CN114199155B - 一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机车构架检测技术领域的一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台及方法，基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台包括安装在基座上用于支撑机车构架的若干个万向支承座；安装在基座上用于调整机车构架在基座上的相对位置的若干个调正装置，每个调正装置上均安装有测距装置；安装在基座上的标定板；安装在基座上用于检测机车构架上的拉杆座的机器视觉装置，机器视觉装置包括安装在基座上的第一滑台组件，设置在第一滑台组件上的第二滑台组件，第二滑台组件上安装有视觉传感器。本发明能够实现对放置其上的机车构架进行自动调正、全自动测量拉杆座的变形量，测量效率和精度高，可以满足机车在役再制造的产业化需求。

Description

一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台及方法

技术领域

本发明属于机车构架检测技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台及方法。

背景技术

铁路机车在服役过程中其转向架承担着支撑车体和传递动力的作用，特别是轮对的支撑部件(拉杆座)在其服役期间会受到各个方向上的冲击，导致其会发生形变，当拉杆座切口发生偏移或扭转时，会影响轴箱的安装、改变轮缘与铁轨的间隙、加快拉杆芯轴的磨损，影响机车的整体性能和增加了安全隐患，因此，机车每运行80万公里或4年必须进行检修。现有的检测方法是采用三坐标测量仪进行检测采样，通过计算机进行数据处理后得出测量结果，由于测量基准面的选取困难，且限于三坐标测量仪的测量范围，需分段检测，因此其检测过程复杂，检测时间长、费用高，测量结果往往与实际装配结果不符，造成返工影响工期，增加成本，不能够满足铁路运营高速发展的需求。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台及方法，能够实现对放置其上的机车构架进行自动调正、全自动测量拉杆座的变形量，测量效率和精度高，可以满足机车在役再制造的产业化需求。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台，包括基座；安装在所述基座上用于支撑机车构架的若干个万向支承座；安装在所述基座上用于调整机车构架在基座上的相对位置的若干个调正装置，每个所述调正装置上均安装有测距装置；安装在所述基座上的标定板；安装在所述基座上用于检测机车构架上的拉杆座的机器视觉装置，所述机器视觉装置包括安装在所述基座上的第一滑台组件，设置在所述第一滑台组件上的第二滑台组件，所述第二滑台组件上安装有视觉传感器。

进一步地，所述第一滑台组件包括安装在基座上的若干个立柱，支撑梁通过垫板与所述立柱连接，支撑梁上安装有与支撑梁平行的齿条和第一导轨组件，连接板安装在第一导轨组件的滑块上，第一驱动电机安装在连接板上，第一驱动电机的输出轴上安装有齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合；所述第二滑台组件安装在连接板上。

进一步地，所述第二滑台组件包括安装在所述连接板上的底板，立板安装在底板上，第二导轨组件安装在所述立板上，滑板安装在第二导轨组件的滑块上，丝杆螺母组件通过丝杆支撑组件安装在第二导轨组件上，第二驱动电机安装在丝杆支撑组件上并通过联轴器连接在丝杆螺母组件的丝杆的一端，滑板与丝杆螺母组件的螺母连接，视觉传感器安装在滑板上。

进一步地，所述万向支承座包括安装在基座上的支承座，所述支承座上设有若干球窝，每个球窝内设置一个万向球，在每个万向球和球窝之间设有若干滚珠；固定板安装在支承座上，所述固定板上设有与支承座上球窝相对应的通孔，万向球的一部分穿过固定板上的通孔并可以自由滚动。

进一步地，所述调正装置有三组，每组有两个，其中两组位于机车构架的两端，用于调整机车构架在Y方向相对检测平台的位置；另一组位于机车构架的中间，用于调整机车构架在X方向相对检测平台的位置。

进一步地，所述调正装置包括安装在基座上的底座；固定板、下连接板、中立板、上连接板、电机固定板组装成“日”型框架，并与底座固定连接，电机安装于电机固定板上；丝杆通过轴承座组件安装在中立板上，其一端通过联轴器与电机的输出轴连接，其另一端装有丝杆螺母；推杆的一端与丝杆螺母固定连接，另一端穿过固结于固定板上的轴套，与轴套滑动连接，推杆的上下两面通过销轴安装有轴承，轴承分别嵌入上连接板和下连接板内侧沿丝杆轴向开设的矩形槽内。

第二方面，提供一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量方法，采用第一方面所述的基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台；第一滑台组件沿X方向设置，第二滑台组件沿Y方向设置；所述方法包括：吊放待检测的机车构架至万向支承座上；根据测距装置的检测结果，启动调正装置，将机车构架调正；启动视觉传感器并进行标定；用标定后的视觉传感器对调正后的机车构架上的各拉杆座切口进行测量，获取测量数据；对测量数据进行处理，并计算出机车构架的变形量。

