一种确定列车轮对轴线的方法
【专利摘要】本发明公开一种确定列车轮对轴线的方法，属于铁路列车运行故障检测领域，具体步骤如下：步骤一、将线结构光测量单元放置在铁轨外侧；步骤二、线激光器打出激光到轮对轮辋侧面，面阵相机采集轮对轮辋侧面图像；步骤三、从轮对轮辋侧面图像提取打到轮对轮辋侧面上的激光线段；步骤四、从激光线段提取在轮对同一圆周上的激光点。步骤五、通过线结构光测量单元获取激光线上步骤四中提取的激光点的三维坐标；步骤六、利用激光点坐标拟合轮辋侧面所在的空间平面方程；步骤七、根据激光点的坐标值确定轮对同一圆周的圆心坐标和半径；步骤八、利用空间平面方程和圆心坐标计算轮对轴线方程。通过采用线结构光测量单元技术计算轮对轴线具有很高的精度。
【专利说明】-种确定列车轮对轴线的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铁路列车运行故障检测领域，具体设及一种确定列车轮对轴线的方 法。
【背景技术】
[0002] 轮对是指；机车车辆上与钢轨相接触的部分，由左右两个车轮牢固地压装在同一 根车轴上所组成。轮对的作用是保证机车车辆在钢轨上的运行和转向，承受来自机车车辆 的全部静、动载荷，把它传递给钢轨，并将因线路不平顺产生的载荷传递给机车车辆各零部 件。此外，机车车辆的驱动和制动也是通过轮对起作用的。
[0003] 车轮上与钢轨相接触的部分，即车轮的外圈，在整体轮上称为轮辆，在轮输轮上称 轮输。轮辆或轮输上与钢轨相接触的表面称为踏面，踏面一侧凸起的部分称为轮缘。轮缘 位于钢轨的内侧，可防止轮对滚动脱轨，并起导向作用。车轮上与车轴相结合的部分称为轮 穀。轮穀与轮辆用轮福连接。轮福可W是连续的圆盘，称为福板；也可W是若干沿半径方向 布置的柱体，称为福条。
[0004] 随着我国铁路事业的迅猛发展，采用自动检测系统进行列车检修的应用越来越广 泛，轮对尺寸检测系统是自动检测系统的一种，进行轮对尺寸检测的测量基准是轮对轴线。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种确定列车轮对轴线的方法，该方法用于轮对尺寸检测 的相关系统。一种确定列车轮对轴线的方法，具体步骤如下：
[0006] 步骤一、将线结构光测量单元放置在铁轨外侧；
[0007] 所述的线结构光测量单元包括一部面阵相机和两台线激光器组成；垂直于轨道外 侧放置，与轮对的车轮中屯、间距0. 5米至2米的范围内，两台线激光器对称放置在面阵相机 前方。
[000引步骤二、线激光器打出激光到轮对轮辆侧面，面阵相机采集轮对轮辆侧面图像；
[0009] 两台线激光器构成线激光光源模块，打出两条30度夹角的激光。激光打在轮对轮 辆侧面上获得两条相交的激光线；面阵相机采集轮对轮辆侧面图像。
[0010] 步骤=、从轮对轮辆侧面图像提取打到轮对轮辆侧面上的激光线段。
[0011] 两条相交的激光线与轮对轮辆侧面相交有共面的激光线段，通过计算机图像处理 技术提取图像上的激光线段。
[0012] 步骤四、从激光线段提取在轮对同一圆周上的激光点。
[0013] 激光线段的末端与轮对轮辆侧面的内径和外径上均交有激光点，提取至少3个激 光点组成一个与车轮圆周共轴线的圆。
[0014] 步骤五、通过线结构光测量单元获取激光线上步骤四中提取的激光点的=维坐 标；
[0015] 任取步骤四中共圆的激光点，结合标定面阵相机参数和线激光器的参数，得到激 光点的像素坐标值。公式如下
[0016]
【权利要求】
1. 一种确定列车轮对轴线的方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、将线结构光测量单元放置在铁轨外侧； 所述的线结构光测量单元包括一部面阵相机和两台线激光器组成；垂直于轨道外侧放 置，与轮对的车轮中心间距0. 5米至2米的范围内，两台线激光器对称放置在面阵相机前 方； 步骤二、线激光器打出激光到轮对轮辋侧面，面阵相机采集轮对轮辋侧面图像； 步骤三、从轮对轮辋侧面图像提取打到轮对轮辋侧面上的激光线段； 步骤四、从激光线段提取在轮对同一圆周上的激光点； 步骤五、通过线结构光测量单元获取激光线上步骤四中提取的激光点的三维坐标； 任取步骤四中共圆的激光点，结合标定面阵相机参数和线激光器的参数，得到激光点 的像素坐标值。公式如下
式中P为比例系数，#为图像坐标系下的齐次坐标，A为面阵相机内参矩阵，Pw= (xw，yw，zw，1)T为全局坐标系下的齐次坐标，a，b，c分别表示线激光器的激光平面方程的系 数，R，t为全局坐标系到面阵相机坐标系的旋转矩阵与平移矢量，通过方程（1)得到激光点 的三维坐标值； 步骤六、利用激光点坐标拟合轮辋侧面所在的空间平面方程； 将激光点的三维坐标值，带入以下公式，拟合出轮对轮辋侧面所在的空间平面方程；ax+by+cz = 1 (2) 其中，a，b，c分别表示线激光器的激光平面方程的系数； 步骤七、根据激光点的坐标值确定轮对同一圆周的圆心坐标和半径； 利用步骤六中的平面方程，将三维坐标点投影到空间平面上，通过拟合圆方程，确定圆 心坐标； (x-x0)2+ (y_y0)2+ (z-z0)2 = r 2 (3) 其中（Xmyc^ztl)为圆的圆心坐标，r为圆的半径； 步骤八、利用空间平面方程和圆心坐标计算轮对轴线方程； 利用步骤六的空间平面方程中的参数值和步骤七的圆心坐标值，确定通过圆心，垂直 于步骤六的空间平面方程的轮对轴线方程：
利用该轮对轴线得到轮对与轨道的倾斜角进而修正轮对。
2. 如权利要求1所述的一种列车轮对轴线计算方法，其特征在于，所述步骤二中，两台 线激光器构成线激光光源模块，打出两条成30度夹角的激光；激光打在轮对轮辋侧面上获 得两条相交的激光线；面阵相机采集轮对轮辋侧面图像。
3. 如权利要求1所述的一种列车轮对轴线计算方法，其特征在于，所述步骤三中，两条 相交的激光线与轮对轮辋侧面相交有共面的激光线段，通过计算机图像处理技术提取图像 上的激光线段。
4.如权利要求1所述的一种列车轮对轴线计算方法，其特征在于，所述步骤四中，激光 线段的末端与轮对轮辋侧面的内径和外径上均交有激光点，提取至少3个激光点组成一个 与车轮圆周共轴线的圆。
【文档编号】G01B11/00GK104501719SQ201410796075
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】韩涛, 姜云绯, 李侠, 崔朝辉, 王洪志, 张亨, 高建龄 申请人:北京康拓红外技术股份有限公司