CN113551605B - 磁浮轨道感应板销钉松弛检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁浮轨道感应板销钉松弛检测装置和检测方法，包括沿F型钢轨同步移动设置的激光发射器和相机；所述激光发射器具有平行的激光光栅，并在F型钢轨顶部的感应板顶面照射形成若干平行的激光线，所述相机对所述感应板上平行的激光线长度进行拍摄成像，当激光线照在销钉异常凸出位置，该激光线长度会长于其他正常激光线长度，即找出凸出于F型钢轨轨道边沿的异常销钉。本发明采用上述方案对磁浮轨道感应板销钉进行自动化检测，检测效率高，检测精度高，可在各类磁浮轨道交通检修中进行推广应用。

Description

磁浮轨道感应板销钉松弛检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及一种磁浮轨道感应板销钉松弛检测装置和检测方法，属于磁浮轨道交通检修检测技术。

背景技术

与普通轮轨交通系统中的工字型钢轨不同，磁浮轨道交通系统中采用的是F型钢轨1，并在上铺设了一层感应板2，用于产生感应电流，使直流电机产生对磁浮列车的牵引力， F型钢轨1与感应板2之间通过销钉固定。如图1所示，其中感应板2侧面的销钉，正常状态会嵌入到感应板表面，但是在长期的车辆运行过程中，由于振动等原因会导致松弛，异常销钉3从而伸出了感应板2侧表面，从而造成了一定的安全隐患。

针对F型钢轨感应板上的松弛销钉的检测方法为人工检测，维修人员在巡检过程中，发现有销钉松弛伸出的情况，则利用工具对其重新紧固。该方法具有以下几个缺陷：

（1）漏检率高。长时间的人工巡检过程中，检修人员的主观判断、光照的影响，周围环境的干扰等，都会对检测产生影响，从而漏掉一些故障点。

（2）检测效率低。人工巡检的过程中，由于人员行走速度较慢，且磁浮轨道的侧面不易观察，所以检测的效率较低。

（3）数字化程度低。人工检测过程中，故障的位置、销钉探出的长度等数据，由于需要人工手动测量与记录，进一步增加了针对该项检修项目的检修强度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对人工检测磁浮轨道感应板销钉松动存在的效率低、漏检率高、强度大的问题，提供一种新的磁浮轨道感应板销钉松弛检测装置和检测方法。

本发明采用如下技术方案实现：

磁浮轨道感应板销钉松弛检测装置，包括沿F型钢轨同步移动设置的激光发射器和相机；所述激光发射器具有平行的激光光栅，并在F型钢轨顶部的感应板顶面照射形成若干平行的激光线，所述相机对所述感应板上平行的激光线长度进行拍摄成像，当激光线照在销钉异常凸出位置，该激光线长度会长于其他正常激光线长度，即找出凸出于F型钢轨轨道边沿的异常销钉。

本发明的磁浮轨道感应板销钉松弛检测装置中，优选的，所述激光发射器采用一字型激光发射器组成的平行激光光栅。

本发明的磁浮轨道感应板销钉松弛检测装置中，优选的，通过所述激光光栅照射在感应板上的激光线两端超出磁浮导轨两侧边沿。

本发明的磁浮轨道感应板销钉松弛检测装置中，优选的，所述相机光轴的方向与激光光栅的激光发射平面平行。

本发明还公开了上述磁浮轨道感应板销钉松弛检测装置的检测方法，通过所述相机获取激光发射器的若干根激光光栅在感应板上形成的平行激光线，其中一根激光线与感应板的其中一销钉安装位置对齐，若该销钉松弛后凸出于轨道的边沿，则对应的激光线长度长于其余激光线，确定该销钉为松弛故障销钉。