进一步地，所述启动视觉传感器并进行标定，包括：拍摄标定板图像，根据所拍摄的标定板图像计算出标定板图像中的角点信息；根据标定板图像中的角点信息，计算出视觉传感器的内参数和外参数，对标定板图像进行畸变校正；获取畸变校正后的标定板图像，根据畸变校正后的标定板图像中的角点距离和标定板固有的方格距离，计算出像素当量m。

进一步地，所述用标定后的视觉传感器对调正后的机车构架上的各拉杆座切口进行测量，获取测量数据，包括：获取待测第一拉杆座切口的图像，对其图像进行灰度化和滤波处理；对处理后的待测第一拉杆座切口的图像，进行像素级定位，通过基于梯度的Hough变换算法，提取拉杆座切口区域的边缘坐标点，采用最小二乘法对分割的轮廓线进行线性拟合；运用最近邻搜寻算法得到右侧第一拉杆座切口轮廓上的分割点C₁、D₁、E₁、F₁，和C₂、D₂、E₂、F₂，分别计算外侧切口轮廓C₁D₁E₁F₁的中心点P₁、内侧切口轮廓C₂D₂E₂F₂的中心点P₂、外侧切口内平面的轮廓线C₁D₁的位置，并提取在像素坐标系下右侧第一拉杆座外侧切口中心点P₁、拉杆座内侧切口中心点P₂、外侧切口内平面C₁D₁的变形量U₁’、U₂’、V₁’；依据计算出的像素当量m和像素级精度的变形量U₁’、U₂’、V₁’，得到右侧第一拉杆座的外侧切口中心的实际变形量U₁ ⁽¹⁾＝m*U₁’、内侧切口中心的实际变形量U₂ ⁽¹⁾＝m*U₂’、外侧切口内平面的实际变形量V₁ ⁽¹⁾＝m*V₁’；同样可以得到，左侧第一拉杆座切口的各实际变形量，依次记为为U₃ ⁽¹⁾、U₄ ⁽¹⁾、V₂ ⁽¹⁾；按照事先编制的程序，自动控制机器视觉装置的运动和位置，对其它各组拉杆座切口进行测量，同样获得各组拉杆座切口的实际变形量，右侧拉杆座的外侧切口中心、内侧切口中心、外侧切口内平面的实际变形量依次记为U₁ ⁽ⁱ⁾、U₂ ⁽ⁱ⁾、V₁ ⁽ⁱ⁾；左侧拉杆座的外侧切口中心、内侧切口中心、外侧切口内平面的实际变形量依次记为U₃ ⁽ⁱ⁾、U₄ ⁽ⁱ⁾、V₂ ⁽ⁱ⁾，其中i＝2,…,6，i为拉杆座编号。

进一步地，所述对测量数据进行处理，并计算出机车构架的变形量，包括：计算同一轮轴的上下拉杆座切口中心距的偏差，该偏差以同一轮轴两个拉杆座外侧切口中心线的变形量之差来确定，右侧拉杆座切口中心距的偏差ΔL₁ ^(j)＝U₁ ^(2j)-U₁ ^(2j-1)；左侧拉杆座切口中心距的偏差ΔL₄ ^(j)＝U₄ ^(2j)-U₄ ^(2j-1)，其中j＝1,2,3，代表轮轴号；计算相邻轮轴的轴距偏差；轮轴轴线的位置由上下拉杆座切口中心线的位置决定，每根轮轴轴线的变形量等于对应的上下拉杆座外侧切口中心线的变形量之和的一半，相邻轮轴的轴距偏差等于相邻轮轴轴线偏移量之差；

I-II轮轴的右侧轴距偏差ΔA₁₁＝(U₁ ⁽³⁾+U₁ ⁽⁴⁾)/2-(U₁ ⁽¹⁾+U₁ ⁽²⁾)/2；

II-III轮轴的右侧轴距偏差ΔA₁₂＝(U₁ ⁽⁵⁾+U₁ ⁽⁶⁾)/2-(U₁ ⁽³⁾+U₁ ⁽⁴⁾)/2；

I-II轮轴的左侧轴距偏差ΔA₂₁＝(U₄ ⁽³⁾+U₄ ⁽⁴⁾)/2-(U₄ ⁽¹⁾+U₄ ⁽²⁾)/2；

II-III轮轴的左侧轴距偏差ΔA₂₂＝(U₄ ⁽⁵⁾+U₄ ⁽⁶⁾)/2-(U₄ ⁽³⁾+U₄ ⁽⁴⁾)/2。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明通过设置基座、万向支承座、调正装置、测距装置、标定板、机器视觉装置，机器视觉装置包括安装在所述基座上的第一滑台组件，设置在所述第一滑台组件上的第二滑台组件，第二滑台组件上安装有视觉传感器；能够实现对放置其上的机车构架进行自动调正、全自动测量拉杆座的变形量，测量效率和精度高，可以满足机车在役再制造的产业化需求

