軌道車輛公差尺寸測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種軌道車輛公差尺寸測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)引入先進(jìn)測(cè)量方法和修配手 段，提高軌道車輛內(nèi)裝質(zhì)量，屬于軌道車輛三維測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 軌道車輛內(nèi)飾件裝配是軌道車輛生產(chǎn)的重要質(zhì)量控制項(xiàng)點(diǎn)，其控制水平綜合反映 了軌道車輛產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量控制水平，因此成為軌道交通車輛制造企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。軌道 車輛制造周期中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝開發(fā)、生產(chǎn)階段均會(huì)對(duì)內(nèi)飾裝配尺寸產(chǎn)生較大影響。
[0003] 隨著軌道交通行業(yè)的蓬勃發(fā)展，各界對(duì)軌道車輛的制造要求也越來(lái)越高。在國(guó)外， 意大利的Spanesi公司、瑞典的Caroline!·公司開發(fā)了汽車車身電子測(cè)量系統(tǒng)在測(cè)量精度、 操作性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，利用激光、紅外線掃描技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)車身三維尺寸的測(cè)量，滿 足了現(xiàn)代汽車維修業(yè)對(duì)檢測(cè)技術(shù)的新要求。但在國(guó)內(nèi)，智能掃描測(cè)量系統(tǒng)在軌道車輛車體 生產(chǎn)的應(yīng)用還比較少。而傳統(tǒng)的軌道車輛內(nèi)飾測(cè)量方法是通過(guò)人工手動(dòng)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果受 人為因素影響較多，且測(cè)量的效率和精度等都難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)周期的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種軌道車輛公差尺寸測(cè)量 系統(tǒng)，可以快速高效地測(cè)量出軌道車輛內(nèi)飾公差尺寸。系統(tǒng)具備空間尺寸自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)， 能夠同時(shí)多點(diǎn)測(cè)量，可快速高效的獲得被測(cè)量車輛內(nèi)飾的三維數(shù)據(jù)，從而提高裝配效率，對(duì) 整個(gè)軌道交通車輛的裝配具有重要意義。
[0005] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種軌道車輛公差尺寸測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：包括手持式測(cè)量設(shè)備和三維數(shù)據(jù) 處理單元；
[0007] 手持測(cè)量設(shè)備，包括DLP投影儀、兩臺(tái)CCD相機(jī)、時(shí)序控制板、圖像采集卡和數(shù)據(jù)處 理器；
[0008] 三維數(shù)據(jù)處理單元界面，包括點(diǎn)云顯示區(qū)、點(diǎn)云信息區(qū)、命令編輯區(qū)和相機(jī)顯示 區(qū)。
[0009] 所述的軌道車輛公差尺寸測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：時(shí)序控制板分別與數(shù)據(jù)處理器、 兩臺(tái)CCD相機(jī)、DLP投影儀相連，DLP投影儀與數(shù)據(jù)處理器相連，兩臺(tái)CCD攝像機(jī)均通過(guò)圖像 采集卡和數(shù)據(jù)處理器相連；
[0010] 所述的軌道車輛公差尺寸測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述兩臺(tái)CCD相機(jī)的光心軸與 DLP投影儀光心軸的夾角均在20度至60度之間，且測(cè)量時(shí)保持DLP投影儀與兩臺(tái)CCD相機(jī) 的相對(duì)位置不變。
