CN210570537U - 弓网接触线磨耗在线检测装置 - Google Patents

Abstract

一种弓网接触线磨耗在线检测装置，固定安装于列车的顶部，其包括：高功率结构光组件，包括多个高功率的频闪激光器以及光学镜头，高功率结构光组件被配置成朝向接触线的底部投射一组垂直于接触线长度方向的结构光；高速面阵相机组件，包括多个三维相机，高速面阵相机组件被配置成采集接触线底部的三维图像信息，获取接触线底边轮廓线；数据处理组件，包括中央处理器、存储器和通讯模块，数据处理组件被配置成接收并存储三维图像信息，计算并输出接触线底部磨损信息。本装置采用非接触式检测对整条线路进行全面覆盖，具有精度高、效率高的优点。

Description

弓网接触线磨耗在线检测装置

技术领域

本实用新型轨道交通技术领域，特别涉及一种轨道交通的接触线检测的装置。

背景技术

弓网接触线是电气化铁道接触网用的接触线，一般制成两侧带沟槽的圆柱状，参见附图1所示。沟槽是为了便于安装线夹并悬吊固定接触线而又不影响受电弓滑板的滑行取流。接触线下面与受电弓滑板接触的部分呈圆弧状，称为接触线的工作面。接触线通过与电力机车上的电弓滑板滑动摩擦直接向电力机车输送电流，其性能直接影响电力机车的受流质量和机车的安全运行。接触线是所有供电类导线中工作环境最恶劣的一种，正常工作时需要承受冲击、振动、温差变化、环境腐蚀、磨耗、电火花烧蚀和极大的工作张力，因此其性能直接影响到高速列车的安全运行。

随着铁路跨越式发展的不断推进，列车运行速度的不断提高，对弓网检测标准越加严格，原先依赖人工检测的方式效率极低、且花费资源过多，尤其针对接触线磨耗的检测没有衡量标准，基本靠人体感官判断磨耗大小，并无精确的度量。近些年，针对接触线磨耗检测基本都是由高精度的传感器测头承担数据（磨耗后接触线残存高度）采集任务，传感器探测头通过超高压绝缘杆接触各测点，这样的检测方式需要接触弓网，存在安全风险，且逐个测点检测时间过长，虽然能够定量的计算出接触线的磨耗情况，但效率仍然很低，且仅能对接触线进行抽样检测，无法完整覆盖整条线路。此外，高速运动形态下的列车不容许任何故障存在，碳滑板与接触线间的摩擦与接触程度与运行安全息息相关，所以需求一种针对弓网接触线磨耗的在线高效率检测装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种高精度、高效的弓网接触线在线检测装置，可在列车运行过程中实时检测。

为了实现上述实用新型的目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种弓网接触线磨耗在线检测装置，可拆卸地安装于列车的顶部，所述的检测装置包括：

高功率结构光组件，包括多个高功率的频闪激光器以及光学镜头，所述的高功率结构光组件被配置成朝向接触线的底部投射一组垂直于接触线长度方向的结构光；

高速面阵相机组件，所述的高速面阵相机组件被配置成采集接触线底部的三维图像信息，获取接触线底边轮廓线；

数据处理组件，包括中央处理器、存储器和通讯模块，所述的数据处理组件被配置成接收并存储所述的三维图像信息，计算并输出接触线底部磨损信息。

上述技术方案中，优选的，所述的高功率结构光组件包括多个所述的频闪激光器，所述的高速面阵相机组件包括多个所述的三维相机，多个所述的频闪激光器和多个所述的三维相机在列车顶部形成宽度为500～800mm、高度为1400mm～1600mm的交叠区。

上述技术方案中，优选的，多个所述的频闪激光器和多个所述的三维相机分别沿着垂直于接触线长度方向的方向直线排列，且多个所述的频闪激光器的出光在一条直线上。

上述技术方案中，优选的，所述的三维相机的拍摄轴线垂直所述弓网。

上述技术方案中，优选的，各所述的高功率的频闪激光器的发散角65∘≦𝜽≦75∘。

上述技术方案中，优选的，所述的检测装置还包括罩设在所述的高功率结构光组件和高速面阵相机外侧的防水防尘外壳，所述的外壳的上部开设透明窗口，所述的三维相机的接收光路和所述的频闪激光器的投影光路分别穿过所述透明窗口。

上述技术方案中，优选的，所述的在线检测装置还包括多个散热元件，所述的三维相机和频闪激光器分别封装在多个所述的散热元件上。

上述技术方案中，优选的，所述的高功率结构光组件还包括多个散热风扇。

上述技术方案中，优选的，所述的透明窗口还设置有清洁机构，所述的清洁机构包括能够遮盖在所述的透明窗口上方的盖体、设置在所述的盖体上的雨刷，所述的雨刷被配置成当所述的盖体移动时能够清洁所述的透明窗口的外表面。

