一种轨道车辆车体底架曲面面型检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术公开一种轨道车辆车体底架曲面面型检测系统及方法，系统包括：控制器、用于支撑待测车体底架的支撑机构以及设置于支撑机构上方的测量架；测量架上安装有至少一个测量单元；各测量单元包括光栅投影仪和分别设置于光栅投影仪两侧的图像采集器，两个图像采集器的视场总范围至少覆盖光栅投影仪在待测车体底架上的投影范围；控制器控制光栅投影仪向待测车体底架表面投射多组位相不同的光栅条纹图像，图像采集器采集待测车体底架平面上的光栅图像，控制器根据采集的光栅图像数据以及向投影仪发出的移相控制参数，计算待测车体底架表面的曲面面型。本发明专利技术利用光栅投影位相解调成像法实现对车辆车体底架表面面型数据的获取，准确且自动化程度较高。准确且自动化程度较高。准确且自动化程度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道车辆车体底架曲面面型检测系统及其检测方法


[0001]本专利技术涉及轨道车辆制造及检测
，尤其是一种轨道车辆车体底架曲面面型检测系统及其检测方法。

技术介绍

[0002]在轨道车辆车体生产中，底架生产时以及车体完工后，常保留有一定的向上挠曲变形，形成预应力，以抵抗车辆满载时的重力变形。车辆及底架的挠曲变形量，是车体产品质量的重要评价标准，且由于车体焊接完成后，需地板上方安装各种车辆内装部件。因此车辆车体底架曲面面型测量是车辆内装安装质量的基础与前提。
[0003]现有技术中，对于车辆车体底架曲面面型测量还存在测量效率、测量范围及测量准确度方面的局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种轨道车辆车体底架曲面面型检测系统及其检测方法，利用光栅投影位相解调成像法实现对车辆车体底架表面面型数据的获取，具有简单、实用、自动化程度高的特点。
[0005]本专利技术采取的技术方案为：一种轨道车辆车体底架曲面面型检测系统，包括：控制器，用于支撑待测车体底架的支撑机构，以及设置于支撑机构上方的测量架；
[0006]所述测量架上安装有至少一个测量单元；各测量单元包括光栅投影仪和分别设置于光栅投影仪两侧的图像采集器，两个图像采集器的视场总范围至少覆盖光栅投影仪在待测车体底架上的投影范围；所述图像采集器的数据输出端、光栅投影仪的控制端分别连接控制器，光栅投影仪的控制端包括移相控制端；
[0007]控制器控制光栅投影仪向待测车体底架表面投射多组位相不同的光栅条纹图像，图像采集器采集待测车体底架平面上的光栅图像，传输给控制器，控制器根据接收到的光栅图像数据以及向投影仪发出的移相控制参数，计算待测车体底架表面的曲面面型。
[0008]可选的，系统还包括设置于待测车体底架测量工位两侧的标定光源，每侧标定光源的数量为多个，各图像采集器的视场区域至少覆盖2个标定光源；
[0009]所有标定光源位于同一参考平面上，所述参考平面与轨道车辆车体底架基准平面位于同一平面内。
[0010]标定光源的位置为已知，通过图像采集器对已知位置的标定光源进行采集，可计算得到由相机采集数据推算被测点位置的相关参数，从而能够在实际检测时，根据图像采集结果计算图像上各点的位置(主要是突出标准平面的高程)。
[0011]可选的，所述测量架包括水平设置的滑轨，所述测量单元滑动连接安装于滑轨上；
[0012]所述支撑机构为数量至少为4个的支座，4个支座布置于同一长方形的四个角点上。滑轨的设置可使得系统能够仅通过一个测量单元在滑轨上的滑动实现对较长车体底架表面的测量，降低系统成本。支撑机构能够确保待测车体底架在测量过程中不会晃动，保证
测量结果的准确性。
[0013]可选的，所述测量架上安装有位于同一高度的至少两个测量单元，相邻测量单元的投影范围边缘相互重叠，视场范围边缘相互重叠。可确保整个待测曲面都能够被检测到，同时有利于利用位于重叠区域内的标定光源进行相机参数标定。
[0014]可选的，所述标定光源采用LED灯珠，单侧标定光源的数量为5个，两侧的标定光源分别一一相对布置，单侧多个标定光源中，相邻标定光源之间的距离相等；
[0015]各测量单元中，两个图像采集器的视场范围重叠区域覆盖一对标定光源；相邻测量单元的图像采集器的视场范围重叠区域覆盖一对标定光源；各测量单元图像采集器的总视场范围的外边缘覆盖一对标定光源。
[0016]以上多组标定光源的设置能够更准确的对图像采集器进行测量前的标定，从而为控制器进行实测时的图像拼接以及面型计算提供基础参数。
[0017]作为优选，两个测量单元安装在距离待测车体底架表面上方1.8m高度位置处，单个图像采集器的视场范围覆盖待测车体底架表面6.2m*4.9m的待测范围，相邻图像采集器的视场范围设有重叠区域。可以确保至少23m长、4.9m宽整车车体的测量范围。
[0018]作为优选，所述图像采集器采用千兆网工业CMOS相机：2592*2048像素，像素大小为：4.8μm
×
4.8μm，配12mm焦距工业镜头；光栅投影仪采用4096*2160像素的高清投影仪，投影范围的直径为50
‑
300英寸，型号可为3LCD/0.74英寸芯片/2500流明。
