張昕

摘 要：本文對(duì)軌道車(chē)輛限界的檢測(cè)進(jìn)行了一定的論述，并根據(jù)檢測(cè)要求設(shè)計(jì)了激光界限裝置，有助于提高軌道車(chē)輛限界檢測(cè)的檢測(cè)精度，進(jìn)而確保行車(chē)安全。

關(guān)鍵詞：激光界限裝置;視覺(jué);輪廓檢測(cè)

1 前言

軌道車(chē)輛限界是指按照鐵道部規(guī)定，為確保鐵路車(chē)輛的正常運(yùn)行及安全因素，對(duì)車(chē)輛接近建筑物或者任何設(shè)備的時(shí)候，不允許超過(guò)輪廓尺寸線。機(jī)車(chē)車(chē)輛的任何部位，在任何情況下均不得超出機(jī)車(chē)車(chē)輛限界規(guī)定的尺寸。城軌車(chē)輛限界的檢測(cè)方法主要是通過(guò)獲取車(chē)輛外部輪廓（包絡(luò)線）獲得，城軌車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中某一時(shí)刻與軌道中心線垂直的一個(gè)截面輪廓為車(chē)輛該截面的最大輪廓，對(duì)車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的所有截面輪廓疊加出的最大輪廓即為該車(chē)輛的界限。因此，為了確保軌道車(chē)輛的安全行駛，就要對(duì)其車(chē)輛界限進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果采取有針對(duì)性的調(diào)整措施，進(jìn)而保障車(chē)輛形式過(guò)程中的安全。

2 軌道車(chē)輛的限界檢測(cè)

2.1 軌道車(chē)輛限界檢測(cè)特點(diǎn)

軌道車(chē)輛限界檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性與截面輪廓的采樣密度（對(duì)應(yīng)每一個(gè)截面）、采樣頻率（對(duì)應(yīng)每一時(shí)刻）及檢測(cè)系統(tǒng)精度都密切相關(guān)，結(jié)合城軌車(chē)輛的特點(diǎn)進(jìn)行分析，可將城軌車(chē)輛限界檢測(cè)的特點(diǎn)歸納為：動(dòng)態(tài)、大尺寸、高精度。

2.2 檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求

（1）檢測(cè)范圍：最大寬度≥3400mm，最小寬度≤2600mm，最大高度≥5030mm，最小高度≤3620mm，檢測(cè)長(zhǎng)度≥37000mm;

（2）X、Y、Z三個(gè)方向的測(cè)量誤差：≤±1mm;

（3）超限界定位誤差：≤±10 mm;

（4）工作環(huán)境溫度：-5～45℃;

（5）工作環(huán)境濕度：95%以?xún)?nèi)，無(wú)凝結(jié);

（6）供電：三相電源：AC380V±10%，（50±1）Hz;單相AC220V±10% ，（50±1）Hz;

（7）測(cè)量截面間隔距離：≤3mm;

（8）龍門(mén)框架寬度：≤4800mm，龍門(mén)框架高度：≤6000mm;

（9）檢測(cè)速度：≤1.5km/h （非勻速運(yùn)行）。

3 激光界限裝置

3.1 激光界限的檢測(cè)原理

激光界限裝置采用了3D結(jié)構(gòu)光的檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)激光發(fā)生器對(duì)被檢測(cè)物投影一條直線，攝像頭以一定的角度觀察這條線。當(dāng)物體的形狀和位置發(fā)生變化時(shí)，這條投影的激光線也會(huì)發(fā)生偏移，通過(guò)檢測(cè)圖像中該線的偏移量和形狀的變化，計(jì)算物體的形狀和位置的變化。

通過(guò)三角測(cè)量法及有效的標(biāo)定方法，可以把這個(gè)形變量和實(shí)際物理空間的變化量所對(duì)應(yīng)起來(lái)，從而獲得被檢測(cè)對(duì)象的空間位置信息。

深度計(jì)算方法：C為攝像機(jī)，P為投影器，當(dāng)觀測(cè)物O的深度發(fā)生變化時(shí)，在相機(jī)中觀測(cè)到的像素坐標(biāo)x1、x2，通過(guò)相機(jī)和投影器的角度關(guān)系，可以計(jì)算出物體深度變化的數(shù)值。其中k為通過(guò)標(biāo)定的方法獲得的比例系數(shù)。

