CN209069209U - 基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统 - Google Patents

Abstract

基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统，涉及轨道交通领域，所述检测系统包括检测物A、参照物B、二维激光发射器；所述检测物A相对参照物B存在位置关系变化，且以速度V行进；所述二维激光发射器向检测物A和参照物B发射线激光，且线激光能覆盖检测物A和参照物B垂直于速度V方向的宽度。本实用新型不需要高要求的图像拍摄和算法识别，实现方式简单可操作，也不需要人工定时查看，不受车辆是否运行限制，可以在车辆行进时，实时检测车辆底盘螺栓是否松动等表现为形位位置关系变化。

Description

基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统

技术领域

本实用新型涉及轨道交通领域，更具体地，涉及基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统。

背景技术

地铁、列车等车辆的关键部件如轴端螺栓、走行部件、制动系统、线管等都有严格的位置关系，但在车辆运用过程中由于长期振动可能发生松动、松脱、位移等表现为形位等位置关系变化的现象，严重影响行车安全。现在采用的方式有两种：第一种是工人现场确认检查，第二种是通过拍摄图像后检查图片。

第一种工人现场确认检查的方式，首先需要根据检测物的重要性及关键部件位置关系变化的频率和大小，将检测物定位不同的检测等级，主要可分为日检和周检。对于每一趟地铁或列车而言，其关键部位很多，往往需要配备至少百人的人力资源，将至少百人分为常备班和非计划班，用于应对日常检测和突击情况。采用人力进行检测时，需要提前在关键部位上标记好防松线，通过肉眼或手触去观察防松线是否移位来判断关键部位是否发生位置关系变化。此种方式存在两个问题，一是由于关键部位的位置关系变化不是经常发生，一旦发生就有可能造成重大安全事故，因此，需要经常定期巡检，浪费大量人力；二是长期重复单调的工作、且大多数时候关键部位的位置关系并没有发生变化也会对巡检工作人员形成繁重的重复劳动，疲惫和惯性使得巡检工作人员出现更多失误或误报，耽误车辆正常运行。

第二种通过拍摄图像后检查图片的方式，由于近年来随着图像检测技术的发展，为满足运营现场的生产需求，有多家单位开展了基于图像检测的车辆全360°技术开发，有采用面阵相机，也有采用高速线阵相机。技术的应用有两种模式，模式一是由检测系统设备获取图像，由人工进行图像观察，检查车辆部件是否正常；模式二是检测设备获取图像，后续软件进行自动的图像分析，报告分析结果。其中，模式一需要设置专门的看图工作室、配备大屏幕等设备，工作人员也存在看图工作量巨大而造成判断不准或误判的问题；模式二的检测设备安装条件受限于车辆运行时复杂的现场条件，比如车辆底盘上螺栓的松动等，存在安装空间很小等问题，且对于图像的拍摄精度和识别算法提出很高的要求，此外，图像识别的周期性和误报率也难以满足实际应用的需求。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统，可以在车辆行进时，实时检测车辆底盘螺栓是否松动。

本实用新型采取的技术方案是，一种基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统，所述检测系统包括检测物A、参照物B、二维激光发射器；

所述检测物A相对参照物B存在位置关系变化，且以速度V行进；

所述二维激光发射器向检测物A和参照物B发射线激光，且线激光能覆盖检测物A和参照物B垂直于速度V方向的宽度。

在本技术方案中，建立如下坐标系：车辆行进的方向为X轴正向、二维激光的发射方向为Y轴正向、车辆底盘到车顶方向为Z轴正向。所述检测物A相对于参照物B发生的位置关系变化包括A相对于B的松脱、松动、位移等，线激光的激光范围需要能覆盖A和B的最大外轮廓处，使得二维激光与A和B的外轮廓存在交点。优选地，线激光能覆盖检测物A和参照物B垂直于速度V方向的宽度。选取的参照物B不会产生明显的松脱、位移等。当A和B安装完成后，第一次经过线激光时，线激光切割A和B的轮廓，形成初始二维轮廓曲线，从初始二维轮廓曲线上可以读取A相对于B的位置关系D0；同一位置的A和B第i次经过线激光时，形成A和B实时位置的实时二维轮廓曲线，从实时二维轮廓曲线上可以读取A相对于B的位置关系Di。由于参照物B不会产生明显的松脱，位移等，当A相对于B出现松脱、松动、位移等位置关系变化时，Di与D0之间就会存在差异，此差异即为A的位置变化量。当位置关系发生变化时，可通过联动报警的方式提醒工作人员进行查看，因此，本实用新型中的技术方案不需要高要求的图像拍摄和算法识别，实现方式简单可操作，也不需要人工定时查看，不受车辆是否运行限制，可以在车辆行进时，实时检测车辆底盘螺栓是否松动等表现为形位位置关系变化。

