CN109307479A - 测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板及其测量方法，其特征在于，包括：基板、支撑机构、限位机构、位移传感器、视觉传感器、控制器，基板通过支撑机构和限位机构横跨在被测车体表面上；支撑机构用于对基板提供支撑和定位；限位机构用于限定基板与被测车体的相对位置；位移传感器用于测量被测车体的预设测量点；视觉传感器安装于基板内部左右两端的位置，用于测量被测车体的两侧边缘；控制器安装于基板的上表面，并与位移传感器、视觉传感器电连接，用于接收和处理位移传感器、视觉传感器测量得到的数据。可以满足列车生产过程车体轮廓偏差测量的自动化、高精度、高速度、数字化和网络化等多个方面的需求。

Description

测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板及其测量方法

技术领域

本发明涉及列车车体轮廓测量技术领域，具体地，涉及测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板及其测量方法。

背景技术

在列车车厢制造过程中，需要对车厢车体的车顶、侧墙等部件进行在线检测，以获取准确的形状参数。

目前，在列车生产现场采用的车体轮廓检测方法一般是以金属卡板为模板，利用直尺人工测量车体与卡板之间的间隙大小的方式来获取形状偏差信息。这种检测方式测量精度低、效率低、可靠性差，而且生产过程的相关数据无法自动保存，不能实现产品质量追溯，无法满足现代化生产需求。针对这一问题，又提出了自动化测量技术。对于一般的大尺寸目标轮廓三维测量，现场自动化测量方式主要有：双目立体成像法、数字投影光栅法以及偏差测量法。

双目立体成像法是采用两个视觉探头同时瞄准被测目标的同一区域，通过特征匹配和计算得出特征点的空间位置坐标。但是，双目立体成像法测量过程复杂，特征匹配容易出错、深度测量精度低，不适宜车体轮廓测量。数字投影光栅法是利用数字投影仪想被测表面透射一组光栅条纹，利用一侧的摄像机获取光栅条纹的图像，最后对图像数据处理，得到被测表面的三维轮廓。但是，数字投影光栅法的测量精度受测量范围影响较大，尤其在表面出现较大倾角时，测量误差显著增大，无法满足车体轮廓测量需求。偏差测量法是在一个刚性卡板上安装若干位移传感器，形成一个数字化卡板，直接测量卡板与被测车体之间的距离偏差，从而实现卡板轮廓的测量。但是，偏差测量法是一种相对测量方法，数字卡板与被测车体之间的定位精度直接影响轮廓测量精度，而在生产现场卡板的定位精度往往得不到保证，因此实际测量精度低。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板及其测量方法。

第一方面，本发明提供的一种测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板，包括：基板、支撑机构、限位机构、位移传感器、视觉传感器、控制器，所述基板通过支撑机构和限位机构横跨在被测车体表面上；其中：

所述支撑机构位于基板的下方，用于对所述基板提供支撑和定位；

所述的限位机构位于基板的左右两端，用于限定所述基板与所述被测车体的相对位置；利用支撑机构和限位机构与被测车体保持稳定而可靠的相对位置关系，并且保证每次测量的位置一致性、提高测量重复性；

所述位移传感器安装于基板的内部，并与所述被测车体上预设的被测点的表面保持垂直，用于测量被测车体的预设测量点；其中，位移传感器为多个非接触位移传感器，位移传感器的数量与测量点数一致；而测量点数量根据实际情况设定；

所述视觉传感器安装于基板内部左右两端的位置，用于测量所述被测车体的两侧边缘；

所述控制器安装于基板的上表面，并与所述位移传感器、视觉传感器电连接，用于接收和处理所述位移传感器、视觉传感器测量得到的数据。

可选地，所述支撑机构包括：左侧支撑机构、右侧支撑机构，其中：

左支撑机构包括：两个滚轮和一个轮架，两个滚轮安装在所述轮架之上，沿被测车体纵向前后布置；

右支撑机构包括：一个滚轮和一个轮架，所述滚轮位于所述轮架的中心位置；

基板直接固定于两个轮架之上，形成“三点式”支撑形式，保证支撑的可靠与稳定；当卡板沿车体纵向移动时，三个滚轮同时发生纯滚动，由此可以实现整个卡板沿被测车体的纵向移动，以实现对被测车体的移动连续测量功能，同时不会对被测车体表面产生划伤等伤害。

可选地，所述滚轮由两个滚动轴承和一个轮轴组成；滚动轴承采用轻载宽型系列滚动轴承，外径尽可能大、宽度尽可能宽，以便增大滚动轴承与被测车体的接触面积、减轻压痕的产生；轮轴采用阶梯轴形式，保证滚动轴承固定可靠。

