CN105004307B - 重轨不对称性的参数化公差判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重轨不对称性的参数化公差判定方法，解决现有的判定方法误差大的问题。重轨不对称性的参数化公差判定方法，首先在轨底选取轨底左区和轨底右区，在轨底左区和轨底右区内分别取一点，旋转校正轨底左区和轨底右区使选取的两点水平；然后在经过旋转校正轨底左区和轨底右区分别选取纵坐标最小的点，根据该两点确定旋转校正的基准点和角度，再选取轨头左区、轨头右区、轨腿左区、轨腿右区并进行旋转校正，再根据轨头左区、轨头右区、轨腿左区、轨腿右区旋转校正后的坐标选点计算，得到左腿长和右腿长，最后进行公差判断，得出对称性结论。本方法误差小，可适应轨腰和轨底不垂直、轨底倾斜的情况，而且可通过计算机程序实现。

Description

重轨不对称性的参数化公差判定方法

技术领域

本发明涉及轧钢领域，尤其涉及一种重轨扫描轮廓不对称性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钢轨断面轮廓。

由于钢轨断面复杂、曲线多、轮廓变化多、精度要求高，目前没有十分准确的重轨不对称性参数化的判定方法，现有的方法误差值较高，不能起到判定的作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种重轨不对称性的参数化公差判定方法，解决现有的方法误差大的问题。

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

步骤一：对轨底左区和轨底右区进行旋转校正

(1)建立轨底左区和轨底右区

分别在轨底中心点O(x_O，y_O)两侧选取轨底左区和轨底右区；

(2)确定旋转校正角度

在轨底左区任取一点B(x_B，y_B)，在轨底右区任取一点C(x_C，y_C)，标记C′(x_C′，y_C′)为点C(x_C，y_C)在过点B的水平线上的投影点，标记BC与BC′的夹角为α，且﹣90°＜α＜90°，当BC在BC′的逆时针方向时，α的符号取正，否则α取负；

(3)确定旋转校正方法

当α的符号为正时，将轨底左区和轨底右区的所有点以点B(x_B，y_B)为基准点，顺时针方向旋转校正，旋转校正的度数与α相等；

否则，将轨底左区和轨底右区的所有点以点B(x_B，y_B)为基准点，逆时针方向旋转校正，旋转校正的度数与α相等；

步骤二：确定轨头、轨腿计算区并进行旋转校正

(1)确定轨头和轨腿计算区

在轨底左区选取经过上述校正后纵坐标最小的点G′(x_G′，y_G′)，该点G′(x_G′，y_G′)旋转校正前的对应扫描点为G(x_G，y_G)；

在轨底右区选取经过上述校正后纵坐标最小的点H′(x_H′，y_H′)，该点H′(x_H′，y_H′)旋转校正前的对应扫描点为H(x_H，y_H)；

在重轨扫描断面轨头左侧、右侧分别选取纵坐标属于[y_G+b-3，y_G+b+3]或者纵坐标属于[y_H+b-3，y_H+b+3]的所有扫描点，分别标记为轨头左区、轨头右区；其中b为标准尺寸重轨断面轨头测量点到轨底的距离；

在重轨扫描断面轨腿左侧选取横坐标属于[x_min，x_min+3]的所有点扫描点并标记为轨腿左区，在重轨扫描断面轨腿右侧选取横坐标属于[x_max-3，x_max]的所有扫描点并标记为轨腿右区；其中x_max、x_min分别为重轨断面两侧轨腿扫描点的横坐标最大值、最小值；

(2)确定旋转校正角度

标记H″(x_H″，y_H″)为所述点H(x_H，y_H)在过所述点G(x_G，y_G)的水平线上的投影点，标记GH与GH″的夹角为β，且﹣90°＜β＜90°，当GH在GH″的逆时针方向时，β的符号取正号，否则β取负号；

(3)确定旋转校正方法

当β的符号为正时，将步骤二第(1)步骤得到的轨头左区、轨头右区、轨腿左区、轨腿右区的所有扫描点以G(x_G，y_G)为基准点，顺时针方向旋转校正，旋转校正的度数与β相等；

