基于轮廓扫描的车辆形位检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于轮廓扫描的车辆形位检测系统及方法。该系统包括车号识别模块、测速模块、激光轮廓仪、龙门架、处理系统；该方法包括激光轮廓仪对轨道上运行的车辆进行轮廓扫描、通过激光图像和车速计算出3D点云图；通过车号在数据库中匹配车辆信息，得到标准3D点云图；通过对比点云图对车辆的外形尺寸和外部零件进行检测。本发明专利技术通过激光扫描车辆能够适应较恶劣的环境，具有很强的抗干扰能力，是一种非接触式、不影响设备运行的检测方法；采用3D点云计算，不仅能测量出各个尺寸，而且传感器安装简单；采用三维匹配技术，识别准确性更高；能够对车辆整体尺寸和对车辆外部零件的同时检测，节约成本；通过算法优化运算能力，提高工作效率。

Vehicle Shape and Position Detection System and Method Based on Contour Scanning

【技术实现步骤摘要】
基于轮廓扫描的车辆形位检测系统及方法
本专利技术涉及轨道车辆检测领域，具体是一种基于轮廓扫描的车辆形位检测系统及方法。
技术介绍
车辆在轨道上长期运行，一是有可能会出现车体突出变形或车顶线缆垂落的情况，使车体外形超过了规定的尺寸，超限部分易与周围物体发生碰撞、勾连；二是一些常规部件有可能会变形、松动、破损或丢失，导致一些设备不能正常工作。上述两种情况均会给车辆的运行带来隐患。因此在车辆运行一段时间后，都要定期进行车辆的限界检测与常规部件的检测，为车辆的运行提供了安全保障。对于限界检测，传统的检测方法是用限界门的方法进行检测。这种检测方式在限界门内侧安装检测挡板，车辆如果超限会与挡板发生接触，通过侦测有无接触碰撞实现检测，这种检测方式存在以下缺陷：（1）受机械结构限制，一种检测挡板对应一种车辆，当测量不同类型的车辆时，需要更换挡板或区分车型分别建设限界门，提高了检测工序的复杂度或提升建设成本；（2）超限的车辆会与挡板发生剐蹭，不仅挡板用一段时间就需要更换，更换时间长，影响设备运用时间，还可能会对车辆造成一定损伤，增加其他附加成本。对于车辆的常规部件检查，当下主要采用两种检测方法：第一种方法是通过人的肉眼进行检查。工作人员长时间工作，会产生视觉疲劳、注意力不集中，容易造成错检或漏检。工作人员凭经验判断部件是否异常，检测的准确性不高，检测速度慢。第二种是采用2D图像分析法对于车辆外部零件进行检测，这种方法在检测区安装多个相机，利用2D图像对零件进行检测。由于2D图像分析技术的固有特性，基于2D图像分析的车辆形位检测具有如下缺陷：（1）运用时间较长的机车会有锈蚀及泥沙灰尘等附着物，即使经过清洗，也很难获得有效的照片，使得图像分析时匹配识别率很低或无法识别，建立在匹配识别基础上的测量也无法进行；（2）用2D图像测量三维的物体，对于相机的位置、角度有很高的要求，前期安装和后期维护的难度很大；（3）2D图像分析所实现的测量技术对测量方向有要求（垂直镜头方向的物体在图片中变为垂向投影，垂向长度无法测量），通过相机的组合也无法兼顾所有方向；（4）虽然2D图像分析基础算法比较成熟，车辆形位检测环境的特殊性、车辆形位的复杂性和车辆类型的多样性，将三维车辆外形转换为二维图像后，实践结果证明，很难形成切实有效的系统整体技术方案。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述问题，从而提供一种基于轮廓扫描的车辆形位检测系统及方法。