CN108399283A - 一种基于crtsⅲ型轨道板外形尺寸快速计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，包括：步骤1)在点云处理软件中导入CRTSⅢ型轨道板的标准三维设计模型；步骤2)利用点云处理软件，建立轨道板三维模型的直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点；步骤3)利用点云处理软件与已建立的直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点，建立CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项目的辅助点特征、辅助直线特征和辅助平面等特征；步骤4)利用点云处理软件与已建立的点特征、平面圆特征、直线特征和平面特征，建立CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项的直接距离特征和直接角度特征；步骤5)利用点云处理软件，裁剪轨道板三维模型的直接平面特征等等步骤。

Description

一种基于CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法

技术领域

本发明涉及高速铁路轨道板检测领域，特别是涉及一种高速铁路CRTSⅢ型轨道板外形尺寸的快速计算方法。

背景技术

CRTSⅢ型轨道板是我国自主研发、具有完全自主知识产权的一项重大科技成果，具有耐久性好、稳定性高、经济优势明显等特点。CRTSⅢ型板式无砟轨道总体结构为带挡肩的新型单元板式无砟轨道结构，主要由钢轨、扣件、预制轨道板、配筋的自密实混凝土(自流平混凝土调整层)、限位挡台、中间隔离层(土工布)和钢筋混凝土底座等部分组成。CRTSⅢ型无砟轨道板的结构大同小异，目前已经在全国客运专线上推广应用。

CRTSⅢ型轨道板的加工尺寸要求十分严格，其外形加工尺寸偏差要求应在限差内(部分要求0.5mm)。CRTSⅢ型轨道板的外形尺寸检测项目分为10大类，共计19项，主要包括：底座板外观三维尺寸、承轨台内测尺寸和底部坡度以及预埋套管的中心距离、横向偏差和垂向偏差等。

目前，高速铁路CRTSⅢ型无砟轨道板外形尺寸的检测计算主要有以下两种方法：

第一种是基于马达驱动型全站仪+特殊工装的方式。此类检测计算方法目前在工程上应用最多，可实现轨道板外形尺寸的直接检测。但由于获取数据过程和效率的局限性，该计算方法无法快速计算轨道板外形尺寸，对一块轨道板的外形尺寸进行完整检测计算，花费时间约为40分钟；且需多种检测工装，才能完成所有外形尺寸检测项目的计算；要实现每一块轨道板的检测，效率上难以满足轨道板厂的实际生产检测需求；同时，由于全站仪精度的限制，其测量精度为0.3mm，难以实现0.5mm检测误差的精度要求。

第二种是基于近景摄影测量+机械驱动方式。解放军信息工程大学的卢书在其硕士学位论文《高速铁路轨道板快速精密检测技术研究》中和中国矿业大学的范生宏在其博士学位论文《基于数字摄影测量的轨道板快速检测关键技术研究》中论述了此方法。此类计算方法由于承轨台内侧表面的激光光束数量有限，所获取的每个平面点数量只有大约6个，不能完整重建所有平面的精细模型。

中国发明专利公开号CN103697813A公开了一种无砟轨道板尺寸检测方法及装置。其计算方法虽然实现了CRTSⅢ型轨道板外观尺寸偏差的自动解算，但是该方法还存在以下缺点：(1)获取原始数据时，需要人工方式将装置安装在待检测板上，不能实现完全的自动化检测；(2)该方法布设的照相测量点个数有限，基于有限个数的激光点，不能实现轨道板表面模型的精细化三维重建。

在申请号为201610171840.3、发明名称为“检测CRTSⅢ型轨道板外观尺寸偏差的方法”的中国发明专利申请中，采用激光跟踪仪和手持扫描仪组合方式，实现人工方式的轨道板表面扫描，检测效率和结果精度提高得非常显著。但是其计算原理涉及点云分类算法，计算过程复杂，原始点云数据包含球型自归心工装表面点云数据，非轨道板表面的直接点云数据，忽略了球型自归心工装的制作误差。

在申请号为CN201610409638.X，发明名称为“CRTSⅢ型轨道板加工偏差自动化检测方法及其检测结果的信息化方法”的中国发明专利申请中，利用机械臂及机械滑轨的激光扫描系统采集轨道板点云数据，避免了使用检测工装而可能产生的检测误差。但其点云处理计算过程未能充分应用国内外点云处理软件成果，需完成大量的开发工作，实现过程困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，用于克服现有技术存在的问题。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种基于CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，包括：

步骤1)在点云处理软件中导入CRTSⅢ型轨道板的标准三维设计模型；

步骤2)利用点云处理软件，建立轨道板三维模型的直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点；

步骤3)利用点云处理软件与已建立的直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点，建立CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项目的辅助点特征、辅助直线特征和辅助平面等特征；

步骤4)利用点云处理软件与已建立的点特征、平面圆特征、直线特征和平面特征，点特征包括各辅助点特征、平面圆特征为直接平面圆特征、直线特征为辅助直线特征，平面特征包括直接平面特征和辅助平面特征，建立CRTS Ⅲ型轨道板外形尺寸检测项的直接距离特征和直接角度特征；

