直线度计算方法、截面最大直径与最小直径之差计算方法技术

本发明专利技术提供了一种铁路罐车罐体的直线度计算方法、截面最大直径与最小直径之差计算方法。该直线度计算方法包括：接收罐体点云数据；对圆柱形筒体点云进行拟合得到拟合圆柱及其轴线；将圆柱形筒体点云中满足预设条件的三维坐标点投影至一平面得到投影点集，轴线在平面内且平面与竖直平面成目标角度；根据投影点集计算其对应的母线的直线度。该罐体母线直线度计算方法通过对三维激光扫描点云进行拟合复现罐体几何形态(轮廓)，进而计算罐体母线直线度，不依赖于人工测量，实现自动化测量。

【技术实现步骤摘要】
直线度计算方法、截面最大直径与最小直径之差计算方法
本专利技术涉及铁路罐车罐体出厂检验领域，尤其涉及一种罐体母线直线度计算方法、装置、系统以及罐体截面最大直径与最小直径之差的计算方法、装置、系统、计算机设备以及计算机可读介质。
技术介绍
铁路危险货物按物态分为液体、气体(在运输中为液化气体状态)和固体。其中，液体(含液化气体)占90％以上，其主要运输工具是铁路罐车。目前全国共有铁路罐车12万余辆，约占铁路货车总量的15％，使用十分广泛。但是，过大的罐体尺寸制造偏差与长期使用导致的罐体严重变形会影响铁路罐车在生产运输过程中的使用，主要体现在两个方面：1.影响铁路罐车运输安全，试验与实际运输情况表明，铁路罐车在运输过程中出现滴、漏等情况，主要是因为罐壁出现裂缝导致，而裂缝出现前罐体均有严重的变形情况；2.影响铁路罐车罐体容积检定结果(容积表)使用的准确性。铁路罐车不仅是铁路液体货物的运输工具，而且是收发货企业用于贸易结算的计量器具，因此，铁路罐车需要进行容积强制检定。针对铁路罐车的尺寸参数，GB5600-2006《铁路货车通用技术条件》对铁路罐车的封头与筒体等部分进行了要求，其中，对铁路罐车筒体几何尺寸的制造要求主要体现在两个方面：1.筒体直线度；2.枕梁处最大直径与最小直径之差(简称“直径之差”)。其中，筒体直线度的测量方法为：沿圆周几个固定角度的部位，沿母线方向拉细钢丝进行测量，这种测量方法需要以细钢丝两端作为基准点，选取细钢丝的几个代表点测量其与罐壁的距离，之后计算直线度；而直径之差则通过运用专门的筒体内径测量尺(套管尺)进行测量，测量关键点的直径之后，将最大值减去最小值即得到直径之差。上述对筒体直线度、直径之差的测量方法依赖于人工，导致测量效率较低、人工干扰较大。
技术实现思路
现有技术中的问题，本专利技术提供一种罐体母线直线度计算方法、装置、系统以及罐体截面最大直径与最小直径之差的计算方法、装置、系统、计算机设备以及计算机可读介质，不依赖于人工，进而有效提高测量效率，减少人工干扰。为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下方案：第一方面，提供一种罐体母线直线度计算方法，包括：接收罐体点云数据，罐体点云数据包括：圆柱形筒体点云；对圆柱形筒体点云进行拟合得到拟合圆柱及其轴线；将圆柱形筒体点云中满足预设条件的三维坐标点投影至一平面得到投影点集，轴线在平面内且平面与竖直平面成目标角度；根据投影点集计算其对应的母线的直线度。第二方面，提供一种罐体母线直线度计算装置，包括：第一三维点云接收模块，接收罐体点云数据，罐体点云数据包括：圆柱形筒体点云；第一拟合模块，对圆柱形筒体点云进行拟合得到拟合圆柱及其轴线；投影模块，将圆柱形筒体点云中满足预设条件的三维坐标点投影至一平面得到投影点集，轴线在平面内且平面与竖直平面成目标角度；第一计算模块，根据投影点集计算其对应的母线的直线度。