CN112325781A - 轨道交通接触线磨耗检测装置及方法 - Google Patents

轨道交通接触线磨耗检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通接触线磨耗检测装置及方法，其装置包括相机、反光镜组和激光器；相机能采集到接触线磨损区域的图像；激光器有两个，其投射的激光条能分别投射在轨道交通接触线的圆周上，并延伸至磨损区域；反光镜组能将投射在接触线上的光线反射到相机的视场内；激光器与相机沿轨道交通接触线的轴向前后设置，通过反光镜组反射进相机视场的光线并未铺满整个相机视场；图像的其他部分包含磨损区域的接触线图像，本发明还涉及检测方法，能够准确求取接触线磨耗截面宽度，具有自动化效率高、适用度好的特点。

Description

轨道交通接触线磨耗检测装置及方法
技术领域
本发明涉及视觉检测领域，具体涉及一种轨道交通接触线磨耗检测装置及方法。
背景技术
接触网检修是电气化轨道交通维护中的重要部分，而接触线磨耗检测又是其中的重点和难点，接触线在与电客车受电弓的相互作用时，表面产生腐蚀及磨损的现象即为接触线磨耗，接触线磨耗会引起导线截面减小，导线电阻增大，导致接触导线发热，加剧导线磨损；在接触网运营中，为了保证接触线在一定张力的情况下不断线，要求每年至少要进行一次接触线磨耗测量，当接触网接触线磨耗到一定程度时应当补强或更换，若发现全锚段接触线平均磨耗超过该型接触线截面积的25％时，应当全部更换，平均磨耗没达到25％，局部磨耗超过30％时可局部补强，当局部磨耗达到40％时应切换；如图1为接触线磨耗示意图，如图1中所示，测量尺寸A：接触线磨耗后剩余厚度、尺寸y：接触线磨耗截面宽度或尺寸x：接触线磨耗厚度，三者中的任一项，均能够通过查找尺寸-磨耗百分比对照表，获得接触线的磨耗程度；现有的尺寸测量方法有：
1)人工测量法：通过游标卡尺等测量工具获取尺寸；具有效率低、易受主观因素干扰；
2)图像检测法：通过接触线图像分析截面宽度，这种方法很难实现磨损部分与未磨损部分的准确分割，直接影响截面宽度的计算精度。
发明内容
为了现有技术存在的问题，本发明提供了一种轨道交通接触线磨耗检测装置及方法，其采用相机、反光镜组和激光器三者相结合的方式，使得相机能够同时采集到激光条图像和磨损区域图像，在处理图像时，将线激光部分与二维图像相结合，共同得出磨耗区域信息。
为此，本发明的技术方案如下：
一种轨道交通接触线磨耗检测装置，包括相机、反光镜组和激光器；
所述相机能采集到轨道交通接触线磨损区域的图像；
所述激光器有两个，其投射的激光条能分别投射在轨道交通接触线的圆周上，并延伸至磨损区域；
所述反光镜组能将投射在轨道交通接触线上的光线反射到相机的视场内；
所述激光器所在位置与相机所在位置沿轨道交通接触线的轴向前后设置，通过反光镜组反射进相机视场的光线并未铺满整个相机视场；图像的其他部分为包含磨损区域的轨道交通接触线图像。
进一步，还包括处理模块；
所述处理模块对相机采集到的图像进行如下处理：
1)将所述图像分块，记反光镜组反射进相机视场的光线在相机上的成像为图像I，其余部分为图像II；
2)对图像II进行处理，采用高、低灰度阈值分别提取高阈值连通域和低阈值连通域；
3)将步骤2)的结果与图像I相结合，对高阈值连通域在图像I上所对应区域内点提取图像坐标，计算对应的三维坐标，并进行直线拟合，对低阈值连通域在图像I上所对应的区域内点提取图像坐标，计算对应的三维坐标，并对两段圆弧进行圆拟合，拟合圆与直线延长线的交点之间的宽度能用于反映轨道交通接触线磨耗程度。
优选，通过反光镜组反射进相机视场的光线在相机上成像时仅占整副图像的1/4～3/4。
