CN105157654B - 钢轨轨高及轨底凹入度的参数化公差判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨轨高及轨底凹入度的参数化公差判定方法，解决现有判定方法误差大的问题。钢轨轨底凹入度参数化公差判定方法，首先拟合计算轨底直线方程，将钢轨扫描断面轮廓轨底分为三部分，找出各部分距离轨底直线的最大距离以及相应点的坐标，再通过比较三个距离确定轨底基准线方程；再通过比较轨底各点到轨底基准线的距离，选取最大值作为轨底凹入度，最后进行参数化公差判定。钢轨轨高的参数化判定方法，分别计算轨头上的各点到轨底基准线之间的距离，取最大值为钢轨高度，再进行参数化公差判定。本发明所述方法测算精度高，即使轨底不平整也能将轨高和轨底凹入度进行准确测算并判定，而且可通过计算机程序实现。
Description
技术领域
本发明涉及轧钢领域，尤其涉及一种钢轨轨高及轨底凹入度的参数化公差判定方法。
背景技术
在钢轨生产中，钢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钢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扫描断面轮廓。
钢轨扫描断面轮廓的轨高，现有的测算方法是取轨底最低点至中心线上的轨头最高点的距离，该方法不能适应钢轨轨底凸起，存在测算不准确的问题。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是：提供一种钢轨轨高的参数化公差判定方法，解决现有的测算不准确问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：钢轨轨底凹入度的参数化公差判定方法，包括以下步骤：
步骤一：计算轨底拟合直线
在钢轨扫描断面轮廓轨底选取n个点，分别记为S1(x1，y1)、S2(x2，y2)……Sn(xn，yn)，其中n≥2，根据选取点计算得到钢轨扫描断面轮廓轨底拟合直线方程：yd＝ax+b，式中：
步骤二：确定轨底基准线
(1)将钢轨扫描断面轮廓轨底分为三部分，分别得到轨底左侧点集、轨底中部点集、轨底右侧点集，轨底中点属于轨底中部点集Ⅲ；
(2)将轨底左侧点集中的各个扫描点Mj(xmj，ymj)(j为任一正整数)的横坐标分别代入所述步骤一得到的轨底拟合直线方程，并用点Mj(xmj，ymj)的纵坐标ymj减去代入轨底拟合直线方程相应计算值(a xmj+b)得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δdmj(向上为正、向下为负)：
Δdmj＝ymj-(a xmj+b)
取各个Δdmj中符号为负(即方向向下)的距离最大值为dm，相应取得该最大值dm的点记为M(xm，ym)；
(3)将轨底中部点集中的各个扫描点Nj(xnj，ynj)(j为任一正整数)的横坐标分别代入所述步骤一得到的轨底拟合直线方程，并用点Nj(xnj，ynj)的纵坐标ynj减去代入轨底拟合直线方程相应计算值(a xnj+b)得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δdnj(向上为正、向下为负)：
Δdnj＝ynj-(a xnj+b)
取各个Δdnj中符号为负(即方向向下)的距离最大值为dn，相应取得该最大值dn的点记为N(xn，yn)；
(4)将轨底右侧点集中的各个扫描点Kj(xkj，ykj)(j为任一正整数)的横坐标分别代入所述步骤一得到的轨底拟合直线方程，并用点Kj(xkj，ykj)的纵坐标ykj减去代入轨底拟合直线方程相应计算值(axkj+b)得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δdkj(向上为正、向下为负)：
Δdkj＝ykj-(axkj+b)
取各个Δdkj中符号为负(即方向向下)的距离最大值为dk，相应取得该最大值dk的点记为K(xk，yk)；
(5)建立轨底基准线方程
若dm、dn、dk三个数值中dn最大，判定钢轨轨底凹，建立过M(xm，ym)、K(xk，yk)的直线方程，并作为轨底基准线方程；
若dm、dn、dk三个数值中dn最小，判定钢轨轨底凸，建立过N(xn，yn)并且与轨底拟合直线yd＝ax+b平行的直线方程，并作为轨底基准线方程；
