CN112902867A - 轨道轮廓测量设备及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了轨道轮廓测量设备及使用方法，基础架底面通过两个定位板与轨道顶面接触设置，基础架底部一侧设有电磁铁，通电的电磁铁与轨道的腹板固定连接，电磁铁连接至控制器，一号支架一端固定连接至基础架一侧，一号扫描仪通过一号安装座固定安装至一号支架的另一端；二号支架一端固定连接至基础架另一侧，二号扫描仪通过二号安装座固定安装至二号支架另一端。本发明减少人工操作，降低测量结果的人为因素。同时，设备可有效获取轨道指定测量点的轮廓数据，并自动将获取的轮廓数据自动进行分析，与标准数据进行比对，给出对比结果，超差报警等信息，从而大大提高工作效率。

Description

轨道轮廓测量设备及使用方法

技术领域

本发明属于轨道轮廓测量领域，尤其是涉及轨道轮廓测量设备及使用方法。

背景技术

目前，轨道检测设备为接触时检测设备，操作繁琐，缺少定位装置，测量结果人为因素比较大，重要的是测量结果不能直接读取，需要在电脑上进行人工比对，工作效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种轨道轮廓测量设备及使用方法，减少人工操作，降低测量结果的人为因素。同时，设备可有效获取轨道指定测量点的轮廓数据，并自动将获取的轮廓数据自动进行分析，与标准数据进行比对，给出对比结果，超差报警等信息，从而大大提高工作效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

轨道轮廓测量设备及使用方法，包括基础架、定位板、一号支架、二号支架、一号安装座、二号安装座、一号扫描仪和二号扫描仪，

基础架底面设有两个定位板，两个定位板与轨道顶面接触设置，实现基础架与轨道之间的配合，基础架底部一侧设有磁铁安装板，磁铁安装板内侧设有电磁铁，通电的电磁铁与轨道的腹板固定连接，实现基础架与轨道之间的固定连接，

一号支架一端固定连接至基础架一侧，二号支架一端固定连接至基础架另一侧形成整体呈T字型的一体结构，一号扫描仪通过一号安装座固定安装至一号支架的另一端，二号扫描仪通过二号安装座固定安装至二号支架另一端，

一号扫描仪的扫描路径与二号扫描仪的扫描路径均与轨道相对应，且二者之间的夹角范围为0°-180°，一号扫描仪连接至一号控制器，二号扫描仪信号连接至二号控制器，一号控制器和二号控制器安装至基础架内壁，基础架内壁还设有路由器，一号控制器和二号控制器通过线束连接至路由器，路由器通过无线信号连接至平板电脑；轨道轮廓测量设备及平板电脑收纳在手提控制箱内。

进一步的，基础架、一号支架和二号支架设有若干的减重孔，且基础架、一号支架和二号支架的材质为铝合金。

进一步的，一号支架和二号支架呈直角三角形结构。

进一步的，基础架顶部设有把手。

轨道轮廓测量设备及使用方法的使用方法，包括以下步骤：

S1、将待检测轨道放置在水平工作台面上，由工作人员选定测量位置，手持轨道轮廓测量设备及使用方法放置在轨道上面并完成轨道轮廓测量设备及使用方法与轨道之间的定位；

S2、对两个扫描仪进行位置标定，得到两者相对的位置关系，从而使两个扫描仪获取的图像数据在统一坐标系内呈现实际物体轮廓，标定的过程如下：

1)通过设备的物理结构，使一号扫描仪和二号扫描仪打出的线激光成一条直线；

2)准备标定块，标定块的尺寸为60mm*70mm*150mm；让一号扫描仪和二号扫描仪同时扫描标定块60mm*70mm的面，且线激光平行于边长为60mm的边；

3)一号扫描仪打到标定块上的为激光线a，二号扫描仪打到标定块上的为激光线b，两条激光线均打到标定块侧面一部分位置及顶面一部分位置，则两条激光线打到标定块的线段为直角折线，且两条激光线在标定块顶面有部分重合；