3.2 激光界限裝置的結(jié)構(gòu)組成

（1）三維激光輪廓傳感器

Gocator是加拿大LMI Technology公司的3D激光檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品，其具有高性能和使用便利的特點(diǎn)，并且還能為客戶(hù)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)本文的技術(shù)要求，選用GOCATOR 2490型號(hào)的傳感器，其所具有的特點(diǎn)主要有：2米掃描視野和超深測(cè)量范圍，可覆蓋1米×1米的超大掃描區(qū)域; XYZ方向綜合分辨率達(dá)到2.5mm，以2米/秒的生產(chǎn)速度 進(jìn)行完整的尺寸測(cè)量（寬×高×深）;Z方向分辨率達(dá)0.06mm，用于精密高度測(cè)量，其具體的參數(shù)如下表所示。

（2）Gocator 三維激光輪廓傳感器產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)

1）組網(wǎng)同步功能

采用LMI Master Hub可實(shí)現(xiàn)多相機(jī)組網(wǎng)功能，并通過(guò)同步器，同時(shí)觸發(fā)，保證所有相機(jī)能夠在同一個(gè)時(shí)刻準(zhǔn)確的測(cè)量物體的截面尺寸。避免因?yàn)槲矬w運(yùn)動(dòng)過(guò)中檢測(cè)造成相機(jī)觸發(fā)不同帶來(lái)的測(cè)量誤差。

2）校正補(bǔ)償功能

Gocator三維激光輪廓傳感器提供的結(jié)構(gòu)光位置校正功能，可以對(duì)結(jié)構(gòu)光的投影位置做修正，大大降低標(biāo)定的難度，同時(shí)對(duì)機(jī)械安裝的要求更低，可以采用固定式的安裝方式，放棄了使用滑臺(tái)調(diào)整機(jī)構(gòu)，降低不確定性和不可靠性 ，大大提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

3）軟硬件濾波

Gocator三維激光輪廓傳感器提供了特定波長(zhǎng)光波的濾鏡，同時(shí)接合軟件的濾波算法，在硬件和軟件上實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的抑制，保證檢測(cè)的穩(wěn)定性，降低誤報(bào)率。

4）輪廓拼接技術(shù)

采用輪廓模式，可以提取整個(gè)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的輪廓。并通過(guò)傳感器級(jí)聯(lián)的方式，把所有的輪廓點(diǎn)拼接成一個(gè)完整的車(chē)型截面的輪廓，更準(zhǔn)確的還原車(chē)體的真實(shí)尺寸情況。

5）完整車(chē)型檢測(cè)

采用更大視野的3D相機(jī)，可以覆蓋更多的檢測(cè)區(qū)域，按照最大車(chē)型，采用14臺(tái)相機(jī)可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)車(chē)體外輪廓的數(shù)據(jù)提取，實(shí)現(xiàn)整車(chē)的輪廓尺寸檢測(cè)。

6）自動(dòng)標(biāo)定

該傳感器的一個(gè)核心關(guān)鍵點(diǎn)是通過(guò)3D相機(jī)的數(shù)據(jù)整合到一個(gè)坐標(biāo)系中，因此需要對(duì)所有的相機(jī)做空間位置的標(biāo)定，標(biāo)定需要對(duì)整個(gè)輪廓做統(tǒng)一的標(biāo)定，因此需要相機(jī)同時(shí)檢測(cè)同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物體，通過(guò)匹配激光線在標(biāo)定塊上的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的統(tǒng)一。增強(qiáng)的軟件功能，可以自動(dòng)去計(jì)算每個(gè)標(biāo)定的結(jié)果來(lái)統(tǒng)一計(jì)算坐標(biāo)變換的矩陣?？梢詫?shí)現(xiàn)所有相機(jī)參數(shù)的自動(dòng)標(biāo)定。

7）實(shí)時(shí)測(cè)定結(jié)果

整列車(chē)通過(guò)后，采用高速計(jì)算機(jī)，對(duì)每個(gè)截面的最大界限范圍進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)立刻給出當(dāng)前檢測(cè)截面檢測(cè)結(jié)果，如果超差給出報(bào)警信號(hào)，告知此處有偏差。同時(shí)記錄下來(lái)每個(gè)截面的采集時(shí)刻及位置。最后整列車(chē)檢測(cè)完成后，對(duì)這些截面的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，給出完整車(chē)輛的車(chē)型數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，激光界限裝置具有非常優(yōu)良的檢測(cè)性能，有助于提高軌道車(chē)輛限界得檢測(cè)精度，進(jìn)而為行車(chē)安全提供科學(xué)合理的依據(jù)，促進(jìn)軌道車(chē)輛行駛安全水平的不斷提高。

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