[0019]本专利技术在应用时，可根据测量精度和架设许可高度，调整CMOS相机，或更换镜头焦距，也可同时采用2组、3组或更多组测量单元以满足多种车型车体大小的测量。
[0020]第二方面，本专利技术提供一种前述轨道车辆车体底架曲面面型检测系统的检测方法，包括：
[0021]控制器控制光栅投影仪向待测车体底架表面投射设定频率的正弦光栅条纹；
[0022]控制器通过各测量单元中的已标定的2个图像采集器获得相应单个投影区域内的待测车体底架表面条纹图像；
[0023]控制器控制光栅投影仪投射至待测车体底架表面的正弦光栅条纹移相多次，并通过图像采集器获取每次移相后的待测车体底架表面条纹图像；
[0024]控制器根据获得的图像数据，以及图像对应的位相，利用预设的光栅条纹移相解调算法，计算得到待测车体底架表面不同位置处的图像条纹位相变化；
[0025]控制器根据所述图像条纹位相变化确定待测车体底架表面曲面的面型分布数据。
[0026]可选的，控制器控制光栅投影仪投射至待测车体底架表面的正弦光栅条纹按照相位间隔π/4移相4次。采集多个周期移相条纹数据进行运算，可提高测量位相解调精度。
[0027]可选的，所述预设的光栅条纹移相解调算法采用四步相移算法，包括：假设正弦光栅条纹分别移相0、π/2、π和3π/2位相时，所采集的条纹图像分别对应为I0(x,y)、I
π/2
(x,y)、I
π
(x,y)和I
3π/2
(x,y)，则四幅正弦光栅图像表示为：
[0028][0029][0030][0031][0032]式中，A代表背景光强，B代表条纹的调制幅值，I(x,y)代表坐标为(x,y)的点的光强，则对于任意一点(x,y)，其对应的相位为：
[0033][0034]对于底架曲面上的各点，将求得的相位与预设的初始相位进行比较，得到待测车体底架上各点的位相变化量。
[0035]有益效果
[0036]本专利技术的基于光栅投影位相解调成像法曲面面型自动检测方法是用于轨道车辆车体底架表面曲面面型检测补偿所需的重要检测方法，测量范围大，测量速度快等特点，一次给出整个车体底架的面型数据，可作为车体生产质量检测手段，也可根据后续装配需要，为后续内装安装提供精确的基础数据，指导操作者安装，提高检测质量及工作效率。
[0037]本专利技术的检测装置经过标定后，能够实现对轨道车辆车体底架表面面型的自动测量，得到车体底架表面面型的三维数据，测量车体底架吊装到位即可测量，检测过程时间短，数据准确，操作简单、方便、快速。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道车辆车体底架曲面面型检测系统，其特征是，包括：控制器，用于支撑待测车体底架的支撑机构，以及设置于支撑机构上方的测量架；所述测量架上安装有至少一个测量单元；各测量单元包括光栅投影仪和分别设置于光栅投影仪两侧的图像采集器，两个图像采集器的视场总范围至少覆盖光栅投影仪在待测车体底架上的投影范围；所述图像采集器的数据输出端、光栅投影仪的控制端分别连接控制器，光栅投影仪的控制端包括移相控制端；控制器控制光栅投影仪向待测车体底架表面投射多组位相不同的光栅条纹图像，图像采集器采集待测车体底架平面上的光栅图像，传输给控制器，控制器根据接收到的光栅图像数据以及向投影仪发出的移相控制参数，计算待测车体底架表面的曲面面型。2.根据权利要求1所述的轨道车辆车体底架曲面面型检测系统，其特征是，还包括设置于待测车体底架测量工位两侧的标定光源，每侧标定光源的数量为多个，各图像采集器的视场区域至少覆盖2个标定光源；所有标定光源位于同一参考平面上，所述参考平面与轨道车辆车体底架基准平面位于同一平面内。3.根据权利要求1所述的轨道车辆车体底架曲面面型检测系统，其特征是，所述测量架包括水平设置的滑轨，所述测量单元滑动连接安装于滑轨上；所述支撑机构为数量至少为4个的支座，4个支座布置于同一长方形的四个角点上。4.根据权利要求2所述的轨道车辆车体底架曲面面型检测系统，其特征是，所述测量架上安装有位于同一高度的至少两个测量单元，相邻测量单元的投影范围边缘相互重叠，视场范围边缘相互重叠。5.根据权利要求4所述的轨道车辆车体底架曲面面型检测系统，其特征是，所述标定光源采用LED灯珠，单侧标定光源的数量为5个，两侧的标定光源分别一一相对布置，单侧多个标定光源中，相邻标定光源之间的距离相等；各测量单元中，两个图像采集器的视场范围重叠区域覆盖一对标定光源；相邻测量单元的图像采集器的视场范围重叠区域覆盖一对标定光源；各测量单元图像采集器的总视场范围的外边缘覆盖一对标定光源。6.根据权利要求1所述的轨道车辆车体底架曲面面型检测系统，其特征是，测量单元安装在距离待测车体底架表面上方1.8m高度位置处，单个图像采集器的视场范围覆盖待测车体底架表面6.2m*4.9m的待测范围，相邻图...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祺，梁雯雯，陈飞，张国旺，杨盛，张煜超，
申请(专利权)人：南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司，
类型：发明
国别省市：