具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例介绍一种轨道车辆车体底架曲面面型检测系统，包括：控制器，用于支撑待测车体底架的支撑机构，以及设置于支撑机构上方的测量架；

所述测量架上安装有至少一个测量单元；各测量单元包括光栅投影仪和分别设置于光栅投影仪两侧的图像采集器，两个图像采集器的视场总范围至少覆盖光栅投影仪在待测车体底架上的投影范围；所述图像采集器的数据输出端、光栅投影仪的控制端分别连接控制器，光栅投影仪的控制端包括移相控制端；

控制器控制光栅投影仪向待测车体底架表面投射多组位相不同的光栅条纹图像，图像采集器采集待测车体底架平面上的光栅图像，传输给控制器，控制器根据接收到的光栅图像数据以及向投影仪发出的移相控制参数，计算待测车体底架表面的曲面面型。

如图1所示，检测系统中，控制器采用工控计算机3，测量单元1设置在测量架5上，测量架安装在支架2上，并位于待测轨道车辆车体底架9的上方，支撑机构包括4个布置于同一长方形4个角点上的4个支座4。

1台投影仪和2台千兆网工业CMOS相机、2个工业摄像镜头构成一个测量单元，本实施例考虑待测车体的长度设置位置固定的两组测量单元，每个测量单元中，光栅投影仪101、图像采集器-CMOS相机102分别可采用现有产品；光栅投影仪、CMOS相机均电性连接工控计算机3，投影仪、CMOS相机、工控计算机由电源7供电。

检测系统还包括标定光源，本实施例中，标定光源采用LED灯珠6，如图1，为适应轨道车辆车体底架的长度，LED灯珠设置10个，底架每一侧设置5个，两侧的标定光源分别一一相对布置，单侧多个标定光源中，相邻标定光源之间的距离相等；所有标定光源位于同一参考平面上，该参考平面与轨道车辆车体底架基准平面位于同一平面内。

标定光源的位置为已知，通过图像采集器对已知位置的标定光源进行采集，可计算得到由相机采集数据推算被测点位置的相关参数，从而能够在实际检测时，根据图像采集结果计算图像上各点的位置。

为了提高相机标定结果的可靠性，本实施例中，相邻测量单元的投影范围边缘相互重叠，视场范围边缘相互重叠；各测量单元中，两个图像采集器的视场范围重叠区域覆盖一对标定光源；相邻测量单元的图像采集器的视场范围重叠区域覆盖一对标定光源；各测量单元图像采集器的总视场范围的外边缘覆盖一对标定光源。由此可实现各图像采集器的视场区域至少覆盖2个标定光源，同时能够确保整个待测曲面都能够被检测到。

根据测量精度和架设许可高度，调整CMOS相机的化解，或更换镜头焦距，结合用2组、3组或多组测量单元，可以满足多种车型车体大小的测量。

本实施例的测量单元及测量架可安装于一支架2上，可在待测车体底架焊接完成并吊装在测量工位的支座上后，将支架连同测量单元移动到待测底架上方。两个测量单元安装在距离待测车体底架表面上方1.8m高度位置处，单个图像采集器的视场范围覆盖待测车体底架表面6.2m*4.9m的待测范围，相邻图像采集器的视场范围设有重叠区域。可以确保至少23m长、4.9m宽整车车体的测量范围。

测量单元位置确定后，通过工控计算机控制高清投影仪向待测车体底架表面投射正弦光栅条纹，通过各测量单元的2个千兆网CMOS相机对投影正弦光栅成像。当底架表面起伏变化时，成像正弦光栅将会发生变形，局部改变光栅图像的位相，解调出这种位相变化即得到底架表面高度变化量。

实施例2

与实施例1基于相同的发明构思，但与实施例1设置至少2个测量单元实现待测车体底架不同位置的曲面面型检测所不同的是，本实施例的检测系统中，如图2所示，测量架包括水平设置的滑轨，测量单元滑动连接安装于滑轨上。在测量时，通过测量单元在滑轨上的滑动实现对较长车体底架表面的测量，降低系统成本。测量单元可通过滑动座滑动安装于滑轨上，滑动安装座的滑移驱动可采用自动化的结构设计，进而由控制器进行控制，实现测量单元移动与检测的自动控制和配合，以移动测量方式覆盖全程测量。

实施例3

本实施例介绍一种采用实施例1或2所述检测系统的轨道车辆车体底架曲面面型检测系统的检测方法，包括：

控制器控制光栅投影仪向待测车体底架表面投射设定频率的正弦光栅条纹；

控制器通过各测量单元中的已标定的2个图像采集器获得相应单个投影区域内的待测车体底架表面条纹图像；

控制器控制光栅投影仪投射至待测车体底架表面的正弦光栅条纹移相多次，并通过图像采集器获取每次移相后的待测车体底架表面条纹图像；

控制器根据获得的图像数据，以及图像对应的位相，利用预设的光栅条纹移相解调算法，计算得到待测车体底架表面不同位置处的图像条纹位相变化；

控制器根据所述图像条纹位相变化确定待测车体底架表面曲面的面型分布数据。

具体的涉及以下内容。

一、测量前的相机标定

如图1和图2的实施例，在测量工位待放车体底架两边对称安置2列10个LED灯珠，灯珠横向间距3.6m，纵向安放位置在相邻相机视场边缘重叠区内，保证相邻相机都能对其成像，用高精度激光扫平仪确定10颗灯珠在同一水平面内。用这10颗LED灯珠已知的位置确定测量单元安装、调试、定位，标定相机参数，并用于CMOS相机间的图像数据拼接。

相机标定通过标定光源辅助实现，具体可采用现有标定算法，由采集到的光源位置处图像数据，以及已知的光源位置数据，可确定相机相关参数。

二、检测过程

首次测量前，选取标准平面，调整支座使标准平面与10颗LED灯珠平面处于同一平面内。开启投影仪，向标准平面投射正弦光栅条纹，4台相机同时采集图像，依次改变投影条纹位相，每次移动π/2的位相，连续采集4次图像，运用移相解调法，求解图像条纹上各点的位相，作为初始位相，保存在计算机内，即完成测量单元的标定。

待测车体底架吊装就位后，控制投影仪向待测车体表面投射特定频率的正弦条纹，车体底架表面起伏面型变化，会改变图像条纹的形状，使条纹间位相发生变化，相机采集各次移相时的4帧图像，运用移相法，求解图像条纹上各点的位相。

测量过程中，相机每个测量周期进行4次采样，每次采样之间，投影条纹在车体长度方向移动π/2的位相，千兆网工业CMOS相机分别获得底架各位置处的表面条纹图像。

CMOS相机将数据传递给工控计算机，工控计算机通过光栅条纹移相解调法，解出图像条纹位相变化，即可得到底架表面曲面面型分布数据。

正弦光栅条纹分别移相0、π/2、π和3π/2位相，CMOS相机所采集的条纹图像分别对应为I₀(x,y)、I_π/2(x,y)、I_π(x,y)和I_3π/2(x,y)，则四幅正弦光栅图像表示为：

式中，A代表背景光强，B代表条纹的调制幅值，I(x,y)代表坐标为(x,y)的点的光强，则对于任意一点(x,y)，其对应的相位为：

利用上式解出图像上各点的相位将该相位与预先标定的初始相位进行比较得到待测车体底架上各点的位相变化量，即表面面型数据。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。