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一种道岔钢轨件钻孔尺寸的测量方法
【专利摘要】一种道岔钢轨件钻孔尺寸的测量方法，提供了一种基于双目立体视觉的道岔钢轨件钢轨钻孔和孔间距的测量方法，利用这种方法能够在钢轨件生产车间直接实现钻孔孔径大小和钻孔位置的测量，将大大提高工作效率，使得测量工作在现场就可以完成，灵活方便，测量结果准确，显著提高了测量的精度和速度，从而大大提高了生产效率。
【专利说明】一种道岔钢轨件钻孔尺寸的测量方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于测量方法【技术领域】，涉及到一种能够实现非接触式测量的道岔钢轨件 钻孔尺寸的测量方法。

【背景技术】
[0002] 道岔是铁路实现列车转线运行的关键轨道设备，其技术水平集中反映了一个国家 铁路轨道的制造水平，道岔制造与组装的高精度与高平顺性是重要的技术指标之一，道岔 钢轨件的相关尺寸制造精度是影响道岔高精度与高平顺性的重要因素之一。目前道岔钢轨 件钻孔尺寸以及位置的测量通常都是采用人工接触式测量方式，人工接触式测量方式测量 步骤繁琐，耗时长，精度低，测量效率低。


【发明内容】

[0003] 本发明为了克服现有技术的缺陷，设计了一种道岔钢轨件钻孔尺寸的测量方法， 能实现钢轨件钻孔孔径大小和钻孔位置的非接触测量，克服人工测量耗时长、精度不高的 问题，可以大大提高测量效率。
[0004] 本发明所采取的具体技术方案是：一种道岔钢轨件钻孔尺寸的测量方法，关键是： 所述的方法包括以下步骤：
[0005] a、进行工业相机标定：首先采用张正友平面标定法进行标定，通过拍摄在不同平 面的七幅含有平面标定板的图像，得到工业相机的内参数矩阵，然后在测量中通过正对的 平面标定板得到该平面标定板所在坐标系下的外参数矩阵，同时也可以得到两个工业相机 之间的基本矩阵；
[0006] b、准备钢轨件，在钢轨件上画出第一检测孔位，调整两个工业相机的高度和角度， 使两个工业相机正对钢轨件的侧面，然后对被测钢轨件进行拍摄，得到同段钢轨件的两个 图像，并将所拍照片传输给控制装置；
[0007] c、控制装置对所得的两个图像分别进行高斯滤波处理和基于Canny的边缘检测， 得到两幅分别含有钻孔边缘的图像；
[0008] d、通过对步骤c所得的图像中的椭圆进行检测得到在图像中所有椭圆的方程，取 到椭圆上250个点的坐标，通过极几何约束关系得到两个图像中椭圆上的匹配点，然后根 据匹配点和两个工业相机之间的基本矩阵恢复这些匹配点的三维坐标，对这些空间点进行 空间圆的拟合，那么就可以得到钻孔在空间中的方程，也就得到了钻孔的孔径大小和孔径 的位置；
[0009] e、控制装置将步骤d所得的数据与保存在数据库中的标准数据进行比对，给出检 测结果合格与否的提示，如果合格，在第一检测孔位打孔，如果不合格，进行步骤f;
[0010] f、重复进行步骤b到步骤e，直至检测结果合格。
[0011] 步骤e中所述的检测结果合格是指尺寸误差小于等于0. 5mm的产品为合格产品， 检测结果不合格是指尺寸误差大于〇. 5mm的产品为不合格产品。
[0012] 本发明的有益效果是：提供了一种基于双目立体视觉的道岔钢轨件钢轨钻孔和孔 间距的测量方法，利用这种方法能够在钢轨件生产车间直接实现钻孔孔径大小和钻孔位置 的测量，将大大提高工作效率，使得测量工作在现场就可以完成，灵活方便，测量结果准确， 显著提高了测量的精度和速度，从而大大提高了生产效率。

【专利附图】

【附图说明】
[0013] 图1为本发明中测量装置的结构示意图。
[0014] 图2为本发明测量时平面标定板、工业相机和钢轨件的位置关系示意图。
[0015] 图3为双目立体视觉的二极几何约束。
[0016] 附图中，1代表底座，2代表工业相机，3代表支撑架，4代表丝杠，5代表电机，6代 表减速机，7代表滑块，8代表定位横杆，9代表定位纵杆，10代表全方位云台，11代表联轴 器，12代表滑轮，13代表控制台，14代表支撑杆，15代表翻板座椅，16代表钢轨件，17代表 平面标定板。