附图说明

图1是本发明实施例中所述的机车构架的整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台的整体结构示意图；

图3是图2中I处的放大图；

图4是本发明实施例中的万向支承座的整体结构示意图；

图5是本发明实施例中调正装置的纵向剖面结构示意图；

图6是使用本发明实施例提供的一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台对机车构架进行调正的示意图(虚线为目标位置)；

图7是本发明实施例中标定板与理想机车构架之间的位置关系示意图；

图8是本发明实施例中右侧第一拉杆座切口变形量计算原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，机车构架1主要由两根对称的侧梁101、两根端梁102、两根横梁103、三组上拉杆座104和下拉杆座105等组成。

一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台，包括基座；安装在基座上用于支撑机车构架的若干个万向支承座；安装在基座上用于调整机车构架在基座上的相对位置的若干个调正装置，每个调正装置上均安装有测距装置；安装在基座上的标定板，安装在基座上用于检测机车构架上的拉杆座的机器视觉装置，机器视觉装置包括安装在基座上的第一滑台组件，设置在第一滑台组件上的第二滑台组件，第二滑台组件上安装有视觉传感器。

如图2～8所示，在基座2的左右两侧，对称、平行地固定安装有一组沿X向设置的第一滑台组件3。如图3所示，沿X向设置的第一滑台组件3包括立柱301、垫板302、支撑梁303、齿条304、X向导轨组件305、连接板306、齿轮307、沿X向设置的第一驱动伺服电机308，第一驱动电机308采用伺服电机，用于驱动沿Z向设置的第二滑台组件4沿X方向前后运动，完成对不同测量点的测量工作。

支撑梁303的底面分别通过垫板302与垂直固定在基座2上的多根立柱301的上端固定连接，一组齿条304和两组沿X向设置的第一导轨组件305分别平行地固定在支撑梁303上，连接板306固定安装在第一导轨组件305的滑块上；第一驱动电机308安装在连接板306上，第一驱动电机308的输出轴上安装的齿轮307与齿条304相啮合，可以驱动安装在连接板306上的第二滑台组件4沿X向运动。

沿Z向设置的第二滑台组件4包括底板401、立板402、沿Z向设置的第二导轨组件403、丝杆螺母组件404、第二驱动电机405、丝杆支撑组件406、第二滑板407，第二驱动电机405采用伺服电机。立板402通过底板401垂直地固定连接在连接板306上，立板402的两侧平行地安装有两组第二导轨组件403，滑板407固定在第二导轨组件403的滑块上；丝杆螺母组件404通过丝杆支撑组件406固定安装在第二导轨组件403的中间，第二驱动电机405通过联轴器连接在丝杆螺母组件404的丝杆一端，滑板407固定连接在丝杆螺母组件404的螺母上，从而驱动固定在滑板407一端的视觉传感器12进行上下运动，保证机车构架拉杆座在视觉传感器12的视野内，满足对上拉杆座、下拉杆座均能测量的需求。

万向支承座5设置有四个，用于支承待测机车构架，分别支承在机车构架的左右侧梁的前后两端。万向支承座5的下部分通过螺钉固定于基座2上，其间距根据机车构架的尺寸确定。其结构如图4，万向支承座5包括支承座501、固定板502、万向球503，支承座501的上法兰上均布有若干球窝，球窝内安置有若干个小滚珠和万向球503，固定板502的中心设有与支承座上球窝相对应的通孔，并和支承座501的上法兰通过螺钉固定连接；万向球503的顶部穿过固定板502的通孔，凸出于固定板502，万向球503可以自由滚动，万向球503的数量和直径可根据承载能力要求而确定。本实施例中，万向球503的数量为二十五个、直径为间距45mm，每个万向球可以承重180Kg，足以承受机车构架的重量，保证机车构架能够在万向支承座5上灵活移动，减少摩擦力。

本实施例中，在基座2上固定设置有三组、共六台调正装置，分别为第一组调正装置6、第二组调正装置7、第三组调正装置8，每组调正装置均由两个对称分布的、结构相同的调正装置构成，第一组调正装置6、第二组调正装置7分别设置在基座2的前端和后端，呈横向对称布置，其推进方向应垂直于第一滑台组件中的第一导轨组件(即垂直于X向或沿Y向)，用于调正机车构架在检测平台上的左右位置；第三组调正装置8设在基座2的中部，在机车构架的两个横梁104之间，呈纵向对称布置，其推进方向应平行于第一滑台组件中的第一导轨组件(即沿X向)，用于调正机车构架在检测平台上的前后位置。