否则，将步骤二第(1)步骤得到的轨头左区、轨头右区、轨腿左区、轨腿右区的所有扫描点以G(x_G，y_G)为基准点，逆时针方向旋转校正，旋转校正的度数与β相等；

步骤三：计算左腿、右腿长度及参数化公差判断

(1)选取左腿、右腿长度计算点

比较轨头左区内各扫描点经过步骤二旋转校正的纵坐标，标记纵坐标等于或最接近y_G+b的扫描点为A(x_A，y_A)；

比较轨头右区内各扫描点经过步骤二旋转校正的纵坐标，标记纵坐标等于或最接近y_G+b的扫描点为D(x_D，y_D)；

比较轨腿左区内各扫描点经过步骤二旋转校正的横坐标，标记横坐标最小的扫描点为F(x_F，y_F)；

比较轨腿右区内各扫描点经过步骤二旋转校正的横坐标，标记横坐标最大的扫描点为E(x_E，y_E)；

(2)计算左腿、右腿长度和公差值

左腿长度＝x_A-x_F，左腿公差值s_L＝x_A-x_F-t；右腿长度＝x_E-x_D，右腿公差值s_R＝x_E-x_D-t；其中t为重轨标准腿长；

(3)左腿、右腿的参数化公差判断

左腿参数化公差判断：

若s_L＜down或s_L＞up，则不合格；

若downY≤s_L≤upY，则合格；

否则左腿警告范围内合格；

右腿参数化公差判断：

若s_R＜down或s_R＞up，则不合格；

若downY≤s_R≤upY，则合格；

否则右腿警告范围内合格；

其中：down为腿长下公差，up为腿长上公差，downY为腿长警告下公差，upY为腿长警告上公差。

进一步的是：步骤一第(1)步中所述轨底左区中心点与轨底中心点O的距离为所述轨底右区中心点与轨底中心点O的距离为其中d为重轨轨底标准宽度。

进一步的是：步骤一第(1)步中所述轨底左区的右边界点与左边界的距离为12mm，所述轨底右区的右边界点与左边界的距离为12mm。

进一步的是：步骤一第(2)步中所述α的角度根据B(x_B，y_B)、C(x_C，y_C)和C′(x_C′，y_C′)的计算方式为：

进一步的是：步骤二第(2)步中所述β的角度根据G(x_G，y_G)、H(x_H，y_H)和H″(x_H″，y_H″)的计算方式为：

进一步的是：所述步骤一第(3)步的旋转校正方法、步骤二第(3)步的旋转校正方法均为：

以R(x_R，y_R)为原点，水平向右为x轴正向，竖直向上为y轴正向，需要旋转校正的点为Q(x_Q，y_Q)，RQ与x轴正向的夹角为γ，点Q(x_Q，y_Q)旋转校正δ后为Q′(x_Q′，y_Q′)，δ带正负符号进行旋转校正的计算方法如下：

本发明的有益效果是：重轨不对称性的参数化公差判定方法可以准确地计算重轨左腿长、右腿长，进而对重轨的不对称性进行准确判断，即使轨腰和轨底不垂直、轨底倾斜不水平的情况下也可进行准确计算，降低误差。而且，本发明所述方法可通过计算机程序实现，有利于提高重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60kg/m重轨断面不对称性的参数化公差判定方法的符号标记；

图2是对轨底进行旋转校正的符号标记；

图3是旋转校正方法示意图符号标记。

附图标记：轨底左区Ⅰ、轨底右区Ⅱ、轨头左区Ⅲ、轨头右区Ⅳ、轨腿左区Ⅴ、轨腿右区Ⅵ。

具体实施方式

下面结合附图，以对60kg/m重轨扫描断面不对称性的参数化公差判定为例，通过具体的实施方式对重轨不对称性的参数化公差判定方法作进一步说明。

重轨不对称性的参数化公差判定方法，包括以下步骤：

步骤一：对轨底左区Ⅰ和轨底右区Ⅱ进行旋转校正

(1)建立轨底左区Ⅰ和轨底右区Ⅱ

如图1，分别在轨底中心点O(x_O，y_O)两侧选取轨底左区Ⅰ和轨底右区Ⅱ；轨底左区Ⅰ和轨底右区Ⅱ均在轨底上，轨底左区Ⅰ和轨底右区Ⅱ优选分布方式是：轨底左区Ⅰ中心点与轨底中心点O的距离为轨底右区Ⅱ中心点与轨底中心点O的距离为其中d为重轨轨底标准宽度；底左区Ⅰ的右边界点与左边界的距离为12mm，轨底右区Ⅱ的右边界点与左边界的距离也为为12mm。

(2)确定旋转校正角度

如图2，在轨底左区Ⅰ任取一点B(x_B，y_B)，在轨底右区Ⅱ任取一点C(x_C，y_C)，标记C′(x_C′，y_C′)为点C(x_C，y_C)在过点B的水平线上的投影点，标记BC与BC′的夹角为α，且﹣90°＜α＜90°，当BC在BC′的逆时针方向时，α的符号取正，否则α取负；