[0011] 所述的軌道車輛公差尺寸測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述軌道車輛公差尺寸測(cè)量系 統(tǒng)設(shè)置有用于與計(jì)算機(jī)連接的USB接口。
[0012] 一種軌道車輛公差尺寸測(cè)量方法，采用所述的軌道車輛公差尺寸測(cè)量系統(tǒng)，包括 以下步驟：
[0013] (1)測(cè)量前，手持測(cè)量設(shè)備與計(jì)算機(jī)采用USB接口進(jìn)行連接，配套的三維數(shù)據(jù)處理 單元安裝在計(jì)算機(jī)中；測(cè)量時(shí)，使用DLP投影儀向被測(cè)物體投射一組光強(qiáng)呈正旋分布的光 柵圖像，并使用兩臺(tái)CCD相機(jī)同時(shí)拍攝經(jīng)被測(cè)物體表面調(diào)制而變形的光柵圖像；
[0014] (2)根據(jù)相移算法與多頻外差解相法得到光柵圖像的絕對(duì)相位值；根據(jù)預(yù)先標(biāo)定 的系統(tǒng)參數(shù)或相位-高度映射關(guān)系，從絕對(duì)相位值計(jì)算出被測(cè)物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0015] (3)獲得被測(cè)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，選擇對(duì)應(yīng)軟件上的菜單項(xiàng)，計(jì)算所需車輛內(nèi)飾公 差尺寸，以消息框的形式顯示測(cè)量結(jié)果。
[0016] 所述的軌道車輛公差尺寸測(cè)量方法，其特征在于：車輛內(nèi)飾公差尺寸包括：平面 度、角度、長(zhǎng)度、圓柱圓度。
[0017] 有益效果：本發(fā)明提供的軌道車輛公差尺寸測(cè)量系統(tǒng)，利用向被測(cè)目標(biāo)對(duì)象投射 一組光強(qiáng)呈正弦分布的光柵圖像，通過(guò)相關(guān)計(jì)算得到被測(cè)物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)三 維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)算法處理，得到需要的數(shù)據(jù)，其中涉及對(duì)象的角度、平面度、長(zhǎng)度、圓 度，也涉及到小型零件的三維檢測(cè)等。與現(xiàn)有測(cè)量車輛內(nèi)飾公差的方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) 在于：（1)受人為因素影響小，大大精簡(jiǎn)了軌道車輛尺寸公差測(cè)量的操作步驟，操作簡(jiǎn)便， 檢測(cè)結(jié)果可直觀地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上；（2)可采集到傳統(tǒng)測(cè)量方法測(cè)量局部時(shí)無(wú)法采集 到的數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)效率高；（3)測(cè)量尺寸精度高、重復(fù)性好。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明中手持式測(cè)量設(shè)備的示意圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明中三維數(shù)據(jù)處理單元界面示意圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明的測(cè)量方法；
[0021] 圖4為相位測(cè)量輪廓法角度測(cè)量原理圖；
[0022] 圖5為角點(diǎn)檢測(cè)法測(cè)物體長(zhǎng)度原理圖；
[0023] 圖6為觀測(cè)點(diǎn)與軸線幾何關(guān)系圖。
[0024] 圖中：DLP投影儀1，C⑶相機(jī)2、3,時(shí)序控制板4,圖像采集卡5、數(shù)據(jù)處理器6、被 測(cè)軌道車輛7。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0026] 如圖1所示，一種軌道車輛公差尺寸測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，手持式測(cè) 量設(shè)備和三維數(shù)據(jù)處理生成單元。
[0027] 手持式測(cè)量設(shè)備包括：DLP投影儀1，左、右C⑶相機(jī)2、3,時(shí)序控制板4,數(shù)據(jù)處理 器5和圖像采集卡6。其中，兩臺(tái)C⑶相機(jī)2、3的光心軸與DLP投影儀1光心軸的夾角均 在20度至60度之間，并且在測(cè)量時(shí)需嚴(yán)格保持DLP投影儀1與兩臺(tái)CCD相機(jī)的相對(duì)位置 不變。圖1中，7表示被測(cè)軌道車輛。
