}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{si}}\right)}^2}$

$b_1=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_{\mathrm{si}}}{n}-a_1\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{si}}}{n}$

(2)、确定左腹区和右腹区

将上述步骤一第(1)步得到的轨底拟合直线(y_d＝a₁·x_d+b₁)平移至左侧或右侧轨腰圆弧下切点以上至少2mm，例如将轨底拟合直线向上平移至右侧轨腰圆弧下切点M以下4.30mm；

将轨底拟合直线(y_d＝a₁·x_d+b₁)向上平移至左侧或右侧轨腰圆弧上切点以下至少2mm，例如将轨底拟合直线向上平移至右侧轨腰圆弧上切点N以上4.42mm；

两次平移的轨底拟合直线分别与左侧轨腰圆弧和右侧轨腰圆弧相交并形成左腹区Ⅱ和右腹区Ⅲ。

(3)、确定中心线拟合点

在左腹区Ⅱ内选取m个点：T₁(x_t1，y_t1)、T₂(x_t2，y_t2)……T_m(x_tm，y_tm)；在右腹区Ⅲ选取m个点：U₁(x_u1，y_u1)、U₂(x_u2，y_u2)……U_m(x_um，y_um)，其中m≥2，并且要求点T_i(x_ti，y_ti)和点U_i(x_ui，y_ui)(1≤i≤m，且i为正整数)的纵坐标值相等或者最接近。

例如，可先在左腹区Ⅱ选取m个点：T₁(x_t1，y_t1)、T₂(x_t2，y_t2)……T_m(x_tm，y_tm)，并以此T_m(x_tm，y_tm)为基准，在右腹区Ⅲ对应地选取m个纵坐标相等或者最接近点U_m(x_um，y_um)。当然，也可反过来通过左腹区Ⅲ的选点来确定左腹区Ⅱ的选点。

确定中心线拟合点为W₁(x_w1，y_w1)、W₂(x_w2，y_w2)……W_m(x_wm，y_wm)，其中点W_i(x_wi，y_wi)为点T_i(x_ti，y_ti)和点U_i(x_ui，y_ui)的中点(1≤i≤m，且i为正整数)；

(4)、计算中心线拟合直线方程

根据W₁(x_w1，y_w1)、W₂(x_w2，y_w2)……W_m(x_wm，y_wm)(1≤i≤m，且i为正整数)计算得到重轨扫描断面轮廓中心线拟合直线方程：y_z＝a₂·x_z+b₂，式中：

$a_2=\frac{m\underset{i=1}{\overset{m}{\text{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{wi}}{y}_{\mathrm{wi}}-\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{wi}}\right)\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_{\mathrm{wi}}\right)}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{wi}}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{wi}}\right)}^2}$

$b_2=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_{\mathrm{wi}}}{m}-a_2\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{wi}}}{m}$

步骤二：轨头上头宽的判定

(1)、在重轨踏面找到A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点，要求A(x_A，y_A)和B(x_B，y_B)到所述中心线拟合直线的距离均为TC；

其中TC为标准重轨A_b、B_b两点距离的一半，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；对于60kg/m重轨，TC的值为25.35mm。

(2)、建立过A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点的直线方程，再向轨底方向平移TD与重轨扫描轮廓相交于C(x_C，y_C)、D(x_D，y_D)两点，再计算C(x_C，y_C)和D(x_D，y_D)之间的距离作为轨头上头宽TB′；

其中TD为钢轨测量标准中轨头A_bB_b连线与C_bD_b连线之间的距离，C_b、D_b分别为标准重轨断面，连接A_b、B_b两点另一圆弧段的下端点；对于60kg/m重轨，TD的值为11.96mm。

(3)轨头上头宽的比较判断

若(TB′-TB)＞TB up或(TB′-TB)<TBdown，则轨头上头宽不合格；

若TBdownY≤(TB′-TB)≤TBupY，则轨头上头宽合格；

否则警告合格；

其中：TB为轨头上宽度标准尺寸、TBdown为轨头上头宽下公差，TBup为轨头上头宽上公差，TBdownY轨头上头宽警告下公差，TBupY为轨头上头宽警告上公差；

步骤三：轨头下头宽的判定

(1)、在重轨踏面找到A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点，要求A(x_A，y_A)和B(x_B，y_B)到所述中心线拟合直线的距离均为TC；

