轨道车辆公差尺寸测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种轨道车辆公差尺寸测量系统，通过引入先进测量方法和修配 手段，提高轨道车辆内装质量，属于轨道车辆三维测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 轨道车辆内饰件装配是轨道车辆生产的重要质量控制项点，其控制水平综合反映 了轨道车辆产品开发和质量控制水平，因此成为轨道交通车辆制造企业关注的焦点。轨道 车辆制造周期中，产品设计、工艺开发、生产阶段均会对内饰装配尺寸产生较大影响。
[0003] 随着轨道交通行业的蓬勃发展，各界对轨道车辆的制造要求也越来越高。在国外， 意大利的Spanesi公司、瑞典的Caroline!·公司开发了汽车车身电子测量系统在测量精度、 操作性方面具有一定的优势，利用激光、红外线扫描技术可实现对车身三维尺寸的测量，满 足了现代汽车维修业对检测技术的新要求。但在国内，智能扫描测量系统在轨道车辆车体 生产的应用还比较少。而传统的轨道车辆内饰测量方法是通过人工手动测量，测量结果受 人为因素影响较多，且测量的效率和精度等都难以满足现代生产周期的要求。 【实用新型内容】
[0004] 目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种轨道车辆公差尺寸 测量系统，可以快速高效地测量出轨道车辆内饰公差尺寸。系统具备空间尺寸自动化检测 技术，能够同时多点测量，可快速高效的获得被测量车辆内饰的三维数据，从而提高装配效 率，对整个轨道交通车辆的装配具有重要意义。
[0005] 技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
[0006] -种轨道车辆公差尺寸测量系统，其特征在于：包括手持式测量设备；手持式测 量设备，包括DLP投影仪、两台CCD相机、时序控制板、图像采集卡和数据处理器；
[0007] 所述的轨道车辆公差尺寸测量系统，其特征在于：时序控制板分别与数据处理器、 两台CCD相机、DLP投影仪相连，DLP投影仪与数据处理器相连，两台CCD摄像机均通过图像 采集卡和数据处理器相连；
[0008] 所述的轨道车辆公差尺寸测量系统，其特征在于：所述两台CCD相机的光心轴与 DLP投影仪光心轴的夹角均在20度至60度之间，且测量时保持DLP投影仪与两台CCD相机 的相对位置不变。
[0009] 所述的轨道车辆公差尺寸测量系统，其特征在于：所述轨道车辆公差尺寸测量系 统设置有用于与计算机连接的USB接口。
[0010] 一种轨道车辆公差尺寸测量方法，采用所述的轨道车辆公差尺寸测量系统，包括 以下步骤：
[0011] (1)测量前，手持式测量设备与计算机采用USB接口进行连接，配套的三维数据处 理单元安装在计算机中；三维数据处理单元界面，包括点云显示区、点云信息区、命令编辑 区和相机显不区；
[0012] 测量时，使用DLP投影仪向被测物体投射一组光强呈正旋分布的光栅图像，并使 用两台CCD相机同时拍摄经被测物体表面调制而变形的光栅图像；
[0013] (2)根据相移算法与多频外差解相法得到光栅图像的绝对相位值；根据预先标定 的系统参数或相位-高度映射关系，从绝对相位值计算出被测物体表面的三维点云数据；
[0014] (3)获得被测物体的点云数据后，选择对应软件上的菜单项，计算所需车辆内饰公 差尺寸，以消息框的形式显示测量结果。
[0015] 所述的轨道车辆公差尺寸测量方法，其特征在于：车辆内饰公差尺寸包括：平面 度、角度、长度、圆柱圆度。