本实施例中，调正装置为电动推进机构，其结构如图5所示，包括底座601、固定板602、下连接板603、轴套604、上连接板605、轴承606、推杆607、丝杆螺母608、轴承座组件609、丝杆610、电机固定板611、电机612、联轴器613、中立板614组成。

底座601为组焊件，通过底部的螺钉孔与基座2固定连接。

固定板602、下连接板603、中立板614、上连接板605、电机固定板611通过螺钉固定呈“日”型框架，并与底座601固定连接，用于安装电动推进机构。

丝杆610通过轴承座组件609安装在中立板614上，其一端通过联轴器613与固定在电机固定板611上的电机612连接，其另一端装有丝杆螺母608。

推杆607一端与丝杆螺母608固定连接，另一端穿过固结于在固定板602上的轴套604，与轴套604滑动连接，推杆607的上下两面通过销轴安装有轴承606，轴承606分别嵌入上连接板605和下连接板603内侧沿丝杆610轴向开设的矩形槽内，轴承606与矩形槽的C面滚动接触，当电机612工作时，通过丝杆螺母副传动，丝杆螺母608带动推杆607只能沿丝杆610轴向进行运动，而不会产生旋转。

本实施例中，每个调正装置上均安装有测距装置，测距装置采用激光测距传感器；具体地，如图2、图6所示，在第一组调正装置6的两台调正装置的底座601的外侧面，分别左右对称地安装有一对第一激光测距传感器9，在第二组调正装置7的两台调正装置的底座601外侧面，也分别左右对称地安装有一对第二激光测距传感器10，四个激光测距传感器的激光束均须垂直于第一滑台组件3中的第一导轨组件(即垂直于X向或沿Y向)，且各激光测距传感器的发射面到对应侧第一导轨组件内侧面的距离W相等。激光测距传感器的安装高度对应于待测机车构架1侧梁高度方向的中间部位，以便能够测量出该位置处侧梁内侧面的距离。

在第三组调正装置8的两台调正装置的底座601侧面，分别安装有一个第三激光测距传感器11，其激光束平行于第一滑台组件3中的第一导轨组件(即沿X向)，用于测量待测机车构架1横梁的位置。本实施例中，第一激光测距传感器9、第二激光测距传感器10、第三激光测距传感器11均选用LK-G155激光测距传感器，其测距范围为110mm—190mm。

在使用本实施例所述基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台之前，需要对其进行安装、调试和定位参数的测定，具体步骤如下。

(1)调正装置和激光测距传感器的安装。先用理想的(即未变形的)机车构架进行调试，使机车构架侧梁与对应侧第一导轨组件内侧面的间距相等，此状态定为目标位置。然后调整第一组调正装置6、第二组调正装置7、第三组调正装置8的位置，使各自的推杆607端面到与其推动的侧梁或横梁面之距相等，安装其上的各激光测距传感器发射面到与其待测量面的距离也相等，固定其位置，并设定为原始参照位置，记录S0的数值，其中，S0为电控推进机构中推杆607端面到激光测距传感器的发射面之间的距离。

(2)视觉传感器位置调整和测定。调整滑板407的高度和视觉传感器12在滑板407上的左右位置，使视觉传感器12的光轴在理想机车构架上拉杆座切口1041的正上方，且处于其视野范围内，记录此时滑板407的Z坐标值为Z0，并存放到测控系统。本实例选用IV-HG300CA图形识别传感器，其安装距离300mm，视野200mm×275mm。

标定板的安装。两标定板13对称地固定安装在基座2上的后端，标定板的高度与上拉杆座切口1041处上表面平齐；调整两标定板13的位置，使标定板13的一条直边与对应的理想机车构架拉杆座的外侧切口内平面B面对齐后固定，如图7；先将视觉传感器12的光轴与第三拉杆座切口中心线对齐，记下该位置的X坐标值，再将Z向滑台4运动到标定板13的正上方，使视觉传感器12的光轴与标定板13的中心线n-n对齐，记下该位置的X坐标值，这两个位置的X坐标值之差A0即为标定板13的中心线n-n到第三拉杆座切口中心线的距离，用于标定拉杆座在X方向的位置，记录A0的数据并存放到测控系统。

当机车构架调正后，第三拉杆座的设计位置不变，而第一、二拉杆座的位置会因不同车型而改变。

由于待测机车构架长度较长，考虑到12个测量点的相对位置尺寸、上拉杆座与下拉杆座的高度差H0均是已知的，且测量精度要求为0.1mm，为此第一滑台组件、第二滑台组件采用点位控制方式，左右两侧测量装置同步控制。该调试过程一次完毕后可以长期使用，本实例中S0＝10mm，A0＝3800mm，Z0＝30mm，H0＝265mm，存放于测控系统。