本装置可直接安装在运营列车上，采用非接触式检测对整条线路进行全面覆盖，本实用新型与现有技术相比获得如下有益效果：

1、 检测速度快、效率高，原先的人工检测需要花费大量时间去对接触线进行检测，且定期检测接触线形态无法完全保障运行列车的安全，本实用新型可在列车运行过程中，对接触线进行全检，列车经过后可通过计算机将所有数据拟合，完整将检测线路上所有的接触线磨损情况显现出来；

2、 检测精度高，经过实验证明对弓网接触线的检测精度可达0.5mm；

3、 节省人力成本，以往检测单车至少需要6人上线检测，现仅需检测时允许1名技术人员跟车即可。

附图说明

附图1为弓网接触线的示意图；

附图2为弓网接触线的磨损情况示意图；

附图3为本实用新型中三维相机采集到的弓网接触线的底部的三维图像（图3a显示轻度磨损情况，图3b显示深度磨损情况）；

附图4为本实用新型的结构框图；

附图5为本实用新型的光路结构示意图；

附图6为本实用新型的立体图；

其中：1、频闪激光器；2、光学镜头；3、风扇；4、散热元件；5、透明窗口；6、盖体；7、雨刷；8、三维相机；9、结构光；10、壳体；11、第一反光镜；12、第二反光镜；20、接触线。

具体实施方式

为详细说明实用新型的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。本说明书所述的上下方向与图1中的上下方向相同，说明书中所述的左右方向与列车宽度方向相同，是指垂直于列车行进方向的方向。

接触线的磨损量是跨座式单轨交通维护中需要掌握的一个十分重要的参数。针对跨座式单轨交通接触线的特殊构造和对检测设备的要求，本实用新型研究了一种基于线结构光的接触线磨损三维检测装置。装置通过激光器与接触线之间的相对运动获取接触线的表面轮廓数据，最后对接触线三维重建并把测量结果实时显示出来。

本实用新型安装在车顶设备上的非接触检测装置，可在运营列车上采用非接触式检测方法，对整条线路进行全面覆盖，检测效率高、精度高、反馈及时的优点。本装置可用于高铁、有轨电车、地铁等电气化轨道列车的接触线检测。

参见附图4所示，一种弓网接触线磨耗在线检测装置，包括：高功率结构光组件、高速面阵相机组件以及封装结构。该在线检测装置可以整体集成在列车的车顶设备上，也可以单独安装在列车顶部的中央。

该高功率结构光组件，包括多个高功率的频闪激光器1以及多个光学镜头2，采用高功率的频闪激光器来照射接触线底部，是为了避免阳光以及环境光的干扰。多个高功率的频闪激光器1沿着列车的宽度方向，也就是垂直于接触线20长度方向的方向排成一条直线，激光首先沿水平方向出射，然后经过第一反光镜11以大致竖直（±5∘）的方向投射到接触线的底部，从而在接触线20的底部形成一垂直于接触线长度方向的结构光9。

通常接触线导高高度在1500mm左右，所以为了激光能够照亮接触线底部形态，本实用新型使用功率大于20W和波长为915nm的线激光器。为了覆盖检测区域，每个频闪激光器都使用𝜽=70度的发散角，在安装过程中需要将每个频闪激光器出射的激光线条对齐，形成一条直线结构光9，这样可以避免检测过程中交错激光带来的提取误差。

本发明中的激光束在接触线上的投影，由具有高采样频率、高分辨率的面阵相机组件来获取。为了避免相机在焦距范围内视角发散，导致图像分辨率下降，采用多相机覆盖测量目标的方式，在全视野内使分辨率和焦距一致。高速面阵相机组件，包括三维相机，三维相机的拍摄轴线垂直所述弓网。三维相机采集接触线底部的三维图像信息，获取接触线底边轮廓线。参见附图2所示，接触线的磨损引起接触线的底部断面的变化，从而增加接触线和受电弓之间的平均接触面积。因为接触线的接触部位是不氧化的，所以光反射率比其它部位的高。通过分析相机获取的由激光照亮的接触线断面的光强度的梯度，可以确定接触线的磨耗。

所述的三维相机8的接收区域和所述的频闪激光器的投影区域在列车顶部的1500mm高度处形成交叠。由于接触线会在轨道左右600mm的运动，若将测量相机安装在车顶正中心位置，当接触线运动到最边上时，会导致接触线底边轮廓提取不全，所以需要布置多套设备保证各角度下对接触线磨耗的计算精度。因此本实用新型的多个所述的频闪激光器和多个所述的三维相机在列车顶部形成宽度为500～800mm的交叠区，可实现接触线在运动状态下对其底边轮廓进行完整的提取。

参见图5所示，三维相机的光接收平面和所述的频闪激光器的投影平面之间具有夹角𝜸，夹角选择无固定要求，通常选择40≦夹角𝜸≦50之间，能够覆盖检测范围的角度合适即可。

参见附图3，面阵高速相机组件获取的激光束在接触线底部的投影，并给曲线上每一个取样点赋与(x，y)坐标以及在每一个点上的光强度（图像对应灰度大小）。高功率结构光照射在接触线底端出现弧形结构，在相机的像素偏移可以计算出接触线底端的磨损情况。