可选地，所述左支撑机构还包括：摩擦轮和编码器，其中：

编码器安装于所述轮架内部，用于测量基板的纵向移动距离，以及基板的纵向位置；

摩擦轮安装在编码器的转轴之上，并置于轮架外侧，所摩擦轮直径略大于滚动轴承的外径，当支撑机构与被测车体表面接触之后，摩擦轮将会发生一定量的变形，从而保证摩擦轮与被测车体可靠接触；当卡板沿车体纵向移动时，可以保证摩擦轮与被测车体表面之间只发生纯滚动而不会打滑，并带动编码器的转轴随之一起转动，由此实现卡板纵向移动距离的测量和卡板纵向位置的定位。

可选地，还包括：电池组、继电器，其中：

所述电池组位于所述基板的内部，用于向所述位移传感器、视觉传感器、控制器提供电能；

所述继电器位于所述基板的内部，用于独立控制各个电子器件的上电，由此可以实现间歇式供电，大幅度延长电池的工作时长。

可选地，所述控制器包括：工控机和转换器，所述工控机设置有用于接收用户操作信号的触摸屏，并通过所述转换器的串行总线与所述位移传感器电连接，通过预设接口与所述视觉传感器电连接。控制器的操作面板外露于卡板表面，便于操作。

第二方面，本发明提供的一种测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板的测量方法，可以应用于第一方面中任一项所述的测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板测量车体轮廓偏差，所述方法包括：

将所述测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板置于被测车体上，并记录初始测量位置；

根据控制器的提示对所述测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板的位置进行位置微调，在位置微调结束后，横向锁紧两端的限位机构；

控制器根据用户输入的定位指示信息，获取视觉传感器数据，以分析后得到被测车体的端部位置，将编码器的读数清零；

控制器根据用户输入的测量指示信息，获取所有位移传感器的读数值与视觉传感器的读数值，以分析后得到所述被测车体的轮廓偏差值和长度偏差值，并在控制器的触摸屏上显示所述被测车体的轮廓偏差值和长度偏差值；

获取所述编码器的读数值，并与初始测量位置相加得到被测车体的截面位置；

将所述被测车体的截面位置、轮廓偏差值、长度偏差值进行保存。

可选地，将所述被测车体的截面位置、轮廓偏差值、长度偏差值进行保存之后，还包括：

控制所述测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板沿着所述被测车体纵向移动至下一待测截面位置，并获取和保存所述被测车体的截面位置、轮廓偏差值、长度偏差值；直到完成对所有待测截面位置的测量；

将保存的所述被测车体的截面位置、轮廓偏差值、长度偏差值发送至远端的服务器。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的一种测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板及其测量方法，在基板的下方设置支撑机构为基板提供支撑和纵向定位；通过限位机构来限定所述基板与被测车体的相对位置；并通过控制器自动获取位移传感器、视觉传感器、编码器的测量结果。限位机构与被测车体保持稳定而可靠的相对位置关系，从而保证每次测量的位置一致性、提高测量重复性。采用控制器、移传感器和视觉传感器来实现自动化定位和数据测量，使得定位精度高，可在生产现场实时测量车体轮廓偏差，测量速度快；采用支撑机构在被测车体提供纵向移动和定位，能够连续定位测量纵向长度数十米甚至更长的车体轮廓偏差，满足列车生产过程车体轮廓偏差测量的自动化、高精度、高速度、数字化和网络化等多个方面的需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的数字卡板结构组成示意图；

图2为本发明提供的左支撑机构的结构示意图；

图3为本发明提供的左支撑机构另一视角的结构示意图；

图4为本发明提供的右支撑机构的结构示意图；

图5为本发明提供的滚轮的结构示意图；

图6为本发明提供的间歇式供电控制原理示意图；

图7为本发明提供的初始位置定位原理示意图；

图中，10-基板，20-支撑机构，21-滚轮，22-左支撑机构轮架，23-右支撑机构轮架，24-摩擦轮，25-编码器，26-滚动轴承，27-轮轴，30-限位机构，40-位移传感器，50-视觉传感器，60-控制器，70-电池组，80-继电器，90-被测车体。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明一实施例提供的一种测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板，包括：基板10、支撑机构20、限位机构30、位移传感器40、视觉传感器50、控制器60、电池组70、继电器80等构成。其中：

所述的基板10横跨在被测车体90表面上，通过支撑机构20和限位机构30与被测车体90保持稳定而可靠的相对位置关系，并且保证每次测量的位置一致性、提高测量重复性；

所述的支撑机构20一共有2组，分别为左支撑机构和右支撑机构，两个支撑机构均置于基板的下方，支撑整个卡板的重量，并实现卡板垂直方向的定位；

所述的限位机构30一共有2组，两个限位机构置于基板的左右两端，用于实现卡板在被测车体90横向的定位、保证测量精度；

所述的位移传感器40为多个非接触位移传感器，例如激光位移传感器，其数量与要求的测量点数一致，安装于基板10的内部，分别对准被测车体90的相应测量点，并与被测点表面垂直；