第三方面，提供一种罐体母线直线度计算系统，罐体包括：圆柱形筒体、位于圆柱形筒体上部中间位置的人孔以及焊接于圆柱形筒体两端的两个封头，圆柱形筒体与封头之间形成有焊缝，焊缝处设有焊缝标靶；罐体直线度计算系统包括：处理设备以及三维测量设备；三维测量设备通过人孔伸入罐体内部，用于扫描罐体内部生成罐体点云数据，并将罐体点云数据传送至处理设备，罐体点云数据包括：圆柱形筒体点云、封头点云、焊缝标靶坐标；处理设备接收罐体点云数据，并执行如权利要求1至权利要求13任一项罐体直线度计算方法。第四方面，提供一种罐体截面最大直径与最小直径之差的计算方法，罐体的圆柱形筒体外侧对应待测截面位置设有待测截面标靶对；罐体截面最大直径与最小直径之差的计算方法包括：接收罐体点云数据，罐体点云数据包括：圆柱形筒体点云以及待测截面标靶坐标；对圆柱形筒体点云进行拟合得到拟合圆柱及其轴线；根据待测截面标靶对的坐标在圆柱形筒体点云中提取待测截面对应的三维坐标点集；根据三维坐标点集计算待测截面最大直径与最小直径之差。第五方面，提供一种罐体截面最大直径与最小直径之差的计算装置，罐体的圆柱形筒体外侧对应待测截面位置设有待测截面标靶对；罐体截面最大直径与最小直径之差的计算装置包括：第二三维点云接收模块，接收罐体点云数据，罐体点云数据包括：圆柱形筒体点云以及待测截面标靶坐标；第二拟合模块，对圆柱形筒体点云进行拟合得到拟合圆柱及其轴线；待测点集提取模块，根据待测截面标靶对的坐标在圆柱形筒体点云中提取待测截面对应的三维坐标点集；第二计算模块，根据三维坐标点集计算待测截面最大直径与最小直径之差。第六方面，提供一种罐体截面最大直径与最小直径之差的计算系统，罐体包括：圆柱形筒体、位于圆柱形筒体上部中间位置的人孔以及焊接于圆柱形筒体两端的两个封头，圆柱形筒体与封头之间形成有焊缝，焊缝处设有焊缝标靶，圆柱形筒体外侧对应待测截面位置设有待测截面标靶；罐体截面最大直径与最小直径之差的计算系统包括：处理设备以及三维测量设备；三维测量设备通过人孔伸入罐体内部，用于扫描罐体内部生成罐体点云数据，并将罐体点云数据传送至处理设备，罐体点云数据包括：圆柱形筒体点云、封头点云、焊缝标靶坐标、待测截面标靶坐标；处理设备接收罐体点云数据，并执行如权利要求16至权利要求27任一项罐体截面最大直径与最小直径之差的计算方法。第七方面，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述罐体直线度计算方法的步骤，或者，处理器执行计算机程序时实现上述罐体截面最大直径与最小直径之差的计算方法的步骤。第八方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述罐体直线度计算方法的步骤，或者，计算机程序被处理器执行时实现上述罐体截面最大直径与最小直径之差的计算方法的步骤。通过上述技术方案可知，本专利技术提供的罐体母线直线度计算方法、装置、系统以及罐体截面最大直径与最小直径之差的计算方法、装置、系统、计算机设备以及计算机可读介质，通过对三维激光扫描点云进行拟合复现罐体几何形态(轮廓)，进而计算罐体母线直线度以及罐体截面最大直径与最小直径之差，不依赖于人工测量，实现自动化测量，测量效率高，人工干扰小，有效提升了罐体几何尺寸制造要求验证效率，减小作业人员的作业负担。另外，通过在焊缝与枕梁处安放标靶，利用标靶识别焊缝平面与枕梁平面，进而去除点云中的多余数据，实现对罐体点云目标区域的快速提取，利于对点云进行拟合，从而进一步提高测量效率。并且，运用点云旋转投影、切片投影、矩阵化、连通域筛选等技术实现了点云不同区域特征量化，从而有效去除了罐体点云外部与内部干扰点，提高拟合精度，进而提高计算精度。