【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本发明做进一步说明：
[0018] 如图1所示，一种道岔钢轨件钻孔尺寸测量装置，包括底座1、两个工业相机2、控 制装置、高度调节装置，两个工业相机2和高度调节装置都与控制装置连接，高度调节装置 沿坚直方向设置在底座1上，两个工业相机2沿水平方向对称设置在高度调节装置的两侧 并与高度调节装置形成升降配合，两个工业相机2借助高度调节装置与底座1形成升降配 合。
[0019] 高度调节装置包括门型结构的支撑架3、丝杠4、电机5、减速机6、固定支架，电机5 的输出轴借助联轴器11与减速机6连接，支撑架3的底端与底座1固定连接，丝杠4沿坚 直方向设置在支撑架3门型结构的内部，电机5设置在支撑架3的顶部并与控制装置连接， 丝杠4的顶部穿通支撑架3与减速机6的输出轴固定连接，丝杠4的底部与底座1形成转 动配合，丝杠4上套装有滑块7,固定支架包括定位横杆8,定位横杆8的两端分别设置有一 个定位纵杆9,两个定位纵杆9对称设置并都与定位横杆8垂直设置，两个定位纵杆9的 端部都固定有全方位云台10,工业相机2与全方位云台10铰接，定位横杆8与滑块7固定 连接，工业相机2借助滑块7和丝杠4的配合与底座1形成升降配合。测量时，电机5通过 联轴器11带动减速机6转动，减速机6带动丝杠4转动，使滑块7在丝杠4上上升或下降， 滑块7通过固定支架带动两个工业相机2上升或下降，当两个工业相机2到达所需的高度 时电机5停止转动，然后利用全方位云台10调整工业相机2的角度即可，结构简单，操作方 便。
[0020] 作为对本发明的进一步改进，在底座1的底端设置多个滑轮12,使得该装置在进 行水平移动时更加方便省力。
[0021] 作为对本发明的进一步改进，增设用于放置控制装置的控制台13,控制台13的背 面与支撑架3固定连接，控制台13的底端固定有支撑杆14,支撑杆14的底端与底座1的上 端固定连接，将控制装置设置在控制台13上，作为一个整体，测量时方便操作人员观察控 制。
[0022] 作为对本发明的进一步改进，增设与控制台13相配套的翻板座椅15,翻板座椅15 的底端与底座1固定连接，操作人员可以坐在翻板座椅15上进行操作，更加方便舒适。
[0023] -种道岔钢轨件钻孔尺寸的测量方法，关键是：所述的方法包括以下步骤：
[0024] a、进行工业相机标定：首先采用张正友平面标定法进行标定，通过拍摄在不同平 面的七幅含有平面标定板17的图像，得到工业相机的内参数矩阵，然后在测量中通过正对 的平面标定板17得到该平面标定板17所在坐标系下的外参数矩阵，同时也可以得到两个 工业相机2之间的基本矩阵，具体步骤如下：
[0025] 对两个工业相机2分别使用张正友标定法，得到两个工业相机2的内参数矩阵 P:和P2(Zhengyouzhang.AFlexibleNewTechniqueforCameraCalibration.IEEE TransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligence,VOL. 22,NO. 11.),
[0026] 双目立体视觉的二极几何约束，如图3所示，在图3中，X为空间中一点，u312为 两个工业相机2的成像平面，mi，m2为X在两个工业相机2的像点，Q，C2为两个工业相机2 的光学中心，ei，e2为两个外极点，lp12分别为m2,mi的外极线；
[0027] 两个工业相机2成像的极几何关系可以用基本矩阵F来刻画，用基本矩阵来表达 两幅图像的外极约束：

【权利要求】
1. 一种道岔钢轨件钻孔尺寸的测量方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤： a、 进行工业相机标定：首先采用张正友平面标定法进行标定，通过拍摄在不同平面的 七幅含有平面标定板（17)的图像，得到工业相机的内参数矩阵，然后在测量中通过正对的 平面标定板（17)得到该平面标定板（17)所在坐标系下的外参数矩阵，同时也可以得到两 个工业相机（2)之间的基本矩阵； b、 准备钢轨件（16)，在钢轨件（16)上画出第一检测孔位，调整两个工业相机（2)的高 度和角度，使两个工业相机（2)正对钢轨件（16)的侧面，然后对被测钢轨件（16)进行拍 摄，得到同段钢轨件（16)的两个图像，并将所拍照片传输给控制装置； c、 控制装置对所得的两个图像分别进行高斯滤波处理和基于Canny的边缘检测，得到 两幅分别含有钻孔边缘的图像； d、 通过对步骤c所得的图像中的椭圆进行检测得到在图像中所有椭圆的方程，取到椭 圆上250个点的坐标，通过极几何约束关系得到两个图像中椭圆上的匹配点，然后根据匹 配点和两个工业相机之间的基本矩阵恢复这些匹配点的三维坐标，对这些空间点进行空间 圆的拟合，那么就可以得到钻孔在空间中的方程，也就得到了钻孔的孔径大小和孔径的位 置； e、 控制装置将步骤d所得的数据与保存在数据库中的标准数据进行比对，给出检测结 果合格与否的提示，如果合格，在第一检测孔位打孔，如果不合格，进行步骤f ; f、 重复进行步骤b到步骤e，直至检测结果合格。
2. 根据权利要求1所述的一种道岔钢轨件钻孔尺寸的测量方法，其特征在于：步骤e 中所述的检测结果合格是指尺寸误差小于等于〇. 5mm的产品为合格产品，检测结果不合格 是指尺寸误差大于0. 5mm的产品为不合格产品。
【文档编号】G01B11/14GK104330041SQ201410519973
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】刘洪柱, 窦燕, 戴坡, 范安然, 郑玉倩, 乔巨潭 申请人:中铁山桥集团有限公司