4)在计算机中获取数据：激光线a对应得到的数据集合为Pa，激光线b对应得到的数据集合为Pb，

利用霍夫变换对折线数据集P_ai(x_i,y_i)(i＝1,2,...,n)(x₁＜x₂＜...＜x_n)和折线数据集P_bi(x_j,y_j)(j＝1,2,...,m)(x₁＜x₂＜...＜x_m)进行处理，得到线段L_a和线段L_b，以及L_a与X轴夹角α，L_b与X轴夹角β；使线段L_a顺时针旋转α角，线段L_b逆时针旋转β角。从而，使线段L_a和线段L_b平行于坐标系X轴,这时调整L_b的高低offsetZ，使L_a与L_b交叉部分重合；微调L_b左右位置offsetX，使L_a和L_b所组合的线段宽度为60mm，得到两个扫描仪扫描标定块的实际轮廓数据；

5)标定后，一号扫描仪、二号扫描仪的扫描数据组成一个实际轮廓数据，从而得到标定参数α、β、offsetZ和offsetX，再次获取数据时，即可通过这些标定参数直接计算获得实际所测物体轮廓，即实际轨道轮廓；

S3、控制器将获取的轨道轮廓，自动与控制器中的标准数据进行对比，系统中有不同类型的轨道标准轮廓数据，形成标准轨道轮廓库；为更快更精准的将实际数据与标准数据进行对比，针对不同的轮廓形状特点，制定不同的匹配算法；当有新的类型的轨道测量需求时，将新的类型以及对应的轨道标准轮廓数据加入到标准轨道轮廓库中，并制定相应的匹配对比算法；从而实际应用中，自动进行匹配对比；

首先找最高点的那个特征拐点，作为匹配基准点；将实际数据和标准数据在基准点处重叠匹配到一起；同时，再根据曲线的特征调整匹配角度，从而进行更快速清晰的对比；而对于没有特征的曲线，采用一般性的平面非规则曲线的识别和匹配算法；

其中曲线特征为，大部分要测量的轨道一侧为直线，同时最高点为直线与曲线交点处；还有一些是顶点最高左右对称；

1)一侧为直线的轨道轮廓对比：

利用霍夫变换得到直线位置，同时，可把直线侧与曲线侧交点的最高点作为匹配基准点，将标准数据和轮廓数据的基准点和直线重合，即可看到标准数据与实际数据的差距；

2)顶点最高左右对称的轨道轮廓对比：

找到最高顶点的基准点，将两个曲线的这个基准点相重合后即完成匹配，即可看到标准数据与实际数据的差距；

3)没有上述特征的轨道轮廓对比：

采用基于特征点筛选和细节对比的曲线匹配算法，参考方法来自平面非规则曲线的一种快速识别与匹配算法；

S4、将标准数据与实际数据进行超范围对比，如果超出范围，控制器会给出超范围提示，同时标出超范围区域；如果实际数据复合标准数据，控制器则给出合格提示。

相对于现有技术，本发明所述的轨道轮廓测量设备及使用方法具有以下优势：

(1)本发明所述的轨道轮廓测量设备及使用方法，减少人工操作，降低测量结果的人为因素。同时，设备可有效获取轨道指定测量点的轮廓数据，并自动将获取的轮廓数据自动进行分析，与标准数据进行比对，给出对比结果，超差报警等信息，从而大大提高工作效率。

(2)本发明所述的轨道轮廓测量设备及使用方法，通过定位块和电磁铁配合，与轨道进行固定，避免轨道轮廓测量设备及使用方法对轨道轮廓进行测量，出现由于固定不稳定导致测量结果不准确的问题。

(3)本发明所述的轨道轮廓测量设备及使用方法，通过手提控制箱即可携带，可以在不同地点实时的对轨道进行检测，增强了便携性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的轨道轮廓测量设备及使用方法示意图；

图2为本发明实施例所述的激光标定示意图；

图3为本发明实施例所述的标定前激光线a对应得到的数据集合和激光线b对应得到的数据集合示意图；

图4为本发明实施例所述的标定后一号扫描仪和二号扫描仪得到的实际轮廓数据示意图；

图5为本发明实施例所述的实际采集到的轨道轮廓示意图；

图6为本发明实施例所述的实际轮廓一侧为直线的标准数据与实际数据对比示意图。

附图标记说明：

1、基础架；2、定位板；3、一号支架；4、二号支架；5、一号安装座；6、二号安装座；7、一号扫描仪；8、二号扫描仪；9、磁铁安装板；10、电磁铁。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

