一种基于多线结构光的轮对踏面曲线获取方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114923434A(43)申请公布日2022.08.19(21)申请号202210466615.8(22)申请日2022.04.29(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市玄武区孝陵卫200号(72)发明人邢宗义熊跃光姚小文朱俊霖宋开华施伟华匡俊儒冯献昂刘宁邢成雷(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203专利代理师薛云燕(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图3页(54)发明名称一种基于多线结构光的轮对踏面曲线获取方法(57)摘要本发明公开了一种基于多线结构光的轮对踏面曲线获取方法，该方法步骤如下：首先在列车经过固定位置时触发激光发射器和相机工作，获取轮对踏面点云数据；然后拟合轮对内轮辋平面，由内轮辋平面获得参考平面，由参考平面方程求解降维矩阵；依次增加平移量平移参考平面，求平移后平面和激光点云数据的交点，将这些交点通过降维矩阵降维后拟合截面圆；最后将平移量和截面圆半径离散点集进行插补得到轮对踏面曲线。本发明方法融合了多条激光线的数据，精确度高，鲁棒性好，对轮对尺寸在线测量具有重要意义。CN114923434ACN114923434A权利要求书1/2页1.一种基于多线结构光的轮对踏面曲线获取方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、获取点云数据：在轨道内、外两侧设置由相机和激光设备构成的数据获取设备，获取轮对内轮辋线点云数据；步骤2、获取参考平面：根据步骤1中的点云数据，拟合轮对内轮辋平面，将内轮辋平面通过平移得到参考平面；步骤3、求解降维矩阵：根据步骤2中参考平面，构造一个新坐标系，由坐标系转换关系求解降维矩阵；步骤4、求交点：步骤2中的参考平面沿指向轨道内侧的法向量方向做一个单位距离的空间平移，求平移后的空间平面和步骤1中的点云数据的交点；步骤5、获取截面圆半径：步骤4中的交点用步骤3中的降维矩阵降维，对降维后的交点进行平面圆拟合，得到截面圆半径；步骤6、获取二维点集：依次对步骤3中的平移增加一个单位距离，重复步骤4～步骤5，直到步骤4中的平移量大于阈值；步骤7、离散数据插补：以步骤6得到的平移量、截面圆半径的二维点集作数据插补，得到轮对踏面曲线。2.根据权利要求1所述的基于多线结构光的轮对踏面曲线获取方法，其特征在于，步骤1所述数据获取设备包括内侧数据获取设备和外侧数据获取设备，其中：所述外侧数据获取设备包括安装位置镜像对称的两组设备单元，每组设备单元分别包括相机和激光发射器，所述相机仰角为45°，光心位置和轨腰平齐，且和轨道水平距离20cm；所述激光发射器设置于相机外侧且距离同侧相机35cm；所述内侧数据获取设备包括一组设备单元，该组设备单元包括相机和激光发射器，且安装位置和外侧数据获取设备中一组相机和激光发射器的安装位置关于轨道对称。3.根据权利要求1所述的基于多线结构光的轮对踏面曲线获取方法，其特征在于，步骤1中所述获取点云数据，具体如下：步骤1.1、相机内外参数标定；步骤1.2、光平面标定，求取光平面方程；步骤1.3、列车经过特定位置时触发激光发射器和相机工作，获取原始图片；步骤1.4、对原始图片做预处理，通过光平面方程将激光的二维图像数据转换为三维点云数据。4.根据权利要求1所述的基于多线结构光的轮对踏面曲线获取方法，其特征在于，步骤2中所述获取参考平面，具体如下：步骤2.1、步骤1中的点云数据包括内轮辋线点云数据，根据曲率特征识别轮对内轮辋线点云数据R1,R2,…Rn，其中n为激光线的条数，Ri的坐标为步骤2.2、根据步骤2.1中的内轮辋线点云数据，用最小二乘法拟合内轮辋线所在平面Ax+By+Cz+D＝0,C≠0；步骤2.3、步骤2.2中的内轮辋平面沿指向轨道外侧的法向量平移threshold，threshold大于轮对厚度且不超过设定阈值，获得参考平面方程Ax+By+Cz+D1＝0,C≠0，2CN114923434A权利要求书2/2页5.根据权利要求1所述的基于多线结构光的轮对踏面曲线获取方法，其特征在于，步骤3所述求解降维矩阵，具体如下：步骤3.1、以步骤2中的参考平面为基准，构造一个新坐标系，该新坐标系满足其两个坐标轴所张成的平面和参考平面重合；步骤3.2、根据原坐标轴和新坐标轴的变换关系，解出降维矩阵T。6.根据权利要求1所述的基于多线结构光的轮对踏面曲线获取方法，其特征在于，步骤4中的求交点过程如下：步骤4.1、步骤2中的参考平面沿指向轨道内侧的法向量平移若干个单位距离，得到平移后的新的空间平面，求新的空间平面方程Ax+By+Cz+Dtimes＝0,C≠0；其中，平移的距离dis＝times×dismin，其中times指当前平移是第几次平移，dismin指平移的单位距离；