基于激光轮廓的轮对检测系统、方法和介质技术方案

本发明专利技术公开了基于激光轮廓的轮对检测系统、方法和介质，涉及轮廓轮对自动检测技术，解决了传统人工检测方法费时费力，激光轮廓检测方法的采样率低的问题。本发明专利技术包括数据处理模块依据L3和L4采集到的踏面平滑部分点云数据建立踏面平滑模型并采用岭回归拟合得到损失函数方程模型，数据处理模块依据L3和L4采集到的踏面轮缘部分点云数据建立踏面轮缘模型并采用最小二乘法计算得到模拟方程模型；用于综合两种模型并调用Python包中的学习库建立拟合方程模型同时建模踏面曲线，并进行踏面拟合推算轮缘基点，最低点，求得轮缘高度与宽度。本发明专利技术相比传统人工具有高效率，高精度，稳定，低成本的优势，相比于2D图像更简易安装。

【技术实现步骤摘要】
基于激光轮廓的轮对检测系统、方法和介质
本专利技术涉及激光轮廓轮对自动检测技术，具体涉及基于激光轮廓的轮对检测系统、方法和介质。
技术介绍
现有轮对检测技术的方法可以划分为几类：(1)人工专用卡尺方法。(2)图像检测方法。(3)超声遥测检测方法。(4)激光轮廓检测方法；检测方法优点：1)人工专用卡尺方法：操作方便，测量精度可以达到0.1mm。2)图像检测方法：采样率高，机构简单，精度高，自动检测。3)超声遥测检测方法：非接触式测量，精度较高，自动检测。4)激光轮廓检测方法：安装简单，精度高，自动检测。检测方法缺陷：1)人工专用卡尺方法：检测精度受人工影响较大，人工检测效率低。2)图像检测方法：造价相对昂贵，光源相对摄像机位置微小变化将会增大检测误差。3)超声遥测检测方法：结构复杂，安装调试困难。4)激光轮廓检测方法：采样率低。现在的地铁正在越来越迈向智能化运维时代，随着硬件设备性能提升，高精度的自动检测成为轮对检测发展方向。相比传统人工检测方法费时费本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于激光轮廓的轮对检测系统，其特征在于，包括3D激光轮廓传感器和数据处理模块；/n两组所述3D激光轮廓传感器分别设置在两侧车轨所在地面上，所述3D激光轮廓传感器包括四个传感器L1-L4，其中传感器L4设置在轮对所在的一侧轮轨外侧地面上，传感器L1-L3设置在轮对所在的一侧轮轨内侧地面上，传感器L1-L3沿着一侧轮轨铺设方向安装，传感器L4与L3对齐；/n所述3D激光轮廓传感器用于采样获取轮对转动过程中的多组激光点云数据并发送至数据处理模块；/n所述数据处理模块用于依据激光点云数据计算得到轮缘的高度与宽度；/n包括数据处理模块依据L1-L4激光点云数据合并得到坐标系，数据处理模块依据L3和L...

【技术特征摘要】
1.基于激光轮廓的轮对检测系统，其特征在于，包括3D激光轮廓传感器和数据处理模块；
两组所述3D激光轮廓传感器分别设置在两侧车轨所在地面上，所述3D激光轮廓传感器包括四个传感器L1-L4，其中传感器L4设置在轮对所在的一侧轮轨外侧地面上，传感器L1-L3设置在轮对所在的一侧轮轨内侧地面上，传感器L1-L3沿着一侧轮轨铺设方向安装，传感器L4与L3对齐；
所述3D激光轮廓传感器用于采样获取轮对转动过程中的多组激光点云数据并发送至数据处理模块；
所述数据处理模块用于依据激光点云数据计算得到轮缘的高度与宽度；
包括数据处理模块依据L1-L4激光点云数据合并得到坐标系，数据处理模块依据L3和L4采集到的踏面平滑部分点云数据建立踏面平滑模型并采用岭回归拟合得到损失函数方程模型，数据处理模块依据L3和L4采集到的踏面轮缘部分点云数据建立踏面轮缘模型并采用基于最小二乘法的拉格朗日乘子式计算得到模拟方程模型；
数据处理模块用于综合两种模型并调用Python包中的学习库建立拟合方程模型同时建模踏面曲线，并进行踏面拟合推算轮缘基点，最低点，求得轮缘高度与宽度。


2.根据权利要求1所述的基于激光轮廓的轮对检测系统，其特征在于，所述数据处理模块还用于根据感器L1-L3采集到的点云数据基于3点确定圆直径的基本几何原理计算得到轮对直径。


3.根据权利要求2所述的基于激光轮廓的轮对检测系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括对踏面平滑部分采用岭回归方法，轮缘部分采用多项式回归方法进行拟合将点云数据，按横坐标分为K段，建立拟合方程：



a为待定系数，f(x)为基函数{1,x,x2,…,xn},mk为基函数个数，xs1,xs2分别为s段点云横坐标的左右界限；
数据处理模块根据拟合方程建立的踏面模型包括损失函数方程模型和基于最小二乘法的模拟方程模型；
其中，损失函数方程模型为



数据处理模块通过使用python包sklearn进行岭回归求解踏面平滑部分；
基于最小二乘法的模拟方程模型为：



C为基点坐标，所述踏面模型还满足分段函数处一阶导数连续条件:
Dk1＝Fk-1(xsk)-Fk(xsk)＝0
Dk2＝F′k-1(xsk)-F′k(xsk)＝0
建立拉格朗日乘子式：



数据处理模块通过使用Python包sympy进行求解踏面模型的拟合方程。


4.根据权利要求3所述的基于激光轮廓的轮对检测系统，其特征在于，所述数据处理模块对L1,L2,L3点云求解端面点，并根据踏面模型的拟合方程求解踏面xa,ya,xb,yb,xc,yc；
代入3个基点依据如下公式求得轮对直径：



x0,y0为轮对圆的中心，求出直径为：



还包括数据处理模块用于进行轮对内侧间距测量：
L＝xL3+x′L3+L′
其中，轮对两侧的传感器L3各自端点到激光器距离为xL3,x′L3,两个传感器L3之间距离为L′。


5.基于激光轮廓的轮对检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.1，轮对转动过程中，提取各个激光轮廓传感器L1,L2,L3,L4的多组点云数据，轮对设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡润轩，唐翀，
申请(专利权)人：北京铁科时代科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11