CN209327230U - 一种铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置，属于轨道安全检测技术领域。该装置采用光电接近开关感知支柱或支撑机构悬臂，以此产生成像控制信号，用于触发成像；在车厢顶部布置四台面阵摄像机，分别对支撑机构前、后、左、右四个侧面进行高清成像，再采用线阵摄像机对支撑机构底部区域进行线阵扫描成像，可同时获取支撑机构五个角度图像，可为支撑机构缺陷检测提供更丰富的图像数据。

Description

一种铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置

技术领域

本实用新型属于铁路安全巡检技术领域，特指一种铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置。

背景技术

铁路接触网为电气化列车提供电力输送，是列车运行的血液。铁路接触网支撑机构用于悬挂和支撑输电导线。在铁路运行和维护过程中，需定期对支撑机构进行安全检测。安全检测的主要内容包括：紧固件是否松动，绝缘子是否损坏，螺帽或螺栓是否缺失等。铁路里程远、铁路运行过程中的窗口时间短，依靠人工对接触网支撑机构缺陷进行检测，难度大、时间长。

随着数字成像与图像处理技术的发展，把图像检测方法应用于接触网支撑机构缺陷检测可显著降低人力和时间成本。目前，应用于接触网支撑机构缺陷检测的成像系统的主要缺点包括：(1)大多采用视频监控摄像机拍照，成像分辨率低，通常需要使用10个以上摄像机，对接触网支撑机构区域进行分区域组合成像，才能满足图像检测和识别需求；(2)所采用的视频监控摄像机，一般不具备外触发拍照功能，以录像模式成像，会产生大量无用图像；(3)最主要的缺点在于：现有成像系统仅对摄接触网支撑机构的一个侧面(后侧)成像，但是基于一个侧面图像，难以通过图像处理算法自动检测接触网支撑机构缺陷。因此，需设计新的成像系统，为接触网支撑机构缺陷自动检测提供更加全面、丰富的图像数据。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置，为接触网支撑机构缺陷自动检测提供更加全面丰富的图像数据，以解决现有技术成像分辨率低、会产生冗余数据以及检测信息不够全面等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置，由成像触发模块、四台面阵摄像机、一台线阵摄像机、四个面光源、线光源、工控机和供电接口组成，其特征在于：

所述成像触发模块由三个光电接近开关、光电码盘和信号处理模块组成，三个光电接近开关分别位于检测平台的顶部和两侧，光电码盘位于检测平台的随动车轮上，光电接近开关产生的开关信号和光电码盘产生的光电脉冲均输入到信号处理模块，信号处理模块与工控机、四台面阵摄像机和线阵摄像机连接；

所述三个光电接近开关的探测直线垂直于轨道纵向，并且与线阵摄像机扫描成像平面平行，线阵摄像机的扫描成像平面与轨道路面垂直；

所述四台面阵摄像机为A1、A2、A3、A4，其中A1、A2安装于检测平台车厢中部车顶两侧，A1位于左侧，斜向右成像，A2位于右侧，斜向左成像，A3位于车厢顶部前端，斜向后成像，A4位于车厢顶部后端，斜向前成像；

所述四台面阵摄像机与成像触发模块、工控机连接，接收成像触发模块中信号处理模块输出的触发信号，拍摄图像输出到工控机保存；

所述线阵摄像机位于车厢顶部中心位置处，竖直朝上，对接触网支撑机构底部进行线阵扫描成像；

所述线阵摄像机与成像触发模块、工控机连接，接收成像触发模块中信号处理模块输出的光电脉冲信号进行线阵扫描成像，扫描图像输出到工控机保存；

所述四个面光源与四台面阵摄像机紧邻安置；

所述工控机位于车厢内部，安装有图像采集卡，通过图像采集卡与四台面阵摄像机、一台线阵摄像机连接，对面阵摄像机、线阵摄像机参数进行配置，并对采集图像进行存储；工控机与成像触发模块连接，记录触发成像数量；

