CN114719776B - 一种轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装和标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装，包括托板、可水平移动的平台、升降单元和标定框；平台上设有升降部，升降部可调整平台在竖直方向上的高度；托板的上表面与轨道所在的平面相平行，且托板上表面上设有多根平行的方向标识线，当标定工装使用时，方向标识线与轨道相垂直；升降单元包括立柱和控制部，立柱设置在平台顶部；标定框为由四个被测平面围合成的矩形框架结构，并竖直固定于立柱的一侧上；标定框的底部被测平面上设有水准泡，标定框内设有激光水平仪；控制部可控制标定框沿着立柱上下移动。还提供了一种轨道车辆车体轮廓检测***的标定方法。该标定工装结构简单，标定方法可实现在任意层次对车体轮廓检测***进行标定。

Description

一种轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装和标定方法

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装和标定方法，属于轨道车辆外形轮廓检测技术领域。

背景技术

随着国家轨道交通的快速发展，对高铁、城轨、机车、动车等轨道交通车辆的通行安全要求日益严格，为确保铁路车辆的正常运行及安全因素，按照铁道部规定，车辆接近建筑物或者任何设备的时候，不允许超过轮廓尺寸线。车辆的任何部位，在任何情况下均不得超出车辆限界规定的尺寸。随着车辆加工制造工艺的进步，车辆外形轮廓加工制造精度要求逐步提高，因此对车辆外形轮廓的检测要求日益严格，结合车辆的特点进行分析，可将车辆轮廓检测的特点归纳为：动态、大尺寸、高精度。在高铁、城轨、机车、动车等轨道交通车辆的限界检测中，静态限界模板的检测方法在检测效率、精度及可追溯性等方面已日渐不满足日益增长的检测需求，采用多台基于结构光视觉检测技术的激光3D相机搭建的检测***逐步替代静态限界模板的检测方法，走上轨道交通车辆外形轮廓的检测舞台。通过多台激光3D相机实现对整车包络的全覆盖，激光3D相机获取车辆截面的流线及轮廓曲线图像，采集轮廓曲线图像获得每一个像素的空间坐标，得到车辆截面上各点的轮廓信息。

目前对车体轮廓检测***的标定和校准，主要采用标定工装配合激光跟踪仪来进行，标定工装作为载体来比较车体轮廓检测***中各台相机和激光跟踪仪测试的示值一致性。由于车体轮廓检测***是由多台相机搭建而成的，相机较分散，且相机的有限检测范围有限定，所以目前使用的标定工装尺寸较大，这样才能保证上下左右的相机全部可以检测到标定工装，进行所有相机的一体化标定。但是，目前所使用的标定工装存在以下问题：标定工装为专用工装，尺寸大，质量重，需要天车吊运，使用不方便且存在安全隐患；标定工装单个面面积太大，加工和安装精度难以保证，尤其是无法保证侧被测面与轨道中心线平行，当激光跟踪仪和车体轮廓检测***采集点出现偏移时，工装角度或平面度误差会引入较大的标定/校准误差；校准点及校准范围受工装设计限制，只能单点定点校准，无法多层次、任意点进行校准；顶面校准时，需校准配合人员进行登高作业将激光跟踪仪靶球放置在标定工装上方。

发明内容

针对目前存在的问题以及现有技术的不足，本发明提供一种轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装和标定方法，该标定工装结构简单，标定方法可以实现在任意层次对车体轮廓检测***进行标定。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装，其结构特点是：包括具有上表面的托板、可水平移动的平台、升降单元和标定框，所述平台上设有升降部，所述升降部可调整平台在竖直方向上的高度；所述托板的上表面与轨道所在的平面相平行，且所述托板上表面上设有多根平行的方向标识线，当标定工装使用时，所述方向标识线与轨道相垂直；所述升降单元包括立柱和控制部，所述立柱设置在所述平台顶部；所述标定框为由四个被测平面围合成的矩形框架结构，并竖直固定与所述立柱的一侧上；所述标定框的底部被测平面上设有水准泡，所述标定框内设有激光水平仪；所述控制部可控制所述标定框沿着所述立柱上下移动。