轨道轮廓测量设备及使用方法，如图1所示，包括基础架1、定位板2、一号支架3、二号支架4、一号安装座5、二号安装座6、一号扫描仪7和二号扫描仪8，

基础架1底面设有两个定位板2，两个定位板2与轨道顶面接触设置，实现基础架1与轨道之间的配合，基础架1底部一侧设有磁铁安装板9，磁铁安装板9内侧设有电磁铁10，通电的电磁铁10与轨道的腹板固定连接，实现基础架1与轨道之间的固定连接，先通过两个定位板2与轨道进行定位，然后通过通电的电磁铁10与轨道进行固定；

一号支架3一端固定连接至基础架1一侧，二号支架4一端固定连接至基础架1另一侧形成整体呈T字型的一体结构，一号扫描仪7通过一号安装座5固定安装至一号支架3的另一端，二号扫描仪8通过二号安装座6固定安装至二号支架4另一端，

一号扫描仪7的扫描路径与二号扫描仪8的扫描路径均与轨道相对应，且二者之间的夹角范围为90°，一号扫描仪7连接至一号控制器，二号扫描仪8信号连接至二号控制器，一号控制器和二号控制器安装至基础架1内壁，基础架1内壁还设有路由器，一号控制器和二号控制器通过线束连接至路由器，路由器通过无线信号连接至平板电脑；轨道轮廓测量设备及平板电脑收纳在手提控制箱内；轨道轮廓测量设备收纳在手提控制箱内，提高了轨道轮廓测量设备的便携性，并且对轨道轮廓测量设备进行了全方位的保护。

本实施例一号扫描仪7和二号扫描仪8采用的均为基恩士线激光扫描仪，

测量范围：Z轴(高度)245±34mm(F.S.＝68mm)；X轴72mm(可覆盖轨道整个宽度)

重复精度：Z轴(高度)1um，X轴(宽度)3um；

测量点密集度(宽度)：0.025mm；

直线性(高度)：0.0136mm；

扫描仪也可采用除了基恩士线激光扫描仪以外，能够满足测量功能和测量要求的其他扫描仪

基础架1、一号支架3和二号支架4设有若干的减重孔，且基础架1、一号支架3和二号支架4的材质为铝合金。

一号支架3和二号支架4呈直角三角形结构，提高支撑力，可以保证一号扫描仪7和二号扫描仪8安装的稳定性。

基础架1顶部设有把手，便于对轨道轮廓测量设备及使用方法的提取。

轨道轮廓测量设备的使用方法，包括以下步骤：

S1、将待检测轨道放置在水平工作台面上，由工作人员选定测量位置，手持轨道轮廓测量设备及使用方法放置在轨道上面并完成轨道轮廓测量设备及使用方法与轨道之间的定位；

S2、对两个扫描仪进行位置标定，得到两者相对的位置关系，从而使两个扫描仪获取的图像数据在统一坐标系内呈现实际物体轮廓，标定的过程如下，如图2所示：

1)通过设备的物理结构，使一号扫描仪7和二号扫描仪8打出的线激光成一条直线；

2)准备标定块，标定块的尺寸为60mm*70mm*150mm；让一号扫描仪7和二号扫描仪8同时扫描标定块60mm*70mm的面，且线激光平行于边长为60mm的边；标定块的具体尺寸是用户根据使用情况进行选择的；

3)一号扫描仪7打到标定块上的为激光线a，二号扫描仪8打到标定块上的为激光线b，两条激光线均打到标定块侧面一部分位置及顶面一部分位置，则两条激光线打到标定块的线段为直角折线，且两条激光线在标定块顶面有部分重合，如图2所示；

4)在计算机中获取数据：激光线a对应得到的数据集合为Pa，激光线b对应得到的数据集合为Pb，

利用霍夫变换对折线数据集P_ai(x_i,y_i)(i＝1,2,...,n)(x₁＜x₂＜...＜x_n)和折线数据集P_bi(x_j,y_j)(j＝1,2,...,m)(x₁＜x₂＜...＜x_m)进行处理，得到线段L_a和线段L_b，以及L_a与X轴夹角α，L_b与X轴夹角β；使线段L_a顺时针旋转α角，线段L_b逆时针旋转β角。从而，使线段L_a和线段L_b平行于坐标系X轴,这时调整L_b的高低offsetZ，使L_a与L_b交叉部分重合；微调L_b左右位置offsetX，使L_a和L_b所组合的线段宽度为60mm，得到两个扫描仪扫描标定块的实际轮廓数据；

