CN109975315A - 一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车 - Google Patents

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曾广亮
徐赛辉
苏锦涛
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    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles

Abstract

本发明涉及机器视觉表面缺陷检测技术领域，公开了一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车，包括：车体底盘架、对称设置在车体底盘架底部的四个车轮以及驱动车轮的驱动系统，对称的两个车轮之间的间距与两条轨道之间的间距相匹配，与驱动系统连接的车轮上同轴连接有光电编码器，车体底盘架上设有两个缺口，两个缺口的位置与两条轨道相对应，用于采集两条轨道图像的两个图像采集装置对应两个缺口设置在车体底盘架上，还包括控制系统，光电编码器和两个图像采集装置分别与控制系统电信号连接，这种轨道部件表面缺陷视觉巡检车可以驾驶在轨道上，用于轨道巡检实时获取轨道数据，可以代替人眼对轨道状态进行巡视，检测效率高，且结构简单，经济实用。

Description

一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车
技术领域
本发明涉及机器视觉表面缺陷检测技术领域，特别涉及一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车。
背景技术
随着国民经济的飞速发展，我国的轨道交通也是发展迅猛，地铁和高铁已经成为了人们出行的重要交通工具，同时，地铁和高铁的运行速度和运行密度都在不断增长。轨道作为有轨交通的关键部分，其完整性和可靠性对有轨交通的安全运营起到了至关重要的作用。然而列车对轨道部件的破坏力加大，表现为：扣件丢失、断裂，钢轨表面形成剥落掉块、擦伤、压溃、细小裂纹等各种缺陷。
目前国内轨道检测多采用人工检测和大型专业检测设备相结合的模式，但是地铁和高铁具有载客量大，行车密度高，养护时间短和场地狭窄等特点，所以大部分的轨道检查都在日常维护中实施，只能依靠人工与小型设备进行，轨道检测的检测效率低。因此仅仅依靠人工和手持小设备已经越来越无法满足现代轨道交通的检测需求，而大型专业设备需要大量的资金投入，成本较高。
发明内容
本发明提供一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车，可以解决现有技术中的上述问题。
本发明提供了一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车，包括：车体底盘架、对称设置在车体底盘架底部且通过轴连接的四个车轮、驱动车轮的驱动系统，其特征在于：对称的两个车轮之间的间距与两条轨道之间的间距相匹配，与驱动系统连接的车轮上同轴连接有光电编码器，车体底盘架上设有两个缺口，两个缺口的位置与两条轨道相对应，用于采集两条轨道图像的两个图像采集装置对应两个缺口设置在车体底盘架上，还包括控制系统，光电编码器和两个图像采集装置分别与控制系统电信号连接。
所述两个缺口处还设有用于为轨道图像提供曝光度的光源装置。
所述光源装置包括：合页铰链、光源、光源支撑管、拉环和螺杆，光源支撑管的下端固定在车体底盘架上，合页铰链的一面固定在光源支撑管上，合页铰链的另一面与光源的壳体固定连接，螺杆依次穿过光源的壳体、合页铰链的活动面和固定面与设置在光源支撑管上的拉环固定连接，螺杆上套设有两个螺母，一个螺母位于光源壳体的外侧，另一个螺母位于合页铰链活动面的内侧，通过调节两个螺母的位置来调节光源的角度，光源与光源控制器电性连接，光源控制器用于为光源提供恒流源，确保输入光源的电流稳定，使光照强度均匀。
