高速机车车体动态限界检测系统的可行性报告VIP免费

第1页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共7页关于高速机车车体动态限界检测系统的可行性报告机车车辆及动车组整车线路高速运行试验中，需要精确测量车体限界。传统的动态限界测试方法采用激光测距二维重构成像技术，测量车体的外部轮廓。该测量方法由于受激光传感器扫描速度的限制，不能满足时速500公里以上的试验要求。本系统采用激光在车身打上标记，用高帧频摄像机摄取并存储高速运动车体的视频图像，利用三维动态变形测量技术和视频判读方法，对高速运动车体的限界实现光电非接触式精密测量。1、技术要求系统测量精度≯0.1%；距离测量误差≯2mm；工作环境温度-15℃～55℃；工作环境湿度5%～90%；第2页共7页第1页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共7页拟建装备将用于室外现场，因此要求具有较高的环境适应能力；车长：25000mm；车宽：3500mm。2、技术方案2.1基于高速摄像的三维动态变形数字化测量原理本方案基于车体是刚体的考虑和车体外形轮廓已知的前提，利用高速摄像和计算机辅助技术来获取高速运动车体的限界数据。具有不损伤物体表面，材料适应性广，测距大，精度高等优点，系统误差为小于1mm。测量原理概述：测量速度假设车辆运行速度为500Km/h，选择摄像机的帧频1000Hz，也就是两帧图像的间隔时间为0.1ms，可以算出在0.1ms的时间里车辆移动了138.8mm。因为图像能覆盖1024mm×1024mm的面积，所以两帧图像中车厢的标记位置移动了大约0.135视场，摄像机可以清晰拍下以500Km/h运动的车辆，供分析测量。摄像机（加窄带滤光片）除了系统装调、环境条件造成的测量误差以外，摄像机的分辨能力是一项主要的误差来源。本系统的摄像机应选择高分辨率的。例如加拿大MegaSpeedCorp公司生产的MS50K（1280×1024像元，500fsp）和MS55K（1280×1024像元，1000fsp）都可以满足要求。考虑到现场试验，阳光的影响很大，需要采用窄带滤光片尽量滤掉激光波长以外的杂光，为信号处理创造良好的条件。根据试验现场的布局，选择（或设计加工）合适的光学系统，既保证测量视场，又要保证测量精度。线光源技术参数波长范围：635nm/650nm/658nm电源输入：AC170～250V/DC4.5V工作方式：连续工作第3页共7页第2页共7页摄像机XYZOABCDA′B′C′D′fDdΔd编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共7页出瞳功率：100mw光束直径：3M处线宽≤2mm扇角：90°～120°频率：连续光输出光束质量：细线，均匀，明亮直线度：≥1/5000工作温度：－10℃～50℃2.2测试方法：将靶标（基准图形）贴到车体表面（如图2所示），由于图形的几何参数已知，从观测点来看，靶标的图像发生的变化就代表了车体位置和姿态的变化。摄像机安装的距离和角度通过现场校准，摄取车体上靶标的图像，经过图像采集卡变成图像数据，保存在计算机中，事后对靶标的图像进行视频判读，就可以精确推算出车体在X方向的限界坐标。视频判读的图像如图3所示。A、B、C、D表示静止或慢速行驶的车体上靶标的图像(蓝色十字丝），A′、B′、Ｃ′、Ｄ′表示高速行驶的车体上靶标的图像(红色十字丝）。由于车体在离心力的作用下，沿着Ｘ轴的负方向向外移动。靶标离摄像机的距离增加，因此在摄像机靶面上成的像的大小和比例将发生变化。摄像机的光学成像原理如图4所示。以1维情况为例说明，2维可类推。图3基于车体靶标的车体限界判读测量示意图图2基于车体靶标的单摄像机测量方案示意图第4页共7页第3页共7页图5靶标图形车体激光靶标（b）激光靶标（a）激光靶标向车体投射图6激光靶标及其向车体投射示意图LΔLΔdD2Dff编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页共7页图4摄像机的光学成像原理当车体在X方向向外移动ΔL距离时，靶标的像在尺寸上将缩小Δd。只要精确测出Δd，就可以精确计算出ΔL，得到车体的限界。车体标记的产生：用印有规定图形的靶纸（如图5所示）贴在车体上。图形大小约1m×1m。用高帧频摄像机摄取车体靶标记的图像。为了提高测量精度，尽量使图像充满视场。也可以用几只激光器组...