其中TC为标准重轨A_b、B_b两点距离的一半，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；对于60kg/m重轨，TC的值为25.35mm。

(2)、建立轨头下宽选点区

建立过A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点的直线方程，将直线AB平移至左侧或右侧轨头最宽点以上至少2mm，例如取值2.63mm；

将直线AB平移至左侧或右侧轨头最宽点以下至少4mm，例如4.37mm，所述两次平移直线AB与重轨断面扫描轮廓相交形成轨头下宽选点区Ⅳ；

(3)、在所述轨头下宽选点区Ⅳ找出横坐标值最大和最小的两个点N(x_N，y_N)、M(x_M，y_M)，再计算M(x_M，y_M)到中心线拟合直线的距离，N(x_N，y_N)到中心线拟合直线的距离，将M到中心线拟合直线的距离与N到中心线拟合直线的距离的和作为轨头下宽度TA′；

(4)、轨头下头宽的比较判断

若(TA′-TA)＞TAup或(TA′-TA)<TAdown，则轨头下头宽不合格；

若TAdownY≤(TA′-TA)≤TAupY，则轨头下头宽合格；

否则警告合格；

其中：TA为轨头上宽度标准尺寸、TAdown为轨头上头宽下公差，TAup为轨头上头宽上公差，TAdownY轨头上头宽警告下公差，TAupY为轨头上头宽警告上公差。

此外，本发明还提供一种重轨轨头冠状饱满度参数化判定方法。如图2所示，重轨轨头冠状饱满度参数化的判定方法，包括以下步骤：

步骤一：确定中心线

该步骤一与上述“重轨头宽的参数化公差判定方法”实施例的步骤一相同；

步骤二：轨头冠状饱满度的判定

(1)、在重轨踏面找到A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点，要求A(x_A，y_A)和B(x_B，y_B)到所述中心线拟合直线的距离均为TC；

其中TC为标准重轨A_b、B_b两点距离的一半，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；对于60kg/m重轨，TC的值为25.35mm。

(2)、分别在A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点远离中心线拟合直线的一侧找到A′(x_A′，y_A′)和B′(x_B′，y_B′)两点，要求A与A′的横坐标之差、B与B′的横坐标之差均为d；

其中d为标准重轨的A_b、B_b两处的测量凸起物的横坐标差，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；对于60kg/m重轨，d＝2.82mm。

(3)、根据A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)和A′(x_A′，y_A′)、B′(x_B′，y_B′)确定A″(x_A″，y_A″)、B″(x_B″，y_B″)，A″和B″的坐标确定方法如下：

若y_A′≤y_A-h，则x_A″＝x_A、y_A″＝y_A；

若y_A′＞y_A-h，则x_A″＝x_A′、y_A″＝y_A′+h；

若y_B′≤y_B-h，则x_B″＝x_B、y_B″＝y_B；

若y_B′＞y_B-h，则x_B″＝x_B′、y_B″＝y_B′+h；

其中h为标准重轨A_b、B_b两处的测量凸起物的纵坐标差，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；对于60kg/m的重轨h为1.01mm；

(4)、建立过A″(x_A″，y_A″)和B″(x_B″，y_B″)两点的直线方程；

(5)、将重轨扫描断面轮廓冠状顶端距离中心线拟合直线(y_z＝a₂·x_z+b₂)的距离不超过5.5mm的所有点作为冠状取点区Ⅴ；

在冠状取点区Ⅴ中选取多个点并分别计算各点到A″B″直线方程的距离，取最大值记为TH′；

(6)轨头冠状饱满度的判定

若(TH′-TH)＞THup或(TH′-TH)<THdown，则不合格；

若THdownY≤(TH′-TH)≤THupY，则合格；

否则警告合格；

其中：TH为重轨冠状标准高度、THdown为冠状高度下公差，THup为冠状高度上公差，THdownY为冠状高度告下公差，THupY为冠状高度警告上公差。

本发明提供一种重轨断面轮廓头宽、冠状饱满度参数化的判定方法，该方法测量精度高，断面尺寸随动性强，测量值准确度高，而且可通过计算机程序实现，有利于提高钢轨检测的自动化程度，降低人工测量比例，提高生产节奏。

