留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于线结构光传感器的轨道板几何形貌检测方法

祝祥 邵双运 宋志军

祝祥, 邵双运, 宋志军. 基于线结构光传感器的轨道板几何形貌检测方法[J]. 中国光学(中英文), 2018, 11(5): 841-850. doi: 10.3788/CO.20181105.0841
引用本文: 祝祥, 邵双运, 宋志军. 基于线结构光传感器的轨道板几何形貌检测方法[J]. 中国光学(中英文), 2018, 11(5): 841-850. doi: 10.3788/CO.20181105.0841
ZHU Xiang, SHAO Shuang-yun, SONG Zhi-jun. A detection method based on line-structured light sensor for geometrical morphology of track slab[J]. Chinese Optics, 2018, 11(5): 841-850. doi: 10.3788/CO.20181105.0841
Citation: ZHU Xiang, SHAO Shuang-yun, SONG Zhi-jun. A detection method based on line-structured light sensor for geometrical morphology of track slab[J]. Chinese Optics, 2018, 11(5): 841-850. doi: 10.3788/CO.20181105.0841

基于线结构光传感器的轨道板几何形貌检测方法

doi: 10.3788/CO.20181105.0841
基金项目: 

科技部国家重点研发计划 2017YFC0805406

详细信息
    作者简介:

    祝祥(1992-), 男, 内蒙古呼和浩特人, 硕士研究生, 主要从事光电检测技术方面的研究。E-mail:529569434@qq.com

    邵双运(1972—),男,河南平顶山人,博士,副教授,主要从事光学三维测量技术及应用等方面的研究。E-mail:shao_sy@tom.com

  • 中图分类号: O439

A detection method based on line-structured light sensor for geometrical morphology of track slab

Funds: 

the National Key Research and Development Program of China 2017YFC0805406

More Information
  • 摘要: 轨道板的外形尺寸精度对于保证高速铁路轨道质量起着至关重要的作用,针对现有轨道板检测方法存在的问题,本文建立了一种基于线结构光传感器的轨道板测量系统并提出了基于轨道板点云数据的几何参数测量方法。线结构光传感器按照固定间隔扫描CRTS Ⅲ型轨道板,获得点云数据;利用轨道板中特殊位置点云数据对整个点云数据进行位置和姿态的校正;最后根据特征参数定义,实现轨道板四项关键几何参数的快速非接触测量。实验结果表明,本文提出的测量方法测量精度可达0.2 mm,满足轨道板的在线检测要求

     

  • 图 1  三角法测量光路图

    Figure 1.  Optical path schematic of triangulation measurement

    图 2  测量装置图

    Figure 2.  Setup of measuring device

    图 3  测量过程流程图

    Figure 3.  Flow chart of measurement process

    图 4  灰度信息和三维点云信息

    Figure 4.  Grayscale information and three dimensional point cloud information

    图 5  测量系统坐标系

    Figure 5.  Coordinate systems in measurement system

    图 6  扫描方向与轨道板中轴线存在夹角

    Figure 6.  Angle between the central axis of track plate and scanning direction

    图 7  两个坐标系之间存在偏差

    Figure 7.  Coordinate deviations between two coordinate systems

    图 8  位姿校正流程图

    Figure 8.  Flow chart of position and attitude correction

    图 9  (a) 轨道板灰度矩阵图像; (b)边缘提取效果

    Figure 9.  (a)Grayscale matrix image of track plate; (b)extracted effect of edge

    图 10  霍夫变换中的坐标系转换

    Figure 10.  Coordinate transformation in Hough transform

    图 11  霍夫变换检测到的边缘轮廓线

    Figure 11.  Edge contour detected by Hough transform

    图 12  平面拟合效果图

    Figure 12.  Effect diagram of fitting plane

    图 13  位姿校正效果图

    Figure 13.  Position and attitude correction effect

    图 14  轨道板轮廓图

    Figure 14.  Contour map of track plate

    表  1  轨道板外形尺寸偏差及检测要求

    Table  1.   Dimension deviation and test requirements of track plate

    检测项目 标准值 允许偏差 每批检测数量
    承轨面坡度/(°) 1.430 ±0.2 全检
    承轨台与钳口面夹角/(°) 110.00 ±1.0 全检
    左钳口高度/mm 78.00 ±0.5 全检
    右钳口高度/mm 88.00 ±0.5 全检
    小钳口距离/mm 376.00 ±0.5 全检
    下载: 导出CSV