待测机车构架调正方法如下。

机车构架拉杆座是焊接在左右两侧梁上，设计时拉杆座相对于机车构架的中平面左右对称，但在机车在役再制造过程中，无法找到该设计基准，实际操作时都是以机车构架的侧梁为基准的，本工序测量前需要先检修机车构架的侧梁和横梁。因此，在检测平台上检测时，将测量基准转化为以两侧的第一滑台组件3中第一导轨组件作为基准，所以在检测前必须将待测机车构架1相对于第一导轨组件进行调正，使两侧梁到对应的各激光测距传感器发射面之距W相等。其调正方法和步骤如下。

(1)吊放待测件。将待测机车构架1翻转，让拉杆座侧朝上，用吊车把它平稳地安放于检测平台的四个万向支承座5上，保证此时各激光测距传感器均在测量范围之内。

(2)横向粗调正。打开测控系统，获取第一激光测距传感器9的一组实测数据Y1、Y2，测控系统的程序计算出其平均值Ya＝(Y1+Y2)/2，如图6所示，图中虚线为机车构架的目标位置。

如果Y1<Ya，则第一组调正装置6中左侧的电控推进机构工作，先快速进给Y1-S0，然后再工进Ya-Y1；如果Y1>Ya(即Y2<Ya)，则第一调正装置6中右侧的电控推进机构工作，先快速进给Y2-S0，再工进Ya-Y2。

(3)与步骤(2)同步执行，获取第二激光测距传感器10的一组实测数据Y3、Y4，计算其平均值Yb＝(Y3+Y4)/2。如果Y3<Yb，则第二调正装置7中左侧的电控推进机构工作，先快速进给Y3-S0，再工进Yb-Y3；如果Y3>Yb，则第二调正装置7中右侧的电控推进机构工作，先快速进给Y4-S0，再工进Yb-Y4。

(4)纵向调正。获取第三激光测距传感器11的实测数据X1、X2，测控系统的程序计算出其平均值Xa＝(X1+X2)/2，如果X1<Xa，则第三组调正装置8中前端的电控推进机构工作，先快速进给X1-S0，再工进Xa-X1。如果X1>Xa，则第三组调正装置8中后端的电控推进机构工作，先快速进给X2-S0，再工进Xa-X2。

(5)横向微调正。由于待测机车构架的横向放置偏差对这个测量精度影响较大，所以在横向粗调正结束后，重新获取各激光测距传感器的实测数据Y1、Y2、Y3、Y4，进行实时调正。如果Y1<Y2，则第一组调正装置6中左侧的电控推进机构工进，测控系统实时判别，当|Y1-Y2|<δ时，第一组调正装置6停止工作；如果Y3<Y4，则第二组调正装置7中左侧的电控推进机构工进，测控系统实时判别，当|Y3-Y4|<δ时，第二组调正装置7停止工作。其他情况类似操作。其中δ为事先存储在系统中的阈值，代表测量精度，本实例中δ设定为0.1mm。

(6)当后续测量工作结束后，测控系统下发指令，各电控推进机构返回至初始位置，等待下次检测工作。

该机车构架自动调正方法克服了现有的人工调正中需多人配合、反复逐个位置尺寸的测量、反复调整的不足，调正所需时间大大缩短，操作人员减至一人，调正精度也大幅提高。

实施例二：

基于实施例一所述的一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台，本实施例提供一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量方法。

所述方法包括：吊放待检测的机车构架至万向支承座上；根据测距装置的检测结果，启动调正装置，将机车构架调正；启动视觉传感器并进行标定；用标定后的视觉传感器对调正后的机车构架上的各拉杆座切口进行测量，获取测量数据；对测量数据进行处理，并计算出机车构架的变形量和轴线偏差。

在机车的运营过程中，机车构架拉杆座常常因受到各种力的作用而发生变形，在对机车进行在役再制造过程中，必须对拉杆座的形变进行检测，为后续的偏差计算、变形修复提供实测数据。对拉杆座需要测量三组数据：拉杆座外侧切口内平面的横向变形量、拉杆座外侧切口中心的纵向变形量、拉杆座内侧切口中心的纵向变形量。该三组数据反映了拉杆座的横向变形、纵向变形、扭转变形情况，影响到车轮轮缘与铁轨的间距、构架的横动量、轴箱拉杆的安装与磨损。