所述供电接口与车厢内电源接口连接，与成像触发模块、面阵摄像机、线阵摄像机、面光源、线光源、工控机连接，为系统供电。

所述工控机对成像触发模块中的信号处理模块得成像触发方式和光电接近开关的感知阈值进行设定；

所述成像触发方式包括左侧信号触发、右侧信号触发和顶部信号触发，分别利用位于左侧、右侧和顶部的光电接近开关信号进行触发成像；

所述触发成像的具体方式是：信号处理模块接收到光电接近开关信号后，产生触发信号，输出到四个面阵摄像机，并把光电脉冲输出到线阵摄像机，待输出t个光电脉冲后，停止光电脉冲输出，t的取值范围为10～10000。

所述面阵摄像机A1、A2、A3、A4和线阵摄像机的光心在车厢纵向中轴线上的投影位置为：d1、d2、d3、d4、d5，其中，d1＝d2，d4-d2＝d2-d3，d5-d1>k，k的取值范围为0.1～5m；

所述面阵摄像机A1、A2、A3、A4和线阵摄像机的光心在车厢横向中轴线上的投影位置为：c1、c2、c3、c4、c5，其中c3＝c4，c1-c3＝c2-c3；所述面阵摄像机A3、A4的光轴与车厢纵向最小夹角不大于30度。

所述面阵摄像机A3、A4的成像分辨率不低于2500万像素，成像区域完全覆盖接触网支撑机构正面区域；

所述面阵摄像机A1、A2的成像分辨率不低于500万像素，成像区域完全覆盖接触网支撑机构侧面区域；

所述线阵摄像机的成像分辨率不低于2048，成像区域完全覆盖接触网支撑结构底部区域。

所述面阵摄像机和线阵摄像机为彩色图像传感器；所述面光源和线光源为白光光源。

所述面阵摄像机和线阵摄像机为单色图像传感器，并在面阵摄像机和线阵摄像机前端加装波长为b的窄带通滤光片；所述面光源和线光源为波长为b的单色光源，波长b的取值范围为800-1000nm。

所述面阵摄像机和线阵摄像机为单色图像传感器；所述面光源和线光源为单色光源，为面阵摄像机A1提供照明的面光源波长为e1，为面阵摄像机A2提供照明的面光源波长为e2，为面阵摄像机A3提供照明的面光源波长为e3，为面阵摄像机A4提供照明的面光源波长为e4，为线阵摄像机提供照明的线光源波长为e5，e1～e5的波长范围不重叠，并在面阵摄像机A1～A4和线阵摄像机前端分别设置波长为e1～e5的窄带通滤光片。

所述面阵摄像机采用转轴镜头。

本实用新型的有益效果为：

1)相比现有技术仅获取接触网支撑机构的后侧图像，本实用新型装置采用四台面阵摄像机、一台线阵摄像机同时对接触网支撑机构前、后、左、右和底部区域进行成像，可提供更多图像数据。

2)本实用新型采用2台高分辨率摄像机对前、后两侧区域成像，相比现有技术采用多个低分辨率相机组合成像，设备数量更少，系统稳定性更强。

3)本实用新型采用线阵摄像机对接触网支撑机构底部区域进行线阵扫描成像，可获取支撑机构底部螺帽图像，通过图像处理提取螺帽的角度，再根据历史图像中螺帽的角度，进行角度比较，即可实现螺帽松动检测，而现有技术只拍螺帽的侧面，对于螺帽是否松动很难判别。

4)本实用新型在车厢两侧和顶部各安装了光电接近开关，可满足列车在隧道(无支柱)、单线铁路(列车行驶方向不同时，支柱出现在列车行驶方向上的方位不同)往返行驶时的检测需求。

