CN113029614A - 高铁轮对测量机几何误差补偿方法及装置 - Google Patents

高铁轮对测量机几何误差补偿方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高铁轮对测量机几何误差补偿方法及装置，包括：按照预设安装方案将激光干涉仪和测量机安装至目标位置；根据所述激光干涉仪和所述测量机的安装位置确定检定平面；在所述检定平面内根据预设规则创建多个检定点；按照预设方案将所述测量机依次移动至每个所述检定点，并利用所述激光干涉仪测量每个所述检定点处的误差信息；根据测量点的位置信息从所述多个检定点中筛选出四个计算点；根据所述四个计算点的位置信息计算所述测量点的补偿位置信息。本发明操作简单、补偿精度可靠，且测量结果能够满足现场精度要求。

Description

高铁轮对测量机几何误差补偿方法及装置
技术领域
本发明涉及高铁轮对测量技术领域，尤其涉及一种高铁轮对测量机几何误差补偿方法及装置。
背景技术
目前三坐标测量机几何误差补偿技术多采用21项误差补偿技术，具体的，其利用激光干涉仪和其他测量手段去测量结构件中的几何误差，然后利用软件的误差补偿程序和这些测绘值补偿几何误差。但是，现有测量机几何误差测量需要测量机配套软件，其工程量繁琐、测量项目多，且补偿软件技术门槛高，重新开发成本高。因此急需提出一种高铁轮对测量机几何误差补偿方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高铁轮对测量机几何误差补偿方法及装置，用以解决现有技术中测量项目多、测量过程繁琐、使用难度高和开发成本高的难题。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供了一种高铁轮对测量机几何误差补偿方法，包括：按照预设安装方案将激光干涉仪和测量机安装至目标位置；根据所述激光干涉仪和所述测量机的安装位置确定检定平面；在所述检定平面内根据预设规则创建多个检定点；按照预设方案将所述测量机依次移动至每个所述检定点，并利用所述激光干涉仪测量每个所述检定点处的误差信息；根据测量点的位置信息从所述多个检定点中筛选出四个计算点；根据所述四个计算点的位置信息计算所述测量点的补偿位置信息。
优选的，其中，所述根据所述四个计算点的位置信息计算所述测量点的测量误差采用线性插补的方式进行。
优选的，其中，在同一高度处，所述检定点的数量相同，且两两相邻的所述检定点之间的间距不大于0.5毫米。
优选的，其中，所述多个检定点至少分布在五个不同的高度处。
优选的，其中，所述按照预设方案将所述测量机依次移动至每个所述检定点，并利用所述激光干涉仪测量每个所述检定点处的误差信息包括：步骤一：在预设高度处从沿第一方向分布的多个所述检定点中确定初始检定点；步骤二：以所述初始检定点为起点，将所述测量机沿第一方向依次遍历移动至其他所述检定点，并在每一个所述检定点处利用所述激光干涉仪测量其误差信息；步骤三：以所述初始检定点为起点，将所述测量机沿第二方向移动至距离所述初始检定点最近处的所述检定点，并重复所述步骤一和所述步骤二，直至所述测量机遍历所述多个检定点。
优选的，其中，所述第一方向为水平方向，所述第二方向与重力方向相反，且所述多个检定点沿所述第二方向均匀分布。
优选的，其中，所述四个计算点位于所述测量点的四周，且任一个其他所述检定点与所述测量点之间的距离大于所述四个计算点与所述测量点之间的距离。
优选的，其中，所述根据所述四个计算点的位置信息计算所述测量点的补偿位置信息包括：分别获取所述测量机对四个所述计算点的测量值；分别获取所述激光干涉仪对四个所述计算点的检定精确值；根据所述测量值和所述检定精确值计算每个所述计算点的定位误差；根据多个所述定位误差和所述所述测量点的测量位置信息计算所述测量点的补偿位置信息。