否则，判定钢轨轨底不平，选择轨底拟合直线方程：yd＝ax+b为轨底基准线方程；
步骤三：钢轨轨底凹入度计算
(1)对于钢轨轨底凹和钢轨轨底不平情形：
将轨底的各个扫描点Sj(xsj，ysj)的横坐标xsj分别代入轨底基准线方程，j为任一正整数，并用点Sj(xsj，ysj)的纵坐标ysj减去代入轨底拟合直线方程相应计算值(a xsj+b)得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δtsj：
Δtsj＝ysj-(a xsj+b)
取各个Δtsj中最大值作为轨底凹入度ts；
(2)对于钢轨轨底凸情形：
将轨底的各个扫描点Sj(xsj，ysj)的横坐标xsj分别代入轨底基准线方程，j为任一正整数，并用代入轨底拟合直线方程相应计算值(a xsj+b)
减去点Sj(xsj，ysj)的纵坐标ysj得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δtsj：
Δtsj＝(a xsj+b)-ysj
取各个Δtsj中最大值作为轨底凹入度ts；
步骤四：钢轨轨底凹入度参数化判定
若ts＞Tup或ts<Tdown，则轨底凹入度不合格；
若TdownY≤ts≤TupY，则轨底凹入度合格；
否则在警告范围内合格；
其中：Tdown为轨底凹入度下公差，Tup为轨底凹入度上公差，TdownY轨底凹入度警告下公差，TupY为轨底凹入度警告上公差。
进一步的是，所述步骤一中，在钢轨扫描断面轮廓轨底选取的n个点中，任意一点到钢轨扫描轮廓轨底左侧边或轨底右侧边的距离均不少于3mm。
进一步的是，所述步骤一中，在钢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，所述步骤二第(1)步中，将钢轨扫描断面轮廓轨底三等分，分别得到轨底左侧点集、轨底中部点集、轨底右侧点集。
本发明要解决的第二个问题是提供一种钢轨轨高的参数化判定方法，解决现有测算钢轨高度存在误差的问题。
本发明解决上述第二个技术问题采用的技术方案是：钢轨轨高的参数化判定方法，包括以下步骤：
步骤一：计算轨底拟合直线
所述步骤一与上述钢轨轨底凹入度的参数化公差判定方法的步骤一相同；
步骤二：确定轨底基准线
所述步骤二与上述钢轨轨底凹入度的参数化公差判定方法的步骤二相同；
步骤三：钢轨高度的测算与参数化判定
(1)钢轨高度的测算
分别计算轨头上的各点到轨底基准线之间的距离，取最大值为钢轨高度hmax；
(2)钢轨高度的参数化判定
若(hmax-HB)＞HBup或(hmax-HB)<HBdown，则不合格；
若HBdownY≤(hmax-HB)≤HBupY，则合格；
否则在警告范围内合格；
其中：HB为标准钢轨高度，HBdown为钢轨高度下公差，HBup为钢轨高度上公差，HBdownY为钢轨高度警告下公差，HBupY为钢轨高度警告上公差。
进一步的是，所述步骤三第(1)步钢轨高度的测算中，先将步骤一得到的轨底拟合直线yd＝ax+b向轨头方向进行两次平移，平移量分别为HB-3mm和HB+8mm，HB为标准钢轨高度，两次平移与钢轨轮廓点相交形成轨头取点区，再分别计算轨头取点区内各点到轨底基准线之间的距离，取最大值为钢轨高度hmax。
本发明的有益效果是：钢轨断面轮廓轨高及轨底凹入度的参数化公差判定方法测算精度高，轨底线分段处理后能够更适应轨应的各种变化的影响，即使轨底不平整也能将轨高和轨底凹入度进行准确测算并判定；轨高的测算基于全轨头弧部，能更准确地反应轨头高点距离，对轨头冠状轧制不规范的钢轨(如轨头最高点偏离中心线)也能与轨高样板测量一样精确。而且，本方法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钢轨扫描断面轮廓计算轨底拟合直线实施例的符号标记；
图2是本发明60kg/m钢轨轨底凹入度和轨高参数化判定实施例的符号标记。
附图标记：轨底选点区Ⅰ、轨底左侧点集Ⅱ、轨底中部点集Ⅲ、轨底右侧点集Ⅳ、轨头取点区Ⅴ。
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。
钢轨轨底凹入度的参数化公差判定方法，包括以下步骤：
步骤一：计算重轨扫描断面轮廓轨底拟合直线
首先在钢轨轨底建立轨底选点区Ⅰ，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3mm，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3mm，例如图1所示均取值5mm。
