CN106705862B - 一种快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法 - Google Patents

一种快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法，包括以下步骤：S10)获取轨枕螺栓的图像数据；S20)对获取的轨枕螺栓的图像数据进行处理，当计算出轨枕螺栓相对于初始标定状态发生横向偏移时，则发出控制夹钳移动方向和位移量的作业偏移量数据；S30)根据图像处理模块发出的作业偏移量数据控制夹钳移动，以保持夹钳与轨枕螺栓之间的相对位置关系。本发明能够解决现有轨枕螺栓检测方式未实现作业的自动化，效率低下，存在较大的安全隐患，容易发生误判与误操作，导致轨枕螺栓毁坏，破坏换轨进程的技术问题。

Description

一种快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法
技术领域
本发明涉及轨道工程机械技术领域，尤其是涉及一种应用于轨道工程车辆，特别是快速换轨作业车的基于图像识别的轨枕螺栓位置检测方法。
背景技术
在发达国家，铁路线路换轨作业大都采用机械化作业，而我国目前换轨作业的方法主要使用简易机具或改装车辆，施工安全性差、施工组织复杂、换轨作业效率低。国内，全路每年换轨作业量达上万公里，施工任务十分繁重。为了提高效率，满足换轨任务量要求，用来更换无缝线路的专用机械-快速换轨作业车应需而生。快速换轨作业车更换新钢轨通常采用三点入槽，入槽点处的定位夹钳与轨枕螺栓之间保持了一定的相对位置关系，因此能够有效保证夹持于夹钳的新钢轨准确、快速的放置于内外轨枕螺栓之间的承轨槽内，这是换轨车高效、准确作业的关键。
目前，在换轨作业中，现有的轨枕螺栓检测主要采用人工操作方式，夹钳与轨枕螺栓的相对定位通常采用肉眼观察，主要依据操作员个人经验手动调整与夹钳相连接的机械手柄，以达到调整新钢轨放置位置的目的。具体操作主要包括以下几个步骤：
第一步)整轨准备，并调整与夹钳相连接的机械手柄，使夹钳和铁轨位于正确的点位；
第二步)启动换轨作业；
第三步)换轨作业过程中，尤其是小曲线和缓和曲线段内，肉眼观察夹钳相对于正确放轨位置是否发生偏移；
第四步)若发生偏移，手动操作机械手柄，将夹钳拨至正确轨道位置。
由上述作业步骤可知，现有的轨枕螺栓检测系统未实现作业的自动化，准确度不高、效率低下。通过肉眼观察和作业经验确定需调整的偏移量值，容易发生误判与误操作，从而导致轨枕螺栓毁坏，破坏换轨进程。尤其在小半径圆曲线和缓和曲线作业时，由于经验不足、操作不及时等原因极易造成轨枕螺栓毁坏，且存在较大的人员安全隐患。同时，操作人员的持续性疲劳作业，存在较大的安全隐患。
因此，迫切需要一种能够实现自动定位的轨枕螺栓位置检测方式，以实现换轨作业的准确性与高效性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法，解决现有轨枕螺栓检测方式未实现作业的自动化，效率低下，存在较大的安全隐患，容易发生误判与误操作，导致轨枕螺栓毁坏，破坏换轨进程的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法的技术实现方案，一种快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法，包括以下步骤：
S10)获取轨枕螺栓的图像数据；
S20)对获取的轨枕螺栓的图像数据进行处理，当计算出所述轨枕螺栓相对于初始标定状态发生横向偏移时，则发出控制夹钳移动方向和位移量的作业偏移量数据；
S30)根据所述图像处理模块发出的作业偏移量数据控制所述夹钳移动，以保持所述夹钳与所述轨枕螺栓之间的相对位置关系。
优选的，所述步骤S20)进一步包括以下过程：
S21)进行相机的参数标定，以及线光源发出的激光平面标定；
S22)设置参与判断采集图像是否为所述轨枕螺栓的阈值信息；
S23)通过所述相机采集所述轨枕螺栓的图像信息，将所述相机采集的轨枕螺栓的线轨迹拼接成图形面，并判断所述图形面与所述轨枕螺栓的截面是否一致，如果一致则进行所述轨枕螺栓的识别判断；