本专利技术解决所述问题，采用的技术方案是：一种基于轮廓扫描的车辆形位检测系统，包括：车号识别模块：识别车辆车号，把车号上传到处理系统；测速模块：测量车辆速度，把车速上传到处理系统；激光轮廓仪：主要由激光光源和高速相机组成，相机以固定帧率拍照，把图像信息上传到处理系统；龙门架：为激光测距模块提供安装位置；处理系统：接收传感器数据，计算测量信息，是本系统的大脑。一种基于轮廓扫描的车辆形位检测方法，采用如上所述的基于轮廓扫描的车辆形位检测系统进行，包括如下步骤：S1：车号识别模块、测速模块或其他传感器检测到车辆，处理系统开始工作，激光轮廓仪开始工作；S2：多个激光轮廓仪以固定帧率拍摄图片，把图片信息上传到处理系统，处理系统识别每张图片中的激光线，建立一个二维坐标轴，把多个激光轮廓仪的激光点坐标拼接成一个完整轮廓的平面2D点云图（x,y）；S3：把测速模块上报的速度进行均化处理，得出每一个二维点云图所对应的速度，速度/帧率=z轴的距离，代入上述公式最终得到车辆的3D点云图（x,y,z）；S4：处理系统根据车号识别模块上报的车号在数据库中查找对应车型的标准3D点云图，得出通过车辆的外形、被测零件、被测零件的位置和尺寸；S5：根据车型的标准3D点云图与计算出的3D点云图进行对比，判断车辆尺寸是否超标；S6：根据车型信息可知被测件的位置，在标准被测件位置周边通过三维匹配检测被测零件是否存在，如果存在测量其尺寸，判断是否符合标准；如果不存在，则认为零件丢失。优选地，在龙门架和轨道上安装多个激光轮廓仪，使用多激光轮廓拼接技术，实现对车辆360°轮廓扫描。优选地，在测量过程中未接触到被测车辆，可以测量动态车辆，是一种非接触式在线测量方法，能测量允许通过龙门架的各种车型的车辆。优选地，首先计算出二维轮廓图（x，y），把上报的车速进行均化处理，根据公式速度/帧率=z轴的距离，进而计算出相邻二维轮廓图z轴的距离，描绘出3D点云图。优选地，所述方法通过车号自动识别车辆类型，进一步在数据库中获取通过车辆的标准尺寸和零件安装位置。优选地，先根据数据库中零件安装的位置来缩小实际零件在3D点云图中的位置，再根据三维匹配技术识别物体。优选地，能够同时测量车辆尺寸和车辆上零件的尺寸及位置。优选地，能够测量出轮廓尺寸和识别物体的尺寸及位置偏差。优选地，对不同激光轮廓仪之间的相互干扰做了相应处理。优选地，不规定车辆行驶方向，通过龙门架两个方向的车辆，不需要做任何改变就能实现对其车辆和外部零件的检测。本专利技术适应各种车型车辆需求，设计激光轮廓仪技术方案，激光轮廓仪与所有车型车辆保持一定的距离，是一种非接触式测量方式；激光反射形成的三维图像，对车体表面清晰度没有要求，细微的锈蚀和薄的粉尘沙等附着物、颜色差异和工作环境光线条件对准确的车辆形位轮廓的形成没有影响，或者对车辆形位检测的影响极小，可以忽略不计。本专利技术采用3D点云计算技术，3D点云自身由可测量的点构成，可以准确描述立体形状的长、宽、高、线面弯曲曲率等参数，本专利技术设计的激光轮廓仪，在采集点云数据时，对相机和激光发射器相对目标部件的位置和角度要求相对宽松；本专利技术独立设计三维匹配识别技术车辆及零部件外形轮廓，从立体空间查找立体物体，能够有效的避免平面相似图形，精确判断物体是否存在，是否发生形变；本专利技术设计了一套系统方案，实现对车辆整体尺寸、形状和对车辆外部零件的同时监测。