    表  2  测量结果

    Table  2.   Measurement results

    测量参数 测量值(校正前) 测量误差(校正前) 测量值(校正后) 测量误差(校正后)
    承轨面坡度/(°) 1.410 0.020 1.432 0.002
    左钳口夹角/(°) 112.454 2.454 110.636 0.634
    右钳口夹角/(°) 108.448 1.552 109.860 0.140
    左钳口高度/mm 78.15 0.15 78.10 0.10
    右钳口高度/mm 88.42 0.42 88.20 0.20
    小钳口距离/mm 376.43 0.43 376.13 0.13
    下载: 导出CSV
  • [1] 陈兴, 范叹奇.高速铁路CRTSⅡ型轨道板几何尺寸检测技术及方法[J].铁道勘察, 2010, 36(2):8-10. doi: 10.3969/j.issn.1672-7479.2010.02.003

    CHEN X, FAN T Q. Testing technology for geometric size of CRTS·Ⅱ track slabs on high speed railway as well as its method[J]. Railway Investigation and Surveying, 2010, 36(2):8-10.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1672-7479.2010.02.003
    [2] 韩彦军, 智小慧, 蔡鹤.CRTSⅡ型轨道板磨床激光测量方法研究[J].机床与液压, 2013, 41(1):42-44. doi: 10.3969/j.issn.1001-3881.2013.01.012

    HAN Y J, ZHI X H, CAI H. Study on the laser measurement system of special grinder for CRTSⅡ ballastless track slab[J]. Machine Tool & Hydraulics, 2013, 41(1):42-44.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-3881.2013.01.012
    [3] 杜熙光.高铁无砟轨道静态检测方法研究[D].沈阳: 辽宁工程技术大学, 2015. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10147-1016059559.htm

    DU X G. Research on method of ballastless track static detection High-speed Rail[D]. Shenyang: Liaoning Technical University, 2015.(in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10147-1016059559.htm
    [4] 薛峰, 赵丽科, 柴雪松, 等.基于图像处理的铁路轨道板裂缝检测研究[J].铁道建筑, 2015, 12:123-126. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tdjz201512032

    XUE F, ZHAO L K, CHAI X S, et al.. Study on detecting crack in railway track slab based on image processing technology[J]. Railway Engineering, 2015, 12:123-126.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tdjz201512032
    [5] 吴成和, 卞春华, 朱挺, 等.基于数字图像处理的轨道板裂纹缺陷检测[J].光电技术应用, 2014, 29(1):49-64. doi: 10.3969/j.issn.1673-1255.2014.01.011

    WU CH H, BIAN CH H, ZHU T, et al.. Research on the algorithm for crack detection in slab track based on digital image processing[J]. Electro-Optic Technology Application, 2014, 29(1):49-64.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1673-1255.2014.01.011
    [6] 韦合导.自动测量机器人在轨道板精调中的应用研究[J].中国铁路, 2014, 12:70-73. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zhongguotl201412019

    WEI H D. Research on application of automatic measuring robot in fine adjustment of track slab[J]. China Railways, 2014, 12:70-73.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zhongguotl201412019
    [7] 简治城.CRTS Ⅲ型无砟轨道板检测及精调[J].中国铁路, 2011, 4:38-40. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zhongguotl201104011

    JIAN ZH CH. Detection and fine adjustment of CRTSⅡ ballastless track slab[J]. China Railways, 2011, 4:38-40.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zhongguotl201104011
    [8] 梁毅, 许非, 李慧敏, 等.轨道板精调测量系统及其调整测量方法: 中国, 101067294[P].2007-06-08.

