CN109487649A - 高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，面阵相机，用于采集长定子轨道面图像，对长定子轨道面上的线缆状态实时检测；绝对里程检测模块，用于检测磁浮列车在长定子轨道上运行时对应的绝对里程信息；数据处理及存储模块将面阵相机拍摄到的长定子轨道面图像数据与绝度里程检测模块输出的绝对里程信息相关联，并对关联后的长定子轨道面图像数据进行存储；数据处理及存储模块将关联后的长定子轨道面图像数据传输给图像数据处理系统，图像数据处理系统对长定子轨道面图像数据进行离线分析处理，实现对长定子轨道面缺陷的有效检测。本发明检测效率高，便于实现高速磁浮列车轨道的自动化检测和精准维护。

Description

高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统
技术领域
本发明涉及一种高速磁浮列车长轨道长定子面视频检测装置，尤其是涉及一种用于高速磁浮列车长定子轨道线缆掉落和破损状态检测的系统。
背景技术
磁浮列车作为一种新型的交通工具，与其它轨道交通相比，高速磁浮的线路轨道具有独特性，它实际上是一种同步直线电机的长定子，在车辆的悬浮导向及其牵引系统中承担着重要作用，它的状态好坏直接影响车辆运行的稳定性、安全性以及舒适性。其中，长定子轨道的状态好坏直接关系到悬浮、牵引系统有效运行，在高速磁浮交通的日常维护管理中必须重视。
参照图1和图2，图1是长定子轨道俯视图，图2是长定子轨道正视图。长定子轨道是一种齿和槽等间隔排列的结构，线缆嵌入在长定子轨道的槽中。
长定子轨道在实际运行中会出现电缆线下挂、破损等非正常状态，影响磁浮列车的安全运行。目前的轨道日常维护管理中只能采用人工方式对长定子轨道线缆状态进行排查，难度大、效率低。
因此，研制一种自动化的长定子轨道状态检测系统显得尤为重要。随着计算机技术、传感器技术、图像处理技术和机器视觉技术的飞速发展，基于视频检测的轨道检测系统成为现在的发展趋势，国内外相关领域机构都在进行研究。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：
一种高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，包括面阵相机、绝对里程检测模块、数据处理及存储模块、图像数据处理单元。
面阵相机，用于采集长定子轨道面图像，对长定子轨道面上的线缆状态实时检测，并将实时采集到的长定子轨道面图像数据传输到数据处理及存储模块。
绝对里程检测模块，用于检测磁浮列车在长定子轨道上运行时对应的绝对里程信息。
数据处理及存储模块与面阵相机、绝对里程检测模块连接，将面阵相机拍摄到的长定子轨道面图像数据与绝度里程检测模块输出的绝对里程信息相关联，并对关联后的长定子轨道面图像数据进行存储。
图像数据处理系统与数据处理及存储模块通过以太网的方式连接，数据处理及存储模块将关联后的长定子轨道面图像数据传输给图像数据处理系统，图像数据处理系统对长定子轨道面图像数据进行离线分析处理，实现对长定子轨道面缺陷的有效检测。长定子轨道面缺陷包括定子面擦伤、线缆下挂、线缆破损等。对于长定子轨道面缺陷的检测，可以采用人工检测，也可结合现有图像处理技术进行软件检测，也可采用软件为主，人工辅助识别为辅的工作模式进行检测，最终形成检测报告。
本发明中：面阵相机通过camera Link方式与数据处理及存储模块连接。
本发明中，还包括与面阵相机连接的面阵相机驱动模块，面阵相机驱动模块包括激光位移传感器以及面阵相机驱动电路，激光位移传感器连接面阵相机驱动电路，激光位移传感器与长定子轨道面相对，用于检测长定子轨道面的齿槽距离，将面阵相机可拍摄图像宽度设定为长定子轨道齿槽宽度的整数倍，产生的触发脉冲信号输入给相机驱动电路，由相机驱动电路触发面阵相机对长定子轨道面进行抓拍。这样可保证在连续的两个抓拍周期内面阵相机拍摄的长定子轨道图像也是连续的。这种方式既可以完整的拍到长定子轨道图像又能通过触发抓拍减少拍到的图像数据量。
