CN107310430B - 基于面阵ccd的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于地铁接触网施工技术领域，提出了基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置，包括图像处理设备、中央处理主机、客户显示端和设置在动力设备顶部的实时检测设备，所述实时检测设备包括三台面阵CCD扫描相机和红外激光补偿光源，所述三台面阵CCD扫描相机用于分别对“π”型汇流排和接触线进行捕获识别，并将获取到的特征图像发送至所述图像处理设备进行分析处理得到图像的灰度值，所述中央处理主机用于计算出接触线与汇流排燕尾槽的距离，并发送到所述客户显示端进行显示，所述红外激光补偿光源用于对所述三台面阵CCD进行成像补光。本发明可在线测量接触线脱槽情况，可广泛应用于接触网施工领域。

Description

基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置

技术领域

本发明属于地铁接触网施工技术领域，具体涉及一种基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置。

背景技术

刚性悬挂接触网以净空低、电流大、成本低的优势一直应用于地铁建设中，国内主要以“π”型汇流排+150接触线的悬挂方式来给电客车提供稳定的电源，汇流排和接触线是刚性悬挂中的重要组成部件之一。

刚性悬挂接触网作为地铁施工的关键技术，其施工技术及施工精度直接影响电客车的运营安全，而接触线和汇流排的镶嵌密切度是安全运营的关键点，接触线是否脱槽以及接触线的几何参数是确保工程施工质量符合要求的重要环节。刚性悬挂接触网放线完成后，接触线的脱槽问题的人工检测不仅费时费力，而且效率低下，有时更是难以发现问题，因此，急需提出一种接触线在线检测装置，刚性悬挂接触网的接触线脱槽问题进行实时检测。

发明内容

本发明为了解决刚性悬挂接触网放线完成后人工难以发现的接触线脱槽问题，提供了一种基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置，包括图像处理设备、中央处理主机、客户显示端和设置在动力设备顶部的实时检测设备，所述实时检测设备包括三台面阵CCD扫描相机和红外激光补偿光源，所述三台面阵CCD扫描相机设置在与接触线垂直的水平直线上，用于分别对“π”型汇流排和接触线进行捕获识别，并将获取到的特征图像发送至所述图像处理设备，所述图像处理设备用于对所述特征图像进行识别、分析、处理并以灰度值形态呈现，得到图像的灰度值，并将图像灰度值传输至中央处理主机，所述中央处理主机用于将所述图像处理设备传输的图像灰度值还原为目标成像所对应的位置坐标，通过分析，计算出接触线与汇流排燕尾槽的距离，并发送到所述客户显示端进行显示，所述红外激光补偿光源位于所述三台面阵CCD扫描相机所在直线的垂直平分线上，用于对所述三台面阵CCD进行成像补光。

所述动力设备为接触网作业车，所述图像处理设备为具有图像分析处理功能的工控机，所述图像处理设备、中央处理主机和客户显示端设置在所述接触网作业的驾驶室内。

所述实时检测设备设置在所述动力设备前端顶部，所述三台面阵CCD扫描相机和红外激光补偿光源通过电源线与所述中央处理主机连接。

所述三台面阵CCD扫描相机两两间距400mm，所述红外激光补偿光源位于接触线线路中心所在直线上，所述红外激光补偿光源包括第一激光补偿光源和第二激光补偿光源，间距为150mm，所述第一激光补偿光源发射5mm宽的沿接触线线路方向的长带激光，所述第一激光补偿光源发射5mm宽的垂直于接触线线路方向的长带光源，第一激光补偿光源和第二激光补偿光源发出的两道激光束呈十字相交于动力设备上部，对所述三台面阵CCD扫描相机的捕捉图像进行补光。

