CN115406676A - 一种转向架检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转向架检测系统及方法,该系统包括分设于轨道左侧、右侧和下方的三组图像采集模组;所述图像采集模组包括沿轨道延伸方向布置的滑轨,所述滑轨上设置有可沿滑轨运动的滑块;所述滑块上安装有机械臂,所述机械臂端部安装有相机;所述机械臂和滑块的运动由控制柜控制;还包括转向架输送装置。通过设置在地面上的三组图像采集模组从左右下上方向同时对转向架进行检测,大大提高了检测的效率。并且由于无需吊装机械臂,使得对整个车库的改造也较小,缩短了施工周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种转向架的视觉检测系统及方法。
背景技术
目前随着铁路车辆事业的快速发展,对铁路车辆尤其是转向架的要求越来越高,转向架直接决定了车辆运行的安全性和舒适性。转向架在运营过程中出现了部分紧固件松动、紧固件脱落,部件脱落的情况,直接影响行车安全。
现有的转向架检测系统一般采用吊装一只机械臂的方式进行空中检测,该方法对车库改造较大并且检测时间较长。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种转向架检测系统及方法,通过三组图像采集模组同时对转向架进行图像采集。
为解决以上技术问题,本发明的技术方案为采用一种转向架检测系统,包括分设于轨道左侧、右侧和下方的三组图像采集模组;所述图像采集模组包括沿轨道延伸方向布置的滑轨,所述滑轨上设置有可沿滑轨运动的滑块;所述滑块上安装有机械臂,所述机械臂端部安装有相机;所述机械臂和滑块的运动由控制柜控制;还包括转向架输送装置。
本发明的原理在于通过三组图像采集模组分别从转向架左、右、下方同时进行检测从而提高检测效率。
作为一种改进,所述机械臂为六轴机械臂。提高机械臂自由度,使其能带动相机多方位的进行拍摄。
作为一种进一步的改进,所述转向架输送装置包括沿轨道延伸方向布置的导轨,所述导轨上设置有可沿导轨运动的小车;还包括平行于导轨设置的齿条,所述小车上设置有与齿条啮合的齿轮以及用于夹持车轮的夹持机构。用于拖动转向架进出检测区域,齿轮和齿条作为驱动机构在停止的时候不会滑动,保证检测时转向架处于静止状态。
作为一种改进,所述夹持机构包括固定在支架上的固定端以及设置在夹紧滑轨上的夹紧端,所述夹紧端通过油缸驱动使其靠近或者远离固定端;所述夹紧端和固定端上均设置有滚轮。
作为另一种更进一步的改进,所述齿轮由电机驱动旋转。
作为一种改进,还包括用于检测是否有物体位于转向架运动路径上的光幕模组,若路径上存在人或物则转向架输送装置无法工作,提高了检测的安全性。
作为一种改进,所述轨道上方设置有顶中全景相机,用于记录留档。
作为一种改进,所述轨道上位于三组图像采集模组后方设置有阻挡块。 用于阻挡转向架的行进,当转向架到达阻挡块时将停止,转为由转向架输送装置上的夹持机构对转向架进行夹持,防止在检测过程中转向架的移动,保证检测效果。
作为一种改进,所述轨道侧面设置有可升降的平台。由于用于检测的轨道较高,操作员需要在较高的位置才方便对机械臂进行示教。
本发明还提供一种利用上述转向架检测系统进行转向架检测的方法,包括:
分别对三个图像采集模组进行示教拍摄获取转向架各个部位的图像;
从图像中标记待检测部件;
分别将每个图像采集模组拍摄的所有图像中的同一待检测部件进行联立;
对待检测部件进行故障判断,若同一部件在所有图像中均被判断为有故障则认为所述待检测部件有故障。
作为一种改进,所述对三个图像采集模组进行示教拍照的方法包括:通过人工将图像采集模块牵引至拍摄位置进行拍摄,并记录示教路径;所述示教路径包括转向架停车点、滑轨上的滑块所在位置以及机械臂的位姿;
通过拍摄所得图像的清晰度以及机械臂前后位姿是否有干涉判断示教路径的有效性。