5)本实用新型面阵摄像机采用转轴镜头，使成像景深完全覆盖接触网支撑机构平面区域，可有效避免现有技术使用镜头产生的散焦模糊问题。

6)本实用新型采用波长范围不重叠的、多个单色光源照明，可避免对侧光源强光干扰，消除光源照明炫光干扰，同时获取支撑机构清晰图像。

7)本实用新型检测系统适用于大铁、高铁、地铁轨道接触网支撑机构缺陷检测。

附图说明

图1为本实用新型成像系统纵向视图；

图2为本实用新型成像系统横向视图；

图3为本实用新型成像装置俯视图；

图中，1、铁轨，2、随动车轮，3、车厢，4、光电码盘，5、线阵摄像机，6、面阵摄像机A3，7、面阵摄像机A4，8、轨枕，9、面阵摄像机A1，10、面阵摄像机A2，11、光电接近开关，12、接触网支撑机构，13、接触网支柱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如附图1所示为本实用新型成像系统纵向视图，附图2所示为本实用新型成像系统横向视图，附图3所示为本实用新型成像装置俯视图，本实用新型所设计的铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置，由成像触发模块，四台面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)，一台线阵摄像机5、四个面光源、线光源、工控机和供电接口组成，

成像触发模块由三个光电接近开关11、光电码盘4和信号处理模块组成，三个光电接近开关11分别位于检测平台的顶部和两侧，用于感知车厢3以上和两侧区域内接近对象，当车厢3外侧的接触网支柱13、或车厢3顶部的接触网支撑装置出现在光电接近开关11探测范围内时，光电接近开关11产生开关信号，输出到信号处理模块。光电接近开关11的探测距离为0.5～3m，响应时间为1us～1ms。

光电接近开关11由固定支架、点光源激光器、成像透镜、线阵成像单元和信号处理电路组成，其中固定支架用于安置点光源激光器、成像透镜、线阵成像单元、信号处理电路，点光源激光器用于投射点状光斑，成像透镜的光轴与点光源激光器投射方向成10～80度夹角，在成像透镜的光轴上设置线阵成像单元，线阵成像单元的阵列方向与点光源投射方向垂直，成像透镜由球面镜组和柱面镜组组成，球面镜组在前用于会聚场景中光线，柱面镜组用于将点图像拉伸为线图像，柱面镜组获取的线图像与线阵成像单元垂直，线阵成像单元为线阵CCD或一维PSD，线阵成像单元与信号处理电路连接，信号处理电路接收线阵成像单元信号，根据三角测量原理实时计算被测对象到光电接近开关的距离。

光电码盘4位于检测平台的随动车轮2上，对随动车轮2转动角度进行编码，在列车或轨检车移动过程中产生光电脉冲，光电码盘4一个脉冲周期，车厢3移动位移为1mm，光电接近开关11产生的开关信号和光电码盘4产生的光电脉冲均输入到信号处理模块，信号处理模块与工控机、四台面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)和线阵摄像机5连接。三个光电接近开关11的探测直线垂直于轨道纵向，并且与线阵摄像机5扫描成像平面平行，线阵摄像机5的扫描成像平面与轨道路面垂直

面阵摄像机A1(9)、A2(10)安装于检测平台车厢3中部车顶两侧，A1(9)位于左侧，斜向右成像，A2(10)位于右侧，斜向左成像，A3(6)位于车厢3顶部前端，斜向后成像，A4(7)位于车厢3顶部后端，斜向前成像。

四台面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)与成像触发模块、工控机连接，接收成像触发模块中信号处理模块输出的触发信号，拍摄图像输出到工控机保存。

线阵摄像机5位于车厢3顶部中心位置处，竖直朝上，对接触网支撑机构底部进行线阵扫描成像。

线阵摄像机5与成像触发模块、工控机连接，接收成像触发模块中信号处理模块输出的光电脉冲信号进行线阵扫描成像，扫描图像输出到工控机保存

四个面光源与四台面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)紧邻安置，用于给四台面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)成像提供照明。

线光源与线阵摄像机5紧邻安置，用于给线阵摄像机5成像提供照明。

工控机位于车厢3内部，安装有图像采集卡，通过图像采集卡与四台面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)和线阵摄像机5连接，通过上位机程序对面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)和线阵摄像机5参数进行配置，并对采集图像进行存储；工控机与成像触发模块连接，记录触发成像数量。

