CN107402214A - 一种智能缺陷检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能缺陷检测系统，包括移动平台系统、轨道检测系统及隧道穹顶检测系统，所述移动平台系统搭载轨道检测系统和隧道穹顶检测系统沿轨道移动；所述移动平台系统包括运行轮系、移动平台本体；所述移动平台本体包括车架及电气控制系统；所述轨道检测系统和隧道穹顶检测系统固定于移动平台系统本体。本发明对地铁水泥轨道或隧道穹顶进行智能无损检测、记录、定位，效率高，检测准确，可替代高强度人工检测工作，实现了一种无人化巡检工作模式。

Description

一种智能缺陷检测系统
技术领域
本发明涉及一种检测系统，具体说是一种智能缺陷检测系统。
背景技术
目前，针对地铁轨道和隧道穹顶的检测基本依赖于人工目测，或者通过手持仪器检测，而这两种检测方式对工作人员的经验要求非常高，而且检测的准确度比较低，检测效率低，工作人员手持检测仪的检测方式不仅工作强度高，而且工作人员的人身安全也得不到保障。
因此，需要提供一种效率高，准确度高的新型检测模式，以降低工作强度，从而改善工作人员的工作环境。
发明内容
为克服现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种自主式智能缺陷检测系统，该系统不仅探测效率高，检测结果的准确度高，而且降低了工作人员的劳动强度，可有效保障工作人员的人身安全。
本发明由以下技术方案实现：
一种智能缺陷检测系统， 包括移动平台系统、轨道检测系统及隧道穹顶检测系统，所述移动平台系统搭载轨道检测系统和隧道穹顶检测系统沿轨道移动；所述移动平台系统包括运行轮系、移动平台本体；所述移动平台本体包括车架及电气控制系统；所述轨道检测系统和隧道穹顶检测系统固定于移动平台系统本体。
进一步的，所述电气控制系统包括供电系统、控制系统、驱动系统、环境监控系统、导航避障系统及远程控制终端；所述供电系统分别与控制系统、驱动系统、环境监控系统及导航避障系统有线连接，提供能量；所述控制系统与供电系统、驱动系统、环境监控系统及导航避障系统有线连接；所述控制系统与远程控制终端无线连接。
进一步的，所述控制系统包括中央控制模块、图传数控模块；所述中央控制模块负责协调和控制驱动系统、导航避障系统的运行；所述图传数控模块负责将环境视频数据及系统状态数据无线传输给远程控制终端。
进一步的，所述供电系统包括锂电池模块和隔离电压转换模块，锂电池模块输出的直流电通过隔离电压转换模块生成隔离直流电。
进一步的，所述驱动系统包括永磁同步电机和驱动模块。
进一步的，所述环境监控系统包括监控摄像头和视频服务器，所述监控摄像头和视频服务器安装于移动平台本体四周。
进一步的，所述导航避障系统包括里程计模块、路标系统及激光测距模块；所述里程计模块由编码器组成，用于记录移动平台系统行进的相对里程；所述路标系统用于位置修正；所述激光测距模块用于避障。
进一步的，所述路标系统是RFID模式、条码或者二维码模式、图像识别模式中的任一一种。
进一步的，所述移动平台本体上安装有快速接头，所述轨道检测系统包括支架、相机组件及光源组件，所述固定安装于快速接头的支架包括可水平伸缩的相机支臂、可竖直上翻的光源摆臂，所述相机组件分布于相机支臂上，所述光源组件分布于光源摆臂上。
进一步的，所述隧道穹顶检测系统包括支架、相机组件及光源组件，所述支架可为上下伸缩式或关节臂式。
进一步的，所述相机组件为线阵相机，所述光源组件为线阵光源，线阵相机和线阵光源与供电系统电连接，线阵相机分别与控制系统和导航避障系统电连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
通过电动移动平台系统，搭载缺陷检测系统，对检测系统进行远程遥控操作,对地铁水泥轨道表面或隧道穹顶进行智能无损检测、图像采集、定位,为后期地铁水泥轨道或隧道穹顶维修提供精确定位，提高维修效率。
该系统对地铁水泥轨道或隧道穹顶进行智能无损检测、记录、定位，效率高，检测准确，可替代高强度人工检测工作，实现了一种无人化巡检工作模式。
该系统配备远程控制系统，可远距离对检测系统行驶速度、工作状态等进行控制，检测到缺陷后进行图像及位置进行记录，本系统高智能高精准高可靠性特点为后期维修提供精确定位，提高作业效率。
附图说明
图1为本发明的整体工作示意图。
图2为本发明的系统组成结构图。
图3为本发明的移动平台系统结构图。
图4为本发明的电气控制系统组成逻辑框图。