进一步，所述反光镜组包括对称设置的第一镜片组和第二镜片组；各镜片组分别有两块反光镜，一块能将轨道交通接触线反射回的光线反射至同镜片组的另一块反光镜上，继而被反射到相机的视场内。
进一步，所述两个激光器发射的激光条共线。
优选，激光条与轨道交通接触线的轴线垂直。
本发明还涉及一种轨道交通接触线磨耗检测方法，包括如下步骤：
1)两个激光器分别向轨道交通接触线投射激光，经轨道交通接触线反射，光线经反光镜组反射，进入相机视场，但并未铺满整个相机视场；
2)相机采集图像，得到一部分为反光镜组反射进相机视场的光线在相机上的成像，记为图像I；另一部分包含有磨损区域的轨道交通接触线图像，记为图像II；
3)对图像II进行处理，采用高、低灰度阈值分别提取高阈值连通域和低阈值连通域；
4)将步骤3)的结果与图像I相结合，对高阈值连通域在图像I上所对应区域内点提取图像坐标，计算对应的三维坐标，并进行直线拟合，对低阈值连通域在图像I上所对应的区域内点提取图像坐标，计算对应的三维坐标，并对两段圆弧进行圆拟合，拟合圆与直线延长线的交点之间的宽度能用于反映轨道交通接触线磨耗程度。
优选，通过反光镜组反射进相机视场的光线在相机上成像时仅占整副图像的1/4～3/4。
进一步，所述反光镜组包括对称设置的第一镜片组和第二镜片组；各镜片组分别有两块反光镜，一块能将轨道交通接触线反射回的光线反射至同镜片组的另一块反光镜上，继而被反射到相机的视场内。
本发明检测装置通过相机、反光镜组和激光器三者相结合的方式，使得相机能够同时采集到激光条图像和磨损区域图像，由于接触线磨耗区域的光反射率比其他区域高，因此用光源照亮磨损面时，图像中磨损区域亮度高于其他区域；检测方法首先利用高、低阈值分别获取二维图像(区域II)中高、低两个连通域，通过阈值(大量实测图像灰度分析出的经验值)的设置，来保障高阈值连通域中仅包含磨耗区域，低阈值连通域中仅包含未磨耗区域，分析激光条数据时，将高、低阈值连通域之间的区域剔除不管，即：本方法不需要严格知晓二者之间的边界，而是分别在高、低阈值连通域内通过三角测量原理，获取磨耗区域(小连通域内区域)和非磨耗区域中(大连通域以外区域)的激光条的三维坐标，再分别利用其进行直线拟合、圆拟合，求取两者交点即可获得准确磨耗截面宽度，本方法具有自动化效率高、适用度好的特点。
附图说明
图1为接触线磨耗及磨耗尺寸示意图；
图2为线激光器、相机、反光镜和光源的位置设置示意图；
图3为相机采集到的图像及连通域划分示意图；
图4为拟合出的接触线横截面直线与接触线轮廓交点示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。
一种轨道交通接触线磨耗检测装置，如图2所示，包括相机、反光镜组和激光器；
相机能采集到轨道交通接触线磨损区域的图像；
激光器有两个，其投射的激光条能分别投射在轨道交通接触线的圆周上，并延伸至磨损区域；
反光镜组能将投射在轨道交通接触线上的光线反射到相机的视场内；
激光器所在位置与相机所在位置沿轨道交通接触线的轴向前后设置，通过反光镜组反射进相机视场的光线并未铺满整个相机视场；图像的其他部分为包含磨损区域的轨道交通接触线图像。
进一步，还包括处理模块；
处理模块对相机采集到的图像(如图3)进行如下处理：
1)将图像分块，记反光镜组反射进相机视场的光线在相机上的成像为图像I，其余部分为图像II；
如图3所示，由于反光镜组遮挡了相机的部分视场，因此在图像I中，仅存在被反射来的激光条；而在相机未被反光镜组遮挡的视场内，其能够采集到接触线的二维图像；
2)对图像II进行处理，采用高、低灰度阈值分别提取高阈值连通域和低阈值连通域；