供电接口与车厢3内电源接口连接，与成像触发模块，面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)，线阵摄像机5、面光源、线光源、工控机连接，为系统供电。

工控机对成像触发模块中的信号处理模块得成像触发方式和光电接近开关11的感知阈值进行设定，成像触发方式包括左侧信号触发、右侧信号触发和顶部信号触发，分别利用位于左侧、右侧和顶部的光电接近开关11信号进行触发成像。

触发成像的具体方式是：信号处理模块接收到光电接近开关11信号后，产生触发信号，输出到四个面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)，并把光电脉冲输出到线阵摄像机5，待输出t个光电脉冲后，停止光电脉冲输出，t的取值范围为10～10000。

面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)和线阵摄像机5的光心在车厢3纵向中轴线上的投影位置为：d1、d2、d3、d4、d5，其中，d1＝d2，d4-d2＝d2-d3，d5-d1>k，k的取值范围为0.1～5m。

面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)和线阵摄像机5的光心在车厢3横向中轴线上的投影位置为：c1、c2、c3、c4、c5，其中c3＝c4，c1-c3＝c2-c3。

面阵摄像机A3(6)、A4(7)的光轴与车厢3纵向角度为15度。

面阵摄像机A3(6)、A4(7)的成像分辨率不低于2500万像素，成像区域完全覆盖接触网支撑机构正面区域。

面阵摄像机A1(9)、A2(10)的成像分辨率不低于500万像素，成像区域完全覆盖接触网支撑机构侧面区域。

线阵摄像机5的成像分辨率不低于2048，成像区域完全覆盖接触网支撑结构底部区域。

在具体实施例1中，面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)和线阵摄像机5为彩色图像传感器，面光源和线光源为白光光源。

四台面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)采用转轴镜头，使成像景深完全覆盖接触网支撑机构平面区域，避免散焦模糊问题。

实施例2

在实施例2中，四台面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)和线阵摄像机5为单色图像传感器，并在面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)和线阵摄像机5前端加装波长为b的窄带通滤光片，面光源和线光源为波长为b的单色光源，波长b为808nm。

其余装置与实施例1相同。

实施例3

在实施例3中，四台面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)和线阵摄像机5为单色图像传感器，面光源和线光源为单色光源，为面阵摄像机A1(9)提供照明的面光源波长为e1，为面阵摄像机A2(10)提供照明的面光源波长为e2，为面阵摄像机A3(6)提供照明的面光源波长为e3，为面阵摄像机A4(7)提供照明的面光源波长为e4，为线阵摄像机5提供照明的线光源波长为e5，e1～e5的波长范围不重叠，并在面阵摄像机A1(9)、A2(10)、A3(6)、A4(7)和线阵摄像机5前端分别设置波长为e1～e5的窄带通滤光片，其中e1＝400nm，e2＝500nm，e3＝600nm，e4＝700nm，e5＝800nm。

其余装置与实施例1相同。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置，由成像触发模块、四台面阵摄像机、一台线阵摄像机、四个面光源、线光源、工控机和供电接口组成，其特征在于：

所述成像触发模块由三个光电接近开关、光电码盘和信号处理模块组成，三个光电接近开关分别位于检测平台的顶部和两侧，光电码盘位于检测平台的随动车轮上，光电接近开关产生的开关信号和光电码盘产生的光电脉冲均输入到信号处理模块，信号处理模块与工控机、四台面阵摄像机和线阵摄像机连接；

所述三个光电接近开关的探测直线垂直于轨道纵向，并且与线阵摄像机扫描成像平面平行，线阵摄像机的扫描成像平面与轨道路面垂直；

所述四台面阵摄像机为A1、A2、A3、A4，其中A1、A2安装于检测平台车厢中部车顶两侧，A1位于左侧，斜向右成像，A2位于右侧，斜向左成像，A3位于车厢顶部前端，斜向后成像，A4位于车厢顶部后端，斜向前成像；