图5为本发明的轨道检测系统及隧道穹顶检测系统的结构图。
图6为本发明的轨道检测系统及隧道穹顶检测系统的工作与非工作状态图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
根据图1所示，本发明公开了一种自主式智能缺陷检测系统在地铁水泥轨道上自主移动，通过电动移动平台系统，搭载缺陷检测系统，对检测机器人进行远程遥控操作，对地铁水泥轨道表面和隧道穹顶进行智能无损检测、图像采集和定位，为后期维修提供精准定位。
根据图2所示，自主式智能缺陷检测系统由移动平台系统、轨道检测系统和隧道穹顶检测系统组成。移动平台系统搭载轨道检测系统和隧道穹顶检测系统沿轨道进行自主移动，轨道检测系统对轨道进行表面缺陷检测，隧道穹顶检测系统对隧道进行表面缺陷检测。检测系统分轨道检测系统和隧道穹顶检测系统。
根据图3所示移动平台系统包括运行轮系、移动平台本体和快速接头。运行轮系为钢轨轮对式，分前轮系和后轮系。移动平台本体有车架及电气控制系统组成。在移动平台本体前后左右安装有快速接头，快速接头上有螺孔及通孔，可以与外围设备仪器进行快速组合安装。
根据图4，电气控制系统由供电系统、控制系统、驱动系统、环境监控系统、导航避障系统及远程控制终端组成，其中：
供电系统由锂电池模块和隔离电压转换模块组成，锂电池模块可以输出48或60V直流电，通过隔离电压转换模块生成隔离的24v、12v、5v等直流电，供给不同的设备。
控制系统由中央控制模块、图传数传模块组成，其中中央控制模块是机器人的大脑，负责协调和控制其它设备的运行，进行数据交换，可由工控机、PLC或者嵌入式控制板实现；图传数传模块负责将环境视频数据及机器人状态数据无线传输给远程控制终端，数据主要通过4G网络传输，如果条件允许，也可以架设wifi网络实现。
驱动系统由一台永磁同步电机和驱动控制模块组成。
环境监控系统由4台监控摄像头和视频服务器组成，分别安装在机器人本体的四周，以在机器人运行时观察四周环境。
导航避障系统由里程计模块、路标系统、激光测距模块组成。其中，里程计模块由四个编码器组成，编码器分别安装在机器人四个轮子上，可以记录机器人行进的相对里程，但是里程计会有累积误差，随着行走距离的增大，误差会越来越大，不利于精准定位，因此需添加路标系统进行位置修正；具体实施方式是在地铁轨道中每隔固定长度（如1公里）架设一个路标，路标中保存当前的绝对位置信息，当机器人经过路标时，就会自动获取当前路标的绝对位置，然后对编码器的位置积分进行修正，去除累积误差。
路标系统可采用三种具体实现方式，其一是RFID系统，在轨道沿线每隔固定位置布设RFID的发射装置，机器人上安装RFID接收器，路过每个路段的RFID标识时，就可获取当前的绝对位置信息；另一种实现方式是采用条码或者二维码，每隔固定位置贴在铁轨旁边，条码或二维码编码内容包含绝对位置信息，机器人上安装扫描器，当经过路段，扫描器扫到条码或二维码时，就可获取当前的绝对位置信息；第三种实现方式是采用图像识别，在机器人侧面安装线阵工业相机连续拍摄地铁隧道侧面，隧道是由一段一段的圆形管片拼接而成，每段管片宽度是固定的，根据工业相机拍摄的图片进行图像分析处理可以识别管片之间的接缝，从而识别每一个管片，因此可以对每段管片从起点开始进行编号，每段管片相对起点的位置也就可以确定了，注意这个位置是没有累积误差的，因此也可以对编码器积分进行修正。
激光测距模块是用来避障的，由八个激光测距模块组成，在机器人的前部和后部各安装四个，当机器人前进或后退方向遇到障碍时，会自动停下。由于机器人在轨道上运行，因此侧面不需要安装避障装置。
远程控制终端由一台背负式手提箱控制器组成，可以实时监测机器人状态，查看监控视频，并发送简单的控制指令。
具体检测工作实施流程如下：
1）将车体安放在待检测轨道段起点，全部系统上电；
2）控制系统控制驱动系统带动电机以设定速度前进，导航避障模系统的里程计模块开始记录本体前进里程，同时rfid路标系统开始扫描rfid路标信息，当经过rfid路标时，rfid路标系统接收到当前准确位置信息，则会与里程计记录的累积里程进行融合，修正其这段时间的积分误差。
3）在前进的过程中，导航避障系统的激光测距模块持续运行，监控机器人前后可能出现的物体距离，如果前进方向出现障碍物且障碍物接近到临界距离，则导航避障系统通知控制系统让机器人停下，以防止撞击，等待障碍物消失，才会继续前进。