3)将步骤2)的结果与图像I相结合，对高阈值连通域在图像I上所对应区域内点提取图像坐标，计算对应的三维坐标，并进行直线拟合，对低阈值连通域在图像I上所对应的区域内点提取图像坐标，计算对应的三维坐标，并对两段圆弧进行圆拟合，拟合圆与直线延长线的交点之间的宽度(如图4)能用于反映轨道交通接触线磨耗程度。
作为本发明一种优选的实施方式，通过反光镜组反射进相机视场的光线(图像I)在相机上成像时仅占整副图像的1/4～3/4；反光镜组包括对称设置的第一镜片组和第二镜片组；各镜片组分别有两块反光镜，一块能将轨道交通接触线反射回的光线反射至同镜片组的另一块反光镜上，继而被反射到相机的视场内。
具体实施时，两个激光器发射的激光条共线。
为了获得精准的接触线轮廓，激光条与轨道交通接触线的轴线垂直，两激光器与接触线之间的夹角相同(即对称设置在接触线左右)。
为了获得更佳的检测效果，还设有同轴光源，其用于向被检测接触线底部照射；
为了获得更优质的图像，在进行步骤2)之前，还包括图像预处理，包括：图像滤波、增强处理。
作为本检测装置的一种应用，将相机、两个线激光器、第一反光镜、第二反光镜和光源集成在壳体内部，形成检测传感器，将所述检测传感器安装在移动设备上，所述移动设备沿接触线延伸方向移动，相机按照预设的帧率实时采集接触线图像。
针对上述装置的一种轨道交通接触线磨耗检测方法，包括如下步骤：
1)两个激光器分别向轨道交通接触线投射激光，经轨道交通接触线反射，光线经反光镜组反射，进入相机视场，但并未铺满整个相机视场；
2)相机采集图像(如图3)，得到一部分为：反光镜组反射进相机视场的光线(激光条部分)在相机上的成像，记为图像I；另一部分为：包含有磨损区域的轨道交通接触线图像，记为图像II；
如图3所示，由于反光镜组遮挡了相机的部分视场，因此在图像I中，仅存在被反射来的激光条；而在相机未被反光镜组遮挡的视场内，其能够采集到接触线的二维图像；
优选的，通过反光镜组反射进相机视场的光线(图像I)在相机上成像时仅占整副图像的1/4～3/4；即：反光镜组遮挡了相机的1/4～3/4视场；
3)对图像II进行处理，采用高、低灰度阈值分别提取高阈值连通域和低阈值连通域；
4)将步骤3)的结果与图像I相结合，对高阈值连通域在图像I上所对应区域内点提取图像坐标，计算对应的三维坐标，并进行直线拟合，对低阈值连通域在图像I上所对应的区域内点提取图像坐标，计算对应的三维坐标，并对两段圆弧进行圆拟合，拟合圆与直线延长线的交点之间的宽度能用于反映轨道交通接触线磨耗程度。
具体的，在步骤3)中，对图像II进行处理，设置高、低两个灰度阈值分别提取接触线底部二维图像的连通域，记为高阈值连通域和低阈值连通域(如图3)；所述高阈值连通域内仅包含磨耗区域，低阈值连通域内仅包含未磨耗区域；
其中，高、低灰度阈值相差10％～20％的灰度值；依据经验值设置，具体而言，可利用磨耗区域与未磨耗区域分界线处的阈值差设置；
本实施例中，高灰度阈值取值为150，低灰度阈值取值为130。
步骤4)中，获取位于高阈值连通域内的左、右激光条上的三维坐标，利用其拟合直线，记为接触线横截面直线；
获取在低阈值连通域内的左、右激光条上的三维坐标，利用其拟合空间圆，记为接触线轮廓；
计算接触线横截面直线与接触线轮廓之间的交点坐标，再计算两交点之间的距离值，记为磨耗截面宽度，根据该磨耗截面宽度确定接触线的磨耗程度。
其中，反光镜组包括对称设置的第一镜片组和第二镜片组；各镜片组分别有两块反光镜，一块能将轨道交通接触线反射回的光线反射至同镜片组的另一块反光镜上，继而被反射到相机的视场内。
具体而言，相机设置于接触线底面的正下方，其视场覆盖接触线底面；
线激光器设有两个，分别对称固定在接触线的两侧，在其斜下方均设置第一反光镜；