本发明的磁浮轨道感应板销钉松弛检测方法进一步的，具体包括如下步骤：

S1、所述激光发射器在轨道上的感应板顶面照射形成平行激光线；

S2、所述相机拍摄感应板上的平行激光线图片；

S3、提取图片中的激光线并生成二值图；

S4、利用二值图中所有光栅激光线的端点拟合出轨道的边沿；

S5、找寻光栅激光线的端点相对边沿的离群值点，并计算该光栅激光线的端点与轨道边沿的距离，得到对应位置销钉松弛后凸出轨道边沿的销钉长度。

本发明的磁浮轨道感应板销钉松弛检测方法进一步的，所述步骤S3中采用图像分割算法提取图片中的激光线，生成二值图。

本发明的磁浮轨道感应板销钉松弛检测方法进一步的，所述步骤S4中采用RANSAC算法对所有激光线的二值图同侧端点拟合出轨道的边沿。

本发明的磁浮轨道感应板销钉松弛检测方法进一步的，所述步骤S5中，首先通过拟合出的轨道边沿和找寻到的激光线端点的离群值点，计算找寻到的激光线端点到轨道边沿的垂直像素长度Length_pixel，

其次，通过公式（1）和公式（2）计算对应位置销钉松弛后凸出轨道边沿的销钉长度Length_real，

（1），

（2），

其中，resolution_w为相机的宽度分辨率，f为相机的焦距、Distance为相机到销钉的距离，sensor_w为相机的靶面宽度尺寸，β为每个像素对应的实际长度。

本发明的磁浮轨道感应板销钉松弛检测方法进一步的，所述步骤S5中还设定了一个误差阈值，将计算得到的销钉长度与误差阈值进行比对，小于误差阈值的销钉长度不被检出，超过误差阈值的销钉长度检出为异常销钉。

本发明采用激光发射器照射在F型钢轨顶部感应板上，通过相机拍摄反射的光线长度来计算判断感应板边缘的销钉是否存在松弛松弛凸出，整个检测装置可以设置在轨检车上移动检测，具有如下有益效果：

（1）本发明成本低廉，使用的一字型激光发射器与工业相机配合，均是常用的传感器，可以直接装配在轨检车上进行移动检测。

（2）本发明对激光发射光线检测计算仅需处理二维图形信息，数据量较小，可大幅提升检测的效率，降低检测人员工作强度。

（3）本发明可以自动对故障进行定量分析，对故障销钉的凸出长度进行精准计算，且对检测装置安装的公差与检测过程中检测车辆的晃动具有一定的兼容性，可以为轨道管理系统提供可靠的检测结果。

综上所述，本发明采用上述方案对磁浮轨道感应板销钉进行自动化检测，检测效率高，检测精度高，可在各类磁浮轨道交通检修中进行推广应用。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为磁浮轨道上的感应板和销钉的装配结构示意图。

图2为实施例的磁浮轨道感应板销钉松弛检测装置的结构示意图。

图3为实施例的磁浮轨道感应板销钉松弛检测装置的俯视图。

图4为实施例中的激光发射器和相机之间的位置关系示意图。

图5为实施例中的激光发射器的照射方向和相机的拍摄方向的示意图。

图6为实施例的磁浮轨道感应板销钉松弛检测方法的流程图。

图7为实施例中的平行激光线生成的二值图。

图8为实施例中的对应故障销钉的激光线局部放大示意图。

图9为实施例可采用的另一种倾斜的平行激光线示意图。

图10为实施例中相机和故障销钉在竖直方向的位置示意图。

图中标号：1-F型钢轨，2-感应板，3-异常销钉，4-激光发射器，5-相机，6-激光光栅，6’-平行的激光线，61-轨道边沿。

具体实施方式

实施例

参见图2，图示的标粗部分为对图1中磁浮轨道感应板销钉松弛检测的检测装置，在图1中，磁浮轨道的F型钢轨1上铺设一层感应板2，感应板2边沿折弯贴靠F型钢轨1侧边，在感应板1的折弯侧边通过销钉将感应板2和F型钢轨1固定，感应板1的折弯处即构成本实施例中的磁浮轨道外侧边沿。

