检测CRTSⅢ型轨道板外观尺寸偏差的方法技术

本发明专利技术公开了一种检测CRTSⅢ型轨道板外观尺寸偏差的方法，所述方法包括以下步骤：第一步，采用绝对激光跟踪仪与手持激光扫描仪组合技术，快速获取轨道板表面海量激光点云；第二步，建立轨道板局部坐标系，将激光点云从扫描仪坐标系纠正至轨道板局部坐标系；第三步，利用点云分类与模型采样一致性的算法，实现轨道板模型参数的提取；第四部，将提取的模型参数与设计文件中已知模型参数进行对比分析，实现轨道板外观尺寸自动检测。本发明专利技术实现了快速准确地检测CRTSⅢ型无砟轨道板的外观尺寸，其检测速度快、精确度高；无需在轨道板加工车间设置固定检测场所，操作简便快捷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及列车轨道测量
更具体地说，本专利技术涉及高速铁路Ⅲ型无砟轨道板外观尺寸检测。
技术介绍
CRTSⅢ型的轨道板是我国完全自主知识产权研发、一次成型的新型板式无砟轨道，目前已经在全国高铁项目上推广应用。相对I型、II型无砟轨道板。由于是一次加工成型，III型无砟轨道对加工尺寸要求严格十分严格，要求加工尺寸误差在限差内(部分要求0.5mm)。铁总科技﹝2013﹞125和162号文件要求：必须逐个对III板进行检测。检测分为：10大类、19项数据的检测。主要包含底座板外观三维尺寸；承轨台内测尺寸、底部坡度；预埋套管中心距离、线性度、纵断面坡度等。目前，高速铁路Ⅲ型无砟轨道板外观尺寸检测主要有以下两种手段：(1)基于马达驱动型全站仪+特殊工装的方式:在Ⅱ型无砟轨道板尺寸检测的基础上，对工装类型进行改进、对全站仪数据获取和分析软件进行升级，实现Ⅲ型无砟轨道板外观尺寸检测。国内市场上有南方测绘、成都普罗米新、中铁十二局等单位研制的轨道板检测系统。此类方法是目前工程上应用最多的检测手段，可实现轨道板外观尺寸直接检测。按照规范要求，要对一块轨道板外观尺寸进行完整检测，整套工序的检测时间约40分钟。要实现每一块轨道板检测，效率上很难满足轨道板厂实际生成需求。(2)基于近景摄影测量+机械驱动方式：解放军信息工程大学的卢书和中国矿业大学范生宏论述了此方法。基于近景摄影测量系统的自动化检测系统，通过步进电机驱动摄像机，让摄像机在轨道板上方沿着设定的路线进行移动摄像。此类方法可以实现轨道板外观尺寸的快速获取，再通过分析软件的处理，实现轨道板外观尺寸结果的自动生成。此类方法虽然在效率上得到很大的提高，但需要对检测现场进行改造，扫描仪运动的机械装置较为复杂，不能实现灵活的数据获取方式。另外，此方法需要在轨道板表面投射可见光源的激光光束，再通过计算机处理程序自动获取激光光束对应的轨道板坐标。由于承轨台内侧表面的激光光束数量有限，所获取的每个平面点数量只有大约6个，这种方式不能完整重建每个平面的精细模型。在申请号为201310747631.5，名称为《无砟轨道板尺寸检测方法及装置》的专利申请中，该方法采用从不同方向及位置对所述无砟轨道板进行拍摄，得到无砟轨道板的多个影像相片，由于每一张相片都是相对的，如果要把所有拍摄的相片拼接起来，就需要把每一张相片和模型进行拟合拼接，才能获得整个轨道板模型，十分繁琐。传统方法采用全站仪直接测量球型棱镜中心点的位置，属于单点定位测量，一般是测量2～3次，取测量的平均值，由于没有多余观测量，无法进行平差计算，精度较低，一般为0.3mm点位精度。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种实现轨道板便捷、快速与高精度的检测方法。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种检测CRTSⅢ型的轨道板外观尺寸偏差的方法，所述轨道板至少包括承轨台和预埋套管，包括以下步骤：S1、利用激光跟踪仪结合手持式激光扫描仪扫描待检测的高速铁路轨道板，获取所述轨道板表面的点云数据；S2、建立轨道板局部坐标系，将所述点云数据纠正至此坐标系，得到轨道板局部坐标系下的点云数据；S3、对所述坐标系下的点云数据进行分类，得到承轨台内表面以及预埋套管的点云数据；S4、采用平面拟合法从所述承轨台内表面的点云数据提取承轨台内表面的模型参数，同时采用球型模型拟合法从所述预埋套管的点云数据提取预埋套管的参数；S5、利用提取的承轨台内表面及预埋套管的参数，对比轨道板设计文件，计算轨道板尺寸偏差。优选地，所述承轨台内表面的参数包括所述承轨台底面平面的承轨面参数以及所述承轨台两侧平面的钳口面参数。优选地，所述预埋套管的中心三维坐标通过扫描插入所述预埋套管中的自归心球型工装顶部球模型表面获得；其中，所述自归心工装的底部为可插入预埋套管中的锥形塞子，所述锥形塞子的底部平面与所述承轨面贴合。优选地，所述步骤3中承轨面的点云数据分类的方法为：S3-1、根据所述承轨台底部平面的边界坐标定义承轨面边界包络多边形，所述包络多边形为忽略承轨面高程信息的二维平面多边形；S3-2、遍历扫描获取的整块轨道板点云，判断每一个点是否在所述包络多边形内，在XOY投影平面内完成承轨面的初步分类；S3-3、根据承轨面高程的最大值和最小值，采用高程滤波的方法，设定一定的高程阈值，遍历上一步矩形分割的点云数据，判断此点云数据对应的高程值是否在此高程范围，在此高程范围内的点，定义为承轨面点云数据。优选地，所述激光跟踪仪的型号为LeicaAT960，所述激光扫描仪型号为LeicaT-Scan5。优选地，所述激光扫描仪至所述激光跟踪仪距离为1-10米。本专利技术至少包括以下有益效果：1、检测效率：全站仪+工装方式，一块板整套检测时间约40分钟，严重影响正常的生产工序；激光跟踪和手持扫描仪组合技术只需3～5分钟，不影响正常的生产工序，效率优势明显。2、人员投入：全站仪+工装方式，需要两个技术人员协同完成；激光跟踪和手持扫描仪组合技术只需要一个人，如果采用机械臂协助扫描，可以实现自动化检测；3、成果精度：全站仪测距误差约为0.3mm，很难实现0.5mm检测误差的精度要求，扫描仪精度基本满足；激光跟踪和手持扫描仪组合技术的整体精度可以实现0.06mm，轨道板检测规范要求。4、检测效果：全站仪+工装方式只能进行固定点的检测，激光跟踪和手持扫描仪组合技术可以实现全面系统的检测，就像给轨道板做一次全身健康检查，不丢失任意位置的加工偏差。5、运行成本：按照每100公里3万6千块板、每块板节约40分钟，节约2万4千小时，按照每天8小时工作制，可以节约3千个工作日，按照每人每天200元，每百公里就可以节约120万元的人工费。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为P5600型号的轨道板的结构示意图；图3a为轨道板左侧承轨台预埋套管中心距离图；图3b为轨道板右侧承轨台预埋套管中心距离图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测CRTSⅢ型轨道板外观尺寸偏差的方法，所述轨道板至少包括承轨台和预埋套管，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用激光跟踪仪结合手持式激光扫描仪扫描待检测的高速铁路轨道板，获取所述轨道板表面的点云数据；S2、建立轨道板局部坐标系，将所述点云数据纠正至此坐标系，得到轨道板局部坐标系下的点云数据；S3、对所述坐标系下的点云数据进行分类，得到承轨台内表面以及预埋套管的点云数据；S4、采用平面拟合法从所述承轨台内表面的点云数据提取承轨台内表面的模型参数，同时采用球型模型拟合法从所述预埋套管的点云数据提取预埋套管的参数；S5、利用提取的承轨台内表面及预埋套管的参数，对比轨道板设计文件，计算轨道板尺寸偏差。