[0016] 有益效果：本实用新型提供的轨道车辆公差尺寸测量系统，利用向被测目标对象 投射一组光强呈正弦分布的光栅图像，通过相关计算得到被测物体表面的三维点云数据， 对三维点云数据进行相关算法处理，得到需要的数据，其中涉及对象的角度、平面度、长度、 圆度，也涉及到小型零件的三维检测等。与现有测量车辆内饰公差的方法相比，本实用新型 的优点在于：（1)受人为因素影响小，大大精简了轨道车辆尺寸公差测量的操作步骤，操作 简便，检测结果可直观地显示在计算机屏幕上；（2)可采集到传统测量方法测量局部时无 法采集到的数据，采集数据效率高；（3)测量尺寸精度高、重复性好。
【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型中手持式测量设备的示意图；
[0018] 图2为本实用新型中三维数据处理单元界面示意图；
[0019] 图3为本实用新型的测量方法；
[0020] 图4为相位测量轮廓法角度测量原理图；
[0021] 图5为角点检测法测物体长度原理图；
[0022] 图6为观测点与轴线几何关系图。
[0023] 图中：DLP投影仪1，C⑶相机2、3,时序控制板4,图像采集卡5、数据处理器6、被 测轨道车辆7。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
[0025] 如图1所示，一种轨道车辆公差尺寸测量系统，包括：DLP投影仪1，左、右C⑶相机 2、3，时序控制板4,数据处理器5和图像采集卡6。其中，两台C⑶相机2、3的光心轴与DLP 投影仪1光心轴的夹角均在20度至60度之间，并且在测量时需严格保持DLP投影仪1与 两台CCD相机的相对位置不变。图1中，7表示被测轨道车辆。
[0026] 时序控制板4分别与DLP投影仪1，两台C⑶相机2、3,数据处理器5相连，两台 C⑶相机2、3通过图像采集卡6和数据处理器5相连。
[0027] 其中DLP投影仪1向被测物体投影一组光强呈正弦分布的光栅图像，两台C⑶相 机2、3根据时序控制板6传输的同步信号进行图像采集，采集的图像数据通过图像采集卡 6传送到数据处理器5上存储。
[0028] 图1所示手持式测量设备的系统结构解决目标对象三维数据的获取问题，测量设 备与计算机采用USB接口进行连接，配套三维数据处理单元安装在计算机中，计算机带有 图形显卡。附图2表示三维数据处理单元界面示意图。
[0029] 如图3所示，轨道车辆公差尺寸测量方法，具体步骤如下：
[0030] (1)测量时使用DLP投影仪1向被测物体被测轨道车辆7投射一组光强呈正旋分 布的光栅图像，并使用CCD相机2、3同时拍摄经被测物体表面调制而变形的光栅图像；
[0031] (2)根据相移算法与多频外差解相法得到光栅图像的绝对相位值；根据预先标定 的系统参数或相位-高度映射关系，从绝对相位值计算出被测物体表面的三维点云数据； (具体实施步骤参见：李中伟.基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究[D] [D].武汉：华中科技大学，2009)。
[0032] (3)获得被测物体的点云数据后，选择对应软件上的菜单项，可计算所需车辆内饰 公差尺寸，如平面度、角度、长度、圆柱圆度等，以消息框的形式显示测量结果。其中相关内 饰尺寸计算步骤如下：
[0033] 3. 1平面度计算
[0034] 平面度是指被测实际表面对其理想平面的变动量。平面度误差是将被测实际表面 与理想平面进行比较，两者之间的线值距离即为平面度误差值。忽略测量误差，将待测平面 的点云数据视为被测实际表面的真实数据，将拟合出的平面视为理想平面。
[0035] 第3. 11步采用特征向量估计法（EVE)确定拟合平面的参数初值；设待拟合平面的 方程为：ax+by+cz = d ;其中：a，b，c为平面的单位法向量，即：a2+b2+c2= 1，其中：d为坐标 原点至平面的距离，d彡0 ;
[0036] 第3. 12步设对某一平面进行扫描，得到了 η个数据点，则任意一数据点的三维坐 标（Xl，yi，Zl)至该平面的距离为：
[0037] (Ii = I ax i+byi+cZi-d (I)
[0038] 获得