本发明中，激光位移传感器、面阵相机驱动电路、面阵相机、绝对里程检测模块、数据处理及存储模块均设置在机架上，机架通过螺栓固定安装在磁浮列车其悬浮电磁铁端部法兰上，能够随着磁浮列车同步运行；机架上设置有电源，电源与设置在机架上的各用电设备连接，为各用电设备提供工作电源。机架上还设置有光源，用于提供可见光，为面阵相机提供拍摄环境。
机架采用框架结构，激光位移传感器安装在机架上端，与长定子轨道面相对，用于检测长定子轨道面的齿槽距离。面阵相机安装在机架一侧底部且面阵相机的拍摄方向与长定子轨道呈45度角。光源，用于提供可见光，为面阵相机提供拍摄环境。光源的直射面为面阵相机聚焦面，为面阵相机拍摄提供稳定的光照环境。
本发明中的绝对里程检测模块采用现有技术，如采用公开号为CN107121149A中提供的基于电涡流效应的绝对里程读取装置。绝度里程检测模块输出的绝对里程信息与面阵相机拍摄采集到的长定子轨道面图像信息相关联。
与现有技术相比，本发明能够产生以下技术效果：
本发明可以实现高速磁浮列车轨道长定子面线缆状态的智能检测，检测效率高，检测结果准确，便于高速磁浮列车轨道的维护，有利于高速磁浮列车工程化的实施。
附图说明
图1是长定子轨道俯视图；
图2是长定子轨道正视图；
图3是本发明一具体实施例中高速磁浮列车轨道长定子面视频检测装置的立体图；
图4是本发明一具体实施例中高速磁浮列车轨道长定子面视频检测装置的结构示意图之一；
图5是本发明一具体实施例中高速磁浮列车轨道长定子面视频检测装置的结构示意图之二；
图6是高速磁浮列车轨道长定子面视频检测装置与长定子轨道相对位置关系示意图；
图7是本发明的原理结构框图；
图8是本发明一具体实施例中高速磁浮列车轨道长定子面视频检测装置上的激光位移传感器与长定子轨道相对位置示意图。
图9是长定子轨道齿槽信号检测原理框图。
图10是长定子轨道齿槽信号检测方法。
图例说明：
1、悬浮电磁铁端部法兰；2、面阵相机；3、机架；4、光源；5、电源；6、绝对里程检测模块；7、面阵相机驱动电路；8、数据处理及存储模块；激光位移传感器A1；激光位移传感器A2；激光位移传感器B1；激光位移传感器B2；9；扩展功能电路；
具体实施方式
下面结合附图1至10，对本发明的实施方式进行进一步的详细说明。
本发明提供了基于精确定位、触发抓拍、多传感器同步采集等技术，使用高清面阵相机对高速磁浮列车轨道长定子面图像连续采集成像的一套检测装置，检测装置同时通过绝对里程检测模块读取高速磁浮列车轨道上的绝对定位标志板位置得到对应的绝对里程信息，在进行数据处理时，将面阵相机拍摄到的长定子轨道面图像数据与绝度里程检测模块输出的绝对里程信息相关联，这样当检测长定子轨道面图像数据时可或者该图像对应的绝对里程信息，如在某一长定子轨道面图像中发现长定子轨道面缺陷时，可以通过对应的绝对里程信息准确定位到长定子轨道面缺陷的所在位置。
一种高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，包括面阵相机、绝对里程检测模块、数据处理及存储模块、图像数据处理单元。
面阵相机，用于采集长定子轨道面图像，对长定子轨道面上的线缆状态实时检测，并将实时采集到的长定子轨道面图像数据传输到数据处理及存储模块。
绝对里程检测模块，用于检测磁浮列车在长定子轨道上运行时对应的绝对里程信息。
数据处理及存储模块与面阵相机、绝对里程检测模块连接。面阵相机通过cameraLink方式与数据处理及存储模块连接。将面阵相机拍摄到的长定子轨道面图像数据与绝度里程检测模块输出的绝对里程信息相关联，并对关联后的长定子轨道面图像数据进行存储。