步骤5)利用点云处理软件，裁剪轨道板三维模型的直接平面特征，减小所述直接平面特征区域范围；

步骤6)在点云处理软件包含CRTSⅢ型轨道板点云且与轨道板三维模型对齐时，利用点云处理软件，抽取计算已建立所有特征的实际测量值，得到 CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项中直接特征的实际距离和角度值；

步骤7)利用点云处理软件的软件开发工具包(Software Development Kit，即SDK)，编程实现所有特征实际测量值的自动获取，计算CRTSⅢ型轨道板外形尺寸的特殊检测项目值。

优选的是，所述CRTSⅢ型轨道板的标准三维设计模型，根据成品板的铺设地段，分为不同的板型，一种板型对应一个标准的轨道板三维模型，三维设计模型根据CRTSⅢ型轨道板设计文件精确建立。

优选的是，所述高精度的CRTSⅢ型轨道板点云数据，即轨道板成品板整块板的点云数据或各承轨台表面与轨道板四个侧面的部分或全部，轨道板底面部分或全部区域的高质量点云数据；

其中，各承轨台点云数据与特殊区域点云数据的相互关系与对应成品板实际关系一致，点云数据的点间距≤1mm，点云精度≤0.05mm。

优选的是，在所述点云处理软件中，导入所述CRTSⅢ型轨道板的标准三维设计模型，一种型号的轨道板模型对应所述点云处理软件中的一个管理项目或一个管理空间。

优选的是，利用所述点云处理软件，建立所述CRTSⅢ型轨道板的标准三维模型的直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点；

所述直接平面特征包括承轨台面特征、承轨台钳口面特征、轨道板上表面特征和轨道板侧面特征；

所述直接平面圆特征指位于预埋套管表面的预埋套管圆特征；

所述直接边界比较点指轨道板各侧面的边界比较点，用于得到成品板侧面的边界点。

优选的是，利用所述点云处理软件与所述直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点，建立所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项目的辅助点特征、辅助直线特征和辅助平面特征；

所述辅助平面特征指承轨台面特征沿法线方向偏置28mm的平面特征；

所述辅助点特征包括预埋套管圆心点特征、预埋套管圆心投影到辅助平面的点特征、预埋套管圆心投影到承轨台面的点特征和各侧面的边界点特征；

所述辅助直线特征包括所述辅助平面特征与所述钳口面特征的相交直线特征和所述各侧面边界点拟合的直线特征。

优选的是，利用所述点云处理软件与所述点特征、平面圆特征、直线特征和平面特征，建立所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项的直接距离特征和直接角度特征；

所述直接距离特征包括长度特征、宽度特征、厚度特征、凸起高度特征、歪斜特征、板端套管距板端距离特征、承轨台间外钳口间距离特征、单个承轨台钳口距离特征和承轨台外钳口距外侧套管中心距离特征；

所述直接角度特征包括承轨面坡度角特征和承轨台与钳口面夹角特征。

优选的是，利用所述点云处理软件，对所述直接平面特征进行裁剪，减小所述直接平面特征区域范围。

优选的是，在所述点云处理软件包含所述CRTSⅢ型轨道板点云且与所述轨道板的标准三维模型对齐时，利用所述点云处理软件，抽取计算已建立所有特征值的实际测量值，得到所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项中直接特征的实际距离和角度值。

优选的是，利用所述点云处理软件的软件开发工具包(Software DevelopmentKit，即SDK)，编程实现所有特征实际测量值的自动获取(包括所述预埋套管圆心投影到承轨台面的点特征的实际测量值)，计算所述CRTS Ⅲ型轨道板外形尺寸的特殊检测项目值；

所述特殊检测项目包括纵向相邻套管中心距离、同一承轨台两相邻套管中心距离、中心位置距轨道板中心线距离、预埋套管处承轨台横向位置偏差、预埋套管处承轨台垂向位置偏差、轨道板四角的承轨面水平和单侧承轨面中央翘曲量。

本发明的有益效果如下：

1.计算精度高且无需检测工装：利用轨道板表面的高精度点云数据，无需辅助检测工装，无需考虑检测工装的制造误差；误差主要来源为点云误差和拟合误差，二者综合误差≤0.05mm，完全满足CRTSⅢ型轨道板检测的精度要求。

2.计算速度快：使用平面的部分区域代替了全部平面，提高了平面拟合速度，完成计算花费时间≤3min。

3.计算项目齐全：利用高精度点云数据，便可一次性获得CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项目的所有实测值。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，