所述标定框和托板加工时，需保证标定框四个被测平面的平面度以及托板上表面平面度。标定框安装之前，需调整激光水平仪和水准泡的位置，使得激光水平仪发出的光线与标定框的四个被测平面相垂直，水准泡的水泡居中。标定工装使用之前，将托板放置在轨道车辆所运行的轨道上，并使得方向标识线与轨道垂直；将平台放置在托板上，靶球放置在标定框上；调整平台的水平位置以及升降部，使得激光水平仪发出的光线与方向标识线相重合以及水准泡的水泡居中。方向标识线与轨道相垂直，而轨道中心线与两条平行的轨道相平行，从而方向标识线与轨道中心线相垂直。激光水平仪发出的光线与标定框的四个被测平面相垂直且激光水平仪发出的光线与方向标识线相重合，从而使得标定框的被测平面与轨道中心线相平行。水准泡的水泡居中使得标定框左右被测平面与大地垂直，上下被测平面与大地平行。标定框的水平位置可以随平台移动至水平方向上的任意位置，标定框的高度方向可以随控制部在立柱的行程内任意升降。该标定工装结构简单，体积和重量相对较小，不需要天车吊运；标定过程中平台可移动且标定框可升降，可以在任意层次对车体轮廓检测***进行标定；标定框被测平面能调整到与轨道中心线相平行，可减小激光跟踪仪及车体轮廓检测***采集点错位引起的误差；靶球能预置在标定框上随标定框上升，无需操作人员通过登高作业放置靶球。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

为了便于托板的使用，具体的，所述托板的下表面上设有定位板，所述定位板与所述方向标识线相垂直；所述标定工装使用时，所述定位板与所述轨道相平行。托板使用时，定位板紧邻所述轨道侧面放置，即可保证方向标识线与轨道相垂直，而轨道与轨道中心线相平行，从而使得方向标识线与轨道中心线相垂直。

为了便于平台的水平移动和高度调整，具体的，所述升降部为可锁止且可调高的万向脚轮。

具体的，所述立柱的侧面上设有线性导轨，所述控制部可控制标定框沿着所述线性导轨上下移动。设置线性导轨，可以更加便捷的控制标定框沿立柱上下移动。

具体的，所述控制部包括油缸和控制盒，所述控制盒与油缸电连接；所述油缸可控制标定框沿着所述线性导轨上下移动，所述控制盒可控制油缸的伸缩量。

优选的，标定框采用磁性材料制成。采用磁性材料可以方便激光跟踪仪靶球通过磁性靶球座吸附在标定框上。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种轨道车辆车体轮廓检测***的标定方法。应用上述轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装，包括以下步骤：

步骤S1：所述标定框安装到所述立柱上之前，需对所述标定框上的水准泡和激光水平仪的安装位置进行调整，使得所述水准泡内的水泡居中以及所述激光水平仪发出的光线与所述标定框的四个被测平面垂直；

步骤S2：所述托板放置在所述轨道上，并使得方向标识线与轨道相垂直；将平台放置在所述托板上，将标定框安装在所述立柱的侧面上，将激光跟踪仪靶球放置在标定框的四个被测平面上；

步骤S3：调整平台在托板上的水平位置，使得所述激光水平仪发出的光线与所述方向标识线相重合；通过控制部使得标定框上升到目标高度后，调整升降部使得水准泡内的水泡居中；

步骤S4：通过车体轮廓检测***中各台相机和激光跟踪仪分别对标定框的四个被测平面进行测试，并比较测试示值的一致性；

步骤S5：调整平台在托板上的位置以及标定框在立柱上的高度，重复步骤S3和S4。

具体的，所述步骤S1中，具体步骤为：

步骤S11：将标定框的侧面放置于0级平板上，标定框的四个被测平面与0级平板相垂直，将激光水平仪安装在标定框内，使得激光水平仪发出的光线在0级平板上任意位置的高度刻度尺上的投影点位置相同；

步骤S12：将标定框放置在0级平板上，使得设有水准泡的被测平面与0级平板相平行，调整水准泡的位置，使得水准泡的水泡居中。

激光水平仪发出光线在0级平板上任意位置的高度刻度尺上的投影点位置相同，保证激光水平仪发出的光线形成的平面与标定框的四个被测平面垂直。而激光水平仪发出的光线与托板上的方向标识线相重合，方向标识线与轨道车辆所行驶的轨道中心线相垂直，从而保证标定框四个被测平面均与轨道中心线相平行。由于在标定过程中，激光跟踪仪与车体轮廓检测***在测量标定框尺寸时是以轨道中心线为基准的，激光跟踪仪与车体轮廓检测***分别测量标定框时会沿轨道中心线防线存在错位，如果不平行会有一定的误差。标定框上水准泡与大地平行，保证标定框上下被测平面与大地平行以及左右被测平面与大地垂直。

