用于钢轨打磨廓形的3D线激光相机位姿校正装置及方法

本发明涉及图像处理领域，特别涉及用于钢轨打磨廓形的3d线激光相机位姿校正装置及方法。

背景技术：

1、目前，随着地铁钢轨投入使用时间的增加，地铁钢轨的廓形可能会发生形变，为避免廓形发生形变的地铁钢轨对在其上运行行驶的地铁列车造成摇晃等不安全情形，需要对廓形发生形变的地铁钢轨进行廓形打磨。钢轨打磨是利用砂轮或铣刀对钢轨表面进行磨削的技术，由于具有保持钢轨横截面廓形、去除钢轨表面伤损等优势，已是钢轨养护维修的重要手段。以钢轨打磨车为例，其通常具有多组打磨砂轮，通过液压随动机构调整打磨砂轮相对于钢轨横截面中心的倾斜角度，形成对钢轨横截面轮廓曲线包络线族，从而实现钢轨轮廓顶面和侧面不同位置的打磨。经过砂轮打磨后，钢轨表面的形貌和粗糙度均发生了变化。

2、现有技术中，采用接触式钢轨磨耗卡尺测量钢轨外轮廓尺寸的方法普遍存在工作效率低，检测不准确的问题，无法满足钢轨打磨廓形测量的需求。基于激光视觉测量技术的钢轨无损测量方法非常流行，通过提取线激光图像中的光条中心像素坐标，采用激光三角法解算得到钢轨外轮廓信息，该方法测量精度高，抗干扰能力强。但是，现有技术中，3d线激光相机的位姿校正主要依靠人工按刻线目视装调，精度较差且效率较低，从而影响后续的廓形测量工作。

3、因此，需要提供用于钢轨打磨廓形的3d线激光相机位姿校正装置及方法，用于提高钢轨打磨廓形的3d线激光相机位姿校正的效率及准确度。

技术实现思路

1、本发明提供用于钢轨打磨廓形的3d线激光相机位姿校正装置，包括定位件、基座、测量相机位姿校正块规及位姿调整组件，其中，所述定位件用于固定所述基座，所述测量相机位姿校正块规设置在所述基座上，所述位姿调整组件用于基于待校正的3d线激光相机获取的对所述测量相机位姿校正块规的扫描测量数据，对所述待校正的3d线激光相机的位姿进行调整。

2、进一步地，所述基座的廓形及尺寸基于待打磨的钢轨的廓形及尺寸确定，所述基座上开设有凹槽，所述凹槽上设置有导向限位轨，所述导向限位轨的长度方向与测量坐标系的x轴平行，所述凹槽上还设置有前限位圆柱销和后限位圆柱销，所述测量相机位姿校正块规设置在所述导向限位轨上，所述凹槽还设置有驱动所述测量相机位姿校正块规沿着所述导向限位轨的长度方向移动的驱动件；所述定位件包括第一定位组件、第二定位组件、第一夹紧组件及第二夹紧组件，其中，所述第一定位组件和所述第二定位组件分别与所述基座的两端的顶部抵接，所述第一夹紧组件和所述第二夹紧组件分别与所述基座的两端的底部抵接。

3、进一步地，所述测量相机位姿校正块规的截面为梯形，所述测量相机位姿校正块规包括校正测量长程斜面和校正测量短程斜面，所述校正测量长程斜面与所述校正测量短程斜面相互平行，所述校正测量长程斜面与所述测量坐标系的xoy基准面之间存在夹角，所述校正测量长程斜面和所述校正测量短程斜面之间存在高度差；所述校正测量长程斜面上还设置有第一标定矩形块，所述校正测量短程斜面上还设置有第二标定矩形块，所述第一标定矩形块的长度方向和所述第二标定矩形块均与所述测量坐标系的x轴平行；所述校正测量长程斜面的倾斜角度和尺寸、所述校正测量短程斜面的倾斜角度和尺寸、所述第一标定矩形块的倾斜角度和尺寸及所述第二标定矩形块的倾斜角度和尺寸，均基于所述待打磨的钢轨的廓形及尺寸确定。

4、进一步地，所述测量相机位姿校正块规的侧壁还开设有至少一个防干涉开口，所述测量相机位姿校正块规的底部还开设有减重孔。

5、本发明提供用于钢轨打磨廓形的3d线激光相机位姿校正方法，应用上述的用于钢轨打磨廓形的3d线激光相机位姿校正装置，包括：基于所述校正测量长程斜面的倾斜角度和尺寸、所述校正测量短程斜面的倾斜角度和尺寸、所述第一标定矩形块的倾斜角度和尺寸及所述第二标定矩形块的倾斜角度和尺寸，确定多个初始位姿；基于所述校正测量长程斜面的倾斜角度和尺寸、所述校正测量短程斜面的倾斜角度和尺寸、所述第一标定矩形块的倾斜角度和尺寸、所述第二标定矩形块的倾斜角度和尺寸以及所述待校正的3d线激光相机的相机参数，确定移动参数；对于每个所述初始位姿，将所述待校正的3d线激光相机调整至所述初始位姿，基于所述移动参数，控制所述驱动件驱动所述测量相机位姿校正块规沿着所述导向限位轨的长度方向移动，所述待校正的3d线激光相机在所述测量相机位姿校正块规移动过程中，获取所述初始位姿对应的连续扫描数据；基于每个所述初始位姿对应的连续扫描数据，确定所述待校正的3d线激光相机的目标位姿；基于所述目标位姿对所述待校正的3d线激光相机进行位姿校正。