S24)判断采集图像对应的轨枕螺栓是否在理论的里程间隔内，并是否超出了合理的横向偏移范围，如均满足条件，则判断为轨枕螺栓；
S25)以初始对中状态下的检测值为基准，计算出所述轨枕螺栓相对于初始标定状态的横向偏移量，并得出作业偏移量数据；
S26)将计算出的作业偏移量数据发送至控制板，并由所述控制板向作业油缸控制系统发送动作指令控制所述夹钳的移动方向和位移量。
优选的，所述步骤S21)中相机的参数标定进一步包括以下过程：
标定所述相机的参数，以确定所述相机的内部参数、外部参数和畸变参数，所述相机的参数包括CCD主点在图像平面坐标系中的坐标、焦距、像素宽度和高度，以及旋转矩阵和平移向量。在标定所述相机的参数前，完成所述相机在工作状态下的光圈和焦距调节，并固定所述相机的姿态。
优选的，所述步骤S21)中线光源发出的激光平面标定进一步包括以下过程：
以标定靶平面P0中的某一点O0为原点，建立标定坐标系O0-X0Y0Z0，相机的坐标系为Oc-XcYcZc。设所述相机的图像平面为Pi，激光平面为P1，激光平面P1与标定靶平面P0相交于直线L，点P为直线L上的一点，设所述点P在标定坐标系上的坐标为(X0,Y0,0)，在相机的图像平面中坐标为(Xc,Yc,Zc)。点P在所述相机中的像点为p，设点p在图像平面坐标系中的坐标为(u，v)，将图像平面坐标系中的坐标(u，v)转换至标定坐标系O0-X0Y0Z0。
优选的，所述步骤S22)进一步包括以下过程：
设置参与判断采集图像是否为正确的轨枕螺栓的各类阈值，所述阈值包括轨枕螺栓间距、横向偏移量、高度范围、截面积大小、报警条件和初始偏移量。
优选的，所述步骤S23)进一步包括以下过程：
所述线光源投射至所述轨枕螺栓的表面，由所述相机采集所述轨枕螺栓的轮廓光影。在换轨车运行时，对所述轨枕螺栓的轮廓光影进行连续采集，以所述轨枕螺栓的理论高度为基准，截取在该基准设定上下范围内的扫描图像，从而实现线轨迹到图形面的拼接。将采集到的轨枕螺栓的线轨迹拼接成图形面，并判断所述图形面与所述轨枕螺栓的截面是否一致。
优选的，所述步骤S24)进一步包括以下过程：
通过测量轮采集所述换轨车的作业里程信息，以提供所述轨枕螺栓所在位置的信息。判断采集的图像是否在理论的里程间隔内，以及是否超出合理的横向偏移范围，如均满足条件，则判断为轨枕螺栓。
优选的，所述步骤S25)进一步包括以下过程：
偏移量的计算以初始对中状态下的检测值为基准，初始对中状态为在换轨车启动作业前，钢轨对轨入槽就绪后的状态。在该状态下，所述线光源发出的激光线中心与位于钢轨外侧的轨枕螺栓的中心大致重合，入槽处的钢轨位于每对轨枕螺栓之间的中央位置，测量所述轨枕螺栓到初始标定中心的初始值Xo。当所述换轨车运行，并检测出所述轨枕螺栓相对于初始标定中心的横向偏移X≠Xo时，则控制所述夹钳移动的位移量为ΔX＝X-Xo。
优选的，所述步骤S23)进一步包括以下过程：
所述相机在触发板的连续触发下，等时间间隔地采集所述线光源在作业现场的扫描轨迹。
优选的，所述线光源、相机与镜头以固定的三角结构整体安装于所述换轨车的第二钢轨收放装置上靠近所述夹钳的固定连接结构处，以及第五钢轨收放装置上靠近所述夹钳的固定连接结构处。
通过实施上述本发明提供的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法的技术方案，具有如下有益效果：
(1)本发明实现了换轨作业的自动化，大幅提升了换轨作业的效率，有效避免了安全隐患的发生，避免了误判与误操作造成的破坏；
(2)本发明采用高速相机捕获线光源的扫描轨迹，在线光源的检测模式下，相机的最大帧频可以达到7000fps，保证了快速换轨车直线作业10km/h，曲线作业5km/h的作业要求，大大提升了换轨作业的效率；
(3)本发明增强了轨枕螺栓定位的准确性，通过采用高精度的图像识别自动检测，并结合里程间隔，高度范围设置、偏移量界限等一系列逻辑判断，使误检率和漏检率大大降低，有效保证了定位的准确性；
