基于激光点云的轨道板关键几何尺寸精确测量

论文摘要

CRTSⅢ型轨道板是具有我国自主知识产权的带挡肩的新型单元板式无砟轨道板,一体成型,成品板几何尺寸精度对轨道平顺性有重要影响,现行规范要求出厂前对轨道板的几何尺寸加工偏差进行检测。基于智能机器人和高精度扫描仪的高速铁路CRTSⅢ型轨道板外形尺寸偏差自动化检测系统来进行CRTSⅢ轨道板加工尺寸偏差检测,其主要思路是通过机器人控制扫描仪分块获取各个承轨台的点云,确定点云的位置和姿态后即可进行轨道板加工尺寸的测量,其中承轨台点云的位置和姿态的精确确定是决定系统精度的核心问题之一。本文基于三维表面配准技术来对该问题开展研究,在机器人对承轨台点云的位置和姿态初步确定的基础上,进一步提高精度。在现有的三维表面配准技术的基础上提出了附加约束条件的承轨台点云配准算法,解决分块获取的承轨台点云位置与姿态的精确确定问题。该算法引入预埋套管位置作为约束,解决了最近点迭代(Iterative Closest Point,ICP)算法由于承轨台表面纵向特征单一所导致无法完成配准的问题。通过模拟和实测数据实验结果表明,提出的算法配准后表面间距离的RMSE约为0.05mm。根据CRTSⅢ型不同子型号轨道板的结构特点,提出基于轨枕的CRTSⅢ型轨道板统一模型以及轨道板坐标系,为构建适应多种子型号的统一CRTSⅢ型轨道板的处理方法奠定基础。提出了基于M估计的预埋套管参数提取算法,在预埋套管表面可能存在浮渣等噪声点的情况下,获取精确的预埋套管位置,并确定预埋套管的歪斜值。基于模拟和实测数据的实验结果表明提取的预埋套管位置偏差不大于0.01mm;同一承轨台预埋套管中心距偏差的均值为0.01mm,最大不超过0.164mm;预埋套管歪斜值偏差的均值为0.79mm,最大不超过1.56mm。提出了顾及承轨台结构特点的点云降采样方案,根据承轨台表面不同区域在提出的承轨台点云配准算法以及承轨台参数确定过程中的作用不同,采用不同的降采样方案,在保证的精度的同时保证算法的效率。通过P5600轨道板的实验,承轨台的承轨面与两个钳口面降采样比例取1/64。在各承轨台点云采用本文提出的附加约束条件的配准方法配准后,将轨道板关键几何尺寸测量项目分为承轨台内、轨枕内和轨道板内等三类来分别建立测量模型。采用P5600型、P4925型和P4856型等三种不同子型号的CRTSⅢ轨道板实测数据进行实验,结果表明不同子型号的轨道板关键几何尺寸测量精度相当,歪斜值的测量精度约为0.63mm,其余项目测量精度为0.15mm;P5600型轨道板测量的平均时间约为153.74s秒;同一轨道板多次测量歪斜偏差互差最大为0.42mm,其余测量项目结果的互差绝对值不大于0.1mm。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 CRTSⅢ型轨道板几何尺寸测量研究现状
•     1.2.2 三维点云配准研究现状
•   1.3 主要研究内容及关键问题
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 关键问题
•   1.4 本文章节安排
• 第2章 CRTSⅢ型承轨台点云预处理
•   2.1 基于轨枕的CRTSⅢ型轨道板统一模型建立及轨道板坐标系定义
•     2.1.1 轨枕坐标系及轨道板坐标系定义
•     2.1.2 基于轨枕的CRTSⅢ型轨道板统一模型
•   2.2 模板驱动的承轨台点云分割方法
•     2.2.1 承轨台分割模板
•     2.2.2 承轨台点云分割方法
•     2.2.3实验
•   2.3 顾及承轨台结构特点的点云降采样方案
•     2.3.1 承轨台结构特点分析
•     2.3.2 点云降采样方案
•     2.3.3实验
•   2.4 本章小结
• 第3章 CRTSⅢ型承轨台点云精确定位方法
•   3.1 基于M估计的预埋套管参数提取
•     3.1.1 预埋套管中心参数提取
•     3.1.2 预埋套管歪斜测量方法
•     3.1.3实验
•   3.2 附加预埋套管中心纵向偏差约束的承轨台点云配准
•     3.2.1 最小二乘表面配准技术
•     3.2.2 附加预埋套管中心纵向约束的承轨台点云配准算法
•     3.2.3实验
•   3.3 本章小结
• 第4章 轨道板关键几何尺寸精确测量方法
•   4.1 CRTSⅢ型轨道板关键几何参数计算方法
•     4.1.1 单承轨台内关键几何尺寸参数计算方法
•     4.1.2 单轨枕内关键几何尺寸参数计算方法
•     4.1.3 轨道板内关键几何尺寸参数计算方法
•   4.2实验
•     4.2.1 测量模型精度分析
•     4.2.2 测量模型效率分析
•     4.2.3 测量模型稳定性分析
•   4.3 本章小结
• 结论与展望
•   结论
•   展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文以及科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李世超

导师: 张同刚

关键词: 配准,降采样,稳健估计,点云,承轨台

来源: 西南交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,铁路运输,无线电电子学

单位: 西南交通大学

分类号: TN249;U216.3

DOI: 10.27414/d.cnki.gxnju.2019.001794

总页数: 94

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