CN109631779A - 一种基于3d图像处理的部件松动脱落的检测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法和系统，在产品合格时，采集产品3D图像，并传输到产品检测管理控制系统以3D图像中固定件的底部作为高度参考原点，建立三维坐标系；在坐标系内确定该3D图像上各个部件的高度参考点的高度H1i，建立3D图像标准比对模板并存储；产品检修时，采集产品检修3D图像，并传输到产品检测管理控制系统以3D图像标准比对模板中的高度参考原点，在检修3D图像上建立检修三维坐标系；在该坐标系内确定检修3D图像上各个部件的高度参考点的高度H2i，建立3D图像检修模板并存储；将3D图像检修模板与3D图像标准比对模板比对，确定H2i与H1i是否相同；生成检修日志并显示。
Description
技术领域
本发明属于机械状态检测及维护技术领域，具体地说，涉及一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法和系统。
背景技术
随着中国铁路的快速发展，中国高铁技术日益成熟，高速铁路建设不仅在国内如火如荼的开展，也在积极向国外推广。高速铁路的迅速发展为人们的出行带来便捷，同时也为高速列车、火车的检修带来更大的挑战。
高速列车、火车运行时需要长时间保持高速，难免会损伤车体内的各个零部件，导致高速列车、火车在运行过程中出现各种各样的问题，存在极大的安全隐患。为保障高速列车和火车的安全运行，工作人员需要每天对其进行状态检查，而数量繁多、种类多样化的高速列车、火车零部件在检修时，主要还是依靠传统的人工检修，使高速列车、火车的检修效率低下，且人工检修的主观因素也影响了高速列车、火车的检修质量，难以适应高速列车、火车高效率、高质量的检修要求。
高速列车、火车在长时间的高速运行过程中，长时间的高频振动导致高速列车火车的各个零部件很容易出现松动和脱落。而高速列车、火车的各个零部件中最多的就是螺栓，通常情况下，一辆火车上就有几百甚至更多的螺栓，一天当中又有多列列车，对螺栓松动的检测是一件极其繁重的工作。传统检查螺栓的方法主要有两种：一种是不管螺栓是否已经松动，工人都会用扳手拧紧螺栓，确保螺栓处于拧紧的状态；另一种是螺栓在第一次拧紧后分别在螺栓和螺母上用线标记拧紧的状态，检查时只需查看是螺栓和螺母上的划线是否对齐，如果不对齐则拧紧至其对齐。第一种方法工作量大、效率低下、没有针对性，而第二种方法容易使工人在检测大量螺栓后产生视觉疲劳，导致错检、漏检，特别是现在开通的高速列车，更要求工人能快速、准确地完成螺栓的检测。保证螺栓的良好连接状态是列车安全运行的先决条件之一，而现有的对螺栓连接状态的检测方法都很难从操作性、成本、快速性、准确性等方面满足铁路运营的需求。
发明内容
针对现有技术中上述的不足，本发明提供一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法和系统，通过采集产品各个面上的3D图像，通过对3D图像处理建立包含高度的三维坐标系并确定3D图像上各个部件的高度参考点的高度，将检修时采集的3D图像中的各个部件的高度参考点的高度与标准比对模板中的高度进行比对，判断出部件的状态并生成检修日志，工作人员根据检修日志进行部件维护，大大提高检修速度及准确性，节约人力成本，满足铁路运营需求。
为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法，包括如下步骤：
S1：在产品出厂或检修合格后，采集产品各个面上的3D图像，并传输到产品检测管理控制系统；
S2：产品检测管理控制系统以3D图像中产品的固定件的底部作为高度参考原点，建立包含高度的三维坐标系；
S3：在三维坐标系内确定该3D图像上各个部件的高度参考点的高度H1i，建立产品的3D图像标准比对模板；
S4：将3D图像标准比对模板存储在产品检测管理控制系统中；
S5：产品返回检修时，采集产品各个面上的检修3D图像，并传输到产品检测管理控制系统；
S6：产品检测管理控制系统根据3D图像标准比对模板中的高度参考原点，在检修3D图像上建立包含高度的检修三维坐标系；
S7：在检修三维坐标系内确定检修3D图像上各个部件的高度参考点的高度H2i，建立产品的3D图像检修模板；
S8：将3D图像检修模板存储在产品检测管理控制系统中；
S9：产品检测管理控制系统将3D图像检修模板与3D图像标准比对模板进行比对，确定3D图像检修模板中每个部件的高度参考点的高度H2i与3D图像标准比对模板中每个部件的高度参考点的高度H1i是否相同；