6、进一步地，所述基于所述校正测量长程斜面的倾斜角度和尺寸、所述校正测量短程斜面的倾斜角度和尺寸、所述第一标定矩形块的倾斜角度和尺寸及所述第二标定矩形块的倾斜角度和尺寸，确定多个初始位姿，包括：建立样本数据库，其中，所述样本数据库用于存储多个位姿样本，所述位姿样本包括样本轨道对应的样本校正测量长程斜面的倾斜角度和尺寸、样本校正测量短程斜面的倾斜角度和尺寸、样本第一标定矩形块的倾斜角度和尺寸及样本第二标定矩形块的倾斜角度和尺寸，所述位姿样本还包括样本目标位姿；基于所述校正测量长程斜面的倾斜角度和尺寸、所述校正测量短程斜面的倾斜角度和尺寸、所述第一标定矩形块的倾斜角度和尺寸及所述第二标定矩形块的倾斜角度和尺寸，从所述多个位姿样本中确定多个目标位姿样本；基于所述多个目标位姿样本包括的样本目标位姿，确定所述多个初始位姿。

7、进一步地，所述基于所述校正测量长程斜面的倾斜角度和尺寸、所述校正测量短程斜面的倾斜角度和尺寸、所述第一标定矩形块的倾斜角度和尺寸、所述第二标定矩形块的倾斜角度和尺寸以及所述待校正的3d线激光相机的相机参数，确定移动参数，包括：生成多种初始移动参数；对于每种所述初始移动参数，基于所述校正测量长程斜面的倾斜角度和尺寸、所述校正测量短程斜面的倾斜角度和尺寸、所述第一标定矩形块的倾斜角度和尺寸、所述第二标定矩形块的倾斜角度和尺寸以及所述待校正的3d线激光相机的相机参数，确定所述初始移动参数对应的扫描数据组数；基于每种所述初始移动参数对应的扫描数据组数，确定所述移动参数。

8、进一步地，所述基于每个所述初始位姿对应的连续扫描数据，确定所述待校正的3d线激光相机的目标位姿，包括：对于每个所述初始位姿，基于所述初始位姿对应的连续扫描数据，生成所述初始位姿对应的扫描物理参数特征；基于每个所述初始位姿对应的扫描物理参数特征和所述校正测量长程斜面、校正测量短程斜面、第一标定矩形块及第二标定矩形块对应的真实物理参数特征，对所述多个初始位姿进行筛选，确定多个目标初始位姿；基于每个所述目标初始位姿对应的扫描物理参数特征和所述校正测量长程斜面、校正测量短程斜面、第一标定矩形块及第二标定矩形块对应的真实物理参数特征，确定所述待校正的3d线激光相机的目标位姿。

9、进一步地，所述基于所述初始位姿对应的连续扫描数据，生成所述初始位姿对应的扫描物理参数特征，包括：对于每组所述扫描数据，确定所述扫描数据对应的校正测量长程斜面的扫描截面轮廓、校正测量短程斜面的扫描截面轮廓及校正测量长程斜面和校正测量短程斜面之间的扫描高度差；基于所述初始位姿对应的连续扫描数据，确定校正测量长程斜面的扫描倾斜角度和校正测量短程斜面的扫描倾斜角度。

10、进一步地，所述基于每个所述初始位姿对应的扫描物理参数特征和所述校正测量长程斜面、校正测量短程斜面、第一标定矩形块及第二标定矩形块对应的真实物理参数特征，对所述多个初始位姿进行筛选，确定多个目标初始位姿，包括：基于每个所述初始位姿的每组所述扫描数据对应的校正测量长程斜面的扫描截面轮廓及校正测量短程斜面的扫描截面轮廓及所述校正测量长程斜面、校正测量短程斜面、第一标定矩形块及第二标定矩形块对应的真实物理参数特征，对所述多个初始位姿进行第一次筛选，确定多个第一候选位姿；基于每个所述初始位姿的每组所述扫描数据对应的校正测量长程斜面和校正测量短程斜面之间的扫描高度差及所述校正测量长程斜面和校正测量短程斜面对应的真实物理参数特征，对所述多个第一候选位姿进行第二次筛选，确定多个第二候选位姿；基于校正测量长程斜面的扫描倾斜角度和校正测量短程斜面的扫描倾斜角度及所述校正测量长程斜面和校正测量短程斜面对应的真实物理参数特征，对所述多个第二候选位姿进行第三次筛选，确定所述多个目标初始位姿。

11、相比于现有技术，本发明提供的用于钢轨打磨廓形的3d线激光相机位姿校正装置及方法，至少具备以下有益效果：

12、1、在校正过程中，配合3d线激光相机，精确、快速的完3d线激光相机的位姿的检测与校正，有效降低因人工按刻线目视装调带来的3d线激光相机位姿的安装误差影响。

13、2、基于待打磨的钢轨的廓形及尺寸确定基座的廓形及尺寸，调整第一定位组件、第二定位组件、第一夹紧组件及第二夹紧组件的位置后，使得第一定位组件和第二定位组件分别与基座的两端的顶部抵接，第一夹紧组件和第二夹紧组件分别与基座的两端的底部抵接，完成3d线激光相机位姿校正后，无需再次调整第一定位组件、第二定位组件、第一夹紧组件及第二夹紧组件的位置，可以直接进行待打磨的钢轨的固定，方便快捷。