图1为本发明实施提供的基于高精度点云的CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法流程图；

图2为P5600型轨道板各承轨台编号和各侧面编号示意图；

图3a为P5600型轨道板标准三维模型直接特征示意图；

图3b为轨道板标准三维模型侧面的边界比较点示意图；

图4a为辅助平面和辅助投影点特征示意图；

图4b为钳口直线特征示意图；

图4c为特殊区域辅助边界点特征和辅助边界直线特征示意图；

图5a为长度、宽度和承轨台间钳口距离等检测项目建立示意图；

图5b为厚度检测项目建立示意图；

图5c为凸起高度检测项目建立示意图；

图5d为单个承轨台钳口距检测项目建立示意图；

图5e为承轨台外钳口距外侧套管中心距检测项目建立示意图；

图5f为承轨台与钳口面夹角检测项目建立示意图；

图6a为轨道板底面特征和承轨台面特征裁剪结果示意图；

图6b为钳口面裁剪结果示意图；

图6c为轨道板侧面特征裁剪结果示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述点云处理软件，可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“外侧”、“内侧”、“上侧”、“下侧”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系的，以及各特征的命名方式及编号规则，都仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的元件特定的方位和特定名称，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例提供的基于高精度点云的CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法流程示意图。本实施例一所述的方法的执行主体是点云处理软件及自主开发的获取计算装置。如图1所示，本发明实施例所述的基于高精度点云的CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，包括：

一种基于CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，包括：

步骤1)在点云处理软件中导入CRTSⅢ型轨道板的标准三维设计模型；

步骤2)利用点云处理软件，建立轨道板三维模型的直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点；

步骤3)利用点云处理软件与已建立的直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点，建立CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项目的辅助点特征、辅助直线特征和辅助平面等特征；

步骤4)利用点云处理软件与已建立的点特征、平面圆特征、直线特征和平面特征，点特征包括各辅助点特征、平面圆特征为直接平面圆特征、直线特征为辅助直线特征，平面特征包括直接平面特征和辅助平面特征，建立CRTS Ⅲ型轨道板外形尺寸检测项的直接距离特征和直接角度特征；

步骤5)利用点云处理软件，裁剪轨道板三维模型的直接平面特征，减小所述直接平面特征区域范围；

步骤6)在点云处理软件包含CRTSⅢ型轨道板点云且与轨道板三维模型对齐时，利用点云处理软件，抽取计算已建立所有特征的实际测量值，得到 CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项中直接特征的实际距离和角度值；

步骤7)利用点云处理软件的软件开发工具包(Software Development Kit，即SDK)，编程实现所有特征实际测量值的自动获取，计算CRTSⅢ型轨道板外形尺寸的特殊检测项目值。

优选的是，所述CRTSⅢ型轨道板的标准三维设计模型，根据成品板的铺设地段，分为不同的板型，一种板型对应一个标准的轨道板三维模型，三维设计模型根据CRTSⅢ型轨道板设计文件精确建立。

优选的是，所述高精度的CRTSⅢ型轨道板点云数据，即轨道板成品板整块板的点云数据或各承轨台表面与轨道板四个侧面的部分或全部，轨道板底面部分或全部区域的高质量点云数据；

其中，各承轨台点云数据与特殊区域点云数据的相互关系与对应成品板实际关系一致，点云数据的点间距≤1mm，点云精度≤0.05mm。

优选的是，在所述点云处理软件中，导入所述CRTSⅢ型轨道板的标准三维设计模型，一种型号的轨道板模型对应所述点云处理软件中的一个管理项目或一个管理空间。

优选的是，利用所述点云处理软件，建立所述CRTSⅢ型轨道板的标准三维模型的直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点；

所述直接平面特征包括承轨台面特征、承轨台钳口面特征、轨道板上表面特征和轨道板侧面特征；

所述直接平面圆特征指位于预埋套管表面的预埋套管圆特征；

所述直接边界比较点指轨道板各侧面的边界比较点，用于得到成品板侧面的边界点。

优选的是，利用所述点云处理软件与所述直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点，建立所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项目的辅助点特征、辅助直线特征和辅助平面特征；

所述辅助平面特征指承轨台面特征沿法线方向偏置28mm的平面特征；

所述辅助点特征包括预埋套管圆心点特征、预埋套管圆心投影到辅助平面的点特征、预埋套管圆心投影到承轨台面的点特征和各侧面的边界点特征；

所述辅助直线特征包括所述辅助平面特征与所述钳口面特征的相交直线特征和所述各侧面边界点拟合的直线特征。

优选的是，利用所述点云处理软件与所述点特征、平面圆特征、直线特征和平面特征，建立所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项的直接距离特征和直接角度特征；

所述直接距离特征包括长度特征、宽度特征、厚度特征、凸起高度特征、歪斜特征、板端套管距板端距离特征、承轨台间外钳口间距离特征、单个承轨台钳口距离特征和承轨台外钳口距外侧套管中心距离特征；

所述直接角度特征包括承轨面坡度角特征和承轨台与钳口面夹角特征。

优选的是，利用所述点云处理软件，对所述直接平面特征进行裁剪，减小所述直接平面特征区域范围。

优选的是，在所述点云处理软件包含所述CRTSⅢ型轨道板点云且与所述轨道板的标准三维模型对齐时，利用所述点云处理软件，抽取计算已建立所有特征值的实际测量值，得到所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项中直接特征的实际距离和角度值。