5)标定后，一号扫描仪、二号扫描仪的扫描数据组成一个实际轮廓数据，从而得到标定参数α、β、offsetZ和offsetX，再次获取数据时，即可通过这些标定参数直接计算获得实际所测物体轮廓，即实际轨道轮廓；

S3、控制器将获取的轨道轮廓，自动与控制器中的标准数据进行对比，系统中有不同类型的轨道标准轮廓数据，形成标准轨道轮廓库；为更快更精准的将实际数据与标准数据进行对比，针对不同的轮廓形状特点，制定不同的匹配算法；当有新的类型的轨道测量需求时，将新的类型以及对应的轨道标准轮廓数据加入到标准轨道轮廓库中，并制定相应的匹配对比算法；从而实际应用中，自动进行匹配对比；

首先找最高点的那个特征拐点，作为匹配基准点；将实际数据和标准数据在基准点处重叠匹配到一起；同时，再根据曲线的特征调整匹配角度，从而进行更快速清晰的对比；而对于没有特征的曲线，采用一般性的平面非规则曲线的识别和匹配算法；

其中曲线特征为，大部分要测量的轨道一侧为直线，同时最高点为直线与曲线交点处；还有一些是顶点最高左右对称；

1)一侧为直线的轨道轮廓对比：

利用霍夫变换得到直线位置，同时，可把直线侧与曲线侧交点的最高点作为匹配基准点，将标准数据和轮廓数据的基准点和直线重合，即可看到标准数据与实际数据的差距；其中如图6所示，右侧的直线为根据实际轮廓得到的直线；左侧由若干黑点组成的曲线是标准轮廓数据；剩下的一条曲线为实际采集到的轨道轮廓数据；对比时，系统自动计算出此轮廓的匹配基准点，即曲线与直线的交点处，并将基准点与标准曲线基准点重叠，直线与标准数据直线侧相重叠。

2)顶点最高左右对称的轨道轮廓对比：

找到最高顶点的基准点，将两个曲线的这个基准点相重合后即完成匹配，即可看到标准数据与实际数据的差距；

3)没有上述特征的轨道轮廓对比：

采用基于特征点筛选和细节对比的曲线匹配算法，参考方法来自平面非规则曲线的一种快速识别与匹配算法，平面非规则曲线的一种快速识别与匹配算法是一种公知的算法；

S4、将标准数据与实际数据进行超范围对比，如果超出范围，控制器会给出超范围提示，同时标出超范围区域；如果实际数据复合标准数据，控制器则给出合格提示，

本系统的超范围对比，提供了几种方式：

1)x值相同，z方向的范围标准；

2)z值相同，x方向的范围标准；

3)垂直于切线方向的范围标准，一般是基于标准轮廓曲线的切线；

4)用户自定义范围标准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (5)

1.轨道轮廓测量设备及使用方法，其特征在于：包括基础架、定位板、一号支架、二号支架、一号安装座、二号安装座、一号扫描仪和二号扫描仪，

基础架底面设有两个定位板，两个定位板与轨道顶面接触设置，实现基础架与轨道之间的配合，基础架底部一侧设有磁铁安装板，磁铁安装板内侧设有电磁铁，通电的电磁铁与轨道的腹板固定连接，实现基础架与轨道之间的固定连接，

一号支架一端固定连接至基础架一侧，二号支架一端固定连接至基础架另一侧形成整体呈T字型的一体结构，一号扫描仪通过一号安装座固定安装至一号支架的另一端，二号扫描仪通过二号安装座固定安装至二号支架另一端，

一号扫描仪的扫描路径与二号扫描仪的扫描路径均与轨道相对应，且二者之间的夹角范围为0°-180°，一号扫描仪连接至一号控制器，二号扫描仪信号连接至二号控制器，一号控制器和二号控制器安装至基础架内壁，基础架内壁还设有路由器，一号控制器和二号控制器通过线束连接至路由器，路由器通过无线信号连接至平板电脑；轨道轮廓测量设备及平板电脑收纳在手提控制箱内。