综上，本发明提供的一种轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装和标定方法，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的标定工装结构简单，体积和重量相对较小，不需要天车吊运；

2、本发明的标定工装在标定过程中，平台可移动且标定框可升降，可以在任意层次对车体轮廓***进行标定；

3、本发明的标定工装上的标定框被测平面能调整到与轨道中心线相平行，可减小激光跟踪仪及车体轮廓检测***采集点错位引起的误差；

4、本发明的标定工装上所使用的靶球能预置在标定框上随标定框上升，无需操作人员通过登高作业放置靶球。

附图说明

图1是本发明的一种轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图1的立体图；

图5是图1中的标定框结构示意图。

在图中

1-托板、2-平台、3-升降单元、31-立柱、32-控制部、321-油缸、322-控制盒、33-线性导轨、4-标定框、41-左被测平面、42-右被测平面、43-上被测平面、44-下被测平面、5-定位板、6-方向标识线、7-水准泡、8-激光水平仪、9-升降部、10-加强筋、11-连接块、12-线性滑块、13-轨道、14-轨道中心线。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1和图2所示，一种轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装，包括托板1、平台2、升降单元3和标定框4。如图3所示，所述托板1上表面上设有多根方向标识线6，所述托板1的上表面与轨道13所在的平面向相平行；所述托板1下表面上设有定位板5和加强筋10，所述定位板5与所述方向标识线6相垂直；标定工装使用时，所述定位板5与轨道13相平行，可紧邻所述轨道13侧面放置。所述平台2底部设有升降部9，所述升降部9为可锁止且可调高的万向脚轮，所述万向脚轮可在托板1上移动。如图5所示，所述标定框4为由四个被测平面围合成的矩形框架结构，其四个被测平面分别为左被测平面41、右被测平面42、上被测平面43、下被测平面44，下被测平面44上设有水准泡7。所述标定框4内设有激光水平仪8，所述激光水平仪8发出的光线与所述标定框4垂直；标定框4采用磁性材料且密度较小的材料以降低其自身重量，采用磁性材料便于安装激光跟踪仪靶球及磁性靶球座。如图4所示，所述升降单元3包括立柱31和控制部32，所述立柱31设置在所述平台2顶部，所述立柱31的侧面上设有线性导轨33；所述控制部32包括油缸321和控制盒322，所述控制盒322与油缸321电连接；所述控制盒322设置在所述平台2顶部，所述控制盒322可控制油缸321的伸缩量。所述标定框4竖直固定于所述立柱31的侧面上，四个被测平面均位于所述立柱31的外侧。所述标定框4通过线性滑块12可沿着所述线性导轨33上下移动，所述油缸321通过连接块11与所述线性滑块12相连接，所述油缸321可控制标定框4的上下移动距离。

所述标定框4加工时需保证四个被测平面的平面度，所述托板1加工时需保证上表面与轨道13所在的平面相平行。标定框4安装前，需先对激光水平仪8和水准泡7的位置进行调整。先将标定框4置于0级平板上，标定框4的四个被测平面与0级平板相垂直。激光水平仪8安装后，需保证激光水平仪8发出光线在0级平板上任意位置的高度刻度尺上的投影点位置相同，保证激光水平仪8发出的光线形成的平面与标定框4的四个被测平面垂直。将上被测平面43置于0级平板上，调整水准泡7的位置使得水泡居中，保证标定框4上被测平面43、下被测平面44与大地平行以及左被测平面41、右被测平面42与大地垂直。

标定工装使用之前，将所述托板1放置在所述轨道13上，并使得方向标识线6与轨道13相垂直；将标定框4安装在所述立柱31的侧面上，将激光跟踪仪靶球和磁性靶球座放置在标定框4的四个被测平面上，最后将平台2放置在所述托板1上。调整平台2，使得激光水平仪8发出的光线与托板1上其中一条方向标识线6相重合。通过油缸321控制标定框4沿立柱31上升到目标高度后，调整万向脚轮的高度，使得水准泡7的水泡居中。由于标定框4四个被测平面与激光水平仪8发出的光线垂直，激光水平仪8发出的光线与托板1上的方向标识线6相重合，而方向标识线6与轨道中心线14相垂直，从而保证标定框4的四个被测平面均与轨道中心线14平行。由于在校准过程中，激光跟踪仪与车体轮廓检测***在测量标定框4尺寸时是以轨道中心线14为基准的，激光跟踪仪与车体轮廓检测***分别测量标定框4时会沿轨道中心线14防线存在错位，如果不平行会有一定误差。标定框4上水准泡7与大地平行，标定框4左被测平面41、右被测平面42与水准泡7垂直、上被测平面43与水准泡7平行，从而保证标定框4左被测平面41和右被测平42与大地垂直，上被测平面43和下被测平面44与大地平行。

