CN113063362A - 非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法 - Google Patents

非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法，将非接触式磁浮列车转向架间距检测传感器设置在正对磁浮列车转向架间隙的悬浮轨道侧面，其中所述非接触式磁浮列车转向架间距检测传感器包括双目相机以及激光发射器，所述激光发射器能够发射十字形激光，双目相机中的左相机和右相机对称分设在激光发射器的两侧，双目相机与激光发射器在同一个安装平面，且激光发射器的激光发射方向与双目相机的两个相机的光轴平行。通过十字形激光与双目相机，完成对磁浮列车转向架间隙的测量。本发明不需要对现有的磁浮轨道进行改造即可完成对磁浮列车转向架间隙的测量。

Description

非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法
技术领域
本发明间距检测技术领域，尤其是涉及一种非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法。
背景技术
磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力来推动的列车，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。转向架间隙是磁浮列车的重要参数，关系到车辆的运行安全。
由于检测空间狭小、光照复杂，因此转向架间隙的测量难度较高。现有的方法为在F型磁浮轨道上嵌入一段包含激光位移传感器的轨道，通过磁浮车辆通过该段轨道时读取激光位移传感器的数据获取磁浮车辆与轨道之间的间隙。该方法有以下几个缺点：
(1)施工量大。现有的轨道需要拆除部分钢轨并嵌入包含传感器的特殊钢轨，新铺设的轨道也需要专门铺设包含传感器的钢轨。
(2)易受损坏。传感器部分为磁浮F型钢轨的一部分，车辆运行中的临时制动可能会导致传感器部分承受车身巨大的重量，从而导致传感器损坏。
(3)维护量大。传感器部署在室外，且探测面朝上，很容易因灰尘、泥土等附着导致测试精度的下降，需定期维护。
(4)功能单一。仅能测试车辆中轨道与车辆之间的间隙，而电磁铁、垂向滑撬与轨道的间距无法测量。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明提出一种非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
本发明提出一种非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法，包括以下步骤：
(1)将非接触式磁浮列车转向架间距检测传感器设置在正对磁浮列车转向架间隙的悬浮轨道侧面，其中所述非接触式磁浮列车转向架间距检测传感器包括双目相机以及激光发射器，所述激光发射器能够发射十字形激光，双目相机中的左相机和右相机的型号参数完全相同且对称分设在激光发射器的两侧，双目相机与激光发射器在同一个安装平面，且激光发射器的激光发射方向与双目相机的两个相机的光轴平行；
(2)利用激光发射器向待检测的磁浮列车转向架间隙发射十字形激光，通过调整非接触式的磁浮列车转向架间距检测传感器的位置使得磁浮列车转向架间隙正好切割十字形激光的两条激光线；
(3)通过双目相机检测十字形激光的激光交叉点，结合双目相机中两个相机之间的基线宽度，确定待检测的磁浮列车转向架间隙与双目相机之间的距离z；
(4)基于双目相机拍摄到的图像，检测图像中十字形激光被磁浮列车转向架间隙切割处所形成的四个激光线切割端点，分别得到十字形激光其两条激光线被割断的像素长度c和d；
(5)建立一个直角三角形，其中直角三角形的两条直角边长度分别为c和d，利用几何三角关系，得到直角三角形其第三条上的垂线长度，磁浮列车转向架间隙在图像中的的像素宽度即直角三角形其第三条上的垂线长度；
(6)根据待检测的磁浮列车转向架间隙与双目相机之间的距离z、双目相机的焦距f、相机靶面宽度sensor_w、物距平面上相机拍摄的长度范围length以及双目相机的水平分辨率resolution_x，计算图像中每个像素对应的实际长度β，磁浮列车转向架间隙在图像中的的像素宽度x与β的乘积，即为测量得到的磁浮列车转向架间隙宽度。
作为本发明的进一步限定，步骤(3)中，设双目相机的焦距为f，双目相机中两个相机之间的基线宽度为b，十字形激光的激光交叉点在左右相机上与光轴的偏移值分别是xl和xr，十字形激光的激光交叉点在基线上投影与双目相机中的左相机的偏移值为α。根据相似三角形定理，可计算出待检测的磁浮列车转向架间隙与双目相机之间的距离z：