    LIANG Y, XU F, LI H M, et al.. Track slab fine adjustment measurement system and its adjustment measurement method: China, 101067294[P]. 2007-06-08.(in Chinese)
    [9] 马国鹭, 曾国英, 赵斌.基于无衍射姿态探针和全站仪组合测量空间隐藏坐标[J].光学精密工程, 2015, 23(2):363-370. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201502007

    MA G L, ZENG G Y, ZHAO B. Measurement of space coordinates in hidden parts by combining non-diffracting attitude probe and total station[J]. Opt. Precision Eng., 2015, 23(2):363-370.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201502007
    [10] 王红亮.高速铁路CRTSⅢ型无砟轨道板及钢模质量检测技术[J].铁道建筑技术, 2014, 2:117-120. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tdjzjs201402027

    WANG H L. The quality detecting techniques for the slab and the mould of the CRTS Ill ballastless track of high speed railway[J]. Railway Construction Technology, 2014, 2:117-120.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tdjzjs201402027
    [11] 许磊.高速铁路Ⅲ型轨道板尺寸快速检测技术研究[J].铁道勘察, 2016, 42(3);5-8. doi: 10.3969/j.issn.1672-7479.2016.03.003

    XU L. Research on quick detection track slab of high speed railway[J]. Railway Investigation and Surveying, 2016, 42(3):5-8.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1672-7479.2016.03.003
    [12] 范生宏.基于数字摄影测量的轨道板快速检测关键技术研究[D].北京: 中国矿业大学, 2014. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-11413-1014371393.htm

    FAN SH H. Research on the key technologies of track slab quick detection based on digital photogrammetry[D]. Beijng: China University of Mining & Technology, 2014.(in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-11413-1014371393.htm
    [13] 卢书, 李宗春, 冯其强, 等.高铁轨道板快速检测方法研究[J].测绘工程, 2012, 21(6):56-59. doi: 10.3969/j.issn.1006-7949.2012.06.014

    LU SH, LI Z CH, FENG Q Q, et al.. Research on measuring high speed railway track slabs[J]. Engineering of Surveying and Mapping, 2012, 21(6):56-59.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1006-7949.2012.06.014
    [14] 薛峰.轨道板关键几何尺寸快速检测系统的设计及应用[J].铁道建筑, 2016, 4:118-122. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tdjz201604030

    XUE F. Design and application of rapid inspection system for key geometric dimension of track slab[J]. Railway Engineering, 2016, 4:118-122.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tdjz201604030
    [15] 郭清达, 全燕鸣.应用摄像机位姿估计的点云初始配准[J].光学精密工程, 2017, 25(6):1635-1644. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201706028

    GUO Q D, QUAN Y M. Initial registration of point clouds using camera pose estimation[J]. Opt. Precision Eng., 2017, 25(6):1635-1644.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201706028
    [16] 王向军, 曹雨, 周凯.二维合作目标的单相机空间位姿测量方法[J].光学精密工程, 2017, 25(1);274-280. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201701034

    WANG X J, CAO Y, ZHOU K. Methods of monocular pose measurement based on planar objects[J]. Opt. Precision Eng., 2017, 25(1);274-280.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201701034
  • 加载中
图(14) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  1907
  • HTML全文浏览量:  682
  • PDF下载量:  184
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-02-04
  • 修回日期:  2018-03-21
  • 刊出日期:  2018-10-01

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要通知

    2024年2月16日科睿唯安通过Blog宣布,2024年将要发布的JCR2023中,229个自然科学和社会科学学科将SCI/SSCI和ESCI期刊一起进行排名!《中国光学(中英文)》作为ESCI期刊将与全球SCI期刊共同排名!