所述图像采集装置为线阵CCD相机，所述图像采集装置滑动设置在车体底盘架上。
所述车体底盘架上两个缺口的左右两侧均设有两条水平滑轨，两条水平滑轨上均设有水平滑块，水平滑块的顶部固定有竖直滑轨，两个竖直滑轨上均设有竖直滑块，两个竖直滑块之间通过相机固定板连接，线阵CCD相机固定在相机固定板上。
所述驱动系统包括：电动机、第一齿轮、辅助齿轮、第二齿轮、短轴和轴承座，电动机固定在车体底盘架上的电机固定管上，第一齿轮安装在电动机的输出轴上，辅助齿轮通过短轴和轴承座设置在电机固定管上，第二齿轮固定在对称的两个后部车轮之间的轴上，第一齿轮通过辅助齿轮与第二齿轮相契合，电动机通过启动开关与电源连接。
所述控制系统包括：锂电池、逆变器、控制电路模块和工业计算机，锂电池提供直流电，逆变器将直流电转化为交流电，为整个系统供电，控制电路模块包括单片机，单片机用于读取和处理光电编码器的输出信号，并根据光电编码器正反转输出信号的差异，判断轨检车车轮的转向，同时对光电编码器输出的脉冲计数，从而记录里程，两个图像采集装置分别与工业计算机信号连接，工业计算机用于接收、显示和储存图像采集装置采集的图像信息。
所述车体底盘架上还固定有计算机支撑管，计算机支撑管的顶部倾斜固定有计算机支撑板，工业计算机放置在计算机支撑板上，计算机支撑板周围设有防滑板；所述车体底盘架上还设有座椅支撑架，座椅支撑架上设有座椅。
所述电动机四周设有多根支撑管，多根支撑管的顶部设有防尘盖。
所述车体底盘架包括：两根车轮固定管、多根电机固定管、多根方型管、多根矩形管和多块钢板，对称车轮的轴通过轴承固定设置在车轮固定管上，车轮固定管的两端、多根电机固定管的两端、多根矩形管的两端分别与方型管固定连接，多块钢板固定在车轮固定管、多根电机固定管、多根方型管和多根矩形管组成的支架上。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过高速工业相机、光源、计算机等设备用于轨道图像数据的获取，通过光电编码器与车轮同轴转动产生脉冲信号传送至控制电路，控制电路读取和处理脉冲信号，同时对脉冲计数，实现里程记录，处理后的脉冲传送至相机，用来触发相机实时拍摄轨道图像，获取的图像经以太网传输至工业计算机进行显示、存储和处理，这种轨道部件表面缺陷视觉巡检车可以实时采集清晰的轨道图像便于后续图像分析，用于代替人眼对轨道进行巡视，检测效率高，且结构简单，经济实用。
附图说明
图1为本发明提供的一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车的仰视结构示意图。
图2为本发明提供的一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车的主视结构示意图。
图3为本发明提供的一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车的左视结构示意图。
图4为本发明提供的一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车的俯视结构示意图。
图5为本发明提供的一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车的立体结构示意图。
附图标记说明：
图中：1-车轮固定管，2-电机固定管，3-方型管，4-矩形管，5-电动机，6-第一齿轮，7-辅助齿轮，8-第二齿轮，9-短轴，10-轴承座，11-支撑管，12-防尘盖，13-座椅支撑架，14-计算机支撑板，15-座椅，16-锂电池，17-控制电路模块，18-光源控制器，19-合页铰链，20-光源，21-光源支撑管，22-钢板，23-拉环，24-螺杆，25-线阵CCD相机，26-相机固定板，27-竖直滑轨，28-竖直滑块，29-滑轨连接管，30-水平滑轨，31-柱体棒，32-车轮，33-光电编码器，34-编码器固定板，35-工业计算机，36-防滑板，37-计算机支撑管。
具体实施方式