本实施例的检测装置具体包括激光发射器4和相机5，激光发射器4和相机5之间相对固定设置，在检测过程中可以固定安装在轨检车上，沿磁浮轨道同步移动。激光发射器4具有若干相互平行的激光光栅6，激光光栅6沿磁浮轨道方向布置，激光发射器4的激光光线穿过激光光栅照射在磁浮轨道的感应板2顶面，形成若干平行的激光线6’，相机5固定在激光发射器4的一侧，对感应板上平行的激光线长度进行拍摄成像。

如图3中所示，激光发射器4在感应板2表面通过反射形成若干平行的激光线6’，并且通过激光光栅6照射在感应板上的激光线两端应当要超出磁浮导轨两侧边沿。激光发射器4沿磁浮导轨移动，所有的激光线6’在感应板2上移动，在其中一条激光线照射经过销钉的安装位置，正常的销钉状态应该要与磁浮导轨边沿平齐，此时感应板上反射的激光线长度不会变化，若此处的销钉因为松弛退出安装孔而凸出磁浮导轨的外侧边沿，此时激光线照射在凸出的销钉上发生反射，使感应板2上的该激光线在磁浮导轨外侧边沿发生延长，通过相机5拍摄到的移动到该位置处的激光线长度异常并通过计算即找出该处位置的异常销钉3。随着激光发射器4和相机5沿磁浮导轨移动检测，即可将磁浮导轨感应板上的异常销钉全部定位找出。

具体的，本实施例中的激光发射器4采用两组以上的一字型激光发射器组成平行激光光栅，一字型激光发射器照射到感应板2上的激光线长度要超过磁浮轨道的宽度，以保证能够覆盖照射到凸出磁浮轨道边沿的故障销钉上，相机5设置在感应板2正上方，其光轴垂直于感应板进行拍摄，激光发射器4固定设置在相机5的一侧，从感应板2一侧倾斜发射激光照射感应板，相机5的光轴方向与激光光栅6的激光发射平面平行，如图4和图5所示。

如图6所示，本实施例采用上述检测装置来检测磁浮轨道感应板销钉松弛的具体步骤如下：

S1、所述激光发射器在轨道上的感应板顶面照射形成平行激光线，如图7和图8所示，激光发射器照射在感应板2上的平行激光线与感应板的销钉安装轴线平行，这样能够使得照射在松弛的异常销钉上反射的激光线能够与照射在感应板2上的激光线形成连续激光线；

S2、所述相机拍摄感应板上的平行激光线图片，相机按照移动的速度经过每个感应板上销钉的频率进行拍摄，保证每次拍摄的图片中有一条激光线是与感应板上的其中一个销钉对齐；

S3、采用图像分割算法提取图片中的激光线，生成二值图，如图7中所示；

S4、采用RANSAC算法对所有激光线的二值图同侧端点拟合出轨道边沿61；

S5、找寻光栅激光线的端点相对边沿的离群值点（异常销钉3），并计算该光栅激光线的端点与轨道边沿的距离，得到对应位置销钉松弛后凸出轨道边沿的异常销钉长度，具体的计算方法如下：

如图8所示，首先通过拟合出的轨道边沿61和找寻到的激光线端点的离群值点，以生成的二值图平面建立平面坐标系，通过检测得到离群值点的像素坐标及拟合出的轨道边沿直线参数，即平面坐标系中已知点到已知直线的垂直距离，得出找寻到的激光线端点到轨道边沿的垂直像素长度Length_pixel，

实际应用中，激光发射器照射在感应板2上的平行激光线与感应板的销钉安装轴线之间可以存在一定的夹角，如图9所示，即使照射到感应板上的激光线与照射到凸出的异常销钉上的激光之间断开，也可以通过RANSAC算法对断开的激光线之间拟合得到连续激光线。