本实施例利用机器视觉对机车构架拉杆座的变形量进行测量。测量步骤如下。

(1)初始化。根据待测机车构架的车型，调用测控系统中对应的参数，如轴距A＝1800mm或2000mm，上下拉杆座切口中心线的水平距离L＝680mm，测控系统自动计算出各测量位的X坐标值和Z坐标值，然后使视觉测量系统回至初始位置，即第一滑台组件在第二轮轴轴线位置、第二滑台组件在最低位置的零点位置。

(2)进行标定。第二驱动电机启动，使滑板407上升(Z0+H0)，以避免和拉杆座发生干涉，接着第一驱动电机驱动第二滑台组件沿-X方向运动A0，此时视觉传感器12位于标定板13的正上方；第二驱动电机再次驱动滑板407下降H0，达到预定的视距。然后执行：

步骤S210：拍摄标定板图像，根据所拍摄的标定板图像计算出标定板图像中的角点信息；

步骤S220：根据标定板图像中的角点信息，计算出视觉传感器12的内参数和外参数，对标定板图像进行畸变校正；

步骤S230：获取畸变校正后的标定板图像，根据畸变校正后的标定板图像中的角点距离和标定板固有的方格距离，计算出像素当量m。

(3)对第一拉杆座切口进行测量。第一驱动电机驱动第二滑台组件沿X方向运动(A0-A),至第一拉杆座切口正上方，执行：

步骤S310：获取待测第一拉杆座切口的图像，对其图像进行灰度化和滤波处理；

步骤S320：对处理后的待测第一拉杆座切口的图像，如图8所示，进行像素级定位，通过基于梯度的Hough变换算法，提取拉杆座切口区域的边缘坐标点，采用最小二乘法对分割的轮廓线进行线性拟合；

步骤S330：运用最近邻搜寻算法得到右侧第一拉杆座切口轮廓上的分割点C₁、D₁、E₁、F₁，和C₂、D₂、E₂、F₂，分别计算外侧切口轮廓C₁D₁E₁F₁的中心点P₁、内侧切口轮廓C₂D₂E₂F₂的中心点P₂、外侧切口内平面的轮廓线C₁D₁的位置，并提取在像素坐标系下右侧第一拉杆座外侧切口中心点P₁、拉杆座内侧切口中心点P₂、外侧切口内平面C₁D₁的变形量U₁’、U₂’、V₁’；

步骤S340：依据计算出的像素当量m和像素级精度的变形量U₁’、U₂’、V₁’，得到右侧第一拉杆座的外侧切口中心的实际变形量U₁ ⁽¹⁾＝m*U₁’、内侧切口中心的实际变形量U₂ ⁽¹⁾＝m*U₂’、外侧切口内平面的实际变形量V₁ ⁽¹⁾＝m*V₁’；同样可以得到，左侧第一拉杆座切口的各实际变形量，依次记为U₃ ⁽¹⁾、U₄ ⁽¹⁾、V₂ ⁽¹⁾。

(4)对其它各组拉杆座切口测量。第一驱动电机驱动第二滑台组件依次运动到第i个拉杆座对应的位置，滑板根据测量的是上拉杆座或下拉杆座进行下降或上升动作，其动作顺序和具体数值，事先在测控系统中编程实现自动控制。重复执行步骤S310～S340，对拉杆座切口进行测量，同样获得各组拉杆座切口的实际变形量，右侧拉杆座的外侧切口中心、内侧切口中心、外侧切口内平面的实际变形量依次记为U₁ ⁽ⁱ⁾、U₂ ⁽ⁱ⁾、V₁ ⁽ⁱ⁾；左侧拉杆座的外侧切口中心、内侧切口中心、外侧切口内平面的实际变形量依次记为U₃ ⁽ⁱ⁾、U₄ ⁽ⁱ⁾、V₂ ⁽ⁱ⁾，其中i＝2,…,6，i为拉杆座编号。本实例实测数据如表1、表2所示。

(5)数据处理；

步骤S510：计算同一轮轴的上下拉杆座切口中心距的偏差，该偏差以同一轮轴两个拉杆座外侧切口中心线的变形量之差来确定，右侧拉杆座切口中心距的偏差ΔL₁ ^(j)＝U₁ ^(2j)-U₁ ^(2j-1)；左侧拉杆座切口中心距的偏差ΔL₄ ^(j)＝U₄ ^(2j)-U₄ ^(2j-1)，其中j＝1,2,3，代表轮轴号。同一轮轴的上下拉杆座切口中心距均为860mm，其允差为±2mm；

步骤S520：计算相邻轮轴的轴距偏差；轮轴轴线的位置由上下拉杆座切口中心线的位置决定，每根轮轴轴线的变形量等于对应的上下拉杆座外侧切口中心线的变形量之和的一半，相邻轮轴的轴距偏差等于相邻轮轴轴线偏移量之差；