下面结合附图1-5，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，本发明实施例提供的一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车，包括：车体底盘架、对称设置在车体底盘架底部且通过轴连接的四个车轮32、驱动车轮的驱动系统，对称的两个车轮32之间的间距与两条轨道之间的间距相匹配，与驱动系统连接的车轮32上同轴连接有光电编码器33，车体底盘架上设有两个缺口，两个缺口的位置与两条轨道相对应，用于采集两条轨道图像的两个图像采集装置对应两个缺口设置在车体底盘架上，还包括控制系统，光电编码器和两个图像采集装置分别与控制系统电信号连接。
使用方法及工作原理：巡检车启动后，光电编码器与车轮同轴转动产生脉冲信号传送至控制系统，控制系统读取和处理脉冲信号，同时对脉冲进行计数，实现巡检车里程记录，处理后的脉冲传送至图像采集装置，用来触发图像采集装置实时拍摄轨道图像，获取的图像传输至控制系统进行显示、存储和处理，本发明能够实时采集轨道的图像，代替人眼对轨道进行巡视，检测效率高。
光电编码器33固定在编码器固定板34上，光电编码器33的旋转端子通过柱体棒31固定在车轮32的轴心上。
光电编码器33与轨检车的车轮32连接，并与车轮32一起转动，保持同轴转动产生脉冲信号传送至控制系统，控制系统读取和处理光电编码器33的输出信号，根据光电编码器33正反转输出信号的差异，判断轨检车车轮的转向，同时对光电编码器33输出的脉冲进行计数，实现里程记录。
为了使图像采集装置拍摄的图像效果更佳在两个缺口处还设有用于为轨道图像提供曝光度的光源装置。
为了更好地获取轨道部件表面缺陷的图片，需要对光源的角度进行调节，本发明所采用的光源装置包括：合页铰链19、光源20、光源支撑管21、拉环23和螺杆24，光源支撑管21的下端固定在车体底盘架上，合页铰链19的一面固定在光源支撑管21上，合页铰链19的另一面与光源20的壳体固定连接，螺杆24依次穿过光源20的壳体、合页铰链19的活动面和固定面与设置在光源支撑管21上的拉环23固定连接，螺杆24上套设有两个螺母，一个螺母位于光源20壳体的外侧，另一个螺母位于合页铰链19活动面的内侧，通过调节两个螺母的位置来调节光源20的角度，光源20与光源控制器18电性连接，光源控制器18用于为光源20提供恒流源，确保输入光源20的电流稳定，使光照强度均匀。
使用方法：通过调节两个螺母的位置来调节合页铰链19活动面与固定面的角度，从而调节光源20的角度，光源控制器为光源提供恒流源，确保输入的光源的电流稳定，使光照强度均匀。两个螺母对光源进行固定避免光源抖动。
为了更好地采集轨道部件表面的缺陷的图片，所述图像采集装置采用线阵CCD相机25，所述图像采集装置滑动设置在车体底盘架上。
所述车体底盘架上两个缺口的左右两侧均设有两条水平滑轨30，两条水平滑轨30上均设有水平滑块，水平滑块的顶部固定有竖直滑轨27，两个竖直滑轨27上均设有竖直滑块28，两个竖直滑块28之间通过相机固定板26连接，线阵CCD相机25固定在相机固定板26上。
使用方法：通过移动两条竖直滑轨27，两条竖直滑轨27在两条水平滑轨30内前后滑动，从而使得线阵CCD相机25沿轨道前后移动，进行前后位置调整，通过上下移动相机固定板26，能够对线阵CCD相机25进行上下位置调整，便于在发现轨道表面缺陷时，能够对轨道表面缺陷进行清晰地拍照，便于进行轨道表面的修复，使用方便。
如图2所示，为了使得线阵CCD相机25比较稳定，也可以在水平滑块上固定滑轨连接管29，通过滑轨连接管29将水平滑块与竖直滑轨27相连接。
如图2和图3所示，所述驱动系统包括：电动机5、第一齿轮6、辅助齿轮7、第二齿轮8、短轴9和轴承座10，电动机5固定在车体底盘架上的电机固定管2上，第一齿轮6安装在电动机5的输出轴上，辅助齿轮7通过短轴9和轴承座10设置在电机固定管2上，第二齿轮8固定在对称的两个后部车轮32之间的轴上，第一齿轮6通过辅助齿轮7与第二齿轮8相契合，电动机5通过启动开关与电源连接。