使用标定工装标定时，激光跟踪仪与车体轮廓检测***同时测量标定框4的四个被测平面，然后比较检测值的一致性。调整平台2的水平位置，通过油缸321调整标定框4的高度，从而使得该标定工装可以实现在任意层次上的标定。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本实施例的各种等价形式的修改均落入本发明所附权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装，其特征在于：包括具有上表面的托板（1）、可水平移动的平台（2）、升降单元（3）和标定框（4）；

所述平台（2）上设有升降部（9），所述升降部（9）可调整所述平台（2）在竖直方向上的高度；

所述托板（1）的上表面与轨道（13）所在的平面相平行，且所述托板（1）上表面上设有多根平行的方向标识线（6），当所标定工装使用时，所述方向标识线（6）与轨道（13）相垂直；

所述升降单元（3）包括立柱（31）和控制部（32），所述立柱（31）设置在所述平台（2）顶部；

所述标定框（4）为由四个被测平面围合成的矩形框架结构，并竖直固定于所述立柱（31）的一侧上；

所述标定框（4）的底部被测平面上设有水准泡（7），所述标定框（4）内设有激光水平仪（8）；

所述控制部（32）可控制所述标定框（4）沿着所述立柱（31）上下移动。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装，其特征在于：所述托板（1）的下表面上设有定位板（5），所述定位板（5）与所述方向标识线（6）相垂直；所述标定工装使用时，所述定位板（5）与所述轨道（13）相平行。

3.根据权利要求1所述的轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装，其特征在于：所述升降部（9）为可锁止且可调高的万向脚轮。

4.根据权利要求1所述的轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装，其特征在于：所述立柱（31）的侧面上设有线性导轨（33），所述控制部（32）可控制标定框（4）沿着所述线性导轨（33）上下移动。

5.根据权利要求4所述的轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装，其特征在于：所述控制部（32）包括油缸（321）和控制盒（322），所述控制盒（322）与油缸（321）电连接；所述油缸（321）可控制标定框（4）沿着所述线性导轨（33）上下移动，所述控制盒（322）可控制油缸（321）的伸缩量。

6.根据权利要求1所述的轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装，其特征在于：标定框（4）采用磁性材料制成。

7.一种基于权利要求1～6中任一项所述的轨道车辆车体轮廓检测***的标定工装的标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：所述标定框（4）安装到所述立柱（31）上之前，需对所述标定框（4）上的水准泡（7）和激光水平仪（8）的安装位置进行调整，使得所述水准泡（7）内的水泡居中以及所述激光水平仪（8）发出的光线与所述标定框（4）的四个被测平面垂直；

步骤S2：所述托板（1）放置在所述轨道（13）上，并使得方向标识线（6）与轨道（13）相垂直；将平台（2）放置在所述托板（1）上，将标定框（4）安装在所述立柱（31）的侧面上，将激光跟踪仪靶球放置在标定框（4）的四个被测平面上；

步骤S3：调整平台（2）在托板（1）上的位置，使得所述激光水平仪（8）发出的光线与所述方向标识线（6）相重合；通过控制部（32）使得标定框（4）上升到目标高度后，调整升降部（9）使得水准泡（7）内的水泡居中；

步骤S4：通过车体轮廓检测***中各台相机和激光跟踪仪分别对标定框（4）的四个被测平面进行测试，并比较测试示值的一致性；

步骤S5：调整平台（2）在托板（1）上的位置以及标定框（4）在立柱（31）上的高度，重复步骤S3和S4。

8.根据权利要求7所述的标定方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：

步骤S11：将标定框（4）的侧面放置于0级平板上，标定框（4）的四个被测平面与0级平板相垂直，将激光水平仪（8）安装在标定框（4）内，使得激光水平仪（8）发出的光线在0级平板上任意位置的高度刻度尺上的投影点位置相同；

步骤S12：将标定框（4）放置在0级平板上，使得设有水准泡（7）的被测平面与0级平板相平行，调整水准泡（7）的位置，使得水准泡（7）的水泡居中。

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