(4)本发明有效消除换轨作业的安全隐患，通过自动化检测代替人工检测，避免了操作人员的持续性疲劳作业，且检测结果的正确性、可靠性的提高，减少了轨枕螺栓的位置误判，避免了作业的误动作，大大地消除了安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1是本发明快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法所基于的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测系统的结构组成框图；
图2是本发明所基于的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测系统中图像处理和数据分析模块的结构功能框图；
图3是本发明所基于的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测系统在快速换轨车上的安装结构示意图；
图4是本发明快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法一种具体实施方式的检测原理示意图；
图5是本发明快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法一种具体实施方式中系统标定过程的程序流程图；
图6是本发明快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法一种具体实施方式中激光平面标定过程的原理示意图；
图7是本发明快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法一种具体实施方式图像处理过程中的轨枕螺栓扫描图像；
图8是本发明快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法一种具体实施方式图像处理过程中的从线轨迹拼接成图形面的示意图；
图9是本发明快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法一种具体实施方式检测过程的程序流程图；
图10是本发明所基于的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测系统中图像采集模块在钢轨收放装置上的安装结构示意图；
图中：1-图像采集模块，2-图像处理模块，3-作业控制模块，4-触发板，5-电源，6-第二钢轨收放装置一，7-第五钢轨收放装置，8-前司机室，9-后司机室，10-换轨车，11-线光源，12-镜头，13-相机，20-钢轨收放装置，21-图像处理和分析模块，22-工业PC机，30-夹钳，31-控制板，32-作业油缸控制系统，33-测量轮，40-轨枕螺栓，50-钢轨，60-轨枕，70-固定连接结构，210-系统标定单元，211-参数设置单元，212-图像处理单元，213-螺栓识别单元，214-偏移量计算单元，215-通信单元。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：
换轨车：一种能快速更换钢轨、实现扣件自动回收的车辆；
夹钳：钢轨收放装置的一部分，通过左右两部分将钢轨夹持于中央；
工业PC机：工业计算机的简称；
CCD：Charge-coupled Device，电荷耦合元件的简称。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1至附图10所示，给出了本发明快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如附图1所示，一种本发明方法所基于的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测系统的具体实施例，包括：
图像采集模块1，用于获取轨枕螺栓40的图像数据；
图像处理模块2，对图像采集模块1获取的轨枕螺栓40的图像数据进行处理，当计算出轨枕螺栓40相对于初始标定状态(换轨车10在初始对中状态下，线光源11发出的激光线中心与位于钢轨50外侧的轨枕螺栓40的中心大致重合，使得激光线能够照射在位于钢轨50外侧的轨枕螺栓40上，此状态被称为初始标定状态)发生横向偏移时，则发出控制夹钳30移动方向和位移量的作业偏移量数据；