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为铁路罐车的立体结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种罐体母线直线度计算方法的流程图一；图3为本专利技术中利用三维测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种罐体母线直线度计算方法，其特征在于，包括：接收罐体点云数据，所述罐体点云数据包括：圆柱形筒体点云；对所述圆柱形筒体点云进行拟合得到拟合圆柱及其轴线；将圆柱形筒体点云中满足预设条件的三维坐标点投影至一平面得到投影点集，所述轴线在所述平面内且所述平面与竖直平面成目标角度；根据所述投影点集计算其对应的母线的直线度。

【技术特征摘要】
1.一种罐体母线直线度计算方法，其特征在于，包括：接收罐体点云数据，所述罐体点云数据包括：圆柱形筒体点云；对所述圆柱形筒体点云进行拟合得到拟合圆柱及其轴线；将圆柱形筒体点云中满足预设条件的三维坐标点投影至一平面得到投影点集，所述轴线在所述平面内且所述平面与竖直平面成目标角度；根据所述投影点集计算其对应的母线的直线度。2.根据权利要求1所述罐体母线直线度计算方法，其特征在于，所述根据所述投影点集计算其对应的母线的直线度，包括：将所述投影点集中的一端点与所述投影点集中的最低点连接形成第一直线段；计算所述投影点集中的最高点到第一直线段的距离，所述距离作为待测母线的直线度。3.根据权利要求1所述罐体母线直线度计算方法，其特征在于，当所述目标角度大于等于0度、小于等于180度时，所述预设条件包括：三维坐标点位于轴线所在水平面上部，且与所述平面相距2mm以内；当所述目标角度大于180度、小于等于360度时，所述预设条件包括：三维坐标点位于轴线所在水平面下部，且与所述平面相距2mm以内。4.根据权利要求1所述罐体母线直线度计算方法，其特征在于，所述罐体包括：圆柱形筒体以及焊接于所述圆柱形筒体两端的两个封头，所述圆柱形筒体与所述封头之间形成有焊缝，所述焊缝处设有焊缝标靶；所述罐体点云数据还包括：封头点云、焊缝标靶坐标；所述罐体母线直线度计算方法还包括：根据所述焊缝标靶坐标删除所述罐体点云数据中的所述封头点云，得到所述圆柱形筒体点云。5.根据权利要求1所述罐体母线直线度计算方法，其特征在于，还包括：对所述罐体点云数据中的每个三维坐标点进行唯一性标识；根据所述唯一性标识去除所述罐体点云数据中位于所述罐体外部空间及内部空间的干扰点。6.根据权利要求5所述罐体母线直线度计算方法，其特征在于，根据所述唯一性标识去除所述罐体点云数据中位于所述罐体外部空间的干扰点，包括：将所述罐体点云数据绕z轴旋转预设角度；将旋转后的罐体点云数据投影至yoz平面，得到第一投影图像；对所述第一投影图像进行网格化操作，形成第一网格化图像；将所述第一网格化图像中含有投影点的网格标识为1，否则标识为0，得到第一二值图像；标记所述第一二值图像中的连通域；按照预设规则进行连通域筛选，得到外部干扰点连通域；根据所述外部干扰点连通域及所述唯一性标识，删除对应的三维坐标点。7.根据权利要求6所述罐体母线直线度计算方法，其特征在于，所述预设规则包括：连通域包含元素数量小于等于所有连通域包含元素数量总和的百分之一，或者，连通域包含元素行值的平均值与所有连通域包含元素行值的平均值相差大于1000mm，或者，连通域包含元素列值的平均值与所有连通域包含元素列值的平均值相差大于1000mm。8.根据权利要求6所述罐体母线直线度计算方法，其特征在于，所述根据所述外部干扰点连通域及所述唯一性标识，删除对应的三维坐标点，包括：读取外部干扰点连通域内元素的行列值；根据所述行列值搜索所述外部干扰点连通域对应的网格；读取所述网格中包含的三维坐标点标识；根据所述三维坐标点标识删除对应的三维坐标点。