α为矢量，由于α的实际角度很小，所述α的角度可以根据B(x_B，y_B)、C(x_C，y_C)和C′(x_C′，y_C′)进行近似计算，计算方式如下：

(3)确定旋转校正方法

当α的符号为正时，将轨底左区Ⅰ和轨底右区Ⅱ的所有点以点B(x_B，y_B)为基准点，顺时针方向旋转校正，旋转校正的度数与α相等。

否则，将轨底左区Ⅰ和轨底右区Ⅱ的所有点以点B(x_B，y_B)为基准点，逆时针方向旋转校正，旋转校正的度数与α相等。

上述是通过轨底左区Ⅰ中的任一点B(x_B，y_B)为基准，确定旋转校正角度并对轨底左区Ⅰ和轨底右区Ⅱ的所有点进行相应的旋转校正。此外，还可以以轨底右区上的任一点C(x_C，y_C)为基准，相应地确定旋转校正的角度和旋转校正的基点，旋转校正的方法相同。

步骤二：确定轨头、轨腿计算区并进行旋转校正

(1)确定轨头和轨腿计算区

在轨底左区Ⅰ选取经过上述校正后纵坐标最小的点G′(x_G′，y_G′)，也就是y_G′为轨底左区Ⅰ所有点经过步骤一旋转校正后各点的纵坐标最小值，该点G′(x_G′，y_G′)旋转校正前的对应扫描点为G(x_G，y_G)；

在轨底右区Ⅱ选取经过上述校正后纵坐标最小的点H′(x_H′，y_H′)，也就是y_H′为轨底右区Ⅱ所有点经过步骤一旋转校正后各点的纵坐标最小值，该点H′(x_H′，y_H′)旋转校正前的对应扫描点为H(x_H，y_H)；

如图1，在重轨扫描断面轨头左侧、右侧分别选取纵坐标属于[y_G+b-3，y_G+b+3]或者纵坐标属于[y_H+b-3，y_H+b+3]的所有扫描点，分别标记为轨头左区Ⅲ、轨头右区Ⅳ；其中b为尺寸标准中重轨断面轨头测量点到轨底的距离，对称钢轨只有一个相同的值；

在重轨扫描断面轨腿左侧选取横坐标属于[x_min，x_min+3]的所有点扫描点并标记为轨腿左区Ⅴ，在重轨扫描断面轨腿右侧选取横坐标属于[x_max-3，x_max]的所有扫描点并标记为轨腿右区Ⅵ；其中x_max、x_min分别为重轨断面两侧轨腿扫描点的横坐标最大值、最小值。

(2)确定旋转校正角度

标记H″(x_H″，y_H″)为所述点H(x_H，y_H)在过所述点G(x_G，y_G)的水平线上的投影点，标记GH与GH″的夹角为β，且﹣90°＜β＜90°，当GH在GH″的逆时针方向时，β的符号取正号，否则β取负号。由于β的角度很小，β的角度根据G(x_G，y_G)、H(x_H，y_H)和H″(x_H″，y_H″)的近似计算方式为：

(3)确定旋转校正方法

当β的符号为正时，将步骤二第(1)步骤得到的轨头左区Ⅲ、轨头右区Ⅳ、轨腿左区Ⅴ、轨腿右区Ⅵ的所有扫描点以G(x_G，y_G)为基准点，顺时针方向旋转校正，旋转校正的度数与β相等；

否则，将步骤二第(1)步骤得到的轨头左区Ⅲ、轨头右区Ⅳ、轨腿左区Ⅴ、轨腿右区Ⅵ的所有扫描点以G(x_G，y_G)为基准点，逆时针方向旋转校正，旋转校正的度数与β相等。

上述步骤二第(3)步的旋转校正方法和步骤一第(3)步的旋转校正方法相同，如图3所示，以R(x_R，y_R)为原点，水平向右为x轴正向，竖直向上为y轴正向，需要旋转校正的点为Q(x_Q，y_Q)，RQ与x轴正向的夹角为γ，点Q(x_Q，y_Q)旋转校正δ后为Q′(x_Q′，y_Q′)，δ带正负符号进行旋转校正的计算方法如下：