优选的是，利用所述点云处理软件的软件开发工具包(Software DevelopmentKit，即SDK)，编程实现所有特征实际测量值的自动获取(包括所述预埋套管圆心投影到承轨台面的点特征的实际测量值)，计算所述CRTS Ⅲ型轨道板外形尺寸的特殊检测项目值；

所述特殊检测项目包括纵向相邻套管中心距离、同一承轨台两相邻套管中心距离、中心位置距轨道板中心线距离、预埋套管处承轨台横向位置偏差、预埋套管处承轨台垂向位置偏差、轨道板四角的承轨面水平和单侧承轨面中央翘曲量。

在一个详细的实施例中，具体包括：

S1.在点云处理软件中导入CRTSⅢ型轨道板的标准三维设计模型，一种型号的轨道板模型对应点云处理软件的一个管理项目或管理空间。

本实施例中，点云处理软件，指核心工作流程为在测量零件上抽取尺寸并计算与对应名义尺寸偏差的软件，包括基于扫描(或逆向设计)的3D建模软件或基于点云数据的建模与处理(或逆向工程和设计)的软件，如PolyWorks 和Geomagic Control X等。

进一步的，执行本实施例所述方法步骤的点云处理软件具体实施例为PolyWorks2017的PolyWorks|Inspector模块。

所述CRTSⅢ型轨道板，直线地段据其铺设区域可以分为标准板和非标准板，共6种板型。标准板的型号包括P5600型轨道板(路基、大跨连续梁、 32m简支梁中部、隧道等区段以P5600型轨道板为主)、P4925型轨道板(32m 简支梁端采用P4925型轨道板)和P4856型轨道板(24m简支梁采用P4856 型轨道板)。非标板的型号包括P5600A型轨道板、P4925B型轨道板和P3710 型轨道板，主要应用于特殊地段(如无砟轨道与有砟轨道连接处等)。

CRTSⅢ型轨道板直线地段的标准三维设计模型，根据CRTSⅢ型轨道板设计文件精确建立；由于高速铁路在曲线地段的曲线半径较大，曲线板相对于直线板，对应的承轨台在线路横向水平移动调整、在线路纵向上下移动调整，具体的调整值在设计文件中明确，但调整值较小，实际检测过程其标准三维设计模型使用对应轨道板型号的直线地段的标准的三维模型即可。

所述管理项目或管理空间，根据所述点云处理软件的具体管理方法而定。进一步，本实施例中，一种型号的轨道板模型对应PolyWorks2017的一个工作 (管理)空间；在工作空间下，PolyWorks|Inspector项目为实际计算工作项目。

S2.利用点云处理软件，建立轨道板三维模型的直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点。

其中，所述直接特征为所述轨道板标准三维模型的表面特征。

具体的，本实施例中，利用PolyWorks2017的PolyWorks|Inspector模块，可直接使用“在CAD模型上点选”方式创建的特征，即为直接特征；可直接使用“采样参考曲线”建立的边界比较点，即为直接边界比较点。

建立所述轨道板标准三维模型的直接特征面、直接特征圆和特殊区域(各侧面中间区域)边界剪切比较点的过程如下(以P5600型轨道板为例，其他型号轨道板特征创建过程与其一致)：

(1)在轨道板三维实体模型中，使用“在CAD模型上点选”方式，建立各承轨台面的平面特征。命名规则为“承轨台面+承轨台编号”(承轨台编号规则如图2所示)，如“承轨台面1”；

使用“在CAD模型上点选”方式，建立各钳口面的平面特征。。其中，钳口面分为内侧和外侧，命名规则为“钳口面外/内侧+承轨台编号”，如“钳口面外侧1”；

使用“在CAD模型上点选”方式，建立轨道板上表面的平面特征和侧面的平面特征。其中，轨道板上表面只有一个，其平面特征直接命名为“轨道板底面”，侧面共有四个，命名规则为“侧面+侧面编号”(侧面编号规则如图2所示)，如“侧面1”；

用“在CAD模型上点选”方式，建立预埋套管的平面圆特征。其中，预埋套管分为内侧和外侧，命名规则为“预埋套管圆外/内侧+承轨台编号”，“预埋套管圆内侧1”。

直接特征的建立结果，如图3a所示。

(2)在轨道板三维实体模型中，利用“剪切边比较点”(剪切边比较点作为一个测量对象，用来获得边界上特定坐标的偏差，从而可获得特殊区域的边界点)，建立特殊区域的边界比较点。使用“创建剪切边比较点”的功能，其创建方式为“采样参考曲线”，设置“采样间距”和“半径”等参数，取消“创建后退点”选项，建立特殊区域的边界比较点。特殊区域比较点组的命名规则为“特殊区域-边界比较点”，比较点的命名规则为“特殊区域-边界比较点+点编号”，如“1号侧面-边界比较点”、“2号侧面-边界比较点1”。如图3b所示。