进一步地，所述检测系统还包括依次连接的激光3D检测传感器、数据采集设备及数据分析系统，还包括与激光3D检测传感器及二维激光发射器连接的控制系统，与数据采集设备及数据分析系统连接的数据管理系统；

所述激光3D检测传感器与二维激光发射器连接，用于测量线激光到达A和B的距离；

所述数据采集设备用于收集激光3D检测传感器测得的多个数据，并将该数据一并传给数据分析系统和数据管理系统；

所述数据分析系统用于将多个数据处理后形成二维曲线；

所述数据管理系统用于该储存数据及形成的二维曲线；

所述控制系统用于控制二维激光发射器发射线激光、及激光3D检测传感器测量距离。

当二维激光发射器向检测物A和参照物B发射线激光，线激光切割检测物A和参照物B的轮廓和表面，形成不同的距离值，控制系统控制激光3D检测传感器测得该距离值并传递给数据采集设备，数据采集设备采集一系列距离值后，与不同的测量时刻点匹配，随后将匹配后的参数组传递给数据分析系统及数据管理系统，数据分析系统将参数组拟合成不同时刻的二维曲线，同时，该曲线和时刻点也同时在数据管理系统内备份和储存。在本技术方案中，通过设置各个系统和装置的连接方式，使得该系统形成一套流畅完善的检测系统。

进一步地，检测物A相对于参照物B的些许位置变化都会造成很大的运行安全事故，因此，选取所述激光3D检测传感器的检测精度为0.5～1.5mm。

进一步地，随着检测需求的提高，图像结果的呈现越直观越好，所述检测系统还包括与数据分析系统连接的3D还原模块，结合二维曲线及检测物A和参照物B的行进速度V，将二维曲线还原成3D图像。通过三维立体图像，便于检测工人直观查看，且在进行现场核对时，可直接将单位图像与现场真实场景对应，提高检修效率。

关键部位A及参照物B在YZ平面的二维曲线可知，即为初始二维轮廓曲线及实时二维轮廓曲线，但沿着X轴向的宽度未知。在本技术方案中，先在车辆上建立地图坐标，即根据二维激光发射点的位置和列车行进的速度V，可以得知，在时间ti内先后经过二维激光的X轴上的宽度为Li，根据车辆经过二维激光发射点的时刻点，可以得到关键部位A及参照物B在X轴的最大宽度，即得到初始二维轮廓曲线及实时二维轮廓曲线沿着X轴向的宽度，如此得到初始二维轮廓曲线及实时二维轮廓曲线的3D图像，也就得到了A和B的3D图像。车辆行进的速度可以通过列车行驶信息得到，二维激光发射点位置固定，因此，将二维曲线还原成3D图像的方法简单易操作，各参数也容易得到，整个技术方案容易实现。

进一步地，为避免车辆非匀速行进时带来的3D还原出现偏差，所述检测系统还包括与3D还原模块连接的3D修正模块，当检测物A和参照物B的行进速度V变化时，通过速度V的变化量，对3D图像进行修正，得到真实的3D图像。

轮廓边缘以加速度a被二维激光切割，轮廓边缘沿着X轴的宽度拉长量或压缩量为ΔL，根据切割时的时间点将关键部位A及参照物B的轮廓边缘宽度压缩或拉长ΔL，从而修正3D图像。也就是说，在时间ti内先后经过二维激光的X轴上的宽度为Li在加速度a下被拉长或压缩了ΔL，那么将在时间ti内的Li对应的压缩或拉长ΔL，用于对应修正宽度Li，得到真实的Li，从而得到修正3D图像，得到跟为真实的3D图像，便于检测人员查看。

进一步地，所述检测系统还包括与激光3D检测传感器联动的图像拍摄模块，所述图像拍摄模块比邻二维激光发射器设置，激光3D检测传感器每测得一组数据，控制模块控制图像拍摄模块同时拍摄一次图片。

进一步地，所述检测系统还包括与数据分析系统及控制系统连接的提醒模块，当检测物A相对参照物B的位置关系变化量超过阈值C时，控制系统控制提醒模块提示报警。

帮助检测工人多方面的判断检测物A相对于B位置关系的真实变化，还可以拍摄检测物A的实时2D图像，与实时二维轮廓曲线形成一一对应关系，即同一位置的A和B第i次经过二维激光时，在二维激光切割A和B的轮廓时，同时拍摄该位置A的实时2D图像。只有当A相对于B的位置关系变化大到一定程度时，才需要停车检修，为减少停车带来的损失，设定当Di与D0的差异超过阈值C时，调取实时2D图像，综合判断曲线变化与实时图像，减少误报，提高检测精准性。