其次，通过公式（1）和公式（2）计算对应位置销钉松弛后凸出轨道边沿的销钉长度Length_real，

（1），

（2），

其中，resolution_w为相机的宽度分辨率，f为相机的焦距、Distance为相机到销钉的距离，如图10中所示，sensor_w为相机的靶面宽度尺寸，β为每个像素对应的实际长度。

实际操作中，由于装配误差或者检测装置在移动过程中发生的晃动导致检测结果出现偏差，本实施例针对上述检测方法检测出来的销钉长度Length_real设定了一个误差阈值，将计算得到的销钉长度Length_real与该误差阈值进行比对，当Length_real小于误差阈值时，则不认定该处销钉为异常销钉，当Length_real超过误差阈值时，则认定该处销钉检出为异常销钉，避免实际检测过程中出现大量异常数据导致检测失败。

有关平行激光线的二值提取采用的图像分割算法和轨道边沿拟合的RANSAC算法均为现有成熟计算机算法，本领域技术人员可以根据实际检测情况设计计算程序，本实施例在此不对以上算法进行展开说明。

以上，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.磁浮轨道感应板销钉松弛检测方法，其特征在于：磁浮轨道的F型钢轨上铺设一层感应板，感应板边沿折弯贴靠F型钢轨侧边，在感应板的折弯侧边通过销钉将感应板和F型钢轨固定，感应板的折弯处即构成的磁浮轨道外侧边沿；沿F型钢轨同步移动设置的激光发射器和相机，其中，所述激光发射器具有平行的激光光栅，并在F型钢轨顶部的感应板顶面照射形成若干平行的激光线，所述相机对所述感应板上的平行的激光线长度进行拍摄成像，通过所述相机获取激光发射器的若干根激光光栅在感应板上形成的平行激光线，其中一根激光线与感应板的其中一销钉安装位置对齐，若该销钉松弛后凸出于轨道的边沿，则对应的激光线长度长于其余激光线，确定该销钉为松弛故障销钉，具体包括如下步骤：

S1、所述激光发射器在轨道上的感应板顶面照射形成平行激光线；

S2、所述相机拍摄感应板上的平行激光线图片；

S3、提取图片中的激光线并生成二值图；

S4、利用二值图中所有光栅激光线的端点拟合出轨道的边沿；

S5、找寻光栅激光线的端点相对边沿的离群值点，并计算该光栅激光线的端点与轨道边沿的距离，得到对应位置销钉松弛后凸出轨道边沿的销钉长度。

2.根据权利要求1所述的检测方法，所述步骤S3中采用图像分割算法提取图片中的激光线，生成二值图。

3.根据权利要求1所述的检测方法，所述步骤S4中采用RANSAC算法对所有激光线的二值图同侧端点拟合出轨道的边沿。

4.根据权利要求1或2或3所述的检测方法，所述步骤S5中，首先通过拟合出的轨道边沿和找寻到的激光线端点的离群值点，计算找寻到的激光线端点到轨道边沿的垂直像素长度Length_pixel，

其次，通过公式（1）和公式（2）计算对应位置销钉松弛后凸出轨道边沿的销钉长度Length_real，

（1），

（2），

其中，resolution_w为相机的宽度分辨率，f为相机的焦距、Distance为相机到销钉的距离，sensor_w为相机的靶面宽度尺寸，β为每个像素对应的实际长度。

5.根据权利要求4所述的检测方法，所述步骤S5中还设定了一个误差阈值，将计算得到的销钉长度与误差阈值进行比对，小于误差阈值的销钉长度不被检出，超过误差阈值的销钉长度检出为异常销钉。

6.根据权利要求1所述的检测方法，所述激光发射器采用一字型激光发射器组成的平行激光光栅。

7.根据权利要求6所述的检测方法，通过所述激光光栅照射在感应板上的激光线两端超出磁浮导轨两侧边沿。

8.根据权利要求7所述的检测方法，所述相机光轴的方向与激光光栅的激光发射平面平行。