2.根据权利要求1所述的轨道轮廓测量设备及使用方法，其特征在于：基础架、一号支架和二号支架设有若干的减重孔，且基础架、一号支架和二号支架的材质为铝合金。

3.根据权利要求1所述的轨道轮廓测量设备及使用方法，其特征在于：一号支架和二号支架呈直角三角形结构。

4.根据权利要求1所述的轨道轮廓测量设备及使用方法，其特征在于：基础架顶部设有把手。

5.权利要求1-4所述的轨道轮廓测量设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将待检测轨道放置在水平工作台面上，由工作人员选定测量位置，手持轨道轮廓测量设备及使用方法放置在轨道上面并完成轨道轮廓测量设备及使用方法与轨道之间的定位；

S2、对两个扫描仪进行位置标定，得到两者相对的位置关系，从而使两个扫描仪获取的图像数据在统一坐标系内呈现实际物体轮廓，标定的过程如下：

1)通过设备的物理结构，使一号扫描仪和二号扫描仪打出的线激光成一条直线；

2)准备标定块；让一号扫描仪和二号扫描仪同时扫描标定块的顶面；

3)一号扫描仪打到标定块上的为激光线a，二号扫描仪打到标定块上的为激光线b，两条激光线均打到标定块侧面一部分位置及顶面一部分位置，则两条激光线打到标定块的线段为直角折线，且两条激光线在标定块顶面有部分重合；

4)在计算机中获取数据：激光线a对应得到的数据集合为Pa，激光线b对应得到的数据集合为Pb，

利用霍夫变换对折线数据集P_ai(x_i,y_i)(i＝1,2,...,n)(x₁＜x₂＜...＜x_n)和折线数据集P_bi(x_j,y_j)(j＝1,2,...,m)(x₁＜x₂＜...＜x_m)进行处理，得到线段L_a和线段L_b，以及L_a与X轴夹角α，L_b与X轴夹角β；使线段L_a顺时针旋转α角，线段L_b逆时针旋转β角。从而，使线段L_a和线段L_b平行于坐标系X轴,这时调整L_b的高低offsetZ，使L_a与L_b交叉部分重合；微调L_b左右位置offsetX，使L_a和L_b所组合的线段宽度为60mm，得到两个扫描仪扫描标定块的实际轮廓数据；

5)标定后，一号扫描仪、二号扫描仪的扫描数据组成一个实际轮廓数据，从而得到标定参数α、β、offsetZ和offsetX，再次获取数据时，即可通过这些标定参数直接计算获得实际所测物体轮廓，即实际轨道轮廓；

S3、控制器将获取的轨道轮廓，自动与控制器中的标准数据进行对比，系统中有不同类型的轨道标准轮廓数据，形成标准轨道轮廓库；为更快更精准的将实际数据与标准数据进行对比，针对不同的轮廓形状特点，制定不同的匹配算法；当有新的类型的轨道测量需求时，将新的类型以及对应的轨道标准轮廓数据加入到标准轨道轮廓库中，并制定相应的匹配对比算法；从而实际应用中，自动进行匹配对比；

首先找最高点的那个特征拐点，作为匹配基准点；将实际数据和标准数据在基准点处重叠匹配到一起；同时，再根据曲线的特征调整匹配角度，从而进行更快速清晰的对比；而对于没有特征的曲线，采用一般性的平面非规则曲线的识别和匹配算法；

其中曲线特征为，一种情况为待测量的轨道一侧为直线，同时最高点为直线与曲线交点处；另一种情况为顶点最高左右对称；

1)一侧为直线的轨道轮廓对比：

利用霍夫变换得到直线位置，同时，可把直线侧与曲线侧交点的最高点作为匹配基准点，将标准数据和轮廓数据的基准点和直线重合，即可看到标准数据与实际数据的差距；

2)顶点最高左右对称的轨道轮廓对比：

找到最高顶点的基准点，将两个曲线的这个基准点相重合后即完成匹配，即可看到标准数据与实际数据的差距；

3)没有上述特征的轨道轮廓对比：

采用基于特征点筛选和细节对比的曲线匹配算法；

S4、将标准数据与实际数据进行超范围对比，如果超出范围，控制器会给出超范围提示，同时标出超范围区域；如果实际数据复合标准数据，控制器则给出合格提示。

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