作业控制模块3，根据图像处理模块2发出的作业偏移量数据控制夹钳30移动，以保持夹钳30与轨枕螺栓40之间的相对位置关系。
如附图4所示，图像采集模块1进一步包括线光源11、镜头12和相机13，相机13进一步采用高速3D CCD相机。线光源11、镜头12和相机13以固定的三角结构封装，并整体固接于换轨车10的钢轨收放装置20上靠近夹钳30的固定连接结构70处，使得夹钳30至相机13中心的相对位置固定。镜头12设置于相机13的前端，线光源11配合相机13进行成像，由线光源11发出的激光线中心保持投射至轨枕螺栓40的中心一定范围(基本位于轨枕螺栓40的中心)，由线光源11发出的激光线在相机13的图像平面上成像。相机13采集线光源11在作业现场的扫描轨迹，保存并通过千兆以太网传输至图像处理模块2进行后续处理。
图像采集模块1还包括与相机13相连的触发板4，触发板4为相机13提供脉冲触发信号，触发相机13等时间间隔地采集线光源11在作业现场的扫描轨迹，线光源11在作业现场的扫描轨迹再传输至图像处理模块2进行分析和处理。
作业控制模块3进一步包括控制板31，及与控制板31相连的作业油缸控制系统32。控制板31接收图像处理模块2发出的作业偏移量数据，发送动作指令至作业油缸控制系统32，控制夹钳30的移动方向和位移量。
作业控制模块3还包括测量轮33，测量轮33用于采集并向图像处理模块2提供换轨车10的作业里程信息，以提供轨枕螺栓40所在位置的信息。
图像处理模块2进一步包括图像处理和分析模块21，图像处理和分析模块21基于工业PC机22实现。图像处理和分析模块21获取相机13的中心与轨枕螺栓40图像的位置关系，并计算出轨枕螺栓40与夹钳30之间的距离，从而控制夹钳30移动对应的位移量，并将钢轨50放置在位于内外轨枕螺栓40之间的承轨槽内。
如附图2所示，图像处理和分析模块21进一步包括系统标定单元210、参数设置单元211、图像处理模块212、螺栓识别单元213、偏移量计算单元214和通信单元215。
系统标定单元210，用于进行相机13的参数标定，以及线光源11发出的激光平面标定；
参数设置单元211，用于设置参与判断采集图像是否为轨枕螺栓40的阈值信息；
图像处理模块212，用于将相机13采集的轨枕螺栓40的线轨迹拼接成图形面，并判断图形面与轨枕螺栓40的截面是否一致，如果一致则进行轨枕螺栓40的识别判断；
螺栓识别单元213，判断采集图像对应的轨枕螺栓40是否在理论的里程间隔内，并是否超出合理的横向偏移范围，如均满足条件，则判断为轨枕螺栓40；
偏移量计算单元214，以初始对中状态下的检测值为基准，计算出轨枕螺栓40相对于初始标定状态的横向偏移量，并得出作业偏移量数据；初始对中状态为在换轨车10启动作业前，钢轨50对轨入槽就绪后的状态；
通信单元215，将计算出的作业偏移量数据通过RS232串口通信发送至换轨车10的控制板31，并由控制板31向作业油缸控制系统32发送动作指令控制夹钳30的移动方向和位移量。
如附图3和附图10所示，线光源11、镜头12和相机13以固定的三角结构整体安装于换轨车10的第二钢轨收放装置6上靠近夹钳30的固定连接结构70处，以及第五钢轨收放装置7上靠近夹钳30的固定连接结构70处(或第三钢轨收放装置上靠近夹钳30的固定连接结构处，以及第六钢轨收放装置上靠近夹钳30的固定连接结构处)。触发板4、图像处理模块2及控制板31布置于后司机室9内的控制机柜中。作业油缸控制系统32布置于前司机室8内的控制机柜中。附图10中，20为钢轨收放装置，50为钢轨，60为轨枕。
实施例1描述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测系统基于机器视觉检测，提高了换轨作业效率，节约了人力成本，消除了安全隐患，实现了基于机器视觉的轨枕螺栓自动化检测。
实施例2
一种快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法的具体实施例，包括以下步骤：
S10)获取轨枕螺栓40的图像数据；