驱动系统的工作原理：电动机5带动第一齿轮6转动，第一齿轮6通过辅助齿轮7带动第二齿轮8转动，第二齿轮8带动轴转动，轴转动带动两个后部车轮32转动，从而实现车轮前进，通过电动机5反转实现车轮后退。
所述控制系统包括：锂电池16、逆变器、控制电路模块17和光源控制器18和工业计算机35，锂电池16经过逆变器将直流电转化为交流电，为整个系统供电，控制电路模块17包括单片机，单片机用于读取和处理光电编码器33的输出信号，并根据光电编码器33正反转输出信号的差异，判断轨检车车轮的转向，同时对光电编码器输出的脉冲计数，从而记录里程，两个图像采集装置分别与工业计算机35信号连接，工业计算机35用于接收、显示和储存图像采集装置采集的图像信息。
控制系统的工作原理：逆变器将直流电转化为交流电，电源为锂电池16，经过逆变器将直流电转化为交流电，为各个耗电设备供电。控制电路模块以单片机为控制中心，用来读取和处理光电编码器的输出信号，根据光电编码器正反转输出信号的差异，判断轨检车车轮的转向，同时对光电编码器输出的脉冲计数，实现里程记录。
所述车体底盘架上还固定有计算机支撑管37，计算机支撑管37的顶部倾斜固定有计算机支撑板14，工业计算机35放置在计算机支撑板14上，计算机支撑板14周围设有防滑板36，防止工业计算机35在巡检车运行的过程中滑动。
所述车体底盘架上还设有座椅支撑架13，座椅支撑架13上设有座椅15，方便巡检人员对图像采集装置采集的图片或视频进行查看。
锂电池16、逆变器、控制电路模块17和光源控制器18均放置在座椅15下方的座椅支撑架13内，充分利用空间对控制系统进行收纳和保护，使得巡检车结构紧凑，使用方便。
所述电动机5四周设有多根支撑管11，多根支撑管11的顶部设有防尘盖12，通过防尘盖12对电动机5进行保护。
所述车体底盘架包括：两根车轮固定管1、多根电机固定管2、多根方型管3、多根矩形管4和多块钢板22，对称车轮32的轴通过轴承固定设置在车轮固定管1上，车轮固定管1的两端、多根电机固定管2的两端、多根矩形管4的两端分别与方型管3固定连接，多块钢板22固定在车轮固定管1、多根电机固定管2、多根方型管3和多根矩形管4组成的支架上，车体底盘架结构简单，所述钢板采用薄钢板，经济实用。
计算机支撑管37放置在座椅15正前方，计算机支撑管37一端固定在车体底盘架上，另一端斜角固定计算机支撑板38；所述计算机支撑板四周留有防滑板39；用来放置工业计算机35。
本发明采用模块组装方式，分为相机模块、光源模块、车轮模块、控制系统和车体底盘架，多个模块之间通过连接器相互连接，使得巡检车易于组装和改装，可扩展能力强。
本发明公开的轨道部件表面缺陷视觉巡检车整体采用模块化，可扩展能力强，易于组装和改装。
轨道部件表面缺陷视觉巡检车为搭载相机、光源提供一个平台，也为工作人员提供了一个平台。
光源可以依靠合页铰链调节角度，相机可以依靠滑轨进行前后上下移动，两者相配合，以达到最佳拍摄效果。
轨道部件表面缺陷视觉巡检车能够在线采集，线下处理。
相机固定板可以根据相机的类型例如二维相机和三维相机不同来来设定。
本发明通过高速工业相机、光源、计算机等设备用于轨道图像数据的获取，通过光电编码器与车轮同轴转动产生脉冲信号传送至控制电路，控制电路读取和处理脉冲信号，同时对脉冲计数，实现里程记录，处理后的脉冲传送至相机，用来触发相机实时拍摄轨道图像，获取的图像经以太网传输至工业计算机进行显示、存储和处理，这种轨道部件表面缺陷视觉巡检车可以实时采集清晰的轨道图像便于后续图像分析，用于代替人眼对轨道进行巡视，检测效率高，且结构简单，经济实用。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轨道部件表面缺陷视觉巡检车，其特征在于，包括：车体底盘架、对称设置在车体底盘架底部且通过轴连接的四个车轮(32)、驱动车轮的驱动系统，其特征在于：对称的两个车轮(32)之间的间距与两条轨道之间的间距相匹配，与驱动系统连接的车轮(32)上同轴连接有光电编码器(33)，车体底盘架上设有两个缺口，两个缺口的位置与两条轨道相对应，用于采集两条轨道图像的两个图像采集装置对应两个缺口设置在车体底盘架上，还包括控制系统，光电编码器和两个图像采集装置分别与控制系统电信号连接。