优选的，其中，所述根据多个所述定位误差和所述所述测量点的测量位置信息计算所述测量点的补偿位置信息包括：根据所述测量点的测量位置信息、第一高度处两个所述计算点的所述定位误差和所述测量机的偏角信息计算第一目标点的补偿位置信息；根据所述测量点的测量位置信息、第二高度处两个所述计算点的所述定位误差和所述测量机的偏角信息计算第二目标点的补偿位置信息；根据所述第一目标点的补偿位置信息、所述第二目标点的补偿位置信息和所述测量点的测量位置信息计算生成所述测量点的补偿位置信息。
本发明还提供了一种装置，包括实现任一项前述的高铁轮对测量机几何误差补偿方法的模块。
本发明至少具有以下特点及优点：
本发明通过激光干涉仪采集数据过程简单，人工成本低；此外其采用的线性插补算法简洁易懂，软件编程难度小，进而保证整体操作简单、高效，易于实现高铁轮对测量机几何误差补偿的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明高铁轮对测量机几何误差补偿方法的流程框图；
图2为本发明高铁轮对测量机几何误差补偿方法的流程框图；
图3为本发明高铁轮对测量机几何误差补偿方法的流程框图；
图4为本发明高铁轮对测量机几何误差补偿方法的流程框图；
图5为本发明的测量机坐标系与参考坐标系示意图；
图6为本发明的设备安装示意图；
图7为本发明高铁轮对测量机几何误差补偿方法的计算原理示意图。
附图标记与说明：
1、激光干涉仪；2、光束；3、光学镜；4、测量臂；5、反射镜；6、支撑架；7、滑块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施方式一
本发明提供了一种高铁轮对测量机几何误差补偿方法，请参见图1至图7，其包括：
S1、按照预设安装方案将激光干涉仪1和测量机安装至目标位置；
其中，目标位置是根据安装方案进行确定的，用户可以根据实际需求进行确定与调整。
S2、根据激光干涉仪1和测量机的安装位置确定检定平面；
具体的，检定平面根据测量机的量程范围确定，也即根据测量机的水平方向的量程范围确定检定平面的长度，根据测量机的高度方向的量程范围确定检定平面的高度；同时，根据激光干涉仪1和测量机的安装位置确定该检定平面的位置。
S3、在检定平面内根据预设规则创建多个检定点；
在一些实施例中，请参见图7，在同一高度处，检定点的数量相同，且两两相邻的检定点之间的间距不大于0.5毫米。在另一些实施例中，多个检定点至少分布在五个不同的高度处。
本领域的技术人员应当明白，检定点的分布方案是根据测量机的量程范围设计生成，其可以根据实际测量需求调整设计不同的分布方案。
S4、按照预设方案将测量机依次移动至每个检定点，并利用激光干涉仪1测量每个检定点处的误差信息；
在一些实施例中，请参见图2，S4、按照预设方案将测量机依次移动至每个检定点，并利用激光干涉仪1测量每个检定点处的误差信息包括：
步骤一：在预设高度处从沿第一方向分布的多个检定点中确定初始检定点；
步骤二：以初始检定点为起点，将测量机沿第一方向依次遍历移动至其他检定点，并在每一个检定点处利用激光干涉仪1测量其误差信息；
步骤三：以初始检定点为起点，将测量机沿第二方向移动至距离初始检定点最近处的检定点，并重复步骤一和步骤二，直至测量机遍历多个检定点。
在一些优选实施例中，请参见图1，第一方向为水平方向，第二方向与重力方向相反，且多个检定点沿第二方向均匀分布。
S5、根据测量点的位置信息从多个检定点中筛选出四个计算点；
其中，四个计算点位于测量点的四周，且任一个其他检定点与测量点之间的距离大于四个计算点与测量点之间的距离，也即四个计算点为最接近测量点的四个检定点。
S6、根据四个计算点的位置信息计算测量点的补偿位置信息。
在一些实施例中，根据四个计算点的位置信息计算测量点的测量误差采用线性插补的方式进行。
进一步的，请参见图3，S6、根据四个计算点的位置信息计算测量点的补偿位置信息包括：
S61、分别获取测量机对四个计算点的测量值；
S62、分别获取激光干涉仪1对四个计算点的检定精确值；
S63、根据测量值和检定精确值计算每个计算点的定位误差；
S64、根据多个定位误差和测量点的测量位置信息计算测量点的补偿位置信息。
更进一步的，请参见图4，S64、根据多个定位误差和测量点的测量位置信息计算测量点的补偿位置信息包括：