S20)对获取的轨枕螺栓40的图像数据进行处理，当计算出轨枕螺栓40相对于初始标定状态发生横向偏移时，则发出控制夹钳30移动方向和位移量的作业偏移量数据；
S30)根据图像处理模块2发出的作业偏移量数据控制夹钳30移动，以保持夹钳30与轨枕螺栓40之间的相对位置关系。
步骤S20)进一步包括以下过程：
S21)进行相机13的参数标定，以及线光源11发出的激光平面标定；
S22)设置参与判断采集图像是否为轨枕螺栓40的阈值信息；
判断检测高度范围设置是否完成，如果设置完成则进入下一步；
S23)通过相机13采集轨枕螺栓40的图像数据，将相机13采集的轨枕螺栓40的线轨迹拼接成图形面，并判断图形面与所述螺栓40的截面是否一致，如果一致则进行轨枕螺栓40的识别判断；
S24)判断采集图像对应的轨枕螺栓40是否在理论的里程间隔内，并是否超出了合理的横向偏移范围，如均满足条件(即轨枕螺栓40在理论的里程间隔内，并且没有超出合理的横向偏移范围)，则判断为轨枕螺栓40；
S25)以初始对中状态下的检测值为基准，计算出轨枕螺栓40相对于初始标定状态的横向偏移量，并得出作业偏移量数据；
S26)将计算出的作业偏移量数据发送至控制板31，并由控制板31向作业油缸控制系统32发送动作指令控制夹钳30的移动方向和位移量。
轨枕螺栓40检测过程的程序流程如附图9所示，检测流程包含了以上的参数设置、图像处理、轨枕螺栓40识别、偏移量计算和串口通信流程。
如附图5所示，步骤S21)中相机13的参数标定进一步包括以下过程：
标定相机13的参数，以确定相机13的内部参数、外部参数和畸变参数，相机13的参数包括CCD主点在图像平面坐标系中的坐标、焦距、像素宽度和高度，以及旋转矩阵和平移向量。在标定相机13的参数前，完成相机13在工作状态下的光圈和焦距调节，并固定相机13的姿态，标定过程的优劣将直接影响原始图像数据的质量好坏。
如附图5和附图6所示，步骤S21)中线光源11发出的激光平面标定进一步包括以下过程：
以标定靶平面P0中的某一点O0为原点，建立标定坐标系O0-X0Y0Z0，相机13的坐标系为Oc-XcYcZc。设相机13的图像平面为Pi，激光平面为P1，激光平面P1与标定靶平面P0相交于直线L，点P为直线L上的一点，设点P在标定坐标系上的坐标为(X0,Y0,0)，在相机13的图像平面中坐标为(Xc,Yc,Zc)。点P在相机13中的像点为p，设点p在图像平面坐标系中的坐标为(u，v)，将图像平面坐标系中的坐标(u，v)转换至标定坐标系O0-X0Y0Z0。激光平面标定的目的在于确定激光平面在标定坐标系(XoOoYo)下的方程。同时，激光平面的标定过程也明确了相机坐标系(XcOcYc)和标定坐标系之间的转换关系，由此结合相机13的标定参数，就能够实现相机13拍摄的影像与实际被测物(轨枕螺栓40)的对应关系，从而实现识别定位。
步骤S22)进一步包括以下过程：
设置参与判断采集图像是否为正确的轨枕螺栓40的各类阈值，阈值包括轨枕螺栓间距、横向偏移量、高度范围、截面积大小、报警条件和初始偏移量。
步骤S23)进一步包括以下过程：
线光源11投射至轨枕螺栓40的表面，由相机13采集轨枕螺栓40的轮廓光影，如附图7所示。在换轨车10运行时，对轨枕螺栓40的轮廓光影进行连续采集，以轨枕螺栓40的理论高度为基准，截取在该基准一定上下范围内的扫描图像，从而实现线轨迹到图形面的拼接，如附图8所示。线光源11投射到轨枕螺栓40的表面，可由相机13采集其轮廓光影。将采集到的轨枕螺栓40的线轨迹拼接成图形面，并判断图形面与轨枕螺栓40的截面是否一致。
步骤S24)进一步包括以下过程：
通过测量轮33采集换轨车10的作业里程信息，以提供轨枕螺栓40所在位置的信息。判断采集的图像是否在理论的里程间隔内，以及是否超出合理的横向偏移范围，如均满足条件，则判断为轨枕螺栓40。
步骤S25)进一步包括以下过程：