然后，在所述轨底选点区Ⅰ内选取n个点，分别记为S1(x1，y1)、S2(x2，y2)……Sn(xn，yn)，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。
在进行拟合计算得到重轨扫描断面轮廓轨底拟合线直线方程：yd＝ax+b，其中参数a和b的计算方式如下：
步骤二：确定轨底基准线
(1)将钢轨扫描断面轮廓轨底分为三部分，如图2所示，分别为轨底左侧点集Ⅱ、轨底中部点集Ⅲ、轨底右侧点集Ⅳ，轨底中点属于轨底中部点集Ⅲ。
钢轨轨底分为轨底左侧点集Ⅱ、轨底中部点集Ⅲ、轨底右侧点集Ⅳ三部分，除了上述三等分的方式外，只要保证轨底的中点落在轨底中部点集Ⅲ内，轨底中部点集Ⅲ的左右两侧分别为轨底左侧点集Ⅱ和轨底右侧点集Ⅳ，轨底左侧点集Ⅱ、轨底中部点集Ⅲ、轨底右侧点集Ⅳ三部分均不为空集即可。优选的方式是将钢轨扫描断面轮廓轨底三等分，分别得到轨底左侧点集Ⅱ、轨底中部点集Ⅲ、轨底右侧点集Ⅳ。
例如对于60kg/m重轨，轨底中部点集Ⅲ的左侧边界点与右侧边界点的距离为DK/3(DK为轨底标准宽度)，并且中部点集Ⅲ的中心与轨底中点重合，轨底中部点集Ⅲ的左右两侧分别为轨底左侧点集Ⅱ和轨底右侧点集Ⅳ。
(2)将轨底左侧点集Ⅱ中的各个扫描点Mj(xmj，ymj)(j为任一正整数)的横坐标分别代入所述步骤一得到的轨底拟合直线方程，并用点Mj(xmj，ymj)的纵坐标ymj减去代入轨底拟合直线方程相应计算值(a xmj+b)得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δdmj(向上为正、向下为负)：
Δdmj＝ymj-(a xmj+b)
取各个Δdmj中符号为负(即方向向下)的距离最大值为dm，相应取得该最大值dm的点记为M(xm，ym)。
(3)将轨底中部点集Ⅲ中的各个扫描点Nj(xnj，ynj)(j为任一正整数)的横坐标分别代入所述步骤一得到的轨底拟合直线方程，并用点Nj(xnj，ynj)的纵坐标ynj减去代入轨底拟合直线方程相应计算值(a xnj+b)得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δdnj(向上为正、向下为负)：
Δdnj＝ynj-(a xnj+b)
取各个Δdnj中符号为负(即方向向下)的距离最大值为dn，相应取得该最大值dn的点记为N(xn，yn)。
(4)将轨底右侧点集Ⅳ中的各个扫描点Kj(xkj，ykj)(j为任一正整数)的横坐标分别代入所述步骤一得到的轨底拟合直线方程，并用点Kj(xkj，ykj)的纵坐标ykj减去代入轨底拟合直线方程相应计算值(a xkj+b)得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δdkj(向上为正、向下为负)：
Δdkj＝ykj-(a xkj+b)
取各个Δdkj中符号为负(即方向向下)的距离最大值为dk，相应取得该最大值dk的点记为K(xk，yk)。
上述步骤二中的(2)、(3)、(4)步的实施顺序可调整。
(5)建立基准轨底线方程
若dm、dn、dk三个数值中dn最大，判定钢轨轨底凹，建立过M(xm，ym)、K(xk，yk)的直线方程，并作为轨底基准线方程；
若dm、dn、dk三个数值中dn最小，判定钢轨轨底凸，建立过N(xn，yn)并且与轨底拟合直线yd＝ax+b平行的直线方程，并作为轨底基准线方程；
否则，判定钢轨轨底不平，选择轨底拟合直线方程：yd＝ax+b为轨底基准线方程；
步骤三：钢轨轨底凹入度计算
(1)对于钢轨轨底凹和钢轨轨底不平情形：
将轨底的各个扫描点Sj(xsj，ysj)的横坐标xsj分别代入轨底基准线方程，j为任一正整数，并用点Sj(xsj，ysj)的纵坐标ysj减去代入轨底拟合直线方程相应计算值(a xsj+b)得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δtsj：
Δtsj＝ysj-(a xsj+b)
取各个Δtsj中最大值作为轨底凹入度ts。
(2)对于钢轨轨底凸情形：
将轨底的各个扫描点Sj(xsj，ysj)的横坐标xsj分别代入轨底基准线方程，j为任一正整数，并用代入轨底拟合直线方程相应计算值(a xsj+b)减去点Sj(xsj，ysj)的纵坐标ysj得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δtsj：