S3.利用点云处理软件与已建立的直接平面特征、直接圆特征和直接边界比较点，建立CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项目的辅助点特征、辅助直线特征和辅助平面等特征。

所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项目，与《QCR567-2017高速铁路 CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板》规定要求的“轨道板外形尺寸偏差要求及检验”中的检验项目一致。

建立轨道板外观检测尺寸检测特征，需利用其几何关系，建立除直接特征外的辅助平面、点、直线等特征。

具体地，本实施例中，辅助特征为在PolyWorks2017的PolyWorks|Inspector 模块，无法使用“在CAD模型上点选”方式创建的特征。

各辅助平面、点、直线特征的建立步骤如下所示(以P5600型轨道板为例，其他型号轨道板特征创建过程与其一致)：

(1)建立钳口平面的辅助平面特征。该平面是承轨台面向上平移28mm 后的平面特征。其创建方式为“从对象”，子方式为“平面和偏置”，偏置参数为28mm，命名规则为“钳口平面+承轨台编号”，如“钳口平面1”。如图4a 所示。

(2)建立钳口直线的辅助直线特征。该直线是钳口平面与内外侧钳口面相交的辅助直线，分为钳口直线内侧和钳口直线外侧。其创建方式为“从相交”，子方式为“2平面”，命名规则为“钳口直线内/外侧+承轨台编号”，如“钳口直线外侧1”、“钳口直线内侧1”。如图4b所示。

(3)建立预埋套管中心的辅助点特征。该点是预埋套管圆的圆心点，包括内侧和外侧。其创建方式为“从对象”，子方式为“从圆心”，命名规则为“预埋套管中心内/外侧+承轨台编号”，如“预埋套管中心外侧1”、“预埋套管中心内侧1”。

(4)建立预埋套管中心点到钳口平面和承轨台面的投影点特征。该点是预埋套管圆的圆心点投影到钳口平面和承轨台面的投影点，分为内侧和外侧。其创建方式为“从投影”，子方式为“到平面上”，命名规则为“套管中心投影点外侧\内侧+承轨台编号”和“预埋套管中心投影到承轨面点外侧\内侧+承轨台编号”，如“套管中心投影点外侧1”、“预埋套管中心投影到承轨面点外侧 1”。如图4a所示。

(5)建立边界点的辅助点特征。该点是特殊区域的边界点。其创建方式为“从对象”，子方式为“比较点”，从属于(即“创建自”)剪切点“3D点”。命名规则为“特殊区域-边界点+点编号”，如“1号侧面-边界点1”。如图4c所示。

(6)建立特殊区域边界直线的辅助直线特征。该直线是由特殊区域的边界点以最小二乘为原则拟合而成。其创建方式为“从对象”，子方式为“中心点”，命名规则为“特殊区域-边界直线”，如“1号侧面-边界直线”。如图4c 所示。

S4.利用点云处理软件与已建立的点特征、平面圆特征、直线特征和平面特征，建立CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项的直接距离特征和直接角度特征。

所述平面特征包括直接平面特征和辅助平面特征，直接距离和角度特征值指利用所述点云处理软件可直接量测计算得到的距离和角度特征，无需通过其它拟合算法。

具体地，本实施例中，所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项的直接距离特征和直接角度特征在PolyWorks2017的PolyWorks|Inspector模块中，可以直接创建的角度和距离特征。

(1)长度、宽度

长度即为轨道板“侧面2”和“侧面4”的距离。宽度即为轨道板“侧面 1”和“侧面3”的距离。允许偏差值为±3.0mm。特征直接命名为“长度”和“宽度”。如图5a所示。

(2)厚度

厚度即为轨道板各侧面的边界直线与轨道板上表面(轨道板底面)的距离。其允许偏差值为±3.0mm。特征直接命名“厚度1”、“厚度2”、“厚度3”和“厚度4”。如图5b所示。

(3)凸起高度

凸起高度即预埋套管中心到与承轨台面的距离。其理论值为0，故直接使用其测量值作为检测偏差结果。其允许偏差值为﹣1.0mm—0.0mm。特征命名规则为“凸起高度内/外侧+承轨台编号”，如“凸起高度外侧10”。如图5c所示。

(4)歪斜

歪斜即为预埋套管圆的法线向量与承轨面法线向量在承轨面顶部120mm 处的空间水平距离。其理论值为0，故直接使用其测量值作为检测偏差结果。允许偏差值为2mm。特征命名规则为“预埋套管歪斜内/外侧+承轨台编号”，如“预埋套管歪斜外侧10”。

(5)板端套管距板端距离

板端套管距板端距离即轨道板板端的4个承轨台内侧预埋套管圆至板端侧边边界直线的水平距离。其允许偏差为±2.0mm。特征命名规则为“板端套管距板端距离+距离编号”，如“板端套管距板端距离1”。