2.如权利要求1所述的轨道部件表面缺陷视觉巡检车，其特征在于，所述两个缺口处还设有用于为轨道图像提供曝光度的光源装置。
3.如权利要求2所述的轨道部件表面缺陷视觉巡检车，其特征在于，所述光源装置包括：合页铰链(19)、光源(20)、光源支撑管(21)、拉环(23)和螺杆(24)，光源支撑管(21)的下端固定在车体底盘架上，合页铰链(19)的一面固定在光源支撑管(21)上，合页铰链(19)的另一面与光源(20)的壳体固定连接，螺杆(24)依次穿过光源(20)的壳体、合页铰链(19)的活动面和固定面与设置在光源支撑管(21)上的拉环(23)固定连接，螺杆(24)上套设有两个螺母，一个螺母位于光源(20)壳体的外侧，另一个螺母位于合页铰链(19)活动面的内侧，通过调节两个螺母的位置来调节光源(20)的角度，光源(20)与光源控制器(18)电性连接，光源控制器(18)用于为光源(20)提供恒流源，确保输入光源(20)的电流稳定，使光照强度均匀。
4.如权利要求1所述的轨道部件表面缺陷视觉巡检车，其特征在于，所述图像采集装置采用线阵CCD相机(25)，所述图像采集装置滑动设置在车体底盘架上。
5.如权利要求4所述的轨道部件表面缺陷视觉巡检车，其特征在于，所述车体底盘架上两个缺口的左右两侧均设有两条水平滑轨(30)，两条水平滑轨(30)上均设有水平滑块，水平滑块的顶部固定有竖直滑轨(27)，两个竖直滑轨(27)上均设有竖直滑块(28)，两个竖直滑块(28)之间通过相机固定板(26)连接，线阵CCD相机(25)固定在相机固定板(26)上。
6.如权利要求1所述的轨道部件表面缺陷视觉巡检车，其特征在于，所述驱动系统包括：电动机(5)、第一齿轮(6)、辅助齿轮(7)、第二齿轮(8)、短轴(9)和轴承座(10)，电动机(5)固定在车体底盘架上的电机固定管(2)上，第一齿轮(6)安装在电动机(5)的输出轴上，辅助齿轮(7)通过短轴(9)和轴承座(10)设置在电机固定管(2)上，第二齿轮(8)固定在对称的两个后部车轮(32)之间的轴上，第一齿轮(6)通过辅助齿轮(7)与第二齿轮(8)相契合，电动机(5)通过启动开关与电源连接。
7.如权利要求1所述的轨道部件表面缺陷视觉巡检车，其特征在于，所述控制系统包括：锂电池(16)、逆变器、控制电路模块(17)和工业计算机(35)，锂电池(16)提供直流电，逆变器将直流电转化为交流电，为整个系统供电，控制电路模块(17)包括单片机，单片机用于读取和处理光电编码器(33)的输出信号，并根据光电编码器(33)正反转输出信号的差异，判断轨检车车轮的转向，同时对光电编码器输出的脉冲计数，从而记录里程，两个图像采集装置分别与工业计算机(35)信号连接，工业计算机(35)用于接收、显示和储存图像采集装置采集的图像信息。
8.如权利要求7所述的轨道部件表面缺陷视觉巡检车，其特征在于，所述车体底盘架上还固定有计算机支撑管(37)，计算机支撑管(37)的顶部倾斜固定有计算机支撑板(14)，工业计算机(35)放置在计算机支撑板(14)上，计算机支撑板(14)周围设有防滑板(36)；所述车体底盘架上还设有座椅支撑架(13)，座椅支撑架(13)上设有座椅(15)。
9.如权利要求1所述的轨道部件表面缺陷视觉巡检车，其特征在于，所述电动机(5)四周设有多根支撑管(11)，多根支撑管(11)的顶部设有防尘盖(12)。
10.如权利要求1所述的轨道部件表面缺陷视觉巡检车，其特征在于，所述车体底盘架包括：两根车轮固定管(1)、多根电机固定管(2)、多根方型管(3)、多根矩形管(4)和多块钢板(22)，对称车轮(32)的轴通过轴承固定设置在车轮固定管(1)上，车轮固定管(1)的两端、多根电机固定管(2)的两端、多根矩形管(4)的两端分别与方型管(3)固定连接，多块钢板(22)固定在车轮固定管(1)、多根电机固定管(2)、多根方型管(3)和多根矩形管(4)组成的支架上。
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