偏移量的计算以初始对中状态下的检测值为基准，初始对中状态为在换轨车10启动作业前，钢轨50对轨入槽就绪后的状态。在该状态下，线光源11发出的激光线中心与位于钢轨50外侧的轨枕螺栓40中心大致重合，使得激光线能够照射在位于钢轨50外侧的轨枕螺栓40上。入槽处的钢轨50位于每对轨枕螺栓40之间的中央位置，测量轨枕螺栓40到初始标定中心(在初始标定状态下，线光源11发出的激光线中心)的初始值Xo。因为初始状态是换轨车10作业启动后应保持的最佳状态，因此当换轨车10运行，并检测出轨枕螺栓40相对于初始标定中心的横向偏移X≠Xo时，则控制夹钳30移动的位移量为ΔX＝X-Xo，从而保持线光源11发出的激光线中心与位于钢轨50外侧的轨枕螺栓40的中心大致重合。
步骤S23)进一步包括以下过程：
相机13在触发板4的连续触发下，等时间间隔地采集线光源11在作业现场的扫描轨迹。
通过实施本发明具体实施例描述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法的技术方案，能够产生如下技术效果：
(1)本发明具体实施例描述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法实现了换轨作业的自动化，大幅提升了换轨作业的效率，有效避免了安全隐患的发生，避免了误判与误操作造成的破坏；
(2)本发明具体实施例描述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法采用高速3D相机捕获线光源的扫描轨迹，在线光源的检测模式下，相机的最大帧频可以达到7000fps，保证了快速换轨车直线作业10km/h，曲线作业5km/h的作业要求，大大提升了换轨作业的效率；
(3)本发明具体实施例描述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法增强了轨枕螺栓定位的准确性，通过采用高精度的图像识别自动检测，并结合里程间隔，高度范围设置、偏移量界限等一系列逻辑判断，使误检率和漏检率大大降低，有效保证了定位的准确性；
(4)本发明具体实施例描述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法有效消除换轨作业的安全隐患，通过自动化检测代替人工检测，避免了操作人员的持续性疲劳作业，且检测结果的正确性、可靠性的提高，减少了轨枕螺栓的位置误判，避免了作业的误动作，大大地消除了安全隐患。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (8)

1.一种快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10)线光源(11)投射至轨枕螺栓(40)的表面，由相机(13)采集所述轨枕螺栓(40)的轮廓光影，以获取轨枕螺栓(40)的图像数据；
S20)对获取的轨枕螺栓(40)的图像数据进行处理，当计算出所述轨枕螺栓(40)相对于初始标定状态发生横向偏移时，则发出控制夹钳(30)移动方向和位移量的作业偏移量数据；
S30)根据发出的作业偏移量数据控制所述夹钳(30)移动，以保持所述夹钳(30)与所述轨枕螺栓(40)之间的相对位置关系；
所述步骤S20)进一步包括以下过程：
S21)进行相机(13)的参数标定，以及线光源(11)发出的激光平面标定；
S22)设置参与判断采集图像是否为所述轨枕螺栓(40)的阈值信息；
S23)通过所述相机(13)采集所述轨枕螺栓(40)的图像信息，将所述相机(13)采集的轨枕螺栓(40)的线轨迹拼接成图形面，并判断所述图形面与所述轨枕螺栓(40)的截面是否一致，如果一致则进行所述轨枕螺栓(40)的识别判断；
S24)判断采集图像对应的轨枕螺栓(40)是否在理论的里程间隔内，并是否超出了合理的横向偏移范围，如均满足条件，则判断为轨枕螺栓(40)；
S25)以初始对中状态下的检测值为基准，计算出所述轨枕螺栓(40)相对于初始标定状态的横向偏移量，并得出作业偏移量数据；
S26)将计算出的作业偏移量数据发送至控制板(31)，并由所述控制板(31)向作业油缸控制系统(32)发送动作指令控制所述夹钳(30)的移动方向和位移量；
所述步骤S21)中线光源(11)发出的激光平面标定进一步包括以下过程：
