周振栋, 杨海马, 刘 瑾, 张大伟, 杨玉团, 闵 华

(1.上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093；2.上海工程技术大学 电子电气工程学院,上海 201620；3.上海瑞纽机械股份有限公司,上海 200120)

0 引 言

近年来,我国高速铁路取得了快速的发展,不仅促进了经济的增长,同样也给高质量的铁路建设提出了更高的要求。随着高铁运行速度超过350 km/h,列车运行速度和载重的提升,增大了铁路轨道的负载,其中钢轨轮廓尺寸[1]的变化是导致列车事故的主要原因之一,因此,对钢轨轮廓的高精度动态测量技术成为实现高质量铁路建设的重要安全保障[2]。

文献[1]采用了一种基于线结构光传感器的钢轨外形检测的方法,但在进行准确性测试时并没有选取不同的钢轨进行试验。文献[3]利用了激光三角测距原理实现了钢轨轨头非接触测量研究,但没有对钢轨外形尺寸进行测量。文献[4]采用了基于线结构光视觉的方法,但并没有对不对称度参数进行测量。文献[5]提出了一种基于共面标定参照物的线结构光传感器的方法,可以检测钢轨轮廓,但并没有采用高精度激光轮廓仪对轨身全面扫描,从而也并未得出钢轨轮廓的具体尺寸数据。

本文针对上述方法的不足,研究了一种基于激光轮廓仪[6]和CCD摄像机组合构建的非接触式[7]激光动态测量钢轨轮廓系统。本系统具有自动化程度高、检测速度快、精度高等优势。

1 数学模型

1.1 多视觉相机成像模型

4建立由激光轮廓仪和CCD摄像机组成的相机成像模型,在使用轮廓仪前需要对其进行标定,轮廓仪的标定即是对相机的标定[2],建立世界坐标系与相机坐标系的转换关系[8]。……