Figure BDA0003010517840000031
作为本发明的进一步限定，步骤(6)中，图像中每个像素对应的实际长度β通过下式确定：
Figure BDA0003010517840000032
作为本发明的进一步限定，步骤(1)中，双目相机中的左相机和右相机与激光发射器在同一直线上。或者，双目相机中的左相机和右相机分别位于激光发射器的左下侧和右下侧。或者，双目相机中的左相机和右相机分别位于激光发射器的左上侧和右上侧。
本发明通过十字形激光与双目相机，完成对转向架间隙的测量。与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明不需要对现有的磁浮轨道进行改造，仅需在轨道轨枕附近安装检测设备，降低了安装难度。
(2)本发明的传感器与磁浮列车具有一定的距离，不会因磁浮列车的异常状态导致传感器损坏。
(3)本发明的传感器安装姿态为水平，可以有效减少灰尘等遮挡物对传感器精度的影响。
(4)本发明不但能检测出磁浮列车中直流电机与轨道的间距，也能检测出电磁铁和垂向滑撬与F型轨道的间距，从而可以判断出磁浮车辆相关部位的磨损情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的非接触式磁浮列车转向架间距检测传感器安装示意图；
图2为本发明实施例二的非接触式磁浮列车转向架间距检测传感器安装示意图。
图3为本发明一实施例中磁浮列车转向架间隙切割十字形激光的示意图；
图4为本发明一实施例中双目相机成像的效果图；
图5为本发明一实施例中确定待检测的磁浮列车转向架间隙与双目相机之间的距离z的示意图；
图6为本发明一实施例中检测图像中十字形激光被磁浮列车转向架间隙切割处所形成的四个激光线切割端点的示意图；
图7为本发明一实施例中测量十字形激光其两条激光线被割断的像素长度的示意图；
图8为本发明一实施例中所构建的直角三角形示意图；
图9为本发明一实施例中相机靶面尺寸示意图；
图10为本发明一实施例中确定图像中每个像素对应的实际长度的示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明实施例1中提供一种非接触式磁浮列车转向架间距检测传感器，包括双目相机以及激光发射器101，所述激光发射器101能够发射十字形激光，十字形激光中的两条激光线呈正交状态，双目相机中的左相机102和右相机103的型号参数完全相同且对称分设在激光发射器101的两侧，双目相机与激光发射器101在同一个安装平面，且激光发射器101的激光发射方向与双目相机的两个相机的光轴平行。其中双目相机中的左相机102和右相机103与激光发射器101在同一直线上。
参照图2，本发明实施例1中提供一种非接触式磁浮列车转向架间距检测传感器，包括双目相机以及激光发射器101，所述激光发射器101能够发射十字形激光，十字形激光中的两条激光线呈正交状态，双目相机中的左相机102和右相机103的型号参数完全相同且对称分设在激光发射器101的两侧，双目相机与激光发射器101在同一个安装平面，且激光发射器101的激光发射方向与双目相机的两个相机的光轴平行。其中，双目相机中的左相机102和右相机103分别位于激光发射器101的左下侧和右下侧。
本发明一实施例提供一种非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法，包括以下步骤：
(1)参照图1或图2，将非接触式磁浮列车转向架间距检测传感器100设置在正对磁浮列车转向架间隙的悬浮轨道200侧面；
(2)利用激光发射器向待检测的磁浮列车转向架间隙发射十字形激光，通过调整非接触式的磁浮列车转向架间距检测传感器100的位置使得磁浮列车转向架间隙正好切割十字形激光的两条激光线，如图3所示；
(3)参照图4,和图5，通过双目相机检测十字形激光的激光交叉点，结合双目相机中两个相机之间的基线宽度，确定待检测的磁浮列车转向架间隙与双目相机之间的距离z；
如图5所示，设双目相机的焦距为f，双目相机中两个相机之间的基线宽度为b，十字形激光的激光交叉点在左右相机上与光轴的偏移值分别是xl和xr，十字形激光的激光交叉点在基线上投影与双目相机中的左相机的偏移值为α。根据相似三角形定理，可计算出待检测的磁浮列车转向架间隙与双目相机之间的距离z：
Figure BDA0003010517840000061