若H2i＝H1i，则该部件没有松动或脱落；
若H2i＝0，则该部件脱落；
若H2i＞H1i，则该部件松动；
S10：生成检修日志，并由产品检测管理控制系统显示出来；
其中i为部件的高度参考点，i＝1,2,3,4，……。
进一步地，通过3D相机采集产品各个面上的3D图像。
进一步地，所述的3D相机采用图案投影法采集产品各个面上的3D图像。
进一步地，所述的图案投影法包括：从左右两方向高速投影多个条纹图案，通过用超高速CCD和处理器对反射光进行分析，创建3D图像。
进一步地，所述的检修报告包括部件的位置和该部件的状态。
进一步地，所述的部件的状态包括松动或脱落。
一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法的系统，包括3D相机和产品检测管理控制系统，3D相机采集到的3D图像传输到产品检测管理控制系统，所述的产品检测管理控制系统包括图像处理模块、比对模块、日志生成模块和存储模块，所述的图像处理模块以3D图像中产品的固定件的底部作为高度参考原点，建立包含高度的三维坐标系，并确定该3D图像上各个部件的高度参考点的高度，建立产品的3D图像标准比对模板和3D图像检修模板；所述的比对模块比对3D图像标准比对模板和3D图像检修模板，确定3D图像检修模板中每个部件的高度参考点的高度H2i与3D图像标准比对模板中每个部件的高度参考点的高度H1i是否相同；所述的日志生成模块根据比对模块的比对结果生成检修报告；所述的存储模块，存储采集的3D图像、3D图像标准比对模板和3D图像检修模板。
本发明的有益效果是：
(1)通过采集产品各个面上的3D图像，通过对3D图像处理建立包含高度的三维坐标系并确定3D图像上各个部件的高度参考点的高度，将检修时采集的3D图像中的各个部件的高度参考点的高度与标准比对模板中的高度进行比对，判断出部件的状态并生成检修日志，工作人员根据检修日志进行部件维护，大大提高检修速度及准确性，节约人力成本，满足铁路运营需求。
(2)能够在高速列车、火车行驶过程中直接采集其底部的3D图像，并进行分析对比，实现实时监测，对火车底部的转向架、螺栓、制动装置等部件是否脱落、松动等故障进行实时监测和故障预警，避免列车出轨等重大安全事故的发生，有效保障公共安全。
(3)产品检测管理控制系统存储检修日志，合并相同编组和类型的高速列车、火车的检修日志，根据大量的检修日志分析螺栓或部件易松动、脱落的位置，通过高速列车、火车行车状态模拟及应力试验等手段，分析该位置螺栓或部件松动、脱落的原因并进行相应的结构改进，从根源上解决高速列车、火车螺栓或部件松动、脱落的问题。
附图说明
图1为本发明检测方法流程图；
图2为本发明检测系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法，包括如下步骤：
S1：在产品出厂或检修合格后，采集产品各个面上的3D图像，并传输到产品检测管理控制系统；
S2：产品检测管理控制系统以3D图像中产品的固定件的底部作为高度参考原点，建立包含高度的三维坐标系；
S3：在三维坐标系内确定该3D图像上各个部件的高度参考点的高度H1i，建立产品的3D图像标准比对模板；
S4：将3D图像标准比对模板存储在产品检测管理控制系统中；
S5：产品返回检修时，采集产品各个面上的检修3D图像，并传输到产品检测管理控制系统；
S6：产品检测管理控制系统根据3D图像标准比对模板中的高度参考原点，在检修3D图像上建立包含高度的检修三维坐标系；
S7：在检修三维坐标系内确定检修3D图像上各个部件的高度参考点的高度H2i，建立产品的3D图像检修模板；
S8：将3D图像检修模板存储在产品检测管理控制系统中；
S9：产品检测管理控制系统将3D图像检修模板与3D图像标准比对模板进行比对，确定3D图像检修模板中每个部件的高度参考点的高度H2i与3D图像标准比对模板中每个部件的高度参考点的高度H1i是否相同；
若H2i＝H1i，则该部件没有松动或脱落；
若H2i＝0，则该部件脱落；
若H2i＞H1i，则该部件松动；
S10：生成检修日志，并由产品检测管理控制系统显示出来；
其中i为部件的高度参考点，i＝1,2,3,4，……。
进一步地，通过3D相机采集产品各个面上的3D图像。
进一步地，所述的3D相机采用图案投影法采集产品各个面上的3D图像。
进一步地，所述的图案投影法包括：从左右两方向高速投影多个条纹图案，通过用超高速CCD和处理器对反射光进行分析，创建3D图像。