【技术特征摘要】
1.一种检测CRTSⅢ型轨道板外观尺寸偏差的方法，所述轨道板至少包括承轨台和预埋
套管，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用激光跟踪仪结合手持式激光扫描仪扫描待检测的高速铁路轨道板，获取所述
轨道板表面的点云数据；
S2、建立轨道板局部坐标系，将所述点云数据纠正至此坐标系，得到轨道板局部坐标系
下的点云数据；
S3、对所述坐标系下的点云数据进行分类，得到承轨台内表面以及预埋套管的点云数
据；
S4、采用平面拟合法从所述承轨台内表面的点云数据提取承轨台内表面的模型参数，
同时采用球型模型拟合法从所述预埋套管的点云数据提取预埋套管的参数；
S5、利用提取的承轨台内表面及预埋套管的参数，对比轨道板设计文件，计算轨道板尺
寸偏差。
2.如权利要求1所述的检测CRTSⅢ型轨道板外观尺寸偏差的方法，其特征在于，所述承
轨台内表面的参数包括所述承轨台底面平面的承轨面参数以及所述承轨台两侧平面的钳
口面参数。
3.如权利要求2所述的检测CRTSⅢ型轨道板外观尺寸偏差的方法，其特征在于，所述预
埋套管的中心三维坐标通过扫描插入所述预埋套管中的自归心球型工装顶部球模型表面
...

【专利技术属性】
技术研发人员：许磊，李新增，石德斌，李亚辉，
申请(专利权)人：铁道第三勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12