9.根据权利要求5所述罐体母线直线度计算方法，其特征在于，根据所述唯一性标识去除所述罐体点云数据中位于所述罐体内部空间的干扰点，包括：将所述罐体点云数据按照预设间隔切分为平行的多个点云切片；将一点云切片投影至xoy平面，得到第二投影图像；对所述第二投影图像进行网格化操作，形成第二网格化图像；将所述第二网格化图像中含有投影点的网格标识为1，否则标识为0，得到第二二值图像；标记所述第二二值图像中的连通域；筛选所述连通域，得到内部干扰点连通域；根据所述内部干扰点连通域及三维坐标点标识，删除对应三维坐标点。10.根据权利要求9所述罐体母线直线度计算方法，其特征在于，所述筛选所述连通域，得到内部干扰点连通域，包括：筛选元素数量小于预设阈值的连通域作为内部干扰点连通域。11.根据权利要求10所述罐体母线直线度计算方法，其特征在于，所述预设阈值的选取方法包括：统计每个连通域中的元素数量；数值选取步骤：随机选取一数值T，所述数值T大于元素数量的最小值、小于元素数量的最大值，且数值T属于整数；类间方差计算步骤：根据公式计算类间方差g；公式：ω0＝N0/Mω1＝N1/Mμ＝ω0μ0+ω1μ1g＝ω0(μ0-μ)2+ω1(μ1-μ)2其中：N0为元素数量小于数值T的连通域的个数；N1为元素数量不小于数值T的连通域的个数；M为连通域的总数；μ0为元素数量小于数值T的连通域的元素数量平均值；μ1为元素数量不小于数值T的连通域的元素数量平均值；重复执行数值选取步骤和类间方差计算步骤，直至数值T遍历所述元素数量的最小值与所述元素数量的最大值之间所有整数，得到多个类间方差；将最大类间方差对应的数值T作为所述预设阈值。12.根据权利要求8所述罐体母线直线度计算方法，其特征在于，所述根据所述内部干扰点连通域及三维坐标点标识，删除对应三维坐标点，包括：读取内部干扰点连通域内元素的行列值；根据所述行列值搜索所述内部干扰点连通域对应的网格；读取所述网格中包含的三维坐标点标识；根据所述三维坐标点标识删除对应的三维坐标点。13.根据权利要求8所述罐体母线直线度计算方法，其特征在于，所述将所述罐体点云数据按照预设间隔切分为平行的多个点云切片，包括：步骤1：将所述罐体点云数据按照一间隔切割为平行的多个点云切片；步骤2：计算每个所述点云切片的上表面所包含点云的面积与下表面所包含点云的面积的比值；步骤3：判断所述比值是否超出预设区间；若是，将所述间隔减小预定步长得到新的间隔，重复执行步骤1至步骤3，直至所述比值位于预设区间或间隔小于预设值。14.一种罐体母线直线度计算装置，其特征在于，包括：第一三维点云接收模块，接收罐体点云数据，所述罐体点云数据包括：圆柱形筒体点云；第一拟合模块，对所述圆柱形筒体点云进行拟合得到拟合圆柱及其轴线；投影模块，将圆柱形筒体点云中满足预设条件的三维坐标点投影至一平面得到投影点集，所述轴线在所述平面内且所述平面与竖直平面成目标角度；第一计算模块，根据所述投影点集计算其对应的母线的直线度。15.根据权利要求14所述罐体母线直线度计算装置，其特征在于，所述第一计算模块包括：连线单元，将所述投影点集中的一端点与所述投影点集中的最低点连接形成第一直线段；直线度计算单元，计算所述投影点集中的最高点到第一直线段的距离，所述距离作为待测母线的直线度。16.根据权利要求14所述罐体母线直线度计算装置，其特征在于，所述罐体包括：圆柱形筒体以及焊接于所述圆柱形筒体两端的两个封头，所述圆柱形筒体与所述封头之间形成有焊缝，所述焊缝处设有焊缝标靶；所述罐体点云数据还包括：封头点云、焊缝标靶坐标；所述罐体母线直线度计算装置还包括：第一封头点云删除模块，根据所述焊缝标靶坐标删除所述罐体点云数据中的所述封头点云，得到所述圆柱形筒体点云。