图像数据处理系统与数据处理及存储模块通过以太网的方式连接，数据处理及存储模块将关联后的长定子轨道面图像数据传输给图像数据处理系统，图像数据处理系统对长定子轨道面图像数据进行离线分析处理，实现对长定子轨道面缺陷的有效检测。长定子轨道面缺陷包括定子面擦伤、线缆下挂、线缆破损等。对于长定子轨道面缺陷的检测，可以采用人工检测，也可结合现有图像处理技术进行软件检测，也可采用软件为主，人工辅助识别为辅的工作模式进行检测，最终形成检测报告。
本发明中对面阵相机驱动模块进行了设计。面阵相机连接面阵相机驱动模块，面阵相机驱动模块包括激光位移传感器以及面阵相机驱动电路，激光位移传感器连接面阵相机驱动电路，激光位移传感器与长定子轨道面相对，用于检测长定子轨道面的齿槽距离。将面阵相机可拍摄图像宽度设定为长定子轨道齿槽宽度的整数倍，产生触发脉冲信号输入给相机驱动电路，由相机驱动电路触发面阵相机对长定子轨道面进行抓拍。这样可保证在连续的两个抓拍周期内面阵相机拍摄的长定子轨道图像也是连续的。这种方式既可以完整的拍到长定子轨道图像又能通过触发抓拍减少拍到的图像数据量。
参照图3、4、5和6，本发明提供了一种高速磁浮列车轨道长定子面视频检测装置。该检测装置是一种搭载装置，搭载在磁浮列车悬浮电磁铁上，随着磁浮列车运行，对轨道长定子面进行可见光成像，采集长定子面图像数据并与磁浮列车运行线路里程信息关联，获得完整的轨道数据记录。同时本发明还提供一种高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，包括高速磁浮列车轨道长定子面视频检测装置以及图像数据处理系统，检测装置与图像数据处理系统通过以太网的方式连接。图像数据处理系统采用图像处理和模式识别技术分析图像，实现对长定子轨道面特征的自动检测，形成异常记录并报警。包括机架3、激光位移传感器、面阵相机驱动电路7、面阵相机2、绝对里程检测模块6、数据处理及存储模块8。激光位移传感器、面阵相机驱动电路7、面阵相机2、绝对里程检测模块6、数据处理及存储模块8均设置在机架3上。机架3通过螺栓固定安装在磁浮列车其悬浮电磁铁端部法兰1上，能够随着磁浮列车同步运行。机架3上设置有电源5，电源5与设置在机架3上的各用电设备连接，为各用电设备提供工作电源。机架3上还设置有光源4，用于提供可见光，为面阵相机提供拍摄环境。
机架3采用框架结构，机架3内分成多个区域，电源5、面阵相机驱动电路7、数据处理及存储模块8以及光源4、激光位移传感器、绝对里程检测模块6、面阵相机2等设备的外围控制电路均分设在机架3内的各个区域内并予以封装。机架3上还布设有用于设置其他扩展功能电路9的区域。
激光位移传感器安装在机架3上端，与长定子轨道面相对，用于检测长定子轨道面的齿槽距离。面阵相机2安装在机架3一侧底部且面阵相机2的拍摄方向与长定子轨道呈45度角。光源4，用于提供可见光，为面阵相机提供拍摄环境。光源4的直射面为面阵相机聚焦面，为面阵相机拍摄提供稳定的光照环境。
本发明中的绝对里程检测模块6采用现有技术，如采用公开号为CN107121149A中提供的基于电涡流效应的绝对里程读取装置。绝度里程检测模块6输出的绝对里程信息与面阵相机2拍摄采集到的长定子轨道面图像信息相关联。
参照图1、图2，图1是长定子轨道俯视图，图2是长定子轨道正视图。长定子轨道是一种齿和槽等间隔排列的结构，线缆嵌入在长定子轨道的槽中，因此长定子轨道具有齿槽特性。在高速磁浮列车沿长定子轨道运行中，激光位移传感器与长定子轨道面相对，激光位移传感器检测激光位移传感器与长定子轨道面之间的垂直距离也称为齿槽距离L，具体可参见图6。因长定子轨道的齿槽特性，激光位移传感器检测到的数据也具有明显的“齿槽效应”。
