一種道岔鋼軌件端面尺寸的測量方法
【專利摘要】一種道岔鋼軌件端面尺寸的測量方法，克服了人工采用鋼卷尺測量時存在的由于鋼卷尺本身的示值誤差、測量時拉力變化引起的讀數(shù)誤差、溫度變化帶來的誤差造成最終的測量誤差的缺陷，能夠在鋼軌件生產(chǎn)車間直接實現(xiàn)鋼軌件端面相關(guān)部位尺寸的測量，實現(xiàn)了非接觸式測量，使得測量工作在現(xiàn)場就可以完成，靈活方便，減小了測量誤差，測量結(jié)果準(zhǔn)確，將大大提高測量的精度和速度，從而大大提高生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種道岔鋼軌件端面尺寸的測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于測量方法【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到一種道岔鋼軌件端面尺寸的測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 道岔是鐵路實現(xiàn)列車轉(zhuǎn)線運行的關(guān)鍵軌道設(shè)備，其技術(shù)水平集中反映了一個國家 鐵路軌道的制造水平，道岔制造與組裝的高精度與高平順性是重要的技術(shù)指標(biāo)之一，道岔 鋼軌件的相關(guān)尺寸制造精度是影響道岔高精度與高平順性的重要因素之一。目前道岔鋼軌 件的端面尺寸測量通常都是人工采用鋼卷尺測量的方式，但是鋼卷尺本身的示值誤差、測 量時拉力變化引起的讀數(shù)誤差、溫度變化帶來的誤差都有可能造成最終的測量誤差，精度 低，測量效率低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，設(shè)計了一種道岔鋼軌件端面尺寸的測量方法， 實現(xiàn)了非接觸式測量，克服了人工采用鋼卷尺測量時測量誤差大、精度低、效率低的缺陷， 減小了測量誤差，提高了測量精度和測量效率。
[0004] 本發(fā)明所采取的具體技術(shù)方案是：
[0005] -種道岔鋼軌件端面尺寸的測量方法，關(guān)鍵是：所述的方法包括以下步驟：
[0006]a、準(zhǔn)備鋼軌件和標(biāo)定塊，標(biāo)定塊是中間挖有一個與鋼軌件端面的大小、形狀相同 的孔的標(biāo)定板，被挖去部分位于標(biāo)定板的中央位置，兩側(cè)軌腰位置附有黑白相間的棋盤圖， 另外，在此標(biāo)定板左右兩側(cè)還各有一塊棋盤圖，兩塊棋盤圖與標(biāo)定板成固定角度，三者為一 整體；
[0007]b、進行工業(yè)相機標(biāo)定：采用張正友平面標(biāo)定法進行標(biāo)定，拍攝標(biāo)定塊的圖像，對標(biāo) 定塊的圖像進行提取角點操作，提取出所有的角點，建立起圖像坐標(biāo)系、工業(yè)相機坐標(biāo)系以 及世界坐標(biāo)系三個坐標(biāo)系之間的對應(yīng)關(guān)系，得到工業(yè)相機的內(nèi)外參數(shù)，即可建立起像素坐 標(biāo)與對應(yīng)空間點坐標(biāo)之間的關(guān)系如下：
[0008]

【權(quán)利要求】
1. 一種道岔鋼軌件端面尺寸的測量方法，其特征在于：所述的方法包括以下步驟： a、 準(zhǔn)備鋼軌件（16)和標(biāo)定塊（17)，標(biāo)定塊（17)是中間挖有一個與鋼軌件（16)端面的 大小、形狀相同的孔的標(biāo)定板，被挖去部分位于標(biāo)定板的中央位置，兩側(cè)軌腰位置附有黑白 相間的棋盤圖，另外，在此標(biāo)定板左右兩側(cè)還各有一塊棋盤圖，兩塊棋盤圖與標(biāo)定板成固定 角度，三者為一整體； b、 進行工業(yè)相機標(biāo)定：采用張正友平面標(biāo)定法進行標(biāo)定，拍攝標(biāo)定塊（17)的圖像，對 標(biāo)定塊（17)的圖像進行提取角點操作，提取出所有的角點，建立起圖像坐標(biāo)系、工業(yè)相機 (2)坐標(biāo)系以及世界坐標(biāo)系三個坐標(biāo)系之間的對應(yīng)關(guān)系，得到工業(yè)相機（2)的內(nèi)外參數(shù)，即 可建立起像素坐標(biāo)與對應(yīng)空間點坐標(biāo)之間的關(guān)系如下：
