CN106052601A - 一种基于机器视觉的钢轨波磨检测装置 - Google Patents

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占栋
佘朝富
金友涛
杨韬
蒲继华
陈洪友
王建龙
周刊
陈栋
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的钢轨波磨检测装置,涉及钢轨波磨检测技术，旨在提供一种安装于列车转向架上的基于机器视觉获取钢轨波磨参数的检测装置。本发明采用的技术方案是这样的：包括至少三个激光测距仪、控制器、滑台、驱动装置及安装支架；所述滑台通过驱动装置安装于安装支架上，激光测距仪测距仪安装于滑台上；驱动装置用于驱动滑台沿安装支架滑动；所述激光测距仪排列成一条直线，所述直线与安装支架的径向方向垂直；所述激光测距仪、驱动装置均与控制器具有信号连接。

Description

一种基于机器视觉的钢轨波磨检测装置
技术领域
本发明涉及钢轨波磨检测技术，特别是一种基于机器视觉的钢轨波磨检测装置。
背景技术
钢轨波磨，是指钢轨投入使用后，其顶面沿纵向出现类似波浪形状的不平顺磨损。随着列车提速、轴重提高、车流密度加大和新型机车车辆结构的推广使用，钢轨波磨分布越来越广，波长范围越来越宽，钢轨波磨现象越来越严重。列车在出现波磨的钢轨上行驶，不仅导致车辆结构激烈振动并产生噪声，影响旅客乘坐舒适度和装运货物的完整性，而且缩短结构部件的使用寿命，严重时甚至危及行车安全。
一直以来，铁路维护部门都十分重视钢轨波磨的检测与治理。
目前业内常用的检测装置是手持式装置，需要人工推动装置沿钢轨行进，从而检测钢轨上的波磨情况。
然而钢轨上的波磨分布很广，例如要检测广州到北京铁路上的波磨情况，需要投入大量的人力进行检测，耗时也长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种安装于列车转向架上的基于机器视觉获取钢轨波磨参数的检测装置。
本发明采用的技术方案如下：包括至少三个激光测距仪、控制器滑台、驱动装置及安装支架；
所述滑台通过驱动装置安装于安装支架上，激光测距仪安装于滑台上；驱动装置用于驱动滑台沿安装支架滑动；
所述激光测距仪排列成一条直线，所述直线与安装支架的径向方向垂直；
所述激光测距仪、驱动装置均与控制器具有信号连接。
进一步，驱动装置位于安装支架内部；所述驱动装置包括电机、蜗杆及从动块；所述电机的转轴穿过安装支架的一个端部与蜗杆的一端连接；蜗杆的另一端与安装支架的另一个端部活动连接；
从动块套接在蜗杆上，从动块与蜗杆外表面接触的内表面具有与蜗杆外表面相配合的纹路；从动块与滑台固定连接；安装支架上具有导轨，从动块与滑台的连接部位于导轨中；所述导轨的方向与安装支架的径向一致。
进一步，所述控制器与驱动装置内部的电机具有控制信号连接。
进一步，还包括面光源及图像采集装置；
所述面光源及图像采集装置均安装于所述滑台上，面光源用于向轨道发射出平面光，且发射出的平面光所在的平面与轨道径向垂直；所述图像采集装置用于拍摄平面光与轨道相交形成的光线以及激光测距仪照射在钢轨上的光斑；
所述面光源、图像采集装置均与控制器具有信号连接。
进一步，所述控制器用于接收图像采集装置输出的图像，计算所述平面光与轨道相交形成的光线中点与所述光斑所在直线的距离，并根据所述距离控制驱动装置内部的电机直到所述距离等于0。
进一步，根据三个激光测距仪返回的数据利用弦测法计算波磨数据。
进一步，位于中间的激光测距仪到其左侧的激光测距仪距离与到其右侧的激光测距仪距离相等；
利用公式计算波磨数据：其中f(a)为位于中间的激光测距仪返回的距离，为左侧激光测距仪返回的距离，为右侧激光测距仪返回的数据。