I–II轮轴的右侧轴距偏差ΔA₁₁＝(U₁ ⁽³⁾+U₁ ⁽⁴⁾)/2-(U₁ ⁽¹⁾+U₁ ⁽²⁾)/2；

II-III轮轴的右侧轴距偏差ΔA₁₂＝(U₁ ⁽⁵⁾+U₁ ⁽⁶⁾)/2-(U₁ ⁽³⁾+U₁ ⁽⁴⁾)/2；

I-II轮轴的左侧轴距偏差ΔA₂₁＝(U₄ ⁽³⁾+U₄ ⁽⁴⁾)/2-(U₄ ⁽¹⁾+U₄ ⁽²⁾)/2；

II-III轮轴的左侧轴距偏差ΔA₂₂＝(U₄ ⁽⁵⁾+U₄ ⁽⁶⁾)/2-(U₄ ⁽³⁾+U₄ ⁽⁴⁾)/2。

偏差为负值，表示轴距变小；偏差为正值，表示轴距变大。相邻轮轴的轴距为1800mm或2000mm两种，其允差为±3mm。本实例实测数据的处理结果如表2所示。

步骤S530：在测控系统中，按照上述变量和关系式进行编程，可实现实测数据的自动处理和输出，为后续的火焰矫正修复工艺提供数据。

表1拉杆座外侧切口内平面的变形量(单位：mm)

表2拉杆座切口中心线的变形量及轴距偏差(单位：mm)

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量方法，其特征在于，包括：

吊放待检测的机车构架至万向支承座上；其中，若干个所述万向支承座安装在基座上用于支撑机车构架；

根据测距装置的检测结果，启动调正装置，将机车构架调正；其中，若干个所述调正装置安装在基座上用于调整机车构架在基座上的相对位置，每个所述调正装置上均安装有测距装置；

启动视觉传感器并进行标定；其中，所述视觉传感器安装在沿Y方向设置的第二滑台组件上，所述第二滑台组件安装在沿X方向设置的第一滑台组件上；安装在基座上用于检测机车构架上的拉杆座的机器视觉装置，包括安装在基座上的所述第一滑台组件；

用标定后的视觉传感器对调正后的机车构架上的各拉杆座切口进行测量，获取测量数据，包括：

获取待测第一拉杆座切口的图像，对其图像进行灰度化和滤波处理；

对处理后的待测第一拉杆座切口的图像，进行像素级定位，通过基于梯度的Hough变换算法，提取拉杆座切口区域的边缘坐标点，采用最小二乘法对分割的轮廓线进行线性拟合；

运用最近邻搜寻算法得到右侧第一拉杆座切口轮廓上的分割点C₁、D₁、E₁、F₁，和C₂、D₂、E₂、F₂，分别计算外侧切口轮廓C₁D₁E₁F₁的中心点P₁、内侧切口轮廓C₂D₂E₂F₂的中心点P₂、外侧切口内平面的轮廓线C₁D₁的位置，并提取在像素坐标系下右侧第一拉杆座外侧切口中心点P₁、拉杆座内侧切口中心点P₂、外侧切口内平面C₁D₁的变形量U₁’、U₂’、V₁’；

依据计算出的像素当量m和像素级精度的变形量U₁’、U₂’、V₁’，得到右侧第一拉杆座的外侧切口中心的实际变形量U₁ ⁽¹⁾＝m*U₁’、内侧切口中心的实际变形量U₂ ⁽¹⁾＝m*U₂’、外侧切口内平面的实际变形量V₁ ⁽¹⁾＝m*V₁’；同样可以得到，左侧第一拉杆座切口的各实际变形量，依次记为为U₃ ⁽¹⁾、U₄ ⁽¹⁾、V₂ ⁽¹⁾；

按照事先编制的程序，自动控制机器视觉装置的运动和位置，对其它各组拉杆座切口进行测量，同样获得各组拉杆座切口的实际变形量，右侧拉杆座的外侧切口中心、内侧切口中心、外侧切口内平面的实际变形量依次记为U₁ ⁽ⁱ⁾、U₂ ⁽ⁱ⁾、V₁ ⁽ⁱ⁾；左侧拉杆座的外侧切口中心、内侧切口中心、外侧切口内平面的实际变形量依次记为U₃ ⁽ⁱ⁾、U₄ ⁽ⁱ⁾、V₂ ⁽ⁱ⁾，其中i＝2,…,6，i为拉杆座编号；

对测量数据进行处理，并计算出机车构架的变形量；包括：

计算同一轮轴的上下拉杆座切口中心距的偏差，该偏差以同一轮轴两个拉杆座外侧切口中心线的变形量之差来确定，右侧拉杆座切口中心距的偏差ΔL₁ ^(j)＝U₁ ^(2j)-U₁ ^(2j-1)；左侧拉杆座切口中心距的偏差ΔL₄ ^(j)＝U₄ ^(2j)-U₄ ^(2j-1)，其中j＝1,2,3，代表轮轴号；