所述客户显示端用于显示接触线燕尾槽与接触线高度差的波形、接触线两端燕尾槽高度的波形、接触线的波形及接触线的拉出值。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提出了一种基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置，包括设置在动力设备顶部的实时检测设备，图像处理设备、中央处理主机、客户显示端，实时检测设备包括3台设置在与接触线垂直的水平直线上的三台面阵CCD扫描相机，则通过CCC扫描相机对接触线和两端燕尾槽进行成像，可以利用成像原理和几何位置计算出接触线和两端燕尾槽的高度差，并根据高度差随位置的变化情况来判断出是否为接触线脱槽，因此本发明大大提高了检测的精度和效率；

此外，本发明还可以完成接触网的几何参数检测，在正式运营前发现安全隐患，保证了施工质量，减小了安全隐患。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置结构示意图；

图2为实时检测设备的结构示意图；

图3为实时检测设备在动力装置上的安装示意图；

图4为两台CCD面阵扫描相机对左燕尾槽成像的原理图；

图5为图4中左相机成像的放大示意图；

图6为图4中右相机成像的放大示意图；

图7为扫描相机扫描示意图；

图8为脱槽和硬点情况下燕尾槽与接触线的高度差波形变化曲线。

图中，1为动力设备，2为实时检测设备，3为面阵CCD扫描相机，4为红外激光补偿光源，5为汇流排，6为接触线，7为T字形安装架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～3所示，本发明提出了基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置，包括图像处理设备、中央处理主机、客户显示端和设置在动力设备1顶部的实时检测设备2，所述实时检测设备2包括三台面阵CCD扫描相机3和红外激光补偿光源4，所述三台面阵CCD扫描相机3设置在与接触线垂直的水平直线上，用于分别对“π”型汇流排和接触线进行捕获识别，并将获取到的特征图像发送至所述图像处理设备，所述图像处理设备用于对所述特征图像进行识别、分析、处理并以灰度值形态呈现，得到图像的灰度值，并将图像灰度值传输至中央处理主机，所述中央处理主机用于将所述图像处理设备传输的图像灰度值还原为目标成像所对应的位置坐标，通过分析，计算出接触线与汇流排燕尾槽的距离，并发送到所述客户显示端进行显示，所述红外激光补偿光源4位于所述三台面阵CCD扫描相机3所在直线的垂直平分线上，用于对所述三台面阵CCD进行成像补光。

如图3所示，为实时检测设备2在动力设备顶部1的安装示意图，图中5为汇流排，6为接触线，实时检测设备安装在接触线6的正下方。

如图2所示，为实时检测设备2的结构示意图，其中，所述三台面阵CCD扫描相机两两间距400mm，且位于中间的面阵CCD扫描相机设置在接触线路中心所在直线上，所述红外激光补偿光源包括位于接触线线路中心所在直线上的第一激光补偿光源和第二激光补偿光源，间距为150mm，所述第一激光补偿光源发射5mm宽的沿接触线线路方向的长带激光，所述第一激光补偿光源发射5mm宽的垂直于接触线线路方向的长带光源，第一激光补偿光源和第二激光补偿光源发出的两道激光束呈十字相交于动力设备上部，对所述三台面阵CCD扫描相机的捕捉图像进行补光。实时检测设备与线路中心重合，可以简化实时计算过程，并且使安装简便。此外，本发明中，实时检测设备2还可以包括一个T字形安装架7，所述三台面阵CCD扫描相机和2个激光补偿光源可以预先在T字形安装架上，然后通过螺栓或者其它方式将T字形安装架固定在所述动力设备顶部，即可以实现所述实时检测设备的安装，简化安装过程。

本发明的检测原理如下，集成检测装置安装于动力设备的高度已知，3台CCD面阵扫描相机的焦距已知，扫描相机的安装间距以及安装角度已知，则由扫描相机的成像原理计算汇流排燕尾槽与扫描相机的垂直和水平距离，同理可得接触线的垂直和水平距离，借用汇流排和接触线成品的结构尺寸特性，比较接触线两端燕尾槽与接触线的距离是否为定值，若为定值则接触线和汇流排镶嵌密切良好，若定值发生5mm以上变化则判定接触线脱槽或者接触线出现硬点，再通过波形进行观察分析比对，硬点波形为突变变化范围较短，而脱槽为渐变且变化范围较长，从而判定接触线是否脱槽。