[0028] 時(shí)序控制板4分別與DLP投影儀1，兩臺(tái)C⑶相機(jī)2、3,數(shù)據(jù)處理器5相連，兩臺(tái) C⑶相機(jī)2、3通過(guò)圖像采集卡6和數(shù)據(jù)處理器5相連。
[0029] 其中DLP投影儀1向被測(cè)物體投影一組光強(qiáng)呈正弦分布的光柵圖像，兩臺(tái)C⑶相 機(jī)2、3根據(jù)時(shí)序控制板6傳輸?shù)耐叫盘?hào)進(jìn)行圖像采集，采集的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)圖像采集卡 6傳送到數(shù)據(jù)處理器5上存儲(chǔ)。
[0030] 圖1所示手持測(cè)量設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解決目標(biāo)對(duì)象三維數(shù)據(jù)的獲取問(wèn)題，測(cè)量設(shè)備 與計(jì)算機(jī)采用USB接口進(jìn)行連接，配套三維數(shù)據(jù)處理單元安裝在計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)帶有圖 形顯卡。附圖2表示三維數(shù)據(jù)處理單元界面示意圖。
[0031] 如圖3所示，軌道車輛公差尺寸測(cè)量方法，具體步驟如下：
[0032] (1)測(cè)量時(shí)使用DLP投影儀1向被測(cè)物體被測(cè)軌道車輛7投射一組光強(qiáng)呈正旋分 布的光柵圖像，并使用CCD相機(jī)2、3同時(shí)拍攝經(jīng)被測(cè)物體表面調(diào)制而變形的光柵圖像；
[0033] (2)根據(jù)相移算法與多頻外差解相法得到光柵圖像的絕對(duì)相位值；根據(jù)預(yù)先標(biāo)定 的系統(tǒng)參數(shù)或相位-高度映射關(guān)系，從絕對(duì)相位值計(jì)算出被測(cè)物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)； (具體實(shí)施步驟參見：李中偉.基于數(shù)字光柵投影的結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)與系統(tǒng)研究[D] [D].武漢：華中科技大學(xué)，2009)。
[0034] (3)獲得被測(cè)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，選擇對(duì)應(yīng)軟件上的菜單項(xiàng)，可計(jì)算所需車輛內(nèi)飾 公差尺寸，如平面度、角度、長(zhǎng)度、圓柱圓度等，以消息框的形式顯示測(cè)量結(jié)果。其中相關(guān)內(nèi) 飾尺寸計(jì)算步驟如下：
[0035] 3. 1平面度計(jì)算
[0036] 平面度是指被測(cè)實(shí)際表面對(duì)其理想平面的變動(dòng)量。平面度誤差是將被測(cè)實(shí)際表面 與理想平面進(jìn)行比較，兩者之間的線值距離即為平面度誤差值。忽略測(cè)量誤差，將待測(cè)平面 的點(diǎn)云數(shù)據(jù)視為被測(cè)實(shí)際表面的真實(shí)數(shù)據(jù)，將擬合出的平面視為理想平面。
[0037] 第3. 11步采用特征向量估計(jì)法（EVE)確定擬合平面的參數(shù)初值；設(shè)待擬合平面的 方程為：ax+by+cz = d ;其中：a，b，c為平面的單位法向量，即：a2+b2+c2= 1，其中：d為坐標(biāo) 原點(diǎn)至平面的距離，d彡0 ;
[0038] 第3. 12步設(shè)對(duì)某一平面進(jìn)行掃描，得到了 η個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，則任意一數(shù)據(jù)點(diǎn)的三維坐 標(biāo)（X1, Y1, Z1)至該平面的距離為：
[0039] (Ii = I aXi+byi+cZi-d I (1)
[0040] 獲得最佳擬合平面，則應(yīng)在條件下a2+b2+c2= 1，滿足：
[0041 ]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047] 其中：Axi二:? -孓Ayi二y￡·-艿=A _之；瓦又之是點(diǎn)云數(shù)據(jù)三維坐 標(biāo)的平均值。
[0048] 第3. 14步對(duì)上述矩陣進(jìn)行求解，得到平面參數(shù)的初始值a、b、c。
[0049] 第3. 15步計(jì)算所有點(diǎn)到擬合平面的距離