计算相邻轮轴的轴距偏差；轮轴轴线的位置由上下拉杆座切口中心线的位置决定，每根轮轴轴线的变形量等于对应的上下拉杆座外侧切口中心线的变形量之和的一半，相邻轮轴的轴距偏差等于相邻轮轴轴线偏移量之差；

I-II轮轴的右侧轴距偏差ΔA₁₁＝(U₁ ⁽³⁾+U₁ ⁽⁴⁾)/2-(U₁ ⁽¹⁾+U₁ ⁽²⁾)/2；

II-III轮轴的右侧轴距偏差ΔA₁₂＝(U₁ ⁽⁵⁾+U₁ ⁽⁶⁾)/2-(U₁ ⁽³⁾+U₁ ⁽⁴⁾)/2；

I-II轮轴的左侧轴距偏差ΔA₂₁＝(U₄ ⁽³⁾+U₄ ⁽⁴⁾)/2-(U₄ ⁽¹⁾+U₄ ⁽²⁾)/2；

II-III轮轴的左侧轴距偏差ΔA₂₂＝(U₄ ⁽⁵⁾+U₄ ⁽⁶⁾)/2-(U₄ ⁽³⁾+U₄ ⁽⁴⁾)/2。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量方法，其特征在于，所述启动视觉传感器并进行标定，包括：

拍摄标定板图像，根据所拍摄的标定板图像计算出标定板图像中的角点信息；

根据标定板图像中的角点信息，计算出视觉传感器的内参数和外参数，对标定板图像进行畸变校正；

获取畸变校正后的标定板图像，根据畸变校正后的标定板图像中的角点距离和标定板固有的方格距离，计算出像素当量m。

3.一种用于权利要求1～2任一项所述的基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量方法的基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台，其特征在于，包括：

基座；

安装在所述基座上用于支撑机车构架的若干个万向支承座；

安装在所述基座上用于调整机车构架在基座上的相对位置的若干个调正装置，每个所述调正装置上均安装有测距装置；

安装在所述基座上的标定板，

安装在所述基座上用于检测机车构架上的拉杆座的机器视觉装置，所述机器视觉装置包括安装在所述基座上的第一滑台组件，设置在所述第一滑台组件上的第二滑台组件，所述第二滑台组件上安装有视觉传感器。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台，其特征在于，所述第一滑台组件包括安装在基座上的若干个立柱，支撑梁通过垫板与所述立柱连接，支撑梁上安装有与支撑梁平行的齿条和第一导轨组件，连接板安装在第一导轨组件的滑块上，第一驱动电机安装在连接板上，第一驱动电机的输出轴上安装有齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合；所述第二滑台组件安装在连接板上。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台，其特征在于，所述第二滑台组件包括安装在所述连接板上的底板，立板安装在底板上，第二导轨组件安装在所述立板上，滑板安装在第二导轨组件的滑块上，丝杆螺母组件通过丝杆支撑组件安装在第二导轨组件上，第二驱动电机安装在丝杆支撑组件上并通过联轴器连接在丝杆螺母组件的丝杆的一端，滑板与丝杆螺母组件的螺母连接，视觉传感器安装在滑板上。

6.根据权利要求3所述的基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台，其特征在于，所述万向支承座包括安装在基座上的支承座，所述支承座上设有若干球窝，每个球窝内设置一个万向球，在每个万向球和球窝之间设有若干滚珠；固定板安装在支承座上，所述固定板上设有与支承座上球窝相对应的通孔，万向球的一部分穿过固定板上的通孔并可以自由滚动。

7.根据权利要求3所述的基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台，其特征在于，所述调正装置有三组，每组有两个，其中两组位于机车构架的两端，用于调整机车构架在Y方向相对检测平台的位置；另一组位于机车构架的中间，用于调整机车构架在X方向相对检测平台的位置。

8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的机车构架拉杆座形变测量平台，其特征在于，所述调正装置包括安装在基座上的底座；

固定板、下连接板、中立板、上连接板、电机固定板组装成“日”型框架，并与底座固定连接，电机安装于电机固定板上；

丝杆通过轴承座组件安装在中立板上，其一端通过联轴器与电机的输出轴连接，其另一端装有丝杆螺母；

推杆的一端与丝杆螺母固定连接，另一端穿过固结于固定板上的轴套，与轴套滑动连接，推杆的上下两面通过销轴安装有轴承，轴承分别嵌入上连接板和下连接板内侧沿丝杆轴向开设的矩形槽内。