在相机和接触线之间设置第二反光镜，所述第二反光镜遮挡部分相机视场；
第一反光镜与第二反光镜的镜面相对，并设有倾斜角度，所述第一反光镜用于将激光条反射到第二反光镜，所述第二反光镜用于将接收到的激光条反射进相机。优选的。第一反光镜和第二反光镜设置在同一水平位置上，所述倾斜角度为30°～60°。
本发明装置及方法，能够准确求取接触线磨耗截面宽度，具有自动化效率高、适用度好的特点。

Claims (8)

1.一种轨道交通接触线磨耗检测装置，其特征在于：包括相机、反光镜组和激光器；
所述相机能采集到轨道交通接触线磨损区域的图像；
所述激光器有两个，其投射的激光条能分别投射在轨道交通接触线的圆周上，并延伸至磨损区域；
所述反光镜组能将投射在轨道交通接触线上的光线反射到相机的视场内；
所述激光器所在位置与相机所在位置沿轨道交通接触线的轴向前后设置，通过反光镜组反射进相机视场的光线并未铺满整个相机视场；图像的其他部分为包含磨损区域的轨道交通接触线图像。
2.如权利要求1所述轨道交通接触线磨耗检测装置，其特征在于：还包括处理模块；
所述处理模块对相机采集到的图像进行如下处理：
1)将所述图像分块，记反光镜组反射进相机视场的光线在相机上的成像为图像I，其余部分为图像II；
2)对图像II进行处理，采用高、低灰度阈值分别提取高阈值连通域和低阈值连通域；
3)将步骤2)的结果与图像I相结合，对高阈值连通域在图像I上所对应区域内点提取图像坐标，计算对应的三维坐标，并进行直线拟合，对低阈值连通域在图像I上所对应的区域内点提取图像坐标，计算对应的三维坐标，并对两段圆弧进行圆拟合，拟合圆与直线延长线的交点之间的宽度能用于反映轨道交通接触线磨耗程度。
3.如权利要求1所述轨道交通接触线磨耗检测装置，其特征在于：通过反光镜组反射进相机视场的光线在相机上成像时仅占整副图像的1/4～3/4。
4.如权利要求1所述轨道交通接触线磨耗检测装置，其特征在于：所述反光镜组包括对称设置的第一镜片组和第二镜片组；各镜片组分别有两块反光镜，一块能将轨道交通接触线反射回的光线反射至同镜片组的另一块反光镜上，继而被反射到相机的视场内。
5.如权利要求1所述轨道交通接触线磨耗检测装置，其特征在于：所述两个激光器发射的激光条共线。
6.一种轨道交通接触线磨耗检测方法，其特征在于包括如下步骤：
1)两个激光器分别向轨道交通接触线投射激光，经轨道交通接触线反射，光线经反光镜组反射，进入相机视场，但并未铺满整个相机视场；
2)相机采集图像，得到一部分为反光镜组反射进相机视场的光线在相机上的成像，记为图像I；另一部分包含有磨损区域的轨道交通接触线图像，记为图像II；
3)对图像II进行处理，采用高、低灰度阈值分别提取高阈值连通域和低阈值连通域；
4)将步骤3)的结果与图像I相结合，对高阈值连通域在图像I上所对应区域内点提取图像坐标，计算对应的三维坐标，并进行直线拟合，对低阈值连通域在图像I上所对应的区域内点提取图像坐标，计算对应的三维坐标，并对两段圆弧进行圆拟合，拟合圆与直线延长线的交点之间的宽度能用于反映轨道交通接触线磨耗程度。
7.如权利要求6所述轨道交通接触线磨耗检测方法，其特征在于：通过反光镜组反射进相机视场的光线在相机上成像时仅占整副图像的1/4～3/4。
8.如权利要求6所述轨道交通接触线磨耗检测方法，其特征在于：所述反光镜组包括对称设置的第一镜片组和第二镜片组；各镜片组分别有两块反光镜，一块能将轨道交通接触线反射回的光线反射至同镜片组的另一块反光镜上，继而被反射到相机的视场内。
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