进一步，还包括定位装置，所述定位装置与控制器具有信号连接。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明通过安装支架安装于列车底部的转向架上，列车行驶时便可完成波磨参数采集，摄像机将采集到数据进行存储或者传输给后续的处理单元，从而计算出各段钢轨的波磨程度。
2、本发明中的滑台可沿着安装支架的径向滑动，并且引入了面光源，获取面光源发出的光平面与钢轨形成的光线，进而确定光线中点与激光测距仪在钢轨上形成的光斑所在直线的距离，控制器根据距离控制电机运转，从而保证激光测距仪能照射在钢轨径向的对称轴上，为保证参数采集区域准确提供了硬件基础。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明结构图。
图2为激光测距仪在滑台上的位置示意图。
图3为摄像机采集图像的效果示意图。
图4为弦测法原理示意图。
图中标记：1为安装支架；2为滑台；3为电机；4为激光测距仪；5为激光光斑；6为相交光线；7为轨道。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明一个实施例包括控制器、三个激光测距仪4、滑台2、驱动装置及安装支架1。在其他实施例中，激光测距仪的数量可以大于3。
所述滑台2通过驱动装置安装于安装支架1上，激光测距仪4安装于滑台2上；驱动装置用于驱动滑台2沿安装支架1滑动。
如图3所示，所述激光测距仪4排列成一条直线，所述直线与安装支架1的径向方向垂直。所述控制器与激光测距仪、驱动装置均具有信号连接。
在一个优选实施例中，所述驱动装置包括电机3、蜗杆、从动块；蜗杆、从动块设置于安装支架1的内部；所述电机3的转轴穿过安装支架1的一个端部与蜗杆的一端连接；蜗杆的另一端活动安装在安装支架1的另一个端部上。
从动块套接在蜗杆上，从动块与蜗杆外表面接触的内表面具有与蜗杆外表面相配合的纹路；从动块与滑台2固定连接；安装支架1上具有导轨，从动块与滑台2的连接部位于导轨中；所述导轨的方向与安装支架1的径向一致。当电机转动时，蜗杆转动，从动块在蜗杆的驱动下带动滑台2沿安装支架1径向水平运动。
本实施例中，控制器与驱动装置中的电机具有控制信号连接。控制器发出控制指令控制电机正转或反转，从而推动滑台2在水平方向上左右运动。
本实施例，还包括定位装置，如GPS定位装置，所述定位装置与控制器具有信号连接，控制器可将列车位置信息与时间对应存储。摄像机可将拍摄图像与时间对应，方便后续图像处理时将拍摄图像与位置信息对应起来，了解每个路段的钢轨波磨情况。
由于钢轨并不是直线，而是蛇形分布，列车在经过钢轨弯曲部时，激光测距仪发出的激光不再位于钢轨的径向对称轴上，这时控制器按照一定的规则发出指令控制滑台2向钢轨内侧或外侧滑动，使激光测距仪发出的激光重新回到钢轨的径向对称轴上。
在又一实施例中，还包括面光源及图像采集装置；所述面光源及图像采集装置安装于所述滑台2上，面光源用于向轨道7发射出平面光，且发射出的平面光所在的平面与轨道7径向垂直，也即是与导轨方向平行；这样一来即使在钢轨转弯处，平光面还是垂直于钢轨径向的。本实施例取平面光与钢轨相交的光线的中点为参考，调节电机转动。
图像采集装置拍摄平面光与轨道7相交形成的光线6、激光测距仪照射在钢轨上的光斑5，如图3。控制器接收图像采集装置输出的图像，识别出出平面光与钢轨相交的光线以及三个激光光斑，然后再通过相交光线与三个激光光斑在图像中的坐标计算出相交光线的中点与三个激光光斑所在直线的距离，如果直线在中点的右侧且相距10mm，控制器控制电机顺时针或逆时针转动一定时间，驱动滑台向钢轨内侧平移10mm，使得激光光斑回到钢轨的径向对称轴上。如果直线在中点的左侧且相距7mm，控制器控制电机逆时针或顺时针转动一定时间，驱动滑台向钢轨外侧平移7mm。
下面结合实际运用进一步说明本发明原理。