将上述旋转校正计算公式中的δ相应地更改为步骤一中的α、步骤二中的β，即可进行相应的旋转校正计算。

步骤三：计算左腿、右腿长度及参数化公差判断

(1)选取左腿、右腿长度计算点

比较轨头左区Ⅲ内各扫描点经过步骤二旋转校正的纵坐标，标记纵坐标等于或最接近y_G+b的扫描点为A(x_A，y_A)；

比较轨头右区Ⅳ内各扫描点经过步骤二旋转校正的纵坐标，标记纵坐标等于或最接近y_G+b的扫描点为D(x_D，y_D)；

比较轨腿左区Ⅴ内扫描各点经过步骤二旋转校正的横坐标，标记横坐标最小的扫描点为F(x_F，y_F)；

比较轨腿右区Ⅵ内各扫描点经过步骤二旋转校正的横坐标，标记横坐标最大的扫描点为E(x_E，y_E)；

(2)计算左腿、右腿长度和公差值

左腿长度＝x_A-x_F，左腿公差值s_L＝x_A-x_F-t；右腿长度＝x_E-x_D，右腿公差值s_R＝x_E-x_D-t；其中t为重轨标准腿长；

(3)左腿、右腿的参数化公差判断

左腿参数化公差判断：

若s_L＜down或s_L＞up，则不合格；

若downY≤s_L≤upY，则合格；

否则左腿警告范围内合格；

右腿参数化公差判断：

若s_R＜down或s_R＞up，则不合格；

若downY≤s_R≤upY，则合格；

否则右腿警告范围内合格；

其中：down为腿长下公差，up为腿长上公差，downY为腿长警告下公差，upY为腿长警告上公差。

当左腿长度和右腿长度均为合格，则可判定该重轨扫描断面对称；否则判定不对称，还可根据上述左腿公差值和右腿公差的值分别确定(腿长)正样或(腿短)负样。

重轨不对称性的参数化公差判定方法可以适应轨腰和轨底不垂直、轨底倾斜不水平的情况，准确地计算重轨左腿长、右腿长，进而对重轨的不对称性进行准确判断，降低误差；并且可通过计算机程序实现，有利于提高重轨检测的自动化程度，提高生产节奏。

Claims (6)

1.重轨不对称性的参数化公差判定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：对轨底左区(Ⅰ)和轨底右区(Ⅱ)进行旋转校正

(1)建立轨底左区(Ⅰ)和轨底右区(Ⅱ)

分别在轨底中心点O(x_O，y_O)两侧选取轨底左区(Ⅰ)和轨底右区(Ⅱ)；

(2)确定旋转校正角度

在轨底左区(Ⅰ)任取一点B(x_B，y_B)，在轨底右区(Ⅱ)任取一点C(x_C，y_C)，标记C′(x_C′，y_C′)为点C(x_C，y_C)在过点B的水平线上的投影点，标记BC与BC′的夹角为α，且﹣90°＜α＜90°，当BC在BC′的逆时针方向时，α的符号取正，否则α取负；

(3)确定旋转校正方法

当α的符号为正时，将轨底左区(Ⅰ)和轨底右区(Ⅱ)的所有点以点B(x_B，y_B)为基准点，顺时针方向旋转校正，旋转校正的度数与α相等；

否则，将轨底左区(Ⅰ)和轨底右区(Ⅱ)的所有点以点B(x_B，y_B)为基准点，逆时针方向旋转校正，旋转校正的度数与α相等；

步骤二：确定轨头、轨腿计算区并进行旋转校正

(1)确定轨头和轨腿计算区

在轨底左区(Ⅰ)选取经过上述校正后纵坐标最小的点G′(x_G′，y_G′)，该点G′(x_G′，y_G′)旋转校正前的对应扫描点为G(x_G，y_G)；

在轨底右区(Ⅱ)选取经过上述校正后纵坐标最小的点H′(x_H′，y_H′)，该点H′(x_H′，y_H′)旋转校正前的对应扫描点为H(x_H，y_H)；

在重轨扫描断面轨头左侧、右侧分别选取纵坐标属于[y_G+b-3，y_G+b+3]或者纵坐标属于[y_H+b-3，y_H+b+3]的所有扫描点，分别标记为轨头左区(Ⅲ)、轨头右区(Ⅳ)；其中b为标准尺寸重轨断面轨头测量点到轨底的距离；

在重轨扫描断面轨腿左侧选取横坐标属于[x_min，x_min+3]的所有点扫描点并标记为轨腿左区(Ⅴ)，在重轨扫描断面轨腿右侧选取横坐标属于[x_max-3，x_max]的所有扫描点并标记为轨腿右区(Ⅵ)；其中x_max、x_min分别为重轨断面两侧轨腿扫描点的横坐标最大值、最小值；

(2)确定旋转校正角度

标记H″(x_H″，y_H″)为所述点H(x_H，y_H)在过所述点G(x_G，y_G)的水平线上的投影点，标记GH与GH″的夹角为β，且﹣90°＜β＜90°，当GH在GH″的逆时针方向时，β的符号取正号，否则β取负号；

