CN113882199A - 一种钢轨波形磨耗视觉检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢轨波形磨耗视觉检测装置及方法，涉及钢轨表面检测技术领域。本发明包括种钢轨波形磨耗视觉检测装置，所述视觉检测装置包括：连接部；安装在所述连接部底部的行走部，用以使所述视觉检测装置可移动和停驻；用于供电的电源组件；还包括有由下及上的依次安装在所述连接部上的：测量组件，用于测量钢轨的相对深度；照明部，用于照明；视觉组件，用于获取钢轨轨面的图像。本发明的视觉检测方法，通过灰度‑深度对应关系，可以通过采集图片进行铁轨深度的获取，并可以将数字化模型进行进一步分析，用以指导针对钢轨波形磨耗的打磨作业。相较传统的人工巡线与物理检测的方式，本发明可以极大提高工作效率。

Description

一种钢轨波形磨耗视觉检测装置及方法

技术领域

本发明属于钢轨表面检测技术领域，特别是涉及一种钢轨波形磨耗视觉检测装置及方法。

背景技术

随着我国城市轨道交通飞速发展，我国地铁建设公里数不断增加。但许多地铁投入运营后出现了各种表面损伤，特别是钢轨波形磨耗。钢轨波形磨耗，作为钢轨表面损伤之一，其具有发展速度快，发展距离长等特点。该种钢轨表面损伤影响了地铁运输的平稳性甚至安全性。

钢轨轨面检测技术主要是对钢轨轨面进行动态检测，将钢轨轨面图像、轨面深度等信息进行采集、处理与输出，为后续的钢轨打磨等钢轨波形磨耗治理手段提供数据支持。

目前，针对钢轨波形磨耗的检测装置多为物理接触式装置，不仅测量速度慢，而且后续数据的处理效率较低，如此会消耗较多的人力成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢轨波形磨耗视觉检测装置及方法，以解决了现有的问题：测量速度慢，数据的处理效率低，消耗人力成本多。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种钢轨波形磨耗视觉检测装置，所述视觉检测装置包括：

连接部；

安装在所述连接部底部的行走部，用以使所述视觉检测装置可移动和停驻；

用于供电的电源组件；

还包括有由下及上的依次安装在所述连接部上的：

测量组件，用于测量钢轨的相对深度；

照明部，用于照明；

视觉组件，用于获取钢轨轨面的图像。

进一步地：所述连接部包括有固定在一起的四个立柱。

进一步地：所述测量组件包括夹持器、调节连接架、滑动组件；

所述夹持器上夹持有位移感应器。

进一步地：所述夹持器包括U形底座、调节钮、调节a板、调节b板、限位杆，所述限位杆固定于U形底座内部，所述调节b板和所述调节a板滑动连接于所述限位杆外侧，所述调节钮的一端固定有一螺杆，所述螺杆上设置有两段旋向相反的外螺纹，两段旋向相反的外螺纹分别与所述所述调节b板和所述调节a板螺纹连接，且所述螺杆的远离调节钮的一端与U形底座转动连接；

所述调节连接架包括两个支杆和一个端杆，两个所述支杆平行固定在所述端杆的一侧；

所述滑动组件包括滑动底板和滑动件，所述滑动件滑动连接于所述滑动底板的顶部，所述滑动底板固定于所述端杆顶部，所述滑动件固定于所述夹持器的底部；

所述支杆通过双向连接调节器装配在所述立柱上。

进一步地：所述双向连接调节器包括L板、调节钉、阻挡块，所述L板的两个侧板上均转动连接的装配有调节钉，所述调节钉的一端贯穿过所述L板与所述阻挡块螺纹连接；

所述支杆和立柱上均开设有内滑槽，两个所述阻挡块分别位于所述支杆和立柱的内滑槽内部。

进一步地：所述照明部包括调节连接架和照明灯；

所述调节连接架包括两个支杆和一个端杆，两个所述支杆平行固定在所述端杆的一侧；所述滑动组件包括滑动底板和滑动件，所述滑动件滑动连接于所述滑动底板的顶部，所述滑动底板固定于所述端杆顶部，所述滑动件固定于所述夹持器的底部；

