張昕

摘 要：本文對軌道車輛限界的檢測進(jìn)行了一定的論述，并根據(jù)檢測要求設(shè)計了激光界限裝置，有助于提高軌道車輛限界檢測的檢測精度，進(jìn)而確保行車安全。

關(guān)鍵詞：激光界限裝置;視覺;輪廓檢測

1 前言

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

2 軌道車輛的限界檢測

2.1 軌道車輛限界檢測特點(diǎn)

軌道車輛限界檢測結(jié)果的真實(shí)性與截面輪廓的采樣密度（對應(yīng)每一個截面）、采樣頻率（對應(yīng)每一時刻）及檢測系統(tǒng)精度都密切相關(guān)，結(jié)合城軌車輛的特點(diǎn)進(jìn)行分析，可將城軌車輛限界檢測的特點(diǎn)歸納為：動態(tài)、大尺寸、高精度。

2.2 檢測系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求

（1）檢測范圍：最大寬度≥3400mm，最小寬度≤2600mm，最大高度≥5030mm，最小高度≤3620mm，檢測長度≥37000mm;

（2）X、Y、Z三個方向的測量誤差：≤±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%以內(nèi)，無凝結(jié);

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

（7）測量截面間隔距離：≤3mm;

（8）龍門框架寬度：≤4800mm，龍門框架高度：≤6000mm;

（9）檢測速度：≤1.5km/h （非勻速運(yùn)行）。

3 激光界限裝置

3.1 激光界限的檢測原理

激光界限裝置采用了3D結(jié)構(gòu)光的檢測技術(shù)，通過激光發(fā)生器對被檢測物投影一條直線，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，這條投影的激光線也會發(fā)生偏移，通過檢測圖像中該線的偏移量和形狀的變化，計算物體的形狀和位置的變化。

通過三角測量法及有效的標(biāo)定方法，可以把這個形變量和實(shí)際物理空間的變化量所對應(yīng)起來，從而獲得被檢測對象的空間位置信息。

深度計算方法：C為攝像機(jī)，P為投影器，當(dāng)觀測物O的深度發(fā)生變化時，在相機(jī)中觀測到的像素坐標(biāo)x1、x2，通過相機(jī)和投影器的角度關(guān)系，可以計算出物體深度變化的數(shù)值。其中k為通過標(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)，并且還能為客戶帶來良好的經(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)行完整的尺寸測量（寬×高×深）;Z方向分辨率達(dá)0.06mm，用于精密高度測量，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

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，并通過同步器，同時觸發(fā)，保證所有相機(jī)能夠在同一個時刻準(zhǔn)確的測量物體的截面尺寸。避免因?yàn)槲矬w運(yùn)動過中檢測造成相機(jī)觸發(fā)不同帶來的測量誤差。

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，同時對機(jī)械安裝的要求更低，可以采用固定式的安裝方式，放棄了使用滑臺調(diào)整機(jī)構(gòu)，降低不確定性和不可靠性 ，大大提高檢測數(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光波的濾鏡，同時接合軟件的濾波算法，在硬件和軟件上實(shí)現(xiàn)對干擾的抑制，保證檢測的穩(wěn)定性，降低誤報率。

4）輪廓拼接技術(shù)

采用輪廓模式，可以提取整個測量區(qū)域內(nèi)的輪廓。并通過傳感器級聯(lián)的方式，把所有的輪廓點(diǎn)拼接成一個完整的車型截面的輪廓，更準(zhǔn)確的還原車體的真實(shí)尺寸情況。

5）完整車型檢測

采用更大視野的3D相機(jī)，可以覆蓋更多的檢測區(qū)域，按照最大車型，采用14臺相機(jī)可以實(shí)現(xiàn)整個車體外輪廓的數(shù)據(jù)提取，實(shí)現(xiàn)整車的輪廓尺寸檢測。

6）自動標(biāo)定

該傳感器的一個核心關(guān)鍵點(diǎn)是通過3D相機(jī)的數(shù)據(jù)整合到一個坐標(biāo)系中，因此需要對所有的相機(jī)做空間位置的標(biāo)定，標(biāo)定需要對整個輪廓做統(tǒng)一的標(biāo)定，因此需要相機(jī)同時檢測同一個標(biāo)準(zhǔn)物體，通過匹配激光線在標(biāo)定塊上的位置來實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的統(tǒng)一。增強(qiáng)的軟件功能，可以自動去計算每個標(biāo)定的結(jié)果來統(tǒng)一計算坐標(biāo)變換的矩陣。可以實(shí)現(xiàn)所有相機(jī)參數(shù)的自動標(biāo)定。

7）實(shí)時測定結(jié)果

整列車通過后，采用高速計算機(jī)，對每個截面的最大界限范圍進(jìn)行計算，同時立刻給出當(dāng)前檢測截面檢測結(jié)果，如果超差給出報警信號，告知此處有偏差。同時記錄下來每個截面的采集時刻及位置。最后整列車檢測完成后，對這些截面的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，給出完整車輛的車型數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

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

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