(3)确定旋转校正方法

当β的符号为正时，将步骤二第(1)步骤得到的轨头左区(Ⅲ)、轨头右区(Ⅳ)、轨腿左区(Ⅴ)、轨腿右区(Ⅵ)的所有扫描点以G(x_G，y_G)为基准点，顺时针方向旋转校正，旋转校正的度数与β相等；

否则，将步骤二第(1)步骤得到的轨头左区(Ⅲ)、轨头右区(Ⅳ)、轨腿左区(Ⅴ)、轨腿右区(Ⅵ)的所有扫描点以G(x_G，y_G)为基准点，逆时针方向旋转校正，旋转校正的度数与β相等；

步骤三：计算左腿、右腿长度及参数化公差判断

(1)选取左腿、右腿长度计算点

比较轨头左区(Ⅲ)内各扫描点经过步骤二旋转校正的纵坐标，标记纵坐标等于或最接近y_G+b的扫描点为A(x_A，y_A)；

比较轨头右区(Ⅳ)内各扫描点经过步骤二旋转校正的纵坐标，标记纵坐标等于或最接近y_G+b的扫描点为D(x_D，y_D)；

比较轨腿左区(Ⅴ)内各扫描点经过步骤二旋转校正的横坐标，标记横坐标最小的扫描点为F(x_F，y_F)；

比较轨腿右区(Ⅵ)内各扫描点经过步骤二旋转校正的横坐标，标记横坐标最大的扫描点为E(x_E，y_E)；

(2)计算左腿、右腿长度和公差值

左腿长度＝x_A-x_F，左腿公差值s_L＝x_A-x_F-t；右腿长度＝x_E-x_D，右腿公差值s_R＝x_E-x_D-t；其中t为重轨标准腿长；

(3)左腿、右腿的参数化公差判断

左腿参数化公差判断：

若s_L＜down或s_L＞up，则不合格；

若downY≤s_L≤upY，则合格；

否则左腿警告范围内合格；

右腿参数化公差判断：

若s_R＜down或s_R＞up，则不合格；

若downY≤s_R≤upY，则合格；

否则右腿警告范围内合格；

其中：down为腿长下公差，up为腿长上公差，downY为腿长警告下公差，upY为腿长警告上公差。

2.如权利要求1所述的重轨不对称性的参数化公差判定方法，其特征在于：步骤一第(1)步中所述轨底左区(Ⅰ)中心点与轨底中心点O的距离为所述轨底右区(Ⅱ)中心点与轨底中心点O的距离为其中d为重轨轨底标准宽度。

3.如权利要求1或2所述的重轨不对称性的参数化公差判定方法，其特征在于：步骤一第(1)步中所述轨底左区(Ⅰ)的右边界点与左边界的距离为12mm，所述轨底右区(Ⅱ)的右边界点与左边界的距离为12mm。

4.如权利要求1所述的重轨不对称性的参数化公差判定方法，其特征在于：步骤一第(2)步中所述α的角度根据B(x_B，y_B)、C(x_C，y_C)和C′(x_C′，y_C′)的计算方式为：

$\mathrm{\α}=arctan\frac{y_C-y_{C^{\′}}}{x_C-x_B}.$

5.如权利要求1所述的重轨不对称性的参数化公差判定方法，其特征在于：步骤二第(2)步中所述β的角度根据G(x_G，y_G)、H(x_H，y_H)和H″(x_H″，y_H″)的计算方式为：

$\mathrm{\β}=arctan\frac{y_H-y_{H^{\′\′}}}{x_H-x_G}.$

6.如权利要求1所述的重轨不对称性的参数化公差判定方法，其特征在于：所述步骤一第(3)步的旋转校正方法、步骤二第(3)步的旋转校正方法均为：

以R(x_R，y_R)为原点，水平向右为x轴正向，竖直向上为y轴正向，需要旋转校正的点为Q(x_Q，y_Q)，RQ与x轴正向的夹角为γ，点Q(x_Q，y_Q)旋转校正δ后为Q′(x_Q′，y_Q′)，δ带正负符号进行旋转校正的计算方法如下：

$x_{Q^{\′}}=\sqrt{{(x_Q-x_R)}^2+{(y_Q-y_R)}^2}\·cos(\mathrm{\γ}-\mathrm{\δ})+x_R;$

$y_{Q^{\′}}=\sqrt{{(x_Q-x_R)}^2+{(y_Q-y_R)}^2}\·\sin (\mathrm{\γ}-\mathrm{\δ})+y_R.$