所述支杆通过双向连接调节器装配在所述立柱上；

所述端杆的底部固定有照明灯。

进一步地：所述视觉组件包括一固定在所述连接部的顶部中心处的夹持器，所述夹持器上夹持有图像采集器。

进一步地：所述所述行走部为带脚刹的万向轮。

一种钢轨波形磨耗视觉检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

通过视觉组件获取初始钢轨轨面图像，通过测量组件获取初始钢轨轨面图像内对应轨面上均布的m*n个测点的相对深度；

通过采集到的初始钢轨轨面图像获得所述m*n个测点的对应灰度值，同时通过获得m*n个测点的相对深度，计算获得灰度-相对深度拟合方程；

通过得到的灰度-相对深度拟合方程，建立数字化模型；

在地铁钢轨检修过程中，进行实时获取钢轨轨面图像，并通过所述数字化模型，得到钢轨的可视化三维模型；

对所述可视化三维模型进行滤波，以消除图像噪声等带来的影响，随后输出并记录滤波后实时空间曲面。

进一步地：其中，通过测量组件获取初始钢轨轨面图像内内对应轨面上均布的m*n个测点的相对深度，包括：

同一横截面上选取n个测点记为一组；

每隔一个固定距离选取一个横截面，共选取m个横截面，即为m*n个测点

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的视觉检测装置通过行走部的设置，可有效保证装置能沿着铁轨进行移动；通过照明部的设置，能对铁轨进行照明，为灰度值的检测提供了光照条件；通过测量组件、视觉组件的设置，能有效保证深度测量和图像的采集。

2、本发明的视觉检测装置通过夹持器的设置，大大方便了测量组件、视觉组件上对位移感应器和图像采集器的装配。

3、本发明的视觉检测装置通过双向连接调节器的设置、滑动组件的设置，实现了在三维方向上的位置可调与固定，大大扩大了装置的适用性。

4、本发明的视觉检测方法，通过灰度-深度对应关系，可以通过采集图片进行铁轨深度的获取，并可以将数字化模型进行进一步分析，用以指导针对钢轨波形磨耗的打磨作业。相较传统的人工巡线与物理检测的方式，本发明可以极大提高工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明视觉检测装置的结构示意图；

图2为本发明视觉检测装置的半剖图；

图3为本发明装置夹持器的结构示意图；

图4为本发明装置夹持器结构剖视图；

图5为本发明装置调节连接架的结构示意图；

图6为本发明装置滑动组件的结构展开图；

图7为本发明装置双向连接调节器的使用状态图；

图8为本发明装置双向连接调节器的结构示意图；

图9为本发明方法轨面图像与对应的实时数字化模型。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

01、行走部；02、连接部；03、照明部；04、测量组件；05、视觉组件；06、电源组件；21、立柱；41、夹持器；4a、U形底座；4b、调节钮；4c、调节a板；4d、调节b板；4e、限位杆；42、调节连接架；43、滑动组件；4f、支杆；4g、端杆；4h、滑动底板；4i、滑动件；07、双向连接调节器；71、L板；72、调节钉；73、阻挡块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

在本实施例中，主要用于公开一种钢轨波形磨耗视觉检测装置。

具体请参阅图1~图2：

本发明的钢轨波形磨耗视觉检测装置包括有行走部01、连接部02、照明部03、测量组件04、视觉组件05以及电源组件06。

其中，所述行走部01安装在所述连接部02的底部的四个端角，用于使其进行移动。

在一实施例中，所述行走部01为带脚刹的万向轮。

其中，所述连接部02为一框架体，所述连接部02包括有固定在一起的四个立柱21。

在一实施例中，四个所述立柱21通过四个横杆进行固定，

所述连接部02上由下及上分别装配有所述测量组件04、所述照明部03以及所述视觉组件05。

其中，所述测量组件04与所述视觉组件05均包括一夹持器41，分别用于夹持位移感应器和图像采集器。

在此，所述位移感应器可以为市面上常见的激光位移传感器，也可以为电位器式位移传感器、电感式位移传感器、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等，也可以是机械式的位移测量仪。总之，只要是能实现测量位移，完成深度测量即可。

在此，所述图像采集器可以为市面上的常用摄像机即可。

具体参阅图3：

所述夹持器41包括U形底座4a、调节钮4b、调节a板4c、调节b板4d、限位杆4e，所述限位杆4e固定于U形底座4a内部，所述调节b板4d和所述调节a板4c滑动连接于所述限位杆4e外侧，所述调节钮4b的一端固定有一螺杆，所述螺杆上设置有两段旋向相反的外螺纹，两段旋向相反的外螺纹分别与所述所述调节b板4d和所述调节a板4c螺纹连接，且所述螺杆的远离调节钮4b的一端与U形底座4a转动连接；。

由此，通过转动调节钮4b可以使得旋向相反的外螺纹转动，进而带动调节a板4c、调节b板4d相向平移或者反向平移，进而调节调节b板4d与调节a板4c之间的相对距离，实现对位移感应器和图像采集器的夹持。

参阅图2、图5和图6，所述测量组件04包括上述的夹持器41，还包括调节连接架42、滑动组件43，所述调节连接架42包括两个支杆4f和一个端杆4g，两个所述支杆4f平行固定在所述端杆4g的一侧；所述滑动组件43包括滑动底板4h和滑动件4i，所述滑动件4i滑动连接于所述滑动底板4h的顶部，所述滑动底板4h固定于所述端杆4g顶部，所述滑动件4i固定于所述夹持器41的底部。