所述的视觉传感器50一共有2个，分别安装于基板10内部左右两端的位置，分别瞄准被测车体90的两侧边缘；

所述的控制器60置于基板10的上表面，与所有的位移传感器40、视觉传感器50相连，便于操作和控制所有电子器件，并进行数据处理与数据存储；

所述的电池组70置于基板10的内部，可为所有的电子器件(例如：位移传感器40、视觉传感器50和控制器60等)供电，满足连续工作的要求；

所述的继电器80置于基板10的内部，用于控制各个电子器件的上电，实现间歇式供电、延长电池的工作时间。

进一步的，在一可选实施例中，如图2、图3所示，左支撑机构由两个滚轮21和一个左支撑机构轮架22组成，两个滚轮21安装在左支撑机构轮架22之上，沿被测车体90纵向前后布置；如图4所示，右支撑机由一个滚轮21和一个右支撑机构轮架23组成，滚轮21位于右支撑机构轮架23的中心位置；卡板的基板10直接固定于两个轮架之上，形成“三点式”支撑形式，保证支撑的可靠与稳定；当卡板沿被测车体90纵向移动时，三个滚轮21同时发生纯滚动，由此可以实现整个卡板沿被测车体90的纵向移动，以实现对被测车体90的移动连续测量功能，同时不会对被测车体90表面产生划伤等伤害。

进一步的，在一可选实施例中，如图5所示，所述的支撑机构20的滚轮21由两个滚动轴承26和一个轮轴27组成；滚动轴承26采用轻载宽型系列滚动轴承，外径尽可能大、宽度尽可能宽，以便增大滚动轴承26与被测车体90的接触面积、减轻压痕的产生；轮轴27采用阶梯轴形式，保证滚动轴承12固定可靠。

进一步的，在一可选实施例中，如图2、图3所示，所述左支撑机构的轮架22上安装有摩擦轮24和编码器25，编码器25安装于轮架22的内部，摩擦轮24直接安装在编码器25的转轴之上并置于轮架22的外侧；摩擦轮14的直径略大于滚动轴承26的外径，直径差一般可取2～4mm为宜；当支撑机构20与被测车体90表面接触之后，摩擦轮24将会发生一定量的变形，从而保证摩擦轮24与被测车体90可靠接触；当卡板沿车体90纵向移动时，可以保证摩擦轮24与被测车体90表面之间只发生纯滚动而不会打滑，并带动编码器25的转轴随之一起转动，由此实现卡板纵向移动距离的测量和卡板纵向位置的定位。

进一步的，在一可选实施例中，所述的继电器80为多路独立控制的继电器，可以分别控制位移传感器40、视觉传感器50的供电，由此可以实现间歇式供电，大幅度延长电池的工作时长。如图6所示，由电池组70输出的电力经过继电器80之后分别给位移传感器40和视觉传感器50供电。当操作者没有按下<测量>按键的过程中，控制器60控制继电器80不动作，不给位移传感器40与视觉传感器50供电，节省电力；当操作者按下<测量>按键之后，控制器60首先控制继电器80动作，为位移传感器40供电，待所有的位移传感器采样结束之后，将位移传感器40断电，再为视觉传感器60供电，待视觉传感器采样结束后再将视觉传感器断电；

基于上述的数字化卡板结构，本发明提供一种测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板的测量方法的实施例，所述方法包括：

安装步骤：将数字卡板置于被测车体90之上的初始测量位置、靠近被测车体9的一端，在控制器60的提示下进行位置微调，到位之后锁紧两端的限位机构30，保证数字卡板的位置准确而可靠；

参数初始化步骤：按下控制器60触摸屏上的<定位>按键，控制器60自动读取左右两侧的视觉传感器500的图像，该图像同时含有车体边缘和端部信息，通过处理可以得到车体端部的位置，为此时卡板的纵向起始位置，即图6所示的Z0；同时将编码器的读数清零，即R＝0；

测量步骤：点击控制器60触摸屏上的<测量>按键，控制器60将自动读取此时所有位移传感器40的读数值与视觉传感器50的读数值，通过处理得到最终的车体90轮廓偏差值与长度的偏差值；控制器60将自动读取编码器的读数R，并与初始位置Z0相加得到此时的截面位置Z＝Z0+R；同时将此时的被测车体90的截面位置、轮廓偏差值、长度偏差值等信息显示于控制器60的触摸屏之上，并进行自动保存。