其中，（X，y，z)表示空間點P在工業(yè)相機（2)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，α表示坐標(biāo)軸不垂直 性誤差，fx =f/dX，fy =f/dY是以像素寬度與長度表示的等效焦距，γ表示圖像坐標(biāo)軸的 非正交性； c、 將鋼軌件（16)放置于地面或者放置在平臺上，使得鋼軌件（16)的軌底接觸地面或 者平臺放置，清除鋼軌件（16)周圍的雜物，將標(biāo)定塊（17)緊貼于鋼軌件（16)端面，調(diào)整兩 個工業(yè)相機（2)的高度和角度，使兩個工業(yè)相機（2)與鋼軌件（16)端面處于同一高度，并 讓兩個工業(yè)相機（2)正對鋼軌件（16)端面，要求兩個工業(yè)相機（2)的光軸平行，兩個工業(yè) 相機（2)的光軸垂直于鋼軌件（16)端面； d、 打開燈箱光源，側(cè)面照亮鋼軌件（16)端面，使得光線完全突出端面輪廓，以去除陰 影，調(diào)整兩個工業(yè)相機（2)，使鋼軌件（16)端面落入屏幕圖像的正中，并且占滿兩個工業(yè)相 機⑵各屏幕視圖，采集此時的鋼軌件（16)端面的圖像； e、 控制裝置先對步驟d所得的圖像進行中值濾波處理，然后進行二值化，采用基于 Canny的邊緣檢測算法得到圖像的邊緣； f、 依據(jù)拓?fù)渲X理論中的格式塔規(guī)則，鋼軌件（16)端面的輪廓應(yīng)該是連續(xù)、閉合、完 整的，設(shè)一條邊緣的參數(shù)化形式為B=v(t) =Iv1 (t),v2(t2),…，vn(tn)}，O彡tA1，1彡i Sn.如果v(0) =v(l)，則B是一條閉合輪廓；如果這條閉合輪廓正好包含了鋼軌件（16) 的端面，則B就是我們所需要的；但是往往物體輪廓由一系列邊緣組成，這些邊緣往往是不 連續(xù)的，這里提出一種將兩條邊緣連接起來構(gòu)成連續(xù)邊緣的方法：假設(shè)步驟e所得到的圖 像的一條邊緣有兩個端點P1 (X，y)和P2(X，y)，并且有兩個方向，規(guī)定端點的方向梯度角為 這兩個端點的方向，

式中，R(P1)^R(P1)x分別表示點P1在y方向和X方向的投影；R(P2)y、R(P2)x分別表示 點P2在y方向和X方向的投影，若一條邊緣的一個端點的方向與它周圍邊緣中某一條邊緣 的一個端點的方向夾角最小，則將這兩個端點用一條直線連接起來合并成一條新的邊緣， 最終檢測出一條符合連續(xù)性、閉合性、完整性的邊緣就是鋼軌件（16)端面的閉合輪廓； g、將步驟f中得到的閉合輪廓的數(shù)據(jù)擬合成幾何基元，利用最小二乘擬合原理來擬合 直線，提取圖像直線特征邊緣上的N個離散點，求取這些點的擬合直線y =kx+b，由步驟f 得到的這N個離散點坐標(biāo)（Xi，yi)(i= 1，2,…，吣滿足直線方程或盡可能離直線很近，求 下面表達式的最小值：
圓的擬合是將輪廓上的N個點到擬合圓的平方距離進行連加求和，使其最小化：
其中，（a，b)是圓心坐標(biāo)，r是圓的半徑，這樣可以將圖像輪廓分割成直線和曲線，通 過對這些形狀的檢測與識別，根據(jù)步驟b中建立起的像素坐標(biāo)與對應(yīng)空間點坐標(biāo)之間的關(guān) 系，得到我們想要的尺寸； K控制裝置將步驟g所得的尺寸與保存在數(shù)據(jù)庫中的相同型號鋼軌件（16)的標(biāo)準(zhǔn)尺 寸進行比對，如果所測得的尺寸處于允許的公差范圍內(nèi)，則可斷定該鋼軌件（16)的端面形 狀及尺寸是合格的，否則指出不合格的部位，為進一步加工給出依據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種道岔鋼軌件端面尺寸的測量方法，其特征在于：步 驟h中允許的公差范圍是：軌頭寬度±0. 5mm;軌腰厚度+0.75mm、-0.5mm;軌底寬度 +1. 0mm> -2.Omm;軌高 +0· 8mm〇
【文檔編號】G01B21/00GK104236498SQ201410520138
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】劉洪柱, 竇燕, 鄭玉倩, 范安然, 戴坡, 詹春艷 申請人:中鐵山橋集團有限公司