以图4～6为例，简单介绍两个相机对左燕尾槽的位置判断原理：将左燕尾槽的位置记为S，如图4所示，左相机的安装角度为α1，焦距为f1，左相机中心为O1；右相机安装角度为为α2，焦距为f2，右相机中心为O2，两个相机的距离为d；如图5所示，左侧相机中心线与其成像面交点为C1，左燕尾槽在左相机内的成像点为S1，∠S1O1C1夹角记为β1，同理，如图6所示，右侧相机中心线与其成像面交点为C2，左燕尾槽在右相机成像点为S2，∠S2O2C2的夹角记为β2，以x表示燕尾槽的距线路中心的距离，y表示燕尾槽相对于相机中心所在水平面的初始高度；借助相机视觉拘束分析，可得左侧相机成像点S1在左相机成像面中位置，从而得知左侧相机成像点S1到其成像面中心点C1的距离l₁的值，同理可得右侧相机成像点S2到其成像面中心点C2的距离l₂的值，通过几何关系可知：

则通过下式(2)可以计算γ₁和γ₂的值：

γ₁＝α₁+β₁，γ₂＝α₂+β₂； (2)

在三角形SO1O2中，通过几何知识可以得到，左侧燕尾槽S到左相机中心O1的距离为：

进而，计算可得汇流排燕尾槽边缘距离线路中心的初始距离x和初始高度y：

通过以上计算可得出燕尾槽距离面阵CCD扫描相机的水平距离x和垂直距离y，面阵CCD扫描相机水平安装于动力设备顶部且与两钢轨线路中心平行，假设安装高度距离线路中心为h，如图7所示，可以知道，左侧燕尾槽距离轨面的距离H＝h+y，其中h为CCD扫描相机安装时可以测量的已知距离，那么x即为左侧燕尾槽距离线路中心的距离，即燕尾槽的拉出值。

因此，两台面阵CCD扫描相机可以得到一个特征点的具体位置值，同理，通过两台面阵CCD扫描相机可得接触线距离轨面的距离和右侧燕尾槽距离轨面的距离。本发明中，实施监测设备具有3台面阵CCD扫描相机，如图7所示，为各个扫描相机的扫描示意图，则通过左相机和中相机，可以得到左侧燕尾槽与轨面的距离和接触线与轨面的距离，通过右相机和中相机，同样可以得到右侧燕尾槽与轨面的距离和接触线与轨面的距离。

假设左侧燕尾槽距轨面的高度为H₁，接触线距轨面的高度为H₀，右侧燕尾槽距轨面的高度为H₂，汇流排本身为铝合金制品，具有一定的刚度，且产品尺寸公差小于0.8mm，那么左右侧燕尾槽和接触线的高差永远相等且为定值，即H₁-H₀＝H₂-H₀，施工过程中用放线小车进行接触线的展放，若因放线小车调整不到位，接触线与汇流排镶嵌不密切发生人工难以发现的短范围的脱槽现象。由于汇流排和接触线的尺寸公差均小于0.8mm，则汇流排的燕尾槽距离接触线的距离为定值，若现场测量距离与理论值出入大于3mm以上则判定汇流排脱槽或者接触线出现硬点，那么上述定值将会发生变化，在客户显示端显示的波形上，其波形不会呈直线显示，具体地，脱槽为一个较大范围的渐变波形，可以看成缓慢变化的半正弦波，最后趋于直线，如图8左图所示，而接触线硬点为突变的过程，其波形为端范围的突变波形，如图8右图所示。因此，通过对燕尾槽和接触线成像，并对成像特征点进行分析，可以计算得到燕尾槽和接触线的实际高度差，进而通过高度差的图像，对脱槽点进行检测和识别，并且还可以将脱槽与接触线硬点进行识别。