(6)承轨台间外钳口间距离

承轨台间外钳口间距离即轨道板两侧承轨台外侧钳口直线间的距离。其允许偏差为±1.0mm。特征命名规则为“承轨台间外钳口间距离+上侧承轨台编号”，如“承轨台间外钳口间距离1”。如图5a所示。

(7)单个承轨台钳口距离

单个承轨台钳口距离即轨道板各承轨台内外侧钳口直线间的距离。其允许偏差为±0.5mm。特征命名规则为“单个承轨台钳口距离+承轨台编号”，如“单个承轨台钳口距离1”。如图5d所示。

(8)承轨台外钳口距外侧套管中心距离

承轨台外钳口距外侧套管中心距离即轨道板各承轨台外侧套管中心投影点到外侧钳口直线的距离。其允许偏差为±1.0mm。特征命名规则为“承轨台外钳口距外侧套管中心距离+承轨台编号”，如“承轨台外钳口距外侧套管中心距离1”。如图5e所示。

(9)承轨面坡度角

承轨面坡度即轨道板各承轨面相对于轨道板底面的坡度，承轨面坡度角即轨道板各承轨面与轨道板底板的夹角(可转换为坡度)，坡度允许范围为“1： 37～1:43”，夹角范围为“1.332°～1.548°”。特征命名规则为“承轨面坡度角+承轨台编号”，如“承轨面坡度角1”。

(10)承轨台与钳口面夹角

承轨台与钳口面夹角即各承轨台内外侧钳口面与个各承轨台面的夹角。其允许偏差为±1.0°。特征命名规则为“承轨台与钳口面夹角外/内侧+承轨台编号”，如“承轨台与钳口面夹角外侧1”。如图5f所示。

S5.利用点云处理软件，对轨道板三维模型的直接平面特征裁剪，减小所述直接平面特征区域范围。

所述CRTSⅢ型轨道板各平面光滑平整，且轨道板点云数据点间距小，数据量大，可采用“局部区域代表全部平面”的思想方法，用来提高点云计算效率。

具体地，本实施例中，利用PolyWorks2017的PolyWorks|Inspector模块的平面特征“修剪”功能，对所有直接平面特征在不影响拟合精度的前提下，进行裁剪。

所述裁剪方法，极大地缩短了平面拟合时间，提高了点云数据处理效率。经测试，采集后，点云处理计算时间缩至未裁剪时间的1/10。

轨道板底面特征和承轨台面特征裁剪结果如图6a所示。

钳口面特征裁剪结果如图6b所示。

轨道板侧面特征裁剪结果如图6c所示。

利用所述点云处理软件所建立的特征，可以作为模板特征，一种型号轨道板的工作管理空间作为一个特征模板管理空间；模板特征管理空间无需改变，后续使用只需复制即可；所述点云数据处理软件使用所述模板特征的复制成果，在得到该型号的所述轨道板点云数据且与所述轨道板三维模型对齐后，即可计算，从而所有特征的实际测量值。

S6.在点云处理软件包含CRTSⅢ型轨道板点云且与轨道板三维模型对齐时，利用点云处理软件，获得已建立所有特征值的实际测量值，得到CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项中直接的实际距离和角度值；

所述CRTSⅢ型轨道板点云数据，即轨道板成品板整块班的点云数据或各承轨台表面与其它特殊区域表面(轨道板四个侧面的部分或全部，轨道板底面部分或全部)的高质量点云数据(各承轨台点云数据与特殊区域点云数据的相互关系与对应成品板实际关系一致)，其点间距≤1mm，点云精度≤0.05mm；可通过所述点云处理软件控制获取点云的设备直接获得，或导入至所述点云处理软件。

所述CRTSⅢ型轨道板点云与所述轨道板标准三维模型对齐可通过所述点云数据软件对齐。

利用所述点云处理软件的计算功能，可获得所述特征的实际测量值，同时获得所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项中的实际距离和角度测量值。

具体地，本实施例中，可利用PolyWorks2017的PolyWorks|Inspector模块直接通过点云获取设备，获得所述点云数据。

使用PolyWorks2017的PolyWorks|Inspector，利用所述点云坐标系和所述CRTSⅢ型轨道板标准三维模型坐标系的初始转化关系，转换所述点云数据至 CRTSⅢ型轨道板标准三维模型坐标系下，完成所述点云数据与所述CRTSⅢ型轨道板标准三维模型的初对齐。

利用PolyWorks2017的PolyWorks|Inspector“最佳拟合数据至参考对象”功能，可完成所述点云数据与所述CRTSⅢ型轨道板标准三维模型的精确对齐。

利用PolyWorks2017的PolyWorks|Inspector的“抽取测量值”功能，获得所述特征的测量值，同时获得所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项中的直接距离和角度测量值。

S7.利用点云处理软件的软件开发工具包(Software Development Kit，即 SDK)，编程实现所有特征实际测量值的自动获取，获得所述平面圆的实际测量值(包括所述预埋套管圆心投影到承轨台面的空间点特征的实际测量值)，计算CRTSⅢ型轨道板外形尺寸的特殊检测项目值。