使用时，需要两台本发明产品，分别安装于列车转向架左右两侧架构上，以便同时测量左右钢轨表面的波磨程度。安装支架与列车转向架实现机械连接，如螺栓、螺母配合固定。安装支架的径向(也称安装支架的长轴)与钢轨横截面平行，滑台朝下使得滑台上的激光测距仪及摄像机能朝向钢轨。激光测距仪向钢轨径向(垂直于钢轨横截面)对称轴发射激光，摄像机用于采集钢轨上的激光光斑，后续处理单元对摄像机采集到的图像进行处理后能够得到钢轨的波磨程度。
当激光光斑偏离钢轨径向对称轴时，控制器按照前述方法驱动电机，使激光光斑回到钢轨径向对称轴上。
控制器接收三个激光测距仪返回的距离数据，利用公式计算波磨数据：其中f(a)为位于中间的激光测距仪返回的距离，为左侧激光测距仪返回的距离，为右侧激光测距仪返回的数据。l为左侧激光测距仪与右侧激光测距仪之间的间距，a为位于中间的激光测距仪横坐标。参见图4。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的钢轨波磨检测装置，其特征在于，包括至少三个激光测距仪、控制器、滑台、驱动装置及安装支架；
所述滑台通过驱动装置安装于安装支架上，激光测距仪安装于滑台上；驱动装置用于驱动滑台沿安装支架滑动；
所述激光测距仪排列成一条直线，所述直线与安装支架的径向方向垂直；
所述激光测距仪、驱动装置均与控制器具有信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的钢轨波磨检测装置，其特征在于，驱动装置位于安装支架内部；所述驱动装置包括电机、蜗杆及从动块；所述电机的转轴穿过安装支架的一个端部与蜗杆的一端连接；蜗杆的另一端与安装支架的另一个端部活动连接；
从动块套接在蜗杆上，从动块与蜗杆外表面接触的内表面具有与蜗杆外表面相配合的纹路；从动块与滑台固定连接；安装支架上具有导轨，从动块与滑台的连接部位于导轨中；所述导轨的方向与安装支架的径向一致。
3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的钢轨波磨检测装置，其特征在于，所述控制器与驱动装置内部的电机具有控制信号连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的钢轨波磨检测装置，其特征在于，还包括面光源及图像采集装置；
所述面光源及图像采集装置均安装于所述滑台上，面光源用于向轨道发射出平面光，且发射出的平面光所在的平面与轨道径向垂直；所述图像采集装置用于拍摄平面光与轨道相交形成的光线以及激光测距仪照射在钢轨上的光斑；
所述面光源、图像采集装置均与控制器具有信号连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的钢轨波磨检测装置，其特征在于，所述控制器用于接收图像采集装置输出的图像，计算所述平面光与轨道相交形成的光线中点与所述光斑所在直线的距离，并根据所述距离控制驱动装置内部的电机直到所述距离等于0。
6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的钢轨波磨检测装置，其特征在于，根据三个激光测距仪返回的数据利用弦测法计算波磨数据。
7.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的钢轨波磨检测装置，其特征在于，位于中间的激光测距仪到其左侧的激光测距仪距离与到其右侧的激光测距仪距离相等；
利用公式计算波磨数据：其中f(a)为位于中间的激光测距仪返回的距离，为左侧激光测距仪返回的距离，为右侧激光测距仪返回的数据。
8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的钢轨波磨检测装置，其特征在于，还包括定位装置，所述定位装置与控制器具有信号连接。
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