本专利技术设计了多激光拼接技术，实现了对车辆纵深及外周的360°外形全覆盖监测；本专利技术采用车号自动判断车型，从数据库中提取车辆标准数据，通过标准数据减小被测件查找范围；采用上述技术方案的本专利技术，与现有技术相比，其突出的特点是：本专利技术的目的是提供一种基于轮廓扫描的车辆形位检测系统及方法，通过激光扫描车辆能够适应较恶劣的环境，具有很强的抗干扰能力，是一种非接触式、不影响设备运行的检测方法；采用3D点云计算，不仅能测量出各个尺寸，而且传感器安装简单；采用三维匹配技术，识别准确性更高；能够对车辆整体尺寸和对车辆外部零件的同时检测，节约成本；通过算法优化运算能力，提高工作效率。附图说明图1是本专利技术实施例系统的组成图；图2是本专利技术实施例方法的处理流程图。具体实施方式：下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，目的仅在于更好地理解本
技术实现思路
，因此，所举之例并不限制本专利技术的保护范围。参见图1，一种基于轮廓扫描的车辆形位检测系统，包括：车号识别模块：识别车辆车号，把车号上传到处理系统。测速模块：测量车辆速度，把车速上传到处理系统。激光轮廓仪：主要由激光光源和高速相机组成，相机以固定帧率拍照，把图像信息上传到处理系统。龙门架：为激光测距模块提供安装位置。处理系统：接收传感器数据，计算测量信息，是本系统的大脑。参见图2，一种基于轮廓扫描的车辆形位检测方法，采用如上所述的基于轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于轮廓扫描的车辆形位检测系统，其特征在于，包括：车号识别模块：识别车辆车号，把车号上传到处理系统；测速模块：测量车辆速度，把车速上传到处理系统；激光轮廓仪：主要由激光光源和高速相机组成，相机以固定帧率拍照，把图像信息上传到处理系统；龙门架：为激光测距模块提供安装位置；处理系统：接收传感器数据，计算测量信息，是本系统的大脑。

【技术特征摘要】
1.一种基于轮廓扫描的车辆形位检测系统，其特征在于，包括：车号识别模块：识别车辆车号，把车号上传到处理系统；测速模块：测量车辆速度，把车速上传到处理系统；激光轮廓仪：主要由激光光源和高速相机组成，相机以固定帧率拍照，把图像信息上传到处理系统；龙门架：为激光测距模块提供安装位置；处理系统：接收传感器数据，计算测量信息，是本系统的大脑。2.一种基于轮廓扫描的车辆形位检测方法，采用如权利要求1所述的基于轮廓扫描的车辆形位检测系统进行，其特征在于，包括如下步骤：S1：车号识别模块、测速模块或其他传感器检测到车辆，处理系统开始工作，激光轮廓仪开始工作；S2：多个激光轮廓仪以固定帧率拍摄图片，把图片信息上传到处理系统，处理系统识别每张图片中的激光线，建立一个二维坐标轴，把多个激光轮廓仪的激光点坐标拼接成一个完整轮廓的平面2D点云图（x,y）；S3：把测速模块上报的速度进行均化处理，得出每一个二维点云图所对应的速度，速度/帧率=z轴的距离，代入上述公式最终得到车辆的3D点云图（x,y,z）；S4：处理系统根据车号识别模块上报的车号在数据库中查找对应车型的标准3D点云图，得出通过车辆的外形、被测零件、被测零件的位置和尺寸；S5：根据车型的标准3D点云图与计算出的3D点云图进行对比，判断车辆尺寸是否超标；S6：根据车型信息可知被测件的位置，在标准被测件位置周边通过三维匹配检测被测零件是否存在，如果存在测量其尺寸，判断是否符合标准；如果不存在，则认为零件丢失。3.根据权利要求2所述的基于轮廓扫描的车辆形位检测方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志威，陈德君，张大龙，田明智，李千里，姚向凯，黄永生，张健，陈建超，张岩，
申请(专利权)人：唐山百川智能机器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13