作为一种改进,所述从图像中标记待检测部件的方法包括:
判断图像中是否存在待检测部件,若存在则判断待检测部件的类型;
若图像中的待检测部件为A类气管,则进行实例分割并判断分割出来的实例上是否有记号A;若有记号A则进行相应的检测标记;
若图像中的待检测部件为B类气管,则进行实例分割并判断分割出来的实例上是否有记号B;若有记号B则进行相应的检测标记;
若图像中的待检测部件为螺栓,则进行防锈油检测标记后进行实例分割,并对有记号C的螺栓进行相应的检测标记。
作为一种改进,建立世界坐标系,所述世界坐标系的原点为第一拍照点机械臂基底的坐标为原点;
获取每个拍照点中每个相机位姿相机坐标系到机械臂末端坐标系的转换矩阵、机械臂末端坐标系到机械臂基底坐标系的转换矩阵、基底坐标系到世界坐标系的转换矩阵;
将拍摄的图像中的每个待检测部件的点云坐标从相机坐标系转换到世界坐标系下,坐标相同的待检测部件为同一检测部件。
本发明的有益之处在于:具有上述结构的转向架检测系统,通过设置在地面上的三组图像采集模组从左右下上方向同时对转向架进行检测,大大提高了检测的效率。并且由于无需吊装机械臂,使得对整个车库的改造也较小,缩短了施工周期。
附图说明
图1为本发明的俯视图。
图2为图像采集模组的结构示意图。
图3为转向架输送装置的结构示意图。
图4为夹持机构的结构示意图。
图5为本发明的流程图。
图中标记:1图像采集模组、2转向架运输装置、3光幕模组、4阻挡块、5平台、6顶中全景相机、11相机、12机械臂、13滑轨、14滑块、15控制柜、21导轨、22齿条、23齿轮、24电机、25夹持机构、251固定端、252夹紧滑轨、253夹紧端、254油缸。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1、图2所示,本发明包括分设于轨道左侧、右侧和下方的三组图像采集模组1;所述图像采集模组1包括沿轨道延伸方向布置的滑轨13,所述滑轨13上设置有可沿滑轨13运动的滑块14;所述滑块14上安装有机械臂12,所述机械臂12端部安装有相机11;所述机械臂12和滑块14的运动由控制柜15控制;还包括转向架输送装置2。
本实施例中,机械臂12优选为六轴机械臂,连同滑块14滑轨13以及转向架输送装置2,使得本检测系统具有8个自由度,大大提高了检测的灵活性。
如图3、图4所示,所述转向架输送装置2具体包括沿轨道延伸方向布置的导轨21,所述导轨21上设置有可沿导轨21运动的小车;还包括平行于导轨21设置的齿条22,所述小车上设置有与齿条22啮合的齿轮23以及用于夹持车轮的夹持机构25。所述齿轮23由电机24驱动。所述夹持机构25包括固定在支架上的固定端251以及设置在夹紧滑轨252上的夹紧端253,所述夹紧端253通过油缸254驱动使其靠近或者远离固定端251;所述夹紧端253和固定端251上均设置有滚轮。
夹紧端253通过油缸254驱动向固定端251靠近用于夹持车轮,然后通过齿轮23和齿条22配合用于拖行转向架。在检测的时候,齿轮23和齿条22啮合使得小车静止,从而保证转向架静止,使得检测结果更加的精确。
为了提高安全性,还包括用于检测是否有物体位于转向架运动路径上的光幕模组3,若路径上存在人或物则转向架输送装置2无法工作。
所述轨道上方设置有顶中全景相机6,用于记录留档。
为了便于定位,轨道上位于三组图像采集模1组后方设置有阻挡块4,使得转向架停靠的位置正好处于检测区域内。
为了方便操作员示教,所述轨道侧面设置有可升降的平台5。平台5可通过液压等方式驱动升降。
工作的时候,转向架输送装置2将待检测的转向架拖行至检测区。由于转向架较大且机械臂臂展不足,需要将转向架停靠在几个点位用于检测转向架的各个部位。此时齿轮23和齿条22配合的驱动方式能够保证转向架静止,提高监测精度。
如图5所示,本发明还提供一种利用上述转向架检测系统进行转向架检测的方法,包括以下步骤:
S1分别对三个图像采集模组进行示教拍摄获取转向架各个部位的图像;本实施例中图像采集模组的示教不采用示教器,而采用人工示教并利用转向架检测系统的软件进行控制运动和记录,具体包括:
S11通过人工将图像采集模块牵引至拍摄位置进行拍摄,并记录示教路径;所述示教路径包括转向架停车点、滑轨上的滑块所在位置以及机械臂的位姿。由于转向架体积较大而机械臂的臂展有限,因此需要将转向架停靠在不同的位置即停车点方便对其各个部位进行拍摄。所以转向架的停车点也属于示教的范围,需要对其进行记录。另外本发明中的机械臂可沿滑轨前后运动用于扩展拍摄范围,所以滑块在滑轨上的位置即路径点也需要进行记录。而相机在拍摄不同位置的照片时,姿态即项点也是不同的,同样需要记录。整个示教路径的层级也是按照停车点-路径点-项点的顺序进行存储的。
S12通过拍摄所得图像的清晰度以及机械臂前后位姿是否有干涉判断示教路径的有效性。示教完毕后,还需要对示教路径的有效性进行判断,首先需要判断拍摄的图像清晰与否,其次需要判断机械臂前后位姿是否会发生干涉。
S2从图像中标记待检测部件,具体包括:
S21判断图像中是否存在待检测部件,若存在则判断待检测部件的类型;对于转向架的检测,需要检测的部件包括A类气管、B类气管和螺栓,并且每个部件检测的方法也不同,需要进行标记。
S22若图像中的待检测部件为A类气管,则进行实例分割并判断分割出来的实例上是否有记号A,若有记号A则进行相应的检测标记;本实施例中,记号A为位于接头上的红线,可利用图像检查两边的红线是否对齐从而检测出气管接头是否松动。
若图像中的待检测部件为B类气管,则进行实例分割并判断分割出来的实例上是否有记号B,本实施例中记号B为位于接头红线和蓝线,用两种颜色的目的是用于区别A类气管;若有记号B则进行相应的检测标记;
若图像中的待检测部件为螺栓,则进行防锈油检测标记后进行实例分割,并对有记号C的螺栓进行相应的检测标记。在实例分割之前进行防锈油检测标记的原因在于防锈油的检测目标较大,可以提前进行标记,这样有利于减小系统开销。本实施例中,记号C同样为位于螺栓与转向架上的红线和蓝线。
在标记出所有待检测部件后,可以进行人工复核,提高准确率。
S3分别将每个图像采集模组拍摄的所有图像中的同一待检测部件进行联立;所谓联立,是指将同一个图像采集模组拍摄的所有图像中的同一个部件关联起来。对于2D图像,每张图之间都是独立的,很难将其进行关联。因此本发明中为了达到将不同图像中的同一部件关联起来,采用的深度相机拍摄的3D图像。联立的具体方法包括:
S31建立世界坐标系,所述世界坐标系的原点为第一拍照点机械臂基底的坐标为原点;理论上,场景中任意一个点都可以作为世界坐标系的原点,但是为了便于转换,本发明中将图像采集模组的第一个拍照点机械臂基底的坐标作为原点。
S32获取每个拍照点中每个相机位姿相机坐标系到机械臂末端坐标系的转换矩阵、机械臂末端坐标系到机械臂基底坐标系的转换矩阵、基底坐标系到世界坐标系的转换矩阵。
其中,相机坐标系到机械臂末端坐标系的转换矩阵可通过手眼标定的方式获取,而机械臂末端到机械臂基底的转换矩阵由机械臂直接给出。由于本发明中世界坐标系的原点为第一拍照点机械臂基底的坐标,因此基底坐标系到世界坐标系的转换只需要平移即可(因为机械臂基底固定在滑块上,滑块只能沿滑轨前后运动)。假设滑块从点1到点2滑动的距离为a,那么此时基底平移的向量值为
S33将拍摄的图像中的每个待检测部件的点云坐标从相机坐标系转换到世界坐标系下,坐标相同的待检测部件为同一检测部件。
具体地,利用公式
将机械臂基底坐标系中的点云坐标转换到世界坐标系下,其中PW为世界坐标系坐标,PROB为机械臂基底坐标系坐标,a为滑块从第一拍照点机械臂基底位置滑动的距离。
若两个图像中的待检测部件在世界坐标系下的坐标相同,则将两个图像中的待检测部件为同一检测部件。
值得注意的是,不同图像采集模块采集的图像不用进行联立。