进一步地，所述的包含高度的三维坐标系为X-Z坐标系或Y-Z坐标系。
进一步地，所述的检修报告包括部件的位置和该部件的状态。
进一步地，所述的部件的状态包括松动或脱落。
如图2所示，一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法的系统，包括3D相机和产品检测管理控制系统，3D相机采集到的3D图像传输到产品检测管理控制系统，所述的产品检测管理控制系统包括图像处理模块、比对模块、日志生成模块和存储模块，所述的图像处理模块以3D图像中产品的固定件的底部作为高度参考原点，建立包含高度的三维坐标系，并确定该3D图像上各个部件的高度参考点的高度，建立产品的3D图像标准比对模板和3D图像检修模板；所述的比对模块比对3D图像标准比对模板和3D图像检修模板，确定3D图像检修模板中每个部件的高度参考点的高度H2i与3D图像标准比对模板中每个部件的高度参考点的高度H1i是否相同；所述的日志生成模块根据比对模块的比对结果生成检修报告；所述的存储模块，存储采集的3D图像、3D图像标准比对模板和3D图像检修模板。
在本发明的一个实施例中，在高速列车、火车出厂或检修合格后，采集高速列车、火车各个面上的3D图像，并传输到产品检测管理控制系统；产品检测管理控制系统以3D图像中高速列车、火车的固定件的底部作为高度参考原点，建立包含高度的三维坐标系；在三维坐标系内确定该3D图像上各个部件的高度参考点的高度H1i，建立高速列车、火车的3D图像标准比对模板；将3D图像标准比对模板存储在产品检测管理控制系统中；高速列车、火车返回检修时，高速列车、火车停在轨道上，高速列车、火车静止不动，3D相机在高速列车、火车的各个面的方向上匀速运动，扫描高速列车、火车各个面上的检修3D图像，并传输到产品检测管理控制系统；产品检测管理控制系统根据3D图像标准比对模板中的高度参考原点，在检修3D图像上建立包含高度的检修三维坐标系；在检修三维坐标系内确定检修3D图像上各个部件的高度参考点的高度H2i，建立产品的3D图像检修模板；将3D图像检修模板存储在产品检测管理控制系统中；产品检测管理控制系统将3D图像检修模板与3D图像标准比对模板进行比对，确定3D图像检修模板中每个部件的高度参考点的高度H2i与3D图像标准比对模板中每个部件的高度参考点的高度H1i是否相同；若H2i＝H1i，则该部件没有松动或脱落；若H2i＝0，则该部件脱落；若H2i＞H1i，则该部件松动；生成检修日志，并由产品检测管理控制系统显示出来。
在本发明的另一个实施例中，在高速列车、火车出厂或检修合格后，采集高速列车、火车各个面上的3D图像，并传输到产品检测管理控制系统；产品检测管理控制系统以3D图像中高速列车、火车的固定件的底部作为高度参考原点，建立包含高度的三维坐标系；在三维坐标系内确定该3D图像上各个部件的高度参考点的高度H1i，建立高速列车、火车的3D图像标准比对模板；将3D图像标准比对模板存储在产品检测管理控制系统中；在轨道上设置检测点，在检测点上设置垂直高速列车、火车各个面的3D相机，高速列车、火车在轨道上正常运行经过该检测点时，3D相机采集高速列车、火车各个面的检修3D图像并传输到产品检测管理控制系统；产品检测管理控制系统根据3D图像标准比对模板中的高度参考原点，在检修3D图像上建立包含高度的检修三维坐标系；在检修三维坐标系内确定检修3D图像上各个部件的高度参考点的高度H2i，建立产品的3D图像检修模板；将3D图像检修模板存储在产品检测管理控制系统中；产品检测管理控制系统将3D图像检修模板与3D图像标准比对模板进行比对，确定3D图像检修模板中每个部件的高度参考点的高度H2i与3D图像标准比对模板中每个部件的高度参考点的高度H1i是否相同；若H2i＝H1i，则该部件没有松动或脱落；若H2i＝0，则该部件脱落；若H2i＞H1i，则该部件松动；生成检修日志，并由产品检测管理控制系统显示出来。有效节省了检修螺栓松紧度的时间。