4）前进过程中，轨道检测系统及隧道穹顶检测系统获取导航避障模系统里程计模块的位置信号，持续进行拍摄并记录拍摄照片的位置信息。
5）环境监控系统的视频数据通过控制系统的图传模块发送回远程控制终端显示。
根据图5，检测系统包括前端的轨道检测系统和后端的隧道穹顶检测系统。轨道检测系统位于移动平台前端，它主要负责轨道的缺陷检测。隧道穹顶检测系统位于移动平台后端，它主要负责隧道圆弧穹顶的表面缺陷检测。
轨道检测系统由支架、相机组件及光源组件等组成。支架采用型材焊接成型。三组相机组件一字排开分布于支架上端。三组光源组件一字排开分布于支架下端。
隧道穹顶检测系统由相机及光源组合及支架组成。支架可以为上下伸缩形式，支架可以为关节臂形式。
所有相机均采用线阵相机，配套线阵光源拍摄，线阵相机需搭配控制系统的编码器使用。线阵光源、线阵相机与供电系统电连接，线阵相机与编码器电连接，线阵相机与控制系统电连接。
根据图6，轨道检测系统分为工作状态和非工作状态。工作状态时，上端的边侧相机支臂外伸，下端光源摆臂呈展平状态；非工作状态时，上端的边侧相机支臂内缩，下端光源摆臂上翻到竖直状态。
隧道穹顶检测系统也分为工作状态和非工作状态。当支架为上下伸缩形式，工作时支架臂向上伸出，非工作状态时，工作时支架臂向下回缩；支架如为关节臂形式，工作时关节臂向后上翻90度到竖直状态，非工作状态时，工作时关节臂向前回转90度到水平状态。
对于具体实施方式的理解的描述仅仅是为帮助理解本发明，而不是用来限制本发明的。本领域技术人员均可以利用本发明的思想进行一些改动和变化，只要其技术手段没有脱离本发明的思想和要点，仍然在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种智能缺陷检测系统，其特征在于： 包括移动平台系统、轨道检测系统及隧道穹顶检测系统，所述移动平台系统搭载轨道检测系统和隧道穹顶检测系统沿轨道移动；所述移动平台系统包括运行轮系、移动平台本体；所述移动平台本体包括车架及电气控制系统；所述轨道检测系统和隧道穹顶检测系统固定于移动平台系统本体。
2.根据权利要求1所述的一种智能缺陷检测系统，其特征在于：所述电气控制系统包括供电系统、控制系统、驱动系统、环境监控系统、导航避障系统及远程控制终端；所述供电系统分别与控制系统、驱动系统、环境监控系统及导航避障系统有线连接，提供能量；所述控制系统与供电系统、驱动系统、环境监控系统及导航避障系统有线连接；所述控制系统与远程控制终端无线连接。
3.根据权利要求2所述的一种智能缺陷检测系统，其特征在于：所述控制系统包括中央控制模块、图传数控模块；所述中央控制模块负责协调和控制驱动系统、导航避障系统的运行；所述图传数控模块负责将环境视频数据及系统状态数据无线传输给远程控制终端。
4.根据权利要求2所述的一种智能缺陷检测系统，其特征在于：所述供电系统包括锂电池模块和隔离电压转换模块，锂电池模块输出的直流电通过隔离电压转换模块生成隔离直流电。
5.根据权利要求2所述的一种智能缺陷检测系统，其特征在于：所述驱动系统包括永磁同步电机和驱动模块。
6.根据权利要求2所述的一种智能缺陷检测系统，其特征在于：所述环境监控系统包括监控摄像头和视频服务器，所述监控摄像头和视频服务器安装于移动平台本体四周。
7.根据权利要求2所述的一种智能缺陷检测系统，其特征在于：所述导航避障系统包括里程计模块、路标系统及激光测距模块；所述里程计模块由编码器组成，用于记录移动平台系统行进的相对里程；所述路标系统用于位置修正；所述激光测距模块用于避障。
8.根据权利要求7所述的一种智能缺陷检测系统，其特征在于：所述路标系统是RFID模式、条码或者二维码模式、图像识别模式中的任一一种。
9.根据权利要求2所述的一种智能缺陷检测系统，其特征在于：所述移动平台本体上安装有快速接头，所述轨道检测系统包括支架、相机组件及光源组件，所述固定安装于快速接头的支架包括可水平伸缩的相机支臂、可竖直上翻的光源摆臂，所述相机组件分布于相机支臂上，所述光源组件分布于光源摆臂上。
10.根据权利要求2所述的一种智能缺陷检测系统，其特征在于：所述隧道穹顶检测系统包括支架、相机组件及光源组件，所述支架可为上下伸缩式或关节臂式。
11.根据权利要求9或10任一所述的一种智能缺陷检测系统，其特征在于：所述相机组件为线阵相机，所述光源组件为线阵光源，线阵相机和线阵光源与供电系统电连接，线阵相机分别与控制系统和导航避障系统电连接。
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