Claims (6)

1.重轨头宽的参数化公差判定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：确定中心线

(1)、计算轨底拟合直线方程

在重轨扫描断面轮廓轨底选取n个点，分别记为S₁(x_s1，y_s1)、S₂(x_s2，y_s2)……S_n(x_sn，y_sn)，其中n≥2，根据选取点计算得到重轨扫描断面轮廓轨底拟合线直线方程：y_d＝a₁·x_d+b₁，式中：

$a_1=\frac{n\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{si}}{y}_{\mathrm{si}}-\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{si}}\right)\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_{\mathrm{si}}\right)}{n\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{si}}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{si}}\right)}^2}$

$b_1=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_{\mathrm{si}}}{n}-a_1\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{si}}}{n}$

(2)、确定左腹区和右腹区

将步骤一第(1)步得到的轨底拟合直线向上平移至左侧或右侧轨腰圆弧下切点以上至少2mm，将轨底拟合直线向上平移至左侧或右侧轨腰圆弧上切点以下至少2mm，所述两次平移的轨底拟合直线分别与左侧轨腰圆弧和右侧轨腰圆弧相交并形成左腹区和右腹区；

(3)、确定中心线拟合点

在左腹区选取m个点：T₁(x_t1，y_t1)、T₂(x_t2，y_t2)……T_m(x_tm，y_tm)；在右腹区选取m个点：U₁(x_u1，y_u1)、U₂(x_u2，y_u2)……U_m(x_um，y_um)，其中m≥2，并且点T_i(x_ti，y_ti)和点U_i(x_ui，y_ui)(1≤i≤m，且i为正整数)的纵坐标值相等或者最接近；

确定中心线拟合点为W₁(x_w1，y_w1)、W₂(x_w2，y_w2)……W_m(x_wm，y_wm)，其中点W_i(x_wi，y_wi)为点T_i(x_ti，y_ti)和点U_i(x_ui，y_ui)的中点(1≤i≤m，且i为正整数)；

(4)、计算中心线拟合直线方程

根据W₁(x_w1，y_w1)、W₂(x_w2，y_w2)……W_m(x_wm，y_wm)，计算得到重轨扫描断面轮廓中心线拟合直线方程：y_z＝a₂·x_z+b₂，式中：

$a_2=\frac{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{wi}}{y}_{\mathrm{wi}}-\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{wi}}\right)\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_{\mathrm{wi}}\right)}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{wi}}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{wi}}\right)}^2}$

$b_2=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_{\mathrm{wi}}}{m}-a_2\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{wi}}}{m}$

步骤二：轨头上头宽的判定

(1)、在重轨踏面找到A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点，要求A(x_A，y_A)和B(x_B，y_B)到所述中心线拟合直线的距离均为TC；

其中TC为标准重轨A_b、B_b两点距离的一半，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；

(2)、建立过A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点的直线方程，再向轨底方向平移TD与重轨扫描轮廓相交于C(x_C，y_C)、D(x_D，y_D)两点，再计算C(x_C，y_C)和D(x_D，y_D)之间的距离作为轨头上头宽TB′；

其中TD为钢轨测量标准中轨头A_bB_b连线与C_bD_b连线之间的距离，C_b、D_b分别为标准重轨断面，连接A_b、B_b两点另一圆弧段的下端点；

(3)轨头上头宽的比较判断

若(TB′-TB)＞TBup或(TB′-TB)<TBdown，则轨头上头宽不合格；

若TBdownY≤(TB′-TB)≤TBupY，则轨头上头宽合格；

否则警告合格；

其中：TB为轨头上宽度标准尺寸、TBdown为轨头上头宽下公差，TBup为轨头上头宽上公差，TBdownY轨头上头宽警告下公差，TBupY为轨头上头宽警告上公差；

步骤三：轨头下头宽的判定

(1)、在重轨踏面找到A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点，要求A(x_A，y_A)和B(x_B，y_B)到所述中心线拟合直线的距离均为TC；

其中TC为标准重轨A_b、B_b两点距离的一半，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；

(2)、建立轨头下宽选点区

建立过A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点的直线方程，将直线AB平移至左侧或右侧轨头最宽点以上至少2mm，将直线AB平移至左侧或右侧轨头最宽点以下至少4mm，所述直线AB两次平移与重轨断面扫描轮廓相交形成轨头下宽选点区；