以标定靶平面P0中的某一点O0为原点，建立标定坐标系O0-X0Y0Z0，相机(13)的坐标系为Oc-XcYcZc；设所述相机(13)的图像平面为Pi，激光平面为P1，激光平面P1与标定靶平面P0相交于直线L，点P为直线L上的一点，设所述点P在标定坐标系上的坐标为(X0,Y0,0)，在相机(13)的图像平面中坐标为(Xc,Yc,Zc)；点P在所述相机(13)中的像点为p，设像点p在图像平面坐标系中的坐标为(u，v)，将图像平面坐标系中的坐标(u，v)转换至标定坐标系O0-X0Y0Z0。
2.根据权利要求1所述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法，其特征在于，所述步骤S21)中相机(13)的参数标定进一步包括以下过程：
标定所述相机(13)的参数，以确定所述相机(13)的内部参数、外部参数和畸变参数，所述相机(13)的参数包括CCD主点在图像平面坐标系中的坐标、焦距、像素宽度和高度，以及旋转矩阵和平移向量；在标定所述相机(13)的参数前，完成所述相机(13)在工作状态下的光圈和焦距调节，并固定所述相机(13)的姿态。
3.根据权利要求1或2所述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法，其特征在于，所述步骤S22)进一步包括以下过程：
设置参与判断采集图像是否为正确的轨枕螺栓(40)的各类阈值，所述阈值包括轨枕螺栓间距、横向偏移量、高度范围、截面积大小、报警条件和初始偏移量。
4.根据权利要求3所述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法，其特征在于，所述步骤S23)进一步包括以下过程：
在换轨车(10)运行时，对所述轨枕螺栓(40)的轮廓光影进行连续采集，以所述轨枕螺栓(40)的理论高度为基准，截取在该基准设定上下范围内的扫描图像，从而实现线轨迹到图形面的拼接；将采集到的轨枕螺栓(40)的线轨迹拼接成图形面，并判断所述图形面与所述轨枕螺栓(40)的截面是否一致。
5.根据权利要求4所述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法，其特征在于，所述步骤S24)进一步包括以下过程：
通过测量轮(33)采集所述换轨车(10)的作业里程信息，以提供所述轨枕螺栓(40)所在位置的信息；判断采集的图像是否在理论的里程间隔内，以及是否超出合理的横向偏移范围，如均满足条件，则判断为轨枕螺栓(40)。
6.根据权利要求1、2、4或5任一项所述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法，其特征在于，所述步骤S25)进一步包括以下过程：
偏移量的计算以初始对中状态下的检测值为基准，初始对中状态为在换轨车(10)启动作业前，钢轨(50)对轨入槽就绪后的状态；在该状态下，所述线光源(11)发出的激光线中心与位于钢轨(50)外侧的轨枕螺栓(40)的中心大致重合，入槽处的钢轨(50)位于每对轨枕螺栓(40)之间的中央位置，测量所述轨枕螺栓(40)到初始标定中心的初始值Xo；当所述换轨车(10)运行，并检测出所述轨枕螺栓(40)相对于初始标定中心的横向偏移X≠Xo时，则控制所述夹钳(30)移动的位移量为ΔX＝X-Xo。
7.根据权利要求6所述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法，其特征在于，所述步骤S23)进一步包括以下过程：
所述相机(13)在触发板(4)的连续触发下，等时间间隔地采集所述线光源(11)在作业现场的扫描轨迹。
8.根据权利要求1、2、4、5或7任一项所述的快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法，其特征在于：所述线光源(11)、相机(13)与镜头(12)以固定的三角结构整体安装于所述换轨车(10)的第二钢轨收放装置(6)上靠近所述夹钳(30)的固定连接结构(70)处，以及第五钢轨收放装置(7)上靠近所述夹钳(30)的固定连接结构(70)处。
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