所述四台面阵摄像机与成像触发模块、工控机连接，接收成像触发模块中信号处理模块输出的触发信号，拍摄图像输出到工控机保存；

所述线阵摄像机位于车厢顶部中心位置处，竖直朝上，对接触网支撑机构底部进行线阵扫描成像；

所述线阵摄像机与成像触发模块、工控机连接，接收成像触发模块中信号处理模块输出的光电脉冲信号进行线阵扫描成像，扫描图像输出到工控机保存；

所述四个面光源与四台面阵摄像机紧邻安置；

所述工控机位于车厢内部，安装有图像采集卡，通过图像采集卡与四台面阵摄像机、一台线阵摄像机连接，对面阵摄像机、线阵摄像机参数进行配置，并对采集图像进行存储；工控机与成像触发模块连接，记录触发成像数量；

所述供电接口与车厢内电源接口连接，与成像触发模块、面阵摄像机、线阵摄像机、面光源、线光源、工控机连接，为系统供电。

2.根据权利要求1所述的铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置，其特征在于：所述工控机对成像触发模块中的信号处理模块得成像触发方式和光电接近开关的感知阈值进行设定；

所述成像触发方式包括左侧信号触发、右侧信号触发和顶部信号触发，分别利用位于左侧、右侧和顶部的光电接近开关信号进行触发成像；

所述触发成像的具体方式是：信号处理模块接收到光电接近开关信号后，产生触发信号，输出到四个面阵摄像机，并把光电脉冲输出到线阵摄像机，待输出t个光电脉冲后，停止光电脉冲输出，t的取值范围为10～10000。

3.根据权利要求1所述的铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置，其特征在于：

所述面阵摄像机A1、A2、A3、A4和线阵摄像机的光心在车厢纵向中轴线上的投影位置为：d1、d2、d3、d4、d5，其中，d1＝d2，d4-d2＝d2-d3，d5-d1>k，k的取值范围为0.1～5m；

所述面阵摄像机A1、A2、A3、A4和线阵摄像机的光心在车厢横向中轴线上的投影位置为：c1、c2、c3、c4、c5，其中c3＝c4，c1-c3＝c2-c3；

所述面阵摄像机A3、A4的光轴与车厢纵向最小夹角不大于30度。

4.根据权利要求1所述的铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置，其特征在于：

所述面阵摄像机A3、A4的成像分辨率不低于2500万像素，成像区域完全覆盖接触网支撑机构正面区域；

所述面阵摄像机A1、A2的成像分辨率不低于500万像素，成像区域完全覆盖接触网支撑机构侧面区域；

所述线阵摄像机的成像分辨率不低于2048，成像区域完全覆盖接触网支撑结构底部区域。

5.根据权利要求1所述的铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置，其特征在于：

所述面阵摄像机和线阵摄像机为彩色图像传感器；

所述面光源和线光源为白光光源。

6.根据权利要求1所述的铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置，其特征在于：

所述面阵摄像机和线阵摄像机为单色图像传感器，并在面阵摄像机和线阵摄像机前端加装波长为b的窄带通滤光片；

所述面光源和线光源为波长为b的单色光源，波长b的取值范围为800-1000nm。

7.根据权利要求1所述的铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置，其特征在于：

所述面阵摄像机和线阵摄像机为单色图像传感器；

所述面光源和线光源为单色光源，为面阵摄像机A1提供照明的面光源波长为e1，为面阵摄像机A2提供照明的面光源波长为e2，为面阵摄像机A3提供照明的面光源波长为e3，为面阵摄像机A4提供照明的面光源波长为e4，为线阵摄像机提供照明的线光源波长为e5，e1～e5的波长范围不重叠，并在面阵摄像机A1～A4和线阵摄像机前端分别设置波长为e1～e5的窄带通滤光片。

8.根据权利要求1所述的铁路接触网支撑机构缺陷检测成像装置，其特征在于：所述面阵摄像机采用转轴镜头。