所述点云处理软件拥有SDK。利用所述点云数据软件SDK，可以进行自主开发程序，用于自动化控制所述点云数据处理软件、与其进行信息传递与交互获取点云数据处理结果。

具体地，本实施例中，利用PolyWorks2017的SDK，自主开发程序，自动化控制PolyWorks2017；与PolyWorks2017进行信息交互，获得所述特征的实际测量值，从而获得所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸的直接距离和直接角度的测量值。

自主开发程序，获得所述预埋套管圆心投影到承轨台面的空间点的实际测量值。根据所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸的特征检测值的几何方法和求解算法，计算特殊的外形尺寸项目。详细如下：

(1)纵向相邻套管中心距离(扣件间距)

纵向相邻套管中心距离(扣件间距)即轨道板两侧相邻两承轨台的内侧预埋套管中心之间的距离。其允许偏差为±2.0mm。该检测项目的实际测量值通过自主开发程序计算获得。

(2)同一承轨台两相邻套管中心距离

同一承轨台两相邻套管中心距离即同一承轨台两预埋套管圆的距离/同一承轨台两预埋套管中心的距离。其允许偏差为±0.5mm。该检测项目的实际测量值通过自主开发程序计算获得。

(3)中心位置距轨道板中心线距离

中心位置距轨道板中心线距离即各承轨台轨底中心线点到轨道板中心线的距离。其中，轨道板中心线的解算方法为：①获得各承轨台预埋套管中心的中心(即各承轨台轨底中心点)后；②利用轨道板两侧轨底中心点获得轨道板中心点；③利用各轨道板中心点，拟合求得轨道板中心线(曲线地段的轨道板中心线利用轨道板两端的轨底中心点计算获得)。其允许偏差为±1.0mm。该检测项目的实际测量值通过自主开发程序计算获得。

(4)预埋套管处承轨台横向位置偏差

对于直线地段的轨道板，预埋套管处承轨台横向位置偏差即一列承轨台轨底中心线点的直线度。解算方法为：①利用轨底中心点在所述CRTSⅢ型轨道板标准三维模型坐标系下的与轨道板底面平行平面内的投影点，拟合直线；②求各投影点到拟合直线的方向距离；③方向距离即为横向位置偏差。

对于曲线地段的轨道板，即实测螺栓孔(预埋套管圆心)横向坐标相对于设计螺栓孔横向坐标的差值。解算方法为：①利用曲线板设计文件，获得各预埋套管圆中心的坐标；②转换曲线板设计文件中预埋套管圆中心的坐标至所述CRTSⅢ型轨道板标准三维模型坐标系下；③在CRTSⅢ型轨道板标准三维模型坐标系下，求CRTSⅢ型轨道板标准三维模型坐标系下XOY平面内的坐标偏差即为横向位置偏差。

其允许偏差为±0.5mm。

该检测项目的实际测量值通过自主开发程序计算获得。

(5)预埋套管处承轨台垂向位置偏差

对于直线地段的轨道板，预埋套管处承轨台垂向位置偏差即一列承轨台轨底中心线点的平面度。解算方法为：①利用轨底中心点在所述CRTSⅢ型轨道板标准三维模型坐标系下的XOZ平面内的投影点，拟合直线；②求各投影点到拟合直线的方向距离；③方向距离即为垂向位置偏差。

对于曲线地段的轨道板，即实测螺栓孔(预埋套管圆心)垂向坐标相对于设计螺栓孔垂向向坐标的差值。解算方法为：①利用曲线板设计文件，获得各预埋套管圆中心的坐标；②转换曲线板设计文件中预埋套管圆中心的坐标至所述CRTSⅢ型轨道板标准三维模型坐标系下；③在CRTSⅢ型轨道板标准三维模型坐标系下，求CRTSⅢ型轨道板标准三维模型坐标系下XOZ平面内的坐标偏差即为垂向位置偏差。

其允许偏差为±1.0mm。

该检测项目的实际测量值通过自主开发程序计算获得。

(6)轨道板四角水平

轨道板四角水平即利用轨道板四角的4个承轨台轨底中心线点拟合一平面，求取各点至该平面的距离即为轨道板四角水平。

其允许偏差为±1.0mm。

该检测项目的实际测量值通过自主开发程序计算获得。

(17)单侧承轨面中央翘曲量

单侧承轨面中央翘曲量即利用轨道板四角的4个承轨台轨底中心线点拟合一平面，求取单侧中央承轨台轨底中心线点至该平面的距离即为单侧承轨面中央翘曲量。

其允许偏差≤2.0mm。

该检测项目的实际测量值使用轨道四角承轨台轨底中心线点坐标拟合平面，利用单侧中央承轨台轨底中心线点坐标通过自主开发程序计算获得。

需要说明的是，对于上述方法实施例而言，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。

而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，包括：

步骤1)在点云处理软件中导入CRTSⅢ型轨道板的标准三维设计模型；

步骤2)利用点云处理软件，建立轨道板三维模型的直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点；

步骤3)利用点云处理软件与已建立的直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点，建立CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项目的辅助点特征、辅助直线特征和辅助平面等特征；