S4对待检测部件进行故障判断,若同一部件在所有图像中均被判断为有故障则认为所述待检测部件有故障。对个图像上的待检测部件均进行故障判断,但只有同一图像采集模组采集的所有图像上该待检测部件都判断为有故障才认为该待检测部件是真的有故障,这样提高了精确度,避免误检测。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本发明的限制,本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种转向架检测系统,其特征在于:包括分设于轨道左侧、右侧和下方的三组图像采集模组;所述图像采集模组包括沿轨道延伸方向布置的滑轨,所述滑轨上设置有可沿滑轨运动的滑块;所述滑块上安装有机械臂,所述机械臂端部安装有相机;所述机械臂和滑块的运动由控制柜控制;还包括转向架输送装置。
2.根据权利要求1所述的一种转向架检测系统,其特征在于:所述机械臂为六轴机械臂。
3.根据权利要求1所述的一种转向架检测系统,其特征在于:所述转向架输送装置包括沿轨道延伸方向布置的导轨,所述导轨上设置有可沿导轨运动的小车;还包括平行于导轨设置的齿条,所述小车上设置有与齿条啮合的齿轮以及用于夹持车轮的夹持机构。
4.根据权利要求3所述的一种转向架检测系统,其特征在于:所述夹持机构包括固定在支架上的固定端以及设置在夹紧滑轨上的夹紧端,所述夹紧端通过油缸驱动使其靠近或者远离固定端;所述夹紧端和固定端上均设置有滚轮。
5.根据权利要求3所述的一种转向架检测系统,其特征在于:还包括用于检测是否有物体位于转向架运动路径上的光幕模组。
6.根据权利要求1所述的一种转向架检测系统,其特征在于:所述轨道上方设置有顶中全景相机。
7.根据权利要求1所述的一种转向架检测系统,其特征在于:所述轨道上位于三组图像采集模组后方设置有阻挡块。
8.根据权利要求1所述的一种转向架检测系统,其特征在于:所述轨道侧面设置有可升降的平台。
9.一种利用权利要求1~8中任意一项所述的转向架检测系统进行转向架检测的方法,其特征在于包括:
分别对三个图像采集模组进行示教拍摄获取转向架各个部位的图像;
从图像中标记待检测部件;
分别将每个图像采集模组拍摄的所有图像中的同一待检测部件进行联立;
对待检测部件进行故障判断,若同一部件在所有图像中均被判断为有故障则认为所述待检测部件有故障。
10.根据权利要求9所述的一种转向架检测的方法,其特征在于所述对三个图像采集模组进行示教拍摄的方法包括:通过人工将图像采集模块牵引至拍摄位置进行拍摄,并记录示教路径;所述示教路径包括转向架停车点、滑轨上的滑块所在位置以及机械臂的位姿;
通过拍摄所得图像的清晰度以及机械臂前后位姿是否有干涉判断示教路径的有效性。
11.根据权利要求9所述的一种转向架检测的方法,其特征在于所述从图像中标记待检测部件的方法包括:
判断图像中是否存在待检测部件,若存在则判断待检测部件的类型;
若图像中的待检测部件为A类气管,则进行实例分割并判断分割出来的实例上是否有记号A;若有记号A则进行相应的检测标记;
若图像中的待检测部件为B类气管,则进行实例分割并判断分割出来的实例上是否有记号B;若有记号B则进行相应的检测标记;
若图像中的待检测部件为螺栓,则进行防锈油检测标记后进行实例分割,并对有记号C的螺栓进行相应的检测标记。
12.根据权利要求9所述的一种转向架检测的方法,其特征在于所有图像中的同一待检测部件进行联立的方法包括:
建立世界坐标系,所述世界坐标系的原点为第一拍照点机械臂基底的坐标为原点;
获取每个拍照点中每个相机位姿相机坐标系到机械臂末端坐标系的转换矩阵、机械臂末端坐标系到机械臂基底坐标系的转换矩阵、基底坐标系到世界坐标系的转换矩阵;
将拍摄的图像中的每个待检测部件的点云坐标从相机坐标系转换到世界坐标系下,坐标相同的待检测部件为同一检测部件。
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