(3)、在所述轨头下宽选点区找出横坐标值最大和最小的两个点N(x_N，y_N)、M(x_M，y_M)，再计算M(x_M，y_M)到中心线拟合直线的距离，计算N(x_N，y_N)到中心线拟合直线的距离，将M到中心线拟合直线的距离与N到中心线拟合直线的距离的和作为轨头下宽度TA′；

(4)、轨头下头宽的比较判断

若(TA′-TA)＞TAup或(TA′-TA)<TAdown，则轨头下头宽不合格；

若TAdownY≤(TA′-TA)≤TAupY，则轨头下头宽合格；

否则警告合格；

其中：TA为轨头上宽度标准尺寸、TAdown为轨头上头宽下公差，TAup为轨头上头宽上公差，TAdownY轨头上头宽警告下公差，TAupY为轨头上头宽警告上公差。

2.如权利要求1所述的重轨头宽的参数化公差判定方法，其特征在于：所述步骤一的第(1)步中，在重轨扫描断面轮廓轨底选取的n个点中，任意一点到重轨扫描轮廓轨底左侧边或轨底右侧边的距离均不少于5mm。

3.如权利要求1所述的重轨头宽的参数化公差判定方法，其特征在于：所述步骤一的第(1)步中，在重轨扫描断面轮廓轨底选取的n个点中，相邻两点之间的间距相等。

4.如权利要求1所述的重轨头宽的参数化公差判定方法，其特征在于：所述步骤一第(2)步中，轨底拟合直线向上平移至左侧或右侧轨腰圆弧下切点以上2-6mm。

5.如权利要求1所述的重轨头宽的参数化公差判定方法，其特征在于：所述步骤一第(2)步中，轨底拟合直线向上平移至左侧或右侧轨腰圆弧上切点以下2-6mm。

6.重轨轨头冠状饱满度参数化的判定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：确定中心线

该步骤与上述权利要求1至5任一权利要求所述的步骤一相同；

步骤二：轨头冠状饱满度的判定

(1)、在重轨踏面找到A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点，A(x_A，y_A)和B(x_B，y_B)到所述中心线拟合直线的距离均为TC；

其中TC为标准重轨A_b、B_b两点距离的一半，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；

(2)、分别在A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)两点远离中心线拟合直线的一侧找到A′(x_A′，y_A′)和B′(x_B′，y_B′)两点，要求A与A′的横坐标之差、B与B′的横坐标之差均为d；

其中d为标准重轨的A_b、B_b两处的测量凸起物的横坐标差，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；

(3)、根据A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)和A′(x_A′，y_A′)、B′(x_B′，y_B′)确定A″(x_A″，y_A″)、B″(x_B″，y_B″)，A″和B″的坐标确定方法如下：

若y_A′≤y_A-h，则x_A″＝x_A、y_A″＝y_A；

若y_A′＞y_A-h，则x_A″＝x_A′、y_A″＝y_A′+h；

若y_B′≤y_B-h，则x_B″＝x_B、y_B″＝y_B；

若y_B′＞y_B-h，则x_B″＝x_B′、y_B″＝y_B′+h；

其中h为标准重轨A_b、B_b两处的测量凸起物的纵坐标差，A_b、B_b分别为标准重轨断面连接顶端弧线两侧的圆弧段的下端点；

(4)、建立过A″(x_A″，y_A″)和B″(x_B″，y_B″)两点的直线方程；

(5)、将重轨扫描断面轮廓冠状顶端距离中心线拟合直线(y_z＝a₂·x_z+b₂)的距离不超过5.5mm的所有点作为冠状取点区；

在冠状取点区选取多个点并计算各点到A″B″直线方程的距离，取最大值记为TH′；

(6)轨头冠状饱满度的判定

若(TH′-TH)＞THup或(TH′-TH)<THdown，则不合格；

若THdownY≤(TH′-TH)≤THupY，则合格；

否则警告合格；

其中：TH为重轨冠状标准高度、THdown为冠状高度下公差，THup为冠状高度上公差，THdownY为冠状高度告下公差，THupY为冠状高度警告上公差。