S641、根据测量点的测量位置信息、第一高度处两个计算点的定位误差和测量机的偏角信息计算第一目标点的补偿位置信息；
S642、根据测量点的测量位置信息、第二高度处两个计算点的定位误差和测量机的偏角信息计算第二目标点的补偿位置信息；
S643、根据第一目标点的补偿位置信息、第二目标点的补偿位置信息和测量点的测量位置信息计算生成测量点的补偿位置信息。
本发明通过激光干涉仪1采集数据过程简单，人工成本低；此外其采用的线性插补算法简洁易懂，软件编程难度小，进而保证整体操作简单、高效，易于实现高铁轮对测量机几何误差补偿的目的。
下面通过一个具体实施例来对本发明的方法进行详细介绍，请参见图5至图7：
首先按照图5和图6完成激光干涉仪1和测量机的安装，其中，测量机的测量壁上还连接有滑块7，该滑块7能在支撑架6的横梁上水平移动，从而保证与其相连的测量壁也能水平移动。此外，反射镜5固定在测量机的测量臂4上，且能随着测量壁沿重力方向上下运动，光学镜3设置在激光干涉仪1和反射镜5之间，且随着测量壁的上下运动光学镜3和激光干涉仪1也能沿着重力方向上下运动，以保证在工作状态下，激光干涉仪1能够发出测量光束2，该测量光束2传播至光学镜3时能产生两束光想，其中一束光线直接反射至激光干涉仪1，另一束光线透过该光学镜3传播至反射镜5并能发生发射穿过该光学镜3到达该激光干涉仪1，激光干涉仪1能根据其接受到的两束光进行位置信息的计算。
请参见图7，然后按照以下步骤进行：
第一步：将测量臂4移动至初始检定点P11，记录测量机Y向(即水平方向)位置坐标值和激光干涉仪1对应的精确值；
第二步：将测量臂4沿Y向移动一个Y向步长Ly(即移动至下一个检定点)，并记录该检定点处测量机Y向位置坐标值和激光干涉仪1对应的精确值；
第三步：重复第二步：，直至测量机完成同一高度处Y向布设的所有检定点，也即在测量机的量程范围内的所有检定点；
第四步：将测量臂4移动至初始检定点P11后，沿Z向将测量臂4移动一个Z向步长Lz(即沿Z向将其移动至下一个与其相邻的检定点处)，重复第二步和第三步；
第五步：重复步骤第四步，直至测量机Z向的极限位置内最近的检定高度；
下面对求取测量机的量程范围内的任意点A7点的插补算法进行介绍，请参见图7：首先：确定距离A7点最近的4个激光干涉仪1检定点(即A1、A2、A4、A5)，通过测量机和激光干涉仪1可以得到这4个检定点(即计算点)的测量机测量值分别为A1(y1，z1)、A2(y2，z2)、A4(y4，z4)、A5(y5，z5)，激光干涉仪1检定精确值分别为A1(Y1，z1)、A2(Y2，z2)、A4(Y4，z4)、A5(Y5，z5)；
因为Z轴方向对轮对检测结果影响较小且其为不敏感方向，所以对该方向进行简化处理，不再进行z轴方向坐标值补偿，其数值以测量机反馈的位置信息为最终结果值，也即：Z3’＝z1＝z2＝z3，z2′＝z4＝z5＝z6；
则有激光干涉仪1检定点A1、A2、A4、A5，Y轴方向的定位误差为：
ε1＝Y1-y1
ε2＝Y2-y2
ε4＝Y4-y4
ε5＝Y5-y5
接着以Y＝y7为条件(即水平位置为y7处)分别在高度Z2’、Z3’处取得两点A3(y3，z3)、A6(y6，z6)，则有：
y3＝y7，
y6＝y7，
由检定点A1、A2的位置参数信息及偏角θ可知A3的y向补偿后的精确值：
Figure BDA0002749924580000061
则A3点的y向补偿后的精确值坐标为：
Figure BDA0002749924580000071
同理可知，A6点的y向补偿后的精确值坐标为：
Figure BDA0002749924580000072
在坐标系yoz中，知两点A3、A6坐标，可知直线L的直线方程为：
Figure BDA0002749924580000073
已知点A7的Z坐标为z＝z7，可以求得点A7补偿后的精确y坐标为：
Figure BDA0002749924580000074
至此，高铁轮对测量机量程范围内的任意点均能够通过该计算原理得到几何误差补偿。
实施方式二