由此，通过滑动组件43的设置，可以使得测量组件04的夹持器41的水平横向方向，可记为X轴方向可调。

在一实施例中，所述调节连接架42可滑动的连接于所述连接部02上。

具体的，请参阅图7，所述支杆4f通过双向连接调节器07装配在所述立柱21上。

参阅图8，所述双向连接调节器07包括L板71、调节钉72、阻挡块73，所述L板71的两个侧板上均转动连接的装配有调节钉72，所述调节钉72的一端贯穿过所述L板71与所述阻挡块73螺纹连接。

另外，所述支杆4f和立柱21上均开设有内滑槽，两个所述阻挡块73分别位于所述支杆4f和立柱21的内滑槽内部。

由此，通过调节钉72可以调节阻挡块73在所述支杆4f和立柱21的内滑槽内部的松紧度，进而完成滑动调节、以及位置锁定。

可知，通过双向连接调节器07的设置，既可以调节测量组件04的夹持器41的水平竖向方向，可记为Y轴方向，也可以调节其竖直高度方向，可记为Z轴方向。

综合上述，通过双向连接调节器07的设置、滑动组件43的设置，实现了测量组件04在三维方向上的位置可调与固定。

当然，测量组件04的位置可调应不仅限于三维方向同时可调，其任意二维方向可调、任意一维方向可调、不可调动都应在本发明的保护范围之内。

另请参阅图1和图2，所述照明部03包括两个所述的调节连接架42，两个所述调节连接架42对称安装在所述连接部02的两侧。

所述调节连接架42包括两个支杆4f和一个端杆4g，两个所述支杆4f平行固定在所述端杆4g的一侧；

且在所述端杆4g的底部固定有照明灯31。

由于地铁的检修往往在夜间进行，通过照明部03的设置既可以进行进行照明，又可以进一步减少环境光可能会造成的影响。

当然，在本实施例中，所述照明部03的位置可为任意二维方向可调，具体为Y轴方向和Z轴方向可调，在其它实施例中，所述照明部03任意一维方向可调、不可调动都应在本发明的保护范围之内。

另外，请参阅图1、图2，所述视觉组件05也包括有所述的夹持器41。

在本实施例中，对于所述视觉组件05的夹持器41为直接固定在连接部02的顶部中心处，在其它实施例中，也可以像所述测量组件04的调节方式一样实现三维方向同时可调，当然，同理的任意二维方向可调、任意一维方向可调、不可调动都应在本发明的保护范围之内。

参阅图1，所述电源组件06可以固定在所述连接部02的任意位置处，其用于为本装置的用电装置进行供电。

实施例二：

在本实施例中，主要用于公开一种钢轨波形磨耗视觉检测方法。

步骤一：通过视觉组件获取初始钢轨轨面图像，通过测量组件获取图片内对应轨面上均布的m*n个测点的相对深度；

由于对于钢轨轨面往往磨损的都是顶面弧度面，而磨损必然伴随着该顶面弧度面的深度变化以及在同一光源环境下的图像的灰度值变化。

当然，我们可以截取顶部弧面的某几个点作为参考值。

例如，在同一横截面上我们可以选取n个测点记为一组，每隔一个固定距离选取一个横截面，共选取m个横截面进行获取。

步骤二：通过上述采集到的初始钢轨轨面图像获得所述m*n个测点的对应灰度值，同时通过获得m*n个测点的相对深度，计算获得灰度-相对深度拟合方程。

步骤三：通过得到的灰度-相对深度拟合方程，建立数字化模型；

通过步骤二获得的灰度-相对深度拟合方程，我们可以通过拍摄到的实时钢轨轨面图像得到其各个点的相对深度，进而将二维的钢轨轨面图像加入深度值，实现三维数字化，进而建立出数字化模型。

具体请参阅图9，图9给出了本申请人在某一实施例中，实时获取到的轨面图像与对应的实时数字化模型。

步骤四：在地铁钢轨检修过程中，通过实施例一所述的装置使其沿钢轨方向移动，实时获取钢轨轨面图像，并通过所述数字化模型，得到钢轨的可视化三维模型。

步骤五：对所述可视化三维模型进行滤波，以消除图像噪声等带来的影响，随后输出并记录滤波后实时空间曲面，为后续打磨提供数据上的指导。

综上所述，可知：本发明可以很好的反应钢轨轨面局部信息，并可以将数字化模型进行进一步分析，用以指导针对钢轨波形磨耗的打磨作业。相较传统的人工巡线与物理检测的方式，本发明可以极大提高工作效率、节省大量人力物力，由于实现了钢轨实时空间曲面的记录，也可以为钢轨的磨损情况实现可追溯。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种钢轨波形磨耗视觉检测装置，其特征在于：所述视觉检测装置包括：