步骤4)利用点云处理软件与已建立的点特征、平面圆特征、直线特征和平面特征，点特征包括各辅助点特征、平面圆特征为直接平面圆特征、直线特征为辅助直线特征，平面特征包括直接平面特征和辅助平面特征，建立CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项的直接距离特征和直接角度特征；

步骤5)利用点云处理软件，裁剪轨道板三维模型的直接平面特征，减小所述直接平面特征区域范围；

步骤6)在点云处理软件包含CRTSⅢ型轨道板点云且与轨道板三维模型对齐时，利用点云处理软件，抽取计算已建立所有特征的实际测量值，得到CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项中直接特征的实际距离和角度值；

步骤7)利用点云处理软件的软件开发工具包(Software Development Kit，即SDK)，编程实现所有特征实际测量值的自动获取，计算CRTSⅢ型轨道板外形尺寸的特殊检测项目值。

2.根据权利要求1中所述的CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，其特征在于，所述CRTSⅢ型轨道板的标准三维设计模型，根据成品板的铺设地段，分为不同的板型，一种板型对应一个标准的轨道板三维模型，三维设计模型根据CRTSⅢ型轨道板设计文件精确建立。

3.根据权利要求1中所述的CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，其特征在于，所述高精度的CRTSⅢ型轨道板点云数据，即轨道板成品板整块板的点云数据或各承轨台表面与轨道板四个侧面的部分或全部，轨道板底面部分或全部区域的高质量点云数据；

其中，各承轨台点云数据与特殊区域点云数据的相互关系与对应成品板实际关系一致，点云数据的点间距≤1mm，点云精度≤0.05mm。

4.根据权利要求1中所述的CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，其特征在于，在所述点云处理软件中，导入所述CRTSⅢ型轨道板的标准三维设计模型，一种型号的轨道板模型对应所述点云处理软件中的一个管理项目或一个管理空间。

5.根据权利要求1中所述的CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，其特征在于，

利用所述点云处理软件，建立所述CRTSⅢ型轨道板的标准三维模型的直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点；所述直接平面特征包括承轨台面特征、承轨台钳口面特征、轨道板上表面特征和轨道板侧面特征；

所述直接平面圆特征指位于预埋套管表面的预埋套管圆特征；

所述直接边界比较点指轨道板各侧面的边界比较点，用于得到成品板侧面的边界点。

6.根据权利要求1中所述的CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，其特征在于，

利用所述点云处理软件与所述直接平面特征、直接平面圆特征和直接边界比较点，建立所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项目的辅助点特征、辅助直线特征和辅助平面特征；

所述辅助平面特征指承轨台面特征沿法线方向偏置28mm的平面特征；

所述辅助点特征包括预埋套管圆心点特征、预埋套管圆心投影到辅助平面的点特征、预埋套管圆心投影到承轨台面的点特征和各侧面的边界点特征；

所述辅助直线特征包括所述辅助平面特征与所述钳口面特征的相交直线特征和所述各侧面边界点拟合的直线特征。

7.根据权利要求1中所述的CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，其特征在于，利用所述点云处理软件与所述点特征、平面圆特征、直线特征和平面特征，建立所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项的直接距离特征和直接角度特征；

所述直接距离特征包括长度特征、宽度特征、厚度特征、凸起高度特征、歪斜特征、板端套管距板端距离特征、承轨台间外钳口间距离特征、单个承轨台钳口距离特征和承轨台外钳口距外侧套管中心距离特征；

所述直接角度特征包括承轨面坡度角特征和承轨台与钳口面夹角特征。

8.根据权利要求1或7中所述的CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，其特征在于，利用所述点云处理软件，对所述直接平面特征进行裁剪，减小所述直接平面特征区域范围。

9.根据权利要求1中所述的CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，其特征在于，

在所述点云处理软件包含所述CRTSⅢ型轨道板点云且与所述轨道板的标准三维模型对齐时，利用所述点云处理软件，抽取计算已建立所有特征值的实际测量值，得到所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸检测项中直接特征的实际距离和角度值。

10.根据权利要求1所述的CRTSⅢ型轨道板外形尺寸快速计算方法，其特征在于，

利用所述点云处理软件的软件开发工具包(Software Development Kit，即SDK)，编程实现所有特征实际测量值的自动获取包括所述预埋套管圆心投影到承轨台面的点特征的实际测量值，计算所述CRTSⅢ型轨道板外形尺寸的特殊检测项目值；

所述特殊检测项目包括纵向相邻套管中心距离、同一承轨台两相邻套管中心距离、中心位置距轨道板中心线距离、预埋套管处承轨台横向位置偏差、预埋套管处承轨台垂向位置偏差、轨道板四角的承轨面水平和单侧承轨面中央翘曲量。