一种基于三维信息的列车车轮不圆度检测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114620091A(43)申请公布日2022.06.14(21)申请号202210372005.1(22)申请日2022.04.11(71)申请人南京拓控信息科技股份有限公司地址210019江苏省南京市建邺区嘉陵江东街18号03栋11层113室(72)发明人郭其昌梅劲松吴松野王干李祥勇董智源张兆贵(74)专利代理机构南京知识律师事务所32207专利代理师施婷婷(51)Int.Cl.B61K9/12(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于三维信息的列车车轮不圆度检测方法(57)摘要本发明公开了一种基于三维信息的列车车轮不圆度检测方法，包括图像采集并预处理、激光中心线提取、激光坐标变换和车轮不圆度检测。本发明只需采用少量的线阵相机与3D激光扫描仪模块的组合，生成多个二维图像数据及具有深度信息的激光扫描数据，提取激光扫描的踏面区域，基于椭圆模型重建具有深度信息的车轮踏面轮廓。无论是车轮局部不圆度还是整体不圆度，本发明方法都可以通过车轮踏面轮廓数据精确计算出来，及时动态生成检测报告供客户复核检修。CN114620091ACN114620091A权利要求书1/2页1.一种基于三维信息的列车车轮不圆度检测方法，其特征在于，所述方法包括：图像采集并预处理得到激光线图像；激光中心线提取：提取得到激光图像的中心线，二维坐标为(x，y)；激光坐标变换：将提取到的车轮表面激光线生成的图像点集，即所述(x，y)，转换为真实的世界坐标系下坐标(Xw，Yw，Zw)；车轮不圆度检测：从转换后的车轮三维激光数据中提取踏面区域三维数据；依次提取2距离轮缘侧面70±5毫米处在O‑XwZW平面内的踏面坐标；根据椭圆的一般方程A.Xw+B.Xw·2Zw+C·Zw+E.Xw+F.Zw+1＝0,将车轮踏面按照椭圆模型进行建模，获取拟合的椭圆中心和长短轴长度，长短轴长度可确定车轮的大小，椭圆中心可确定轮轴的位置，通过拟合后的踏面轮廓数据便于后续车轮不圆度检测。2.如权利要求1所述的一种基于三维信息的列车车轮不圆度检测方法，其特征在于，根据所述踏面轮廓数据可计算出车轮的不圆度信息：先按照车轮踏面轮廓标记起始坐标，依据椭圆中心统计车轮踏面轮廓上的所有直径；再计算所有直径的最大值与最小值，最后将直径的最大值减去最小值，得到的差值记为车轮踏面的不圆度。3.如权利要求1或2所述的一种基于三维信息的列车车轮不圆度检测方法，其特征在于，所述激光中心线提取：将预处理后的激光线图像调整放大数倍以达到亚像素精度图像；采用自适应边缘检测算法检测放大后激光线图像的边缘点，再对边缘检测图像进行形态学膨胀处理；通过统计放大后激光线图像的直方图计算出自适应阈值；利用自适应阈值分割放大后激光线图像，对分割后的图像进行细化处理；通过区域增长处理合并膨胀的点，最终提取得到激光图像的中心线，记中心线坐标为(x，y)。4.如权利要求1或2所述的一种基于三维信息的列车车轮不圆度检测方法，其特征在于，所述图像采集：多个采集设备分布在轨旁形成采集设备阵列，采集设备包括线阵相机和激光扫描仪。5.如权利要求1或2所述的一种基于三维信息的列车车轮缺陷检测方法，其特征在于，所述激光坐标变换：所述(x，y)和世界坐标系下坐标(Xw，Yw，Zw)的关系如下：其中，f为线阵相机的焦距，(Xc，Yc，Zc)是线阵相机坐标系下坐标，H是线阵相机通过标定得到的参数；通过上述公式即可知道二维图像点坐标与对应目标三维坐标之间的对应关系。6.如权利要求5所述的一种基于三维信息的列车车轮缺陷检测方法，其特征在于，在世界坐标系内O‑XwYwZw，将三维车轮信息进行校正处理，便于车轮数据的拼接重建：通过点云2CN114620091A权利要求书2/2页聚类算法DNSCN将非车轮部分的点云数据进行分割，提取出只有车轮信息的点云数据，通过坐标映射方法将弧面车轮校正成规则的长方形车轮，得到坐标变换且校正后的激光线数据。7.如权利要求1或2所述的一种基于三维信息的列车车轮不圆度检测方法，其特征在于，所述预处理：采用高斯滤波对原始数据进行降噪处理，获取较为平滑的激光线图像，再通过对比度拉伸提高激光线图像的清晰度，最后通过轮廓提取判断的方式，删除与激光线无关的干扰数据。3CN114620091A说明书1/6页一种基于三维信息的列车车轮不圆度检测方法技术领域[0001]本发明属于数字图像处理领域，特别涉及一种基于三维信息的列车车轮不圆度检测方法，并应用于列车轮对在线检测产品中。背景技术[0002]随着我国轨道交通的快速发展，传统人工方式进行车轮不圆度检测已满足不了日常运营需求，而高精度智能化非接触式检测设备的出现保障了日益增多的列车运行安全。在列车运行中，车轮是行车