17.根据权利要求14所述罐体母线直线度计算装置，其特征在于，还包括：第一点云标识模块，对所述罐体点云数据中的每个三维坐标点进行唯一性标识；第一干扰点去除模块，根据所述唯一性标识去除所述罐体点云数据中位于所述罐体外部空间及内部空间的干扰点。18.根据权利要求17所述罐体母线直线度计算装置，其特征在于，所述第一干扰点去除模块包括：第一点云旋转单元，将所述罐体点云数据绕z轴旋转预设角度；第一点云投影单元，将旋转后的罐体点云数据投影至yoz平面，得到第一投影图像；第一网格化单元，对所述第一投影图像进行网格化操作，形成第一网格化图像；第一二值化单元，将所述第一网格化图像中含有投影点的网格标识为1，否则标识为0，得到第一二值图像；第一连通域标记单元，标记所述第一二值图像中的连通域；第一连通域筛选单元，按照预设规则进行连通域筛选，得到外部干扰点连通域；第一外部干扰点删除单元，根据所述外部干扰点连通域及所述唯一性标识，删除对应的三维坐标点。19.根据权利要求17所述罐体母线直线度计算装置，其特征在于，所述第一干扰点去除模块包括：第一点云切片单元，将所述罐体点云数据按照预设间隔切分为平行的多个点云切片；第二点云投影单元，将一点云切片投影至xoy平面，得到第二投影图像；第二网格化单元，对所述第二投影图像进行网格化操作，形成第二网格化图像；第二二值化单元，将所述第二网格化图像中含有投影点的网格标识为1，否则标识为0，得到第二二值图像；第二连通域标记单元，标记所述第二二值图像中的连通域；第二连通域筛选单元，筛选所述连通域，得到内部干扰点连通域；第一内部干扰点删除单元，根据所述内部干扰点连通域及三维坐标点标识，删除对应三维坐标点。20.一种罐体母线直线度计算系统，其特征在于，罐体包括：圆柱形筒体、位于所述圆柱形筒体上部中间位置的人孔以及焊接于所述圆柱形筒体两端的两个封头，所述圆柱形筒体与所述封头之间形成有焊缝，所述焊缝处设有焊缝标靶；所述罐体直线度计算系统包括：处理设备以及三维测量设备；所述三维测量设备通过所述人孔伸入所述罐体内部，用于扫描所述罐体内部生成罐体点云数据，并将所述罐体点云数据传送至所述处理设备，所述罐体点云数据包括：圆柱形筒体点云、封头点云、焊缝标靶坐标；所述处理设备接收所述罐体点云数据，并执行如权利要求1至权利要求13任一项所述罐体直线度计算方法。21.一种罐体截面最大直径与最小直径之差的计算方法，其特征在于，罐体的圆柱形筒体外侧对应待测截面位置设有待测截面标靶对；所述罐体截面最大直径与最小直径之差的计算方法包括：接收罐体点云数据，所述罐体点云数据包括：圆柱形筒体点云以及待测截面标靶坐标；对所述圆柱形筒体点云进行拟合得到拟合圆柱及其轴线；根据所述待测截面标靶对的坐标在所述圆柱形筒体点云中提取三维坐标点集；根据三维坐标点集计算待测截面最大直径与最小直径之差。22.根据权利要求21所述罐体截面最大直径与最小直径之差的计算方法，其特征在于，所述根据三维坐标点集计算待测截面最大直径与最小直径之差，包括：将所述三维坐标点集分类为位于轴线所在水平面以上的上部坐标点集、位于轴线所在水平面以下的下部坐标点集...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐超，邵学君，庞庆，周宝珑，张志鹏，郭有为，武慧杰，吴会军，刘亚强，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11