与现有技术相比，本实用新型不需要高要求的图像拍摄和算法识别，实现方式简单可操作，也不需要人工定时查看，不受车辆是否运行限制，可以在车辆行进时，实时检测车辆底盘螺栓是否松动等表现为形位位置关系变化；还可以实现实时二维轮廓曲线或还原的3D图像与2D图像的结合，发挥各自效能，提高识别准确率，降低劳动强度；还可以修正3D图像，提高图像显示还原度，便于检测人员直观的观察。

附图说明

图1为本实用新型测量示意图。

图2为本实用新型二维激光到达关键部位A及基准面B的距离示意图。

图3为本实用新型中的初始二维轮廓曲线。

图4为本实用新型中的实时二维轮廓曲线。

图5为本实用新型检测系统模块图。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例

如图1和图2所示，一种基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统，所述检测系统包括检测物A、参照物B、二维激光发射器；

所述检测物A相对参照物B存在位置关系变化，且以速度V行进；

所述二维激光发射器向检测物A和参照物B发射线激光，且线激光能覆盖检测物A和参照物B垂直于速度V方向的宽度。

在本实施例中，如图1和图2所示，所述车辆关键部位A为车辆车轮轴端上的4个螺栓，参照物B为不会产生明显的松脱，位移的车辆车轮轴端的端面，所述车辆关键部位A相对于参照物B发生的位置关系变化包括A相对于B的松脱、松动、位移等。首先建立如下坐标系：车辆行进的方向为X轴正向、线激光的发射方向为Y轴正向、车辆底盘到车顶方向为Z轴正向。图1和图2中虚线表示线激光，由此可知，线激光的激光范围需要能覆盖A和B的最大外轮廓处，使得线激光与A和B的外轮廓存在交点。选取的参照物B不会产生明显的松脱、位移等。当A和B安装完成后，第一次经过线激光时，线激光切割A和B的轮廓，形成初始二维轮廓曲线，从初始二维轮廓曲线上可以读取A相对于B的位置关系D0；同一位置的A和B第i次经过线激光时，形成A和B实时位置的实时二维轮廓曲线，从实时二维轮廓曲线上可以读取A相对于B的位置关系Di。

如图3所示，初始二维轮廓曲线上，车辆关键部位A与参照物B距离线激光的间距分别为D01、D02、D03、D04、D05；如图4所示，实时二维轮廓曲线上，车辆关键部位A与参照物B距离线激光的间距分别为Di1、Di2、Di3、Di4、Di5；相对位置，如D01与D02、或D02与D03等的位置关系D0，Di1与Di2、或Di2与Di3等的位置关系Di，当A相对于B出现松脱、松动、位移等位置关系变化时，Di与D0之间就会存在差异，此差异即为A的位置变化量。发射在当位置关系发生变化时，可通过联动报警的方式提醒工作人员进行查看，因此，通过本实用新型中的方法，只需要能发射线激光和能读取激光数据即可，不需要高要求的图像拍摄和算法识别，实现方式简单可操作，也不需要人工定时查看，就能直接判断车辆关键部件是否发生松动、松脱、位移等表现为形位位置关系变化。

如图5所示，所述检测系统还包括依次连接的检测精度为0.5～1.5mm的激光3D检测传感器、数据采集设备及数据分析系统，还包括与激光3D检测传感器及二维激光发射器连接的控制系统，与数据采集设备及数据分析系统连接的数据管理系统；

所述激光3D检测传感器与二维激光发射器连接，用于测量线激光到达A和B的距离；

所述数据采集设备用于收集激光3D检测传感器测得的多个数据，并将该数据一并传给数据分析系统和数据管理系统；

所述数据分析系统用于将多个数据处理后形成二维曲线；

所述数据管理系统用于该储存数据及形成的二维曲线；

所述控制系统用于控制二维激光发射器发射线激光、及激光3D检测传感器测量距离。

所述检测系统还包括与数据分析系统连接的3D还原模块，结合二维曲线及检测物A和参照物B的行进速度V，将二维曲线还原成3D图像。通过三维立体图像，便于检测工人直观查看，且在进行现场核对时，可直接将单位图像与现场真实场景对应，提高检修效率。