特别需要说明的是，本发明应用在检测螺栓的松动或脱落上，效果非常显著。在高速列车出厂或检修合格后，采集高速列车底面上的3D图像，并传输到产品检测管理控制系统；产品检测管理控制系统以3D图像中高速列车的固定件的底部作为高度参考原点，建立包含高度的三维坐标系；在三维坐标系内确定该3D图像上各个螺栓的高度参考点的高度H1i，建立高速列车3D图像标准比对模板；将3D图像标准比对模板存储在产品检测管理控制系统中；高速列车返回检修时，高速列车停在轨道上静止不动，3D相机在高速列车的底面的方向上匀速运动，扫描高速列车底面上的检修3D图像，并传输到产品检测管理控制系统；产品检测管理控制系统根据3D图像标准比对模板中的高度参考原点，在检修3D图像上建立包含高度的检修三维坐标系；在检修三维坐标系内确定检修3D图像上各个螺栓的高度参考点的高度H2i，建立产品的3D图像检修模板；将3D图像检修模板存储在产品检测管理控制系统中；产品检测管理控制系统将3D图像检修模板与3D图像标准比对模板进行比对，确定3D图像检修模板中每个螺栓的高度参考点的高度H2i与3D图像标准比对模板中每个螺栓的高度参考点的高度H1i是否相同；若H2i＝H1i，则该螺栓没有松动或脱落；若H2i＝0，则该螺栓脱落；若H2i＞H1i，则该螺栓松动；生成检修日志，并由产品检测管理控制系统显示出来。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：在产品出厂或检修合格后，采集产品各个面上的3D图像，并传输到产品检测管理控制系统；
S2：产品检测管理控制系统以3D图像中产品的固定件的底部作为高度参考原点，建立包含高度的三维坐标系；
S3：在三维坐标系内确定该3D图像上各个部件的高度参考点的高度H1i，建立产品的3D图像标准比对模板；
S4：将3D图像标准比对模板存储在产品检测管理控制系统中；
S5：产品返回检修时，采集产品各个面上的检修3D图像，并传输到产品检测管理控制系统；
S6：产品检测管理控制系统根据3D图像标准比对模板中的高度参考原点，在检修3D图像上建立包含高度的检修三维坐标系；
S7：在检修三维坐标系内确定检修3D图像上各个部件的高度参考点的高度H2i，建立产品的3D图像检修模板；
S8：将3D图像检修模板存储在产品检测管理控制系统中；
S9：产品检测管理控制系统将3D图像检修模板与3D图像标准比对模板进行比对，确定3D图像检修模板中每个部件的高度参考点的高度H2i与3D图像标准比对模板中每个部件的高度参考点的高度H1i是否相同；
若H2i＝H1i，则该部件没有松动或脱落；
若H2i＝0，则该部件脱落；
若H2i＞H1i，则该部件松动；
S10：生成检修日志，并由产品检测管理控制系统显示出来；
其中i为部件的高度参考点，i＝1,2,3,4，……。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法，其特征在于：通过3D相机采集产品各个面上的3D图像。
3.根据权利要求2所述的一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法，其特征在于：所述的3D相机采用图案投影法采集产品各个面上的3D图像。
4.根据权利要求3所述的一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法，其特征在于：所述的图案投影法包括：从左右两方向高速投影多个条纹图案，通过用超高速CCD和处理器对反射光进行分析，创建3D图像。
5.根据权利要求1所述的一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法，其特征在于：所述的检修报告包括部件的位置和该部件的状态。
6.根据权利要求5所述的一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法，其特征在于：所述的部件的状态包括松动或脱落。
7.应用权利要求1-6中任意一项所述的一种基于3D图像处理的部件松动脱落的检测方法的系统，其特征在于：包括3D相机和产品检测管理控制系统，3D相机采集到的3D图像传输到产品检测管理控制系统，所述的产品检测管理控制系统包括图像处理模块、比对模块、日志生成模块和存储模块，所述的图像处理模块以3D图像中产品的固定件的底部作为高度参考原点，建立包含高度的三维坐标系，并确定该3D图像上各个部件的高度参考点的高度，建立产品的3D图像标准比对模板和3D图像检修模板；所述的比对模块比对3D图像标准比对模板和3D图像检修模板，确定3D图像检修模板中每个部件的高度参考点的高度H2i与3D图像标准比对模板中每个部件的高度参考点的高度H1i是否相同；所述的日志生成模块根据比对模块的比对结果生成检修报告；所述的存储模块，存储采集的3D图像、3D图像标准比对模板和3D图像检修模板。
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