数据处理组件，包括中央处理器、存储器和通讯模块，所述的数据处理组件被配置成接收并存储所述的高速面阵相机组件获取的三维图像信息，通过图像处理找到激光线中的左右拐点，根据挑选的拐点像素偏移可计算出接触线的实际磨耗大小，以及向车载服务器和地面服务器传送磨损信息和／或三维图像信息等数据；车载系统与地面服务器之间可通过4G网络进行传输，将每次检测的结果信息及相关重要资料通过网络传输至地面服务器，其余历史资料存在车载服务器。

封装结构，封装结构包括罩设在所述的高功率结构光组件、高速面阵相机以及数据处理组件外侧的防水防尘外壳10，整个检测装置具有IP65保护等级，并安装在一个牢固的固定于车辆顶部的金属箱体结构中。所述的外壳10的上部具有透明窗口5，所述的三维相机8的接收光路和所述的频闪激光器1的投影光路分别穿过所述的透明窗口5，透明光可采用玻璃进行良好密封。

为了在不使用时保护系统，所述的透明窗口5的外侧还设置有一套可以清除窗口玻璃上污斑的清洁机构，所述的清洁机构包括能够遮盖在所述的透明窗口上方的盖体6、设置在所述的盖体6边缘的雨刷7，当所述的盖体6移动时雨刷7能够清洁所述的透明窗口5的外表面，盖体6可以自动操作（每次开启盖体时清洁一次），也可以用手工操作，从而进行一些特殊要求的玻璃清洁。图6显示整个检测装置的机械封装结构。

此外，由于本装置使用多个激光器、多个三维相机组合的方式来对接触线磨耗进行检测，所以车顶的散热性能也非常重要。本实用新型的优选实施例中，三维相机与频闪激光器分别封装在导热性能良好的钢质散热元件4上，紧贴安装。进一步的，各高功率结构光组件还包括小功率的散热风扇3，风扇3主要是为了给激光器散热，激光器每个模组均在对应位置安装一个风扇供以散热使用。为进一步有利于器件散热，外壳10上还开设有散热孔，由于开孔面上装有自动开关门，工作时打开门用作散热，结束后会自动闭合，这样可以保证模块中的空气流动，既延长单个三维相机、激光器的使用寿命，又有利于三维相机的处理性能。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种弓网接触线磨耗在线检测装置，可拆卸地安装于列车的顶部，其特征在于，所述的检测装置包括：

高功率结构光组件，包括多个高功率的频闪激光器以及光学镜头，所述的高功率结构光组件被配置成朝向接触线的底部投射一组垂直于接触线长度方向的结构光；

高速面阵相机组件，所述的高速面阵相机组件被配置成采集接触线底部的三维图像信息，获取接触线底边轮廓线；

数据处理组件，包括中央处理器、存储器和通讯模块，所述的数据处理组件被配置成接收并存储所述的三维图像信息，计算并输出接触线底部磨损信息。

2.根据权利要求1所述的弓网接触线磨耗在线检测装置，其特征在于：所述的高功率结构光组件包括多个所述的频闪激光器，所述的高速面阵相机组件包括多个三维相机，多个所述的频闪激光器和多个所述的三维相机在列车顶部形成宽度为500～800mm、高度为1400mm～1600mm的交叠区。

3.根据权利要求2所述的弓网接触线磨耗在线检测装置，其特征在于：多个所述的频闪激光器和多个所述的三维相机分别沿着垂直于接触线长度方向的方向直线排列，且多个所述的频闪激光器的出光在一条直线上。

4.根据权利要求2所述的弓网接触线磨耗在线检测装置，其特征在于：所述的三维相机的拍摄轴线垂直所述弓网。

5.根据权利要求1所述的弓网接触线磨耗在线检测装置，其特征在于，各所述的高功率的频闪激光器的发散角65^∘≦𝜽≦75^∘。

6.根据权利要求2所述的弓网接触线磨耗在线检测装置，其特征在于，所述的检测装置还包括罩设在所述的高功率结构光组件和高速面阵相机外侧的防水防尘外壳，所述的外壳的上部开设透明窗口，所述的三维相机的接收光路和所述的频闪激光器的投影光路分别穿过所述透明窗口。

7.根据权利要求6所述的弓网接触线磨耗在线检测装置，其特征在于，所述的在线检测装置还包括多个散热元件，所述的三维相机和频闪激光器分别封装在多个所述的散热元件上。

8.根据权利要求7所述的弓网接触线磨耗在线检测装置，其特征在于，所述的高功率结构光组件还包括多个散热风扇。

9.根据权利要求6所述的弓网接触线磨耗在线检测装置，其特征在于，所述的透明窗口还设置有清洁机构，所述的清洁机构包括能够遮盖在所述的透明窗口上方的盖体、设置在所述的盖体上的雨刷，所述的雨刷被配置成当所述的盖体移动时能够清洁所述的透明窗口的外表面。

Images