(4)参照图6和图7，基于双目相机拍摄到的图像，检测图像中十字形激光被磁浮列车转向架间隙切割处所形成的四个激光线切割端点，分别得到十字形激光其两条激光线被割断的像素长度c和d；
(5)参照图8，建立一个直角三角形，其中直角三角形的两条直角边长度分别为c和d，利用几何三角关系，得到直角三角形其第三条上的垂线长度，磁浮列车转向架间隙在图像中的的像素宽度x即直角三角形其第三条上的垂线长度；
Figure BDA0003010517840000062
(6)参照图9和图10，根据待检测的磁浮列车转向架间隙与双目相机之间的距离z、双目相机的焦距f、相机靶面宽度sensor_w、物距平面上相机拍摄的长度范围length，以及双目相机的水平分辨率resolution_x，计算图像中每个像素对应的实际长度β，磁浮列车转向架间隙在图像中的的像素宽度x与β的乘积，即为测量得到的磁浮列车转向架间隙宽度。其中，图像中每个像素对应的实际长度β通过下式确定：
Figure BDA0003010517840000071
Figure BDA0003010517840000072
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将非接触式磁浮列车转向架间距检测传感器设置在正对磁浮列车转向架间隙的悬浮轨道侧面，其中所述非接触式磁浮列车转向架间距检测传感器包括双目相机以及激光发射器，所述激光发射器能够发射十字形激光，双目相机中的左相机和右相机的型号参数完全相同且对称分设在激光发射器的两侧，双目相机与激光发射器在同一个安装平面，且激光发射器的激光发射方向与双目相机的两个相机的光轴平行；
(2)利用激光发射器向待检测的磁浮列车转向架间隙发射十字形激光，通过调整非接触式的磁浮列车转向架间距检测传感器的位置使得磁浮列车转向架间隙正好切割十字形激光的两条激光线；
(3)通过双目相机检测十字形激光的激光交叉点，结合双目相机中两个相机之间的基线宽度，确定待检测的磁浮列车转向架间隙与双目相机之间的距离z；
(4)基于双目相机拍摄到的图像，检测图像中十字形激光被磁浮列车转向架间隙切割处所形成的四个激光线切割端点，分别得到十字形激光其两条激光线被割断的像素长度c和d；
(5)建立一个直角三角形，其中直角三角形的两条直角边长度分别为c和d，利用几何三角关系，得到直角三角形其第三条上的垂线长度，磁浮列车转向架间隙在图像中的的像素宽度即直角三角形其第三条上的垂线长度；
(6)根据待检测的磁浮列车转向架间隙与双目相机之间的距离z、双目相机的焦距f、相机靶面宽度sensor_w、物距平面上相机拍摄的长度范围length以及双目相机的水平分辨率resolution_x，计算图像中每个像素对应的实际长度β，磁浮列车转向架间隙在图像中的的像素宽度x与β的乘积，即为测量得到的磁浮列车转向架间隙宽度。
2.根据权利要求1所述的非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法，其特征在于，步骤(3)中，设双目相机的焦距为f，双目相机中两个相机之间的基线宽度为b，十字形激光的激光交叉点在左右相机上与光轴的偏移值分别是xl和xr，十字形激光的激光交叉点在基线上投影与双目相机中的左相机的偏移值为α。根据相似三角形定理，计算出待检测的磁浮列车转向架间隙与双目相机之间的距离z：
Figure FDA0003010517830000021
3.根据权利要求1所述的非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法，其特征在于，步骤(6)中，图像中每个像素对应的实际长度β通过下式确定：
Figure FDA0003010517830000022
4.根据权利要求1、2或3所述的非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法，其特征在于，步骤(1)中，双目相机中的左相机和右相机与激光发射器在同一直线上。
5.根据权利要求1、2或3所述的非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法，其特征在于，步骤(1)中，双目相机中的左相机和右相机分别位于激光发射器的左下侧和右下侧。
6.根据权利要求1、2或3所述的非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法，其特征在于，步骤(1)中，双目相机中的左相机和右相机分别位于激光发射器的左上侧和右上侧。
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