关键部位A及参照物B在YZ平面的二维曲线可知，即为初始二维轮廓曲线及实时二维轮廓曲线，但沿着X轴向的宽度未知。如图1所示，先在车辆上建立地图坐标，即根据线激光发射点的位置和列车行进的速度V，可以得知，在时间ti内先后经过线激光的X轴上的宽度为Li，根据车辆经过线激光发射点的时刻点，可以得到关键部位A及参照物B在X轴的最大宽度，即得到初始二维轮廓曲线及实时二维轮廓曲线沿着X轴向的宽度，如此得到初始二维轮廓曲线及实时二维轮廓曲线的3D图像，也就得到了A和B的3D图像。车辆行进的速度可以通过列车行驶信息得到，线激光发射点位置固定，因此，将二维曲线还原成3D图像的方法简单易操作，各参数也容易得到，容易实现。

所述检测系统还包括与3D还原模块连接的3D修正模块，当检测物A和参照物B的行进速度V变化时，通过速度V的变化量，对3D图像进行修正，得到真实的3D图像。

轮廓边缘以加速度a被线激光切割，轮廓边缘沿着X轴的宽度拉长量或压缩量为ΔL，根据切割时的时间点将关键部位A及参照物B的轮廓边缘宽度压缩或拉长ΔL，从而修正3D图像。也就是说，在时间ti内先后经过二维激光的X轴上的宽度为Li在加速度a下被拉长或压缩了ΔL，那么将在时间ti内的Li对应的压缩或拉长ΔL，用于对应修正宽度Li，得到真实的Li，从而得到修正3D图像，得到跟为真实的3D图像，便于检测人员查看。

所述检测系统还包括与激光3D检测传感器联动的图像拍摄模块，所述图像拍摄模块比邻二维激光发射器设置，激光3D检测传感器每测得一组数据，控制模块控制图像拍摄模块同时拍摄一次图片。

所述检测系统还包括与数据分析系统及控制系统连接的提醒模块，当检测物A相对参照物B的位置关系变化量超过阈值C时，控制系统控制提醒模块提示报警。

帮助检测工人多方面的判断检测物A相对于B位置关系的真实变化，还可以拍摄检测物A的实时2D图像，与实时二维轮廓曲线形成一一对应关系，即同一位置的A和B第i次经过二维激光时，在二维激光切割A和B的轮廓时，同时拍摄该位置A的实时2D图像。只有当A相对于B的位置关系变化大到一定程度时，才需要停车检修，为减少停车带来的损失，设定当Di与D0的差异超过阈值C时，调取实时2D图像，综合判断曲线变化与实时图像，减少误报，提高检测精准性。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型实施例所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括检测物A、参照物B、二维激光发射器；

所述检测物A相对参照物B存在位置关系变化，且以速度V行进；

所述二维激光发射器向检测物A和参照物B发射线激光，且线激光能覆盖检测物A和参照物B垂直于速度V方向的宽度。

2.根据权利要求1所述的基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括依次连接的激光3D检测传感器、数据采集设备及数据分析系统，还包括与激光3D检测传感器及二维激光发射器连接的控制系统，与数据采集设备及数据分析系统连接的数据管理系统；

所述激光3D检测传感器与二维激光发射器连接，用于测量线激光到达A和B的距离；

所述数据采集设备用于收集激光3D检测传感器测得的多个数据，并将该数据一并传给数据分析系统和数据管理系统；

所述数据分析系统用于将多个数据处理后形成二维曲线；

所述数据管理系统用于该储存数据及形成的二维曲线；

所述控制系统用于控制二维激光发射器发射线激光、及激光3D检测传感器测量距离。

3.根据权利要求2所述的基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统，其特征在于，所述激光3D检测传感器的检测精度为0.5～1.5mm。

4.根据权利要求2所述的基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括与数据分析系统连接的3D还原模块，结合二维曲线及检测物A和参照物B的行进速度V，将二维曲线还原成3D图像。

5.根据权利要求4所述的基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括与3D还原模块连接的3D修正模块，当检测物A和参照物B的行进速度V变化时，通过速度V的变化量，对3D图像进行修正，得到真实的3D图像。

6.根据权利要求2至5任一项所述的基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括与激光3D检测传感器联动的图像拍摄模块，所述图像拍摄模块比邻二维激光发射器设置，激光3D检测传感器每测得一组数据，控制模块控制图像拍摄模块同时拍摄一次图片。

7.根据权利要求5所述的基于二维激光检测技术的车辆关键部件形位的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括与数据分析系统及控制系统连接的提醒模块，当检测物A相对参照物B的位置关系变化量超过阈值C时，控制系统控制提醒模块提示报警。