Δtsj＝(a xsj+b)-ysj
取各个Δtsj中最大值作为轨底凹入度ts。
步骤四：钢轨轨底凹入度参数化判定
若ts＞Tup或ts<Tdown，则轨底凹入度不合格；
若TdownY≤ts≤TupY，则轨底凹入度合格；
否则在警告范围内合格；
其中：Tdown为轨底凹入度下公差，Tup为轨底凹入度上公差，TdownY轨底凹入度警告下公差，TupY为轨底凹入度警告上公差。
此外，本发明还提供一种钢轨轨高的参数化判定方法，解决现有测算钢轨高度存在误差的问题，包括以下步骤：
步骤一：计算轨底拟合直线
所述步骤一与上述钢轨轨底凹入度的参数化公差判定方法的步骤一相同。
步骤二：确定轨底基准线
所述步骤二与上述钢轨轨底凹入度的参数化公差判定方法的步骤二相同。
步骤三：钢轨高度的测算与参数化判定
(1)钢轨高度的测算
钢轨高度的测算方法是分别计算轨头上的各点到轨底基准线之间的距离，取最大值为钢轨高度hmax。为了减少测算轨高的计算点，可在钢轨扫描断面轮廓上选取轨头取点区Ⅴ，只要计算轨头选点区Ⅴ内各点到轨底基准线之间的距离，再取最大值为钢轨高度hmax。
轨头取点区Ⅴ的确定方式为：将步骤一得到的轨底拟合直线yd＝ax+b向轨头方向进行两次平移，平移量分别为HB-3mm和HB+8mm，HB为标准钢轨高度，两次平移与钢轨轮廓点相交形成轨头取点区Ⅴ，如图2所示。
(2)钢轨高度的参数化判定
若(hmax-HB)＞HBup或(hmax-HB)<HBdown，则不合格；
若HBdownY≤(hmax-HB)≤HBupY，则合格；
否则在警告范围内合格；
其中：HB为标准钢轨高度，HBdown为钢轨高度下公差，HBup为钢轨高度上公差，HBdownY为钢轨高度警告下公差，HBupY为钢轨高度警告上公差。
本发明公开了钢轨断面轮廓轨高及轨底凹入度的参数化公差判定方法，该方法测算精度高，轨底线分段处理后能够更适应轨应的各种变化的影响，即使轨底不平整也能将轨高和轨底凹入度进行准确测算并判定；轨高的测算基于全轨头弧部，能更准确地反应轨头高点距离，对轨头冠状轧制不规范的钢轨(如轨头最高点偏离中心线)也能与轨高样板测量一样精确。而且，本方法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.钢轨轨底凹入度的参数化公差判定方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：计算轨底拟合直线
在钢轨扫描断面轮廓轨底选取n个点，分别记为S1(x1，y1)、S2(x2，y2)……Sn(xn，yn)，其中n≥2，根据选取点计算得到钢轨扫描断面轮廓轨底拟合直线方程：yd＝ax+b，式中：
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步骤二：确定轨底基准线
(1)将钢轨扫描断面轮廓轨底分为三部分，分别为轨底左侧点集(Ⅱ)、轨底中部点集(Ⅲ)、轨底右侧点集(Ⅳ)，轨底中点属于轨底中部点集(Ⅲ)；
(2)将轨底左侧点集(Ⅱ)中的各个扫描点Mj(xmj，ymj)的横坐标分别代入所述步骤一得到的轨底拟合直线方程，其中j为任一正整数，并用点Mj(xmj，ymj)的纵坐标ymj减去代入轨底拟合直线方程相应计算值axmj+b得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δdmj，矢量距离Δdmj向上为正、向下为负：
Δdmj＝ymj-(axmj+b)
取各个Δdmj中符号为负，即方向向下，的距离最大值为dm，相应取得该最大值dm的点记为M(xm，ym)；
(3)将轨底中部点集(Ⅲ)中的各个扫描点Nj(xnj，ynj)(j为任一正整数)的横坐标分别代入所述步骤一得到的轨底拟合直线方程，其中j为任一正整数，并用点Nj(xnj，ynj)的纵坐标ynj减去代入轨底拟合直线方程相应计算值a xnj+b，得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δdnj，矢量距离Δdnj向上为正、向下为负：
Δdnj＝ynj-(a xnj+b)
取各个Δdnj中符号为负，即方向向下，的距离最大值为dn，相应取得该最大值dn的点记为N(xn，yn)；