本发明提供了一种装置，包括实现实施方式一中任一个的高铁轮对测量机几何误差补偿方法的模块。具体的，其中一个模块中存储有高铁轮对测量机几何误差补偿方法中的线性插补软件，从而在工作时只需要测定测量点处的位置信息便可以直接调用相关模块计算该测量点的补偿位置信息，进而便于快速处理数据为后续测量提供参考。本领域的技术人员应当明白，本装置中提到的高铁轮对测量机几何误差补偿方法具有和实施方式一中的方法相同的优点及效果，在此不对其进行赘述。
本发明通过激光干涉仪1采集数据过程简单，人工成本低；此外其采用的线性插补算法简洁易懂，软件编程难度小，进而保证整体操作简单、高效，易于实现高铁轮对测量机几何误差补偿的目的。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高铁轮对测量机几何误差补偿方法，其特征在于，包括：
按照预设安装方案将激光干涉仪和测量机安装至目标位置；
根据所述激光干涉仪和所述测量机的安装位置确定检定平面；
在所述检定平面内根据预设规则创建多个检定点；
按照预设方案将所述测量机依次移动至每个所述检定点，并利用所述激光干涉仪测量每个所述检定点处的误差信息；
根据测量点的位置信息从所述多个检定点中筛选出四个计算点；
根据所述四个计算点的位置信息计算所述测量点的补偿位置信息。
2.根据权利要求1所述的高铁轮对测量机几何误差补偿方法，其特征在于，所述根据所述四个计算点的位置信息计算所述测量点的测量误差采用线性插补的方式进行。
3.根据权利要求1所述的高铁轮对测量机几何误差补偿方法，其特征在于，在同一高度处，所述检定点的数量相同，且两两相邻的所述检定点之间的间距不大于0.5毫米。
4.根据权利要求3所述的高铁轮对测量机几何误差补偿方法，其特征在于，所述多个检定点至少分布在五个不同的高度处。
5.根据权利要求3所述的高铁轮对测量机几何误差补偿方法，其特征在于，所述按照预设方案将所述测量机依次移动至每个所述检定点，并利用所述激光干涉仪测量每个所述检定点处的误差信息包括：
步骤一：在预设高度处从沿第一方向分布的多个所述检定点中确定初始检定点；
步骤二：以所述初始检定点为起点，将所述测量机沿第一方向依次遍历移动至其他所述检定点，并在每一个所述检定点处利用所述激光干涉仪测量其误差信息；
步骤三：以所述初始检定点为起点，将所述测量机沿第二方向移动至距离所述初始检定点最近处的所述检定点，并重复所述步骤一和所述步骤二，直至所述测量机遍历所述多个检定点。
6.根据权利要求5所述的高铁轮对测量机几何误差补偿方法，其特征在于，所述第一方向为水平方向，所述第二方向与重力方向相反，且所述多个检定点沿所述第二方向均匀分布。
7.根据权利要求1所述的高铁轮对测量机几何误差补偿方法，其特征在于，所述四个计算点位于所述测量点的四周，且任一个其他所述检定点与所述测量点之间的距离大于所述四个计算点与所述测量点之间的距离。
8.根据权利要求7所述的高铁轮对测量机几何误差补偿方法，其特征在于，所述根据所述四个计算点的位置信息计算所述测量点的补偿位置信息包括：
分别获取所述测量机对四个所述计算点的测量值；
分别获取所述激光干涉仪对四个所述计算点的检定精确值；
根据所述测量值和所述检定精确值计算每个所述计算点的定位误差；
根据多个所述定位误差和所述所述测量点的测量位置信息计算所述测量点的补偿位置信息。
9.根据权利要求8所述的高铁轮对测量机几何误差补偿方法，其特征在于，所述根据多个所述定位误差和所述所述测量点的测量位置信息计算所述测量点的补偿位置信息包括：
根据所述测量点的测量位置信息、第一高度处两个所述计算点的所述定位误差和所述测量机的偏角信息计算第一目标点的补偿位置信息；
根据所述测量点的测量位置信息、第二高度处两个所述计算点的所述定位误差和所述测量机的偏角信息计算第二目标点的补偿位置信息；
根据所述第一目标点的补偿位置信息、所述第二目标点的补偿位置信息和所述测量点的测量位置信息计算生成所述测量点的补偿位置信息。
10.一种装置，其特征在于，包括实现权利要求1至9中任一项所述的高铁轮对测量机几何误差补偿方法的模块。
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