参照图3、图4、图5、图6、图8、图9和图10，本实施例中，设有两组激光位移传感器，分别为A组激光位移传感器和B组激光位移传感器，A组激光位移传感器包括激光位移传感器A1和激光位移传感器A2，B组激光位移传感器包括激光位移传感器B1和激光位移传感器B2。A组激光位移传感器中的两激光位移传感器之间的间距与B组激光位移传感器中的两激光位移传感器之间的间距相等。A组激光位移传感器和B组激光位移传感器平行设置，且两组激光位移传感器错开一定距离(参照图8)。
当高速磁浮列车沿长定子轨道运行时，两组激光位移传感器同时测量齿槽距离L，因长定子轨道的齿槽特性，各激光位移传感器检测到的数据具有明显的“齿槽效应”。
参照图9和图10，同将A组激光位移传感器以及B组激光位移传感器中的两激光位移传感器检测到的信号分别通过减法电路作差运算，将作差运算结果与设置的阈值比较，可以得到初始齿槽方波信号，对于经过比较器后的齿槽方波信号，进行占空比测量，在信号的上升沿对最近两次的占空比值进行比较，预测当前上升沿是属于1号还是2号，其中1号对应A组激光位移传感器，2号对应B组激光位移传感器。如果是1号将电平拉高，如果是2号则拉低电平，所产生的信号就是分频后的一个周期齿槽信号，对应A路脉冲和B路脉冲。
因为两组激光位移传感器在布置上错开了一定距离，可以通过对A路齿槽信号和B路齿槽信号进行鉴相处理，实现列车运行方向检测。根据面阵相机其可拍摄图像宽度和长定子轨道齿槽宽度生成触发相机抓拍信号，具体为面阵相机可拍摄图像宽度为长定子轨道齿槽宽度的整数倍，产生的触发脉冲信号输入给相机驱动电路控制面阵相机对长定子轨道面进行抓拍。这样可保证在连续的两个抓拍周期内面阵相机拍摄的长定子轨道图像也是连续的。这种方式既可以完整的拍到长定子轨道图像又能通过触发抓拍减少拍到的图像数据量。
当高清面阵相机接收到来自相机驱动电路的触发抓拍信号时，面阵相机开始拍摄长定子轨道面图像，拍摄到的长定子轨道面图像数据经图像采集转换成数字形式后传输到数据处理及存储模块8。数据处理及存储模块8将长定子轨道面图像数据与绝度里程检测模块输出的绝对里程信息相关联，并对关联后的长定子轨道面图像数据进行存储。
图像数据处理系统与数据处理及存储模块通过以太网的方式连接，数据处理及存储模块将关联后的长定子轨道面图像数据传输给图像数据处理系统，图像数据处理系统对长定子轨道面图像数据进行离线分析处理，实现对长定子轨道面缺陷的有效检测。长定子轨道面缺陷包括定子面擦伤、线缆下挂、线缆破损等。对于长定子轨道面缺陷的检测，可以采用人工检测，也可结合现有图像处理技术进行软件检测，也可采用软件为主，人工辅助识别为辅的工作模式进行检测，最终形成检测报告。
本发明检测装置结构紧凑，通过高强度螺栓阵列与电磁铁端部法兰连接，整体采用框架式结构来提升装置的刚度，保证整个检测装置的测量稳定性，从而保证检测的准确性和可靠性。
以上所述仅为本发明的优选的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，其特征在于：包括面阵相机、绝对里程检测模块、数据处理及存储模块、图像数据处理单元；
面阵相机，用于采集长定子轨道面图像，对长定子轨道面上的线缆状态实时检测，并将实时采集到的长定子轨道面图像数据传输到数据处理及存储模块。
绝对里程检测模块，用于检测磁浮列车在长定子轨道上运行时对应的绝对里程信息；
数据处理及存储模块与面阵相机、绝对里程检测模块连接，将面阵相机拍摄到的长定子轨道面图像数据与绝度里程检测模块输出的绝对里程信息相关联，并对关联后的长定子轨道面图像数据进行存储；
图像数据处理系统与数据处理及存储模块通过以太网的方式连接，数据处理及存储模块将关联后的长定子轨道面图像数据传输给图像数据处理系统，图像数据处理系统对长定子轨道面图像数据进行离线分析处理，实现对长定子轨道面缺陷的有效检测。