连接部（02）；

安装在所述连接部（02）底部的行走部（01），用以使所述视觉检测装置可移动和停驻；

用于供电的电源组件（06）；

还包括有由下及上的依次安装在所述连接部（02）上的：

测量组件（04），用于测量钢轨的相对深度；

照明部（03），用于照明；

视觉组件（05），用于获取钢轨轨面的图像。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨波形磨耗视觉检测装置，其特征在于：所述连接部（02）包括有固定在一起的四个立柱（21）。

3.根据权利要求2所述的一种钢轨波形磨耗视觉检测装置，其特征在于：所述测量组件（04）包括夹持器（41）、调节连接架（42）、滑动组件（43）；

所述夹持器（41）上夹持有位移感应器。

4.根据权利要求3所述的一种钢轨波形磨耗视觉检测装置，其特征在于：所述夹持器（41）包括U形底座（4a）、调节钮（4b）、调节a板（4c）、调节b板（4d）、限位杆（4e），所述限位杆（4e）固定于U形底座（4a）内部，所述调节b板（4d）和所述调节a板（4c）滑动连接于所述限位杆（4e）外侧，所述调节钮（4b）的一端固定有一螺杆，所述螺杆上设置有两段旋向相反的外螺纹，两段旋向相反的外螺纹分别与所述所述调节b板（4d）和所述调节a板（4c）螺纹连接，且所述螺杆的远离调节钮（4b）的一端与U形底座（4a）转动连接；

所述调节连接架（42）包括两个支杆（4f）和一个端杆（4g），两个所述支杆（4f）平行固定在所述端杆（4g）的一侧；

所述滑动组件（43）包括滑动底板（4h）和滑动件（4i），所述滑动件（4i）滑动连接于所述滑动底板（4h）的顶部，所述滑动底板（4h）固定于所述端杆（4g）顶部，所述滑动件（4i）固定于所述夹持器（41）的底部；

所述支杆（4f）通过双向连接调节器（07）装配在所述立柱（21）上。

5.根据权利要求4所述的一种钢轨波形磨耗视觉检测装置，其特征在于：所述双向连接调节器（07）包括L板（71）、调节钉（72）、阻挡块（73），所述L板（71）的两个侧板上均转动连接的装配有调节钉（72），所述调节钉（72）的一端贯穿过所述L板（71）与所述阻挡块（73）螺纹连接；

所述支杆（4f）和立柱（21）上均开设有内滑槽，两个所述阻挡块（73）分别位于所述支杆（4f）和立柱（21）的内滑槽内部。

6.根据权利要求1所述的一种钢轨波形磨耗视觉检测装置，其特征在于：所述照明部（03）包括调节连接架（42）和照明灯（31）；

所述调节连接架（42）包括两个支杆（4f）和一个端杆（4g），两个所述支杆（4f）平行固定在所述端杆（4g）的一侧；所述滑动组件（43）包括滑动底板（4h）和滑动件（4i），所述滑动件（4i）滑动连接于所述滑动底板（4h）的顶部，所述滑动底板（4h）固定于所述端杆（4g）顶部，所述滑动件（4i）固定于所述夹持器（41）的底部；

所述支杆（4f）通过双向连接调节器（07）装配在所述立柱（21）上；

所述端杆（4g）的底部固定有照明灯（31）。

7.根据权利要求1所述的一种钢轨波形磨耗视觉检测装置，其特征在于：所述视觉组件（05）包括一固定在所述连接部（02）的顶部中心处的夹持器（41），所述夹持器（41）上夹持有图像采集器。

8.根据权利要求1所述的一种钢轨波形磨耗视觉检测装置，其特征在于：所述所述行走部（01）为带脚刹的万向轮。

9.一种钢轨波形磨耗视觉检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

通过视觉组件获取初始钢轨轨面图像，通过测量组件获取初始钢轨轨面图像内对应轨面上均布的m*n个测点的相对深度；

通过采集到的初始钢轨轨面图像获得所述m*n个测点的对应灰度值，同时通过获得m*n个测点的相对深度，计算获得灰度-相对深度拟合方程；

通过得到的灰度-相对深度拟合方程，建立数字化模型；

在地铁钢轨检修过程中，进行实时获取钢轨轨面图像，并通过所述数字化模型，得到钢轨的可视化三维模型；

对所述可视化三维模型进行滤波，以消除图像噪声等带来的影响，随后输出并记录滤波后实时空间曲面。

10.根据权利要求9所述的一种钢轨波形磨耗视觉检测方法，其特征在于：其中，通过测量组件获取初始钢轨轨面图像内内对应轨面上均布的m*n个测点的相对深度，包括：

同一横截面上选取n个测点记为一组；

每隔一个固定距离选取一个横截面，共选取m个横截面，即为m*n个测点。

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