移位步骤：沿着车体纵向推动数字卡板到达下测量截面位置后停下，重复进行上述的测量步骤，直至完成全部测量位置的测量工作。

发送步骤：点击控制器60触摸屏上的<发送>按键，所述被测车体的截面位置、轮廓偏差值、长度偏差值发送至远端的服务器。

本发明提供的一种测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板及其测量方法，在基板的下方设置支撑机构为基板提供支撑和纵向定位；通过限位机构来限定所述基板与被测车体的相对位置；并通过控制器自动获取位移传感器、视觉传感器、编码器的测量结果。限位机构与被测车体保持稳定而可靠的相对位置关系，从而保证每次测量的位置一致性、提高测量重复性。采用控制器、移传感器和视觉传感器来实现自动化定位和数据测量，使得定位精度高，可在生产现场实时测量车体轮廓偏差，测量速度快；采用支撑机构在被测车体提供纵向移动和定位，能够连续定位测量纵向长度数十米甚至更长的车体轮廓偏差，满足列车生产过程车体轮廓偏差测量的自动化、高精度、高速度、数字化和网络化等多个方面的需求。该方法还可用于其它相关测量领域之中。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板，其特征在于，包括：基板、支撑机构、限位机构、位移传感器、视觉传感器、控制器，所述基板通过支撑机构和限位机构横跨在被测车体表面上；其中：

所述支撑机构位于基板的下方，用于对所述基板提供支撑和定位；

所述限位机构位于基板的左右两端，用于限定所述基板与所述被测车体的相对位置；

所述位移传感器安装于基板的内部，并与所述被测车体上预设的被测点的表面保持垂直，用于测量被测车体的预设测量点；

所述视觉传感器安装于基板内部左右两端的位置，用于测量所述被测车体的两侧边缘；

所述控制器安装于基板的上表面，并与所述位移传感器、视觉传感器电连接，用于接收和处理所述位移传感器、视觉传感器测量得到的数据。

2.根据权利要求1所述的测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板，其特征在于，所述支撑机构包括左侧支撑机构、右侧支撑机构，其中：

左支撑机构包括：两个滚轮和一个轮架，两个滚轮安装在所述轮架之上，沿被测车体纵向前后布置；

右支撑机构包括：一个滚轮和一个轮架，所述滚轮位于所述轮架的中心位置。

3.根据权利要求2所述的测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板，其特征在于，所述滚轮包括：两个滚动轴承和一个轮轴；所述滚动轴承采用轻载宽型系列滚动轴承；所述轮轴采用阶梯轴形式。

4.根据权利要求2所述的测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板，其特征在于，所述左支撑机构还包括：摩擦轮和编码器，其中：

编码器安装于所述轮架内部，用于测量基板的纵向移动距离，以及基板的纵向位置；

摩擦轮安装在编码器的转轴之上，并置于轮架外侧，所述摩擦轮直径大于滚动轴承的外径，并与所述被测车体表面接触。

5.根据权利要求1所述的测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板，其特征在于，还包括：电池组、继电器，其中：

所述电池组位于所述基板的内部，用于向所述位移传感器、视觉传感器、控制器提供电能；

所述继电器位于所述基板的内部，用于独立控制各个电子器件的上电。

6.根据权利要求1-5所述的测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板，其特征在于，所述控制器包括：工控机和转换器，所述工控机设置有用于接收用户操作信号的触摸屏，并通过所述转换器的串行总线与所述位移传感器电连接，通过预设接口与所述视觉传感器电连接。

7.一种测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板的测量方法，其特征在于，应用权利要求1-6中任一项所述的测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板测量车体轮廓偏差，所述方法包括：

将所述测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板置于被测车体上，并记录初始测量位置；

根据控制器的提示对所述测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板的位置进行位置微调，在位置微调结束后，横向锁紧两端的限位机构；

控制器根据用户输入的定位指示信息，获取视觉传感器数据，以分析后得到被测车体的端部位置，将编码器的读数清零；

控制器根据用户输入的测量指示信息，获取所有位移传感器的读数值与视觉传感器的读数值，以分析后得到所述被测车体的轮廓偏差值和长度偏差值，并在控制器的触摸屏上显示所述被测车体轮的轮廓偏差值和长度偏差值；

获取所述编码器的读数值，并与初始测量位置相加得到被测车体的截面位置；

将所述被测车体的截面位置、轮廓偏差值、长度偏差值进行保存。

8.根据权利要求7所述的测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板的测量方法，其特征在于，将所述被测车体的截面位置、轮廓偏差值、长度偏差值进行保存之后，还包括：

控制所述测量车体轮廓偏差的移动式数字化卡板沿着所述被测车体纵向移动至下一待测截面位置，并获取和保存所述被测车体的截面位置、轮廓偏差值、长度偏差值；直到完成对所有待测截面位置的测量；

将保存的所述被测车体的截面位置、轮廓偏差值、长度偏差值发送至远端的服务器。