2.根据权利要求1所述的高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，其特征在于：面阵相机通过camera Link方式与数据处理及存储模块连接。
3.根据权利要求1所述的高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，其特征在于：还包括与面阵相机连接的面阵相机驱动模块，面阵相机驱动模块包括激光位移传感器以及面阵相机驱动电路，激光位移传感器连接面阵相机驱动电路，激光位移传感器检测长定子轨道面的齿槽距离，将面阵相机可拍摄图像宽度设定为长定子轨道齿槽宽度的整数倍，产生的触发脉冲信号输入给相机驱动电路，由相机驱动电路触发面阵相机对长定子轨道面进行抓拍。
4.根据权利要求3所述的高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，其特征在于：激光位移传感器、面阵相机驱动电路、面阵相机、绝对里程检测模块、数据处理及存储模块均设置在机架上，机架通过螺栓固定安装在磁浮列车其悬浮电磁铁端部法兰上，能够随着磁浮列车同步运行；机架上设置有电源，电源与设置在机架上的各用电设备连接，为各用电设备提供工作电源；机架上设置有光源，用于提供可见光，为面阵相机拍摄提供光照环境。
5.根据权利要求4所述的高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，其特征在于：机架采用框架结构，电源、面阵相机驱动电路、数据处理及存储模块以及光源、激光位移传感器、绝对里程检测模块、面阵相机的外围控制电路均分设在机架内的各个区域内并予以封装。
6.根据权利要求4所述的高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，其特征在于：面阵相机安装在机架一侧底部且面阵相机的拍摄方向与长定子轨道呈45度角。
7.根据权利要求6所述的高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，其特征在于：光源的直射面为面阵相机聚焦面，为面阵相机拍摄提供稳定的光照环境。
8.根据权利要求4所述的高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，其特征在于：激光位移传感器安装在机架上端，与长定子轨道面相对，用于检测长定子轨道面的齿槽距离。
9.根据权利要求8所述的高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，其特征在于：机架上端设有两组激光位移传感器，分别为A组激光位移传感器和B组激光位移传感器，A组激光位移传感器包括激光位移传感器A1和激光位移传感器A2，B组激光位移传感器包括激光位移传感器B1和激光位移传感器B2；A组激光位移传感器中的两激光位移传感器之间的间距与B组激光位移传感器中的两激光位移传感器之间的间距相等；A组激光位移传感器和B组激光位移传感器平行设置，且两组激光位移传感器错开一定距离。
10.根据权利要求9所述的高速磁浮列车轨道长定子面视频检测系统，其特征在于：高速磁浮列车沿长定子轨道运行时，两组激光位移传感器同时测量齿槽距离L，同将A组激光位移传感器以及B组激光位移传感器中的两激光位移传感器检测到的信号分别通过减法电路作差运算，将作差运算结果与设置的阈值比较，得到初始齿槽方波信号；对于经过比较器后的齿槽方波信号，进行占空比测量，在信号的上升沿对最近两次的占空比值进行比较，预测当前上升沿是属于1号还是2号，其中1号对应A组激光位移传感器，2号对应B组激光位移传感器；如果是1号将电平拉高，如果是2号则拉低电平，所产生的信号就是分频后的一个周期齿槽信号，对应A路脉冲和B路脉冲。
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