进一步地，所述动力设备可以为接触网作业车，所述图像处理设备为具有图像分析处理功能的工控机，所述图像处理设备、中央处理主机和客户显示端设置在所述接触网作业的驾驶室内。接触网作业车在轨道上匀速运行，可以对接触线与燕尾槽的实际高度差进行在线检测，提高了检测效率。

进一步地，所述实时检测设备设置在所述动力设备前端顶部，所述三台面阵CCD扫描相机和红外激光补偿光源通过电源线和通信线缆与所述图像处理设备连接。

进一步地，所述客户显示端用于显示接触线燕尾槽与接触线高度差的波形、接触线两端燕尾槽高度的波形、接触线的波形及接触线的拉出值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置，其特征在于，包括图像处理设备、中央处理主机、客户显示端和设置在动力设备顶部的实时检测设备，所述实时检测设备包括三台面阵CCD扫描相机和红外激光补偿光源，所述三台面阵CCD扫描相机设置在与接触线垂直的水平直线上，且位于中间的面阵CCD扫描相机设置在接触线路中心所在直线上，用于分别对“π”型汇流排和接触线进行捕获识别，并将获取到的特征图像发送至所述图像处理设备；所述图像处理设备用于对所述特征图像进行识别、分析、处理并以灰度值形态呈现，得到图像的灰度值，并将图像灰度值传输至中央处理主机；所述中央处理主机用于将所述图像处理设备传输的图像灰度值还原为目标成像所对应的位置坐标，通过分析，计算出接触线与汇流排两侧燕尾槽的高度差，并发送到所述客户显示端进行显示；所述红外激光补偿光源位于所述三台面阵CCD扫描相机所在直线的垂直平分线上，用于对所述三台面阵CCD进行成像补光；左侧的面阵CCD扫描相机和中间的面阵CCD扫描相机，用于得到左侧燕尾槽与轨面的高度和接触线与轨面的高度，右侧的面阵CCD扫描相机和中间的面阵CCD扫描相机，用于得到右侧燕尾槽与轨面的高度和接触线与轨面的高度，实时检测设备安装在接触线的正下方；

所述检测装置的检测方法为：

判断汇流排两侧燕尾槽与接触线的高度差是否为定值，若为定值则判定接触线和汇流排镶嵌密切良好，若定值发生5mm以上变化，则判定接触线脱槽或者接触线出现硬点，再判断燕尾槽与接触线的高度差变化波形，若波形为突变变化且范围较短，则判定为硬点，若波形为渐变且变化范围较长，则判定为接触线脱槽。

2.根据权利要求1所述的一种基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置，其特征在于，所述动力设备为接触网作业车，所述图像处理设备为具有图像分析处理功能的工控机，所述图像处理设备、中央处理主机和客户显示端设置在所述接触网作业的驾驶室内。

3.根据权利要求1所述的一种基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置，其特征在于，所述实时检测设备设置在所述动力设备前端顶部，所述三台面阵CCD扫描相机和红外激光补偿光源通过电源线与所述中央处理主机连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置，其特征在于，所述三台面阵CCD扫描相机两两间距400mm，所述红外激光补偿光源位于接触线线路中心所在直线上，所述红外激光补偿光源包括第一激光补偿光源和第二激光补偿光源，间距为150mm，所述第一激光补偿光源发射5mm宽的沿接触线线路方向的长带激光，所述第一激光补偿光源发射5mm宽的垂直于接触线线路方向的长带光源，第一激光补偿光源和第二激光补偿光源发出的两道激光束呈十字相交于动力设备上部，对所述三台面阵CCD扫描相机的捕捉图像进行补光。

5.根据权利要求1所述的一种基于面阵CCD的刚性悬挂接触线脱槽在线检测装置，其特征在于，所述客户显示端用于显示接触线燕尾槽与接触线高度差的波形、接触线两端燕尾槽高度的波形、接触线的波形及接触线的拉出值。