(4)将轨底右侧点集(Ⅳ)中的各个扫描点Kj(xkj，ykj)的横坐标分别代入所述步骤一得到的轨底拟合直线方程，其中j为任一正整数，并用点Kj(xkj，ykj)的纵坐标ykj减去代入轨底拟合直线方程相应计算值axkj+b，得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δdkj，矢量距离Δdkj向上为正、向下为负：
Δdkj＝ykj-(axkj+b)
取各个Δdkj中符号为负，即方向向下，的距离最大值为dk，相应取得该最大值dk的点记为K(xk，yk)；
(5)建立轨底基准线方程
若dm、dn、dk三个数值中dn最大，判定钢轨轨底凹，建立过M(xm，ym)、K(xk，yk)的直线方程，并作为轨底基准线方程；
若dm、dn、dk三个数值中dn最小，判定钢轨轨底凸，建立过N(xn，yn)并且与轨底拟合直线yd＝ax+b平行的直线方程，并作为轨底基准线方程；
否则，判定钢轨轨底不平，选择轨底拟合直线方程：yd＝ax+b为轨底基准线方程；
步骤三：钢轨轨底凹入度计算
(1)对于钢轨轨底凹和钢轨轨底不平情形：
将轨底的各个扫描点Sj(xsj，ysj)的横坐标xsj分别代入轨底基准线方程，j为任一正整数，并用点Sj(xsj，ysj)的纵坐标ysj减去代入轨底拟合直线方程相应计算值axsj+b，得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δtsj：
Δtsj＝ysj-(axsj+b)
取各个Δtsj中最大值作为轨底凹入度ts；
(2)对于钢轨轨底凸情形：
将轨底的各个扫描点Sj(xsj，ysj)的横坐标xsj分别代入轨底基准线方程，j为任一正整数，并用代入轨底拟合直线方程相应计算值axsj+b，
减去点Sj(xsj，ysj)的纵坐标ysj得该点到轨底拟合直线的y轴的矢量距离Δtsj：
Δtsj＝(a xsj+b)-ysj
取各个Δtsj中最大值作为轨底凹入度ts；
步骤四：钢轨轨底凹入度参数化判定
若ts＞Tup或ts<Tdown，则轨底凹入度不合格；
若TdownY≤ts≤TupY，则轨底凹入度合格；
否则在警告范围内合格；
其中：Tdown为轨底凹入度下公差，Tup为轨底凹入度上公差，TdownY轨底凹入度警告下公差，TupY为轨底凹入度警告上公差。
2.如权利要求1所述的钢轨轨底凹入度的参数化公差判定方法，其特征在于：所述步骤一中，在钢轨扫描断面轮廓轨底选取的n个点中，任意一点到钢轨扫描轮廓轨底左侧边或轨底右侧边的距离均不少于3mm。
3.如权利要求1所述的钢轨轨底凹入度的参数化公差判定方法，其特征在于：所述步骤一中，在钢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所述的钢轨轨底凹入度的参数化公差判定方法，其特征在于：所述步骤二第(1)步中，将钢轨扫描断面轮廓轨底三等分，分别得到轨底左侧点集(Ⅱ)、轨底中部点集(Ⅲ)、轨底右侧点集(Ⅳ)。
5.钢轨轨高的参数化判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：计算轨底拟合直线
所述步骤一与上述权利要求1至4任一权利要求所述的步骤一相同；
步骤二：确定轨底基准线
所述步骤二与上述权利要求1至4任一权利要求所述的步骤二相同；
步骤三：钢轨高度的测算与参数化判定
(1)钢轨高度的测算
分别计算轨头上的各点到轨底基准线之间的距离，取最大值为钢轨高度hmax；
(2)钢轨高度的参数化判定
若(hmax-HB)＞HBup或(hmax-HB)<HBdown，则不合格；
若HBdownY≤(hmax-HB)≤HBupY，则合格；
否则在警告范围内合格；
其中：HB为标准钢轨高度，HBdown为钢轨高度下公差，HBup为钢轨高度上公差，HBdownY为钢轨高度警告下公差，HBupY为钢轨高度警告上公差。
6.如权利要求5所述的钢轨轨高的参数化判定方法，其特征在于：
所述步骤三第(1)步钢轨高度的测算中，先将步骤一得到的轨底拟合直线yd＝ax+b向轨头方向进行两次平移，平移量分别为HB-3mm和HB+8mm，HB为标准钢轨高度，两次平移与钢轨轮廓点相交形成轨头取点区(Ⅴ)，再分别计算轨头取点区(Ⅴ)内各点到轨底基准线之间的距离，取最大值为钢轨高度hmax。
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