一种道岔钢轨件端面尺寸的测量方法
【专利摘要】一种道岔钢轨件端面尺寸的测量方法，克服了人工采用钢卷尺测量时存在的由于钢卷尺本身的示值误差、测量时拉力变化引起的读数误差、温度变化带来的误差造成最终的测量误差的缺陷，能够在钢轨件生产车间直接实现钢轨件端面相关部位尺寸的测量，实现了非接触式测量，使得测量工作在现场就可以完成，灵活方便，减小了测量误差，测量结果准确，将大大提高测量的精度和速度，从而大大提高生产效率。
【专利说明】一种道岔钢轨件端面尺寸的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于测量方法【技术领域】，涉及到一种道岔钢轨件端面尺寸的测量方法。
【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 件的端面尺寸测量通常都是人工采用钢卷尺测量的方式，但是钢卷尺本身的示值误差、测 量时拉力变化引起的读数误差、温度变化带来的误差都有可能造成最终的测量误差，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端面尺寸的测量方法， 实现了非接触式测量，克服了人工采用钢卷尺测量时测量误差大、精度低、效率低的缺陷， 减小了测量误差，提高了测量精度和测量效率。
[0004] 本发明所采取的具体技术方案是：
[0005] -种道岔钢轨件端面尺寸的测量方法，关键是：所述的方法包括以下步骤：
[0006]a、准备钢轨件和标定块，标定块是中间挖有一个与钢轨件端面的大小、形状相同 的孔的标定板，被挖去部分位于标定板的中央位置，两侧轨腰位置附有黑白相间的棋盘图， 另外，在此标定板左右两侧还各有一块棋盘图，两块棋盘图与标定板成固定角度，三者为一 整体；
[0007]b、进行工业相机标定：采用张正友平面标定法进行标定，拍摄标定块的图像，对标 定块的图像进行提取角点操作，提取出所有的角点，建立起图像坐标系、工业相机坐标系以 及世界坐标系三个坐标系之间的对应关系，得到工业相机的内外参数，即可建立起像素坐 标与对应空间点坐标之间的关系如下：
[0008]
【权利要求】
1. 一种道岔钢轨件端面尺寸的测量方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤： a、 准备钢轨件（16)和标定块（17)，标定块（17)是中间挖有一个与钢轨件（16)端面的 大小、形状相同的孔的标定板，被挖去部分位于标定板的中央位置，两侧轨腰位置附有黑白 相间的棋盘图，另外，在此标定板左右两侧还各有一块棋盘图，两块棋盘图与标定板成固定 角度，三者为一整体； b、 进行工业相机标定：采用张正友平面标定法进行标定，拍摄标定块（17)的图像，对 标定块（17)的图像进行提取角点操作，提取出所有的角点，建立起图像坐标系、工业相机 (2)坐标系以及世界坐标系三个坐标系之间的对应关系，得到工业相机（2)的内外参数，即 可建立起像素坐标与对应空间点坐标之间的关系如下：
其中，（X，y，z)表示空间点P在工业相机（2)坐标系中的坐标，α表示坐标轴不垂直 性误差，fx =f/dX，fy =f/dY是以像素宽度与长度表示的等效焦距，γ表示图像坐标轴的 非正交性； c、 将钢轨件（16)放置于地面或者放置在平台上，使得钢轨件（16)的轨底接触地面或 者平台放置，清除钢轨件（16)周围的杂物，将标定块（17)紧贴于钢轨件（16)端面，调整两 个工业相机（2)的高度和角度，使两个工业相机（2)与钢轨件（16)端面处于同一高度，并 让两个工业相机（2)正对钢轨件（16)端面，要求两个工业相机（2)的光轴平行，两个工业 相机（2)的光轴垂直于钢轨件（16)端面； d、 打开灯箱光源，侧面照亮钢轨件（16)端面，使得光线完全突出端面轮廓，以去除阴 影，调整两个工业相机（2)，使钢轨件（16)端面落入屏幕图像的正中，并且占满两个工业相 机⑵各屏幕视图，采集此时的钢轨件（16)端面的图像； e、 控制装置先对步骤d所得的图像进行中值滤波处理，然后进行二值化，采用基于 Canny的边缘检测算法得到图像的边缘； f、 依据拓扑知觉理论中的格式塔规则，钢轨件（16)端面的轮廓应该是连续、闭合、完 整的，设一条边缘的参数化形式为B=v(t) =Iv1 (t),v2(t2),…，vn(tn)}，O彡tA1，1彡i Sn.如果v(0) =v(l)，则B是一条闭合轮廓；如果这条闭合轮廓正好包含了钢轨件（16) 的端面，则B就是我们所需要的；但是往往物体轮廓由一系列边缘组成，这些边缘往往是不 连续的，这里提出一种将两条边缘连接起来构成连续边缘的方法：假设步骤e所得到的图 像的一条边缘有两个端点P1 (X，y)和P2(X，y)，并且有两个方向，规定端点的方向梯度角为 这两个端点的方向，
式中，R(P1)^R(P1)x分别表示点P1在y方向和X方向的投影；R(P2)y、R(P2)x分别表示 点P2在y方向和X方向的投影，若一条边缘的一个端点的方向与它周围边缘中某一条边缘 的一个端点的方向夹角最小，则将这两个端点用一条直线连接起来合并成一条新的边缘， 最终检测出一条符合连续性、闭合性、完整性的边缘就是钢轨件（16)端面的闭合轮廓； g、将步骤f中得到的闭合轮廓的数据拟合成几何基元，利用最小二乘拟合原理来拟合 直线，提取图像直线特征边缘上的N个离散点，求取这些点的拟合直线y =kx+b，由步骤f 得到的这N个离散点坐标（Xi，yi)(i= 1，2,…，吣满足直线方程或尽可能离直线很近，求 下面表达式的最小值：
圆的拟合是将轮廓上的N个点到拟合圆的平方距离进行连加求和，使其最小化：
其中，（a，b)是圆心坐标，r是圆的半径，这样可以将图像轮廓分割成直线和曲线，通 过对这些形状的检测与识别，根据步骤b中建立起的像素坐标与对应空间点坐标之间的关 系，得到我们想要的尺寸； K控制装置将步骤g所得的尺寸与保存在数据库中的相同型号钢轨件（16)的标准尺 寸进行比对，如果所测得的尺寸处于允许的公差范围内，则可断定该钢轨件（16)的端面形 状及尺寸是合格的，否则指出不合格的部位，为进一步加工给出依据。
2.根据权利要求1所述的一种道岔钢轨件端面尺寸的测量方法，其特征在于：步 骤h中允许的公差范围是：轨头宽度±0. 5mm;轨腰厚度+0.75mm、-0.5mm;轨底宽度 +1. 0mm> -2.Omm;轨高 +0· 8mm〇
【文档编号】G01B21/00GK104236498SQ201410520138
【公开日】2014年12月24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, 郑玉倩, 范安然, 戴坡, 詹春艳 申请人:中铁山桥集团有限公司