[发明专利]一种确定列车轮对轴线的方法

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。

主权项

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$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}\tilde{P}=A\left[\mathrm{R\; t}\right]P_w\\ {\mathrm{ax}}_w+{\mathrm{by}}_w+{\mathrm{cz}}_w=1\end{array}\right.---\left(1\right)$式中ρ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，P_w＝(x_w,y_w,z_w,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＝r²         (3)其中(x₀,y₀,z₀)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：$\frac{x-x_0}{a}=\frac{y-y_0}{b}=\frac{z-z_0}{c}---\left(4\right)$利用该轮对轴线得到轮对与轨道的倾斜角进而修正轮对。