本發(fā)明屬于地鐵接觸網(wǎng)施工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于面陣ccd的剛性懸掛接觸線脫槽在線檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

剛性懸掛接觸網(wǎng)以凈空低、電流大、成本低的優(yōu)勢(shì)一直應(yīng)用于地鐵建設(shè)中，國(guó)內(nèi)主要以“π”型匯流排+150接觸線的懸掛方式來給電客車提供穩(wěn)定的電源，匯流排和接觸線是剛性懸掛中的重要組成部件之一。

剛性懸掛接觸網(wǎng)作為地鐵施工的關(guān)鍵技術(shù)，其施工技術(shù)及施工精度直接影響電客車的運(yùn)營(yíng)安全，而接觸線和匯流排的鑲嵌密切度是安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵點(diǎn)，接觸線是否脫槽以及接觸線的幾何參數(shù)是確保工程施工質(zhì)量符合要求的重要環(huán)節(jié)。剛性懸掛接觸網(wǎng)放線完成后，接觸線的脫槽問題的人工檢測(cè)不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效率低下，有時(shí)更是難以發(fā)現(xiàn)問題，因此，急需提出一種接觸線在線檢測(cè)裝置，剛性懸掛接觸網(wǎng)的接觸線脫槽問題進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決剛性懸掛接觸網(wǎng)放線完成后人工難以發(fā)現(xiàn)的接觸線脫槽問題，提供了一種基于面陣ccd的剛性懸掛接觸線脫槽在線檢測(cè)裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：基于面陣ccd的剛性懸掛接觸線脫槽在線檢測(cè)裝置，包括圖像處理設(shè)備、中央處理主機(jī)、客戶顯示端和設(shè)置在動(dòng)力設(shè)備頂部的實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備，所述實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備包括三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)和紅外激光補(bǔ)償光源，所述三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)設(shè)置在與接觸線垂直的水平直線上，用于分別對(duì)“π”型匯流排和接觸線進(jìn)行捕獲識(shí)別，并將獲取到的特征圖像發(fā)送至所述圖像處理設(shè)備，所述圖像處理設(shè)備用于對(duì)所述特征圖像進(jìn)行識(shí)別、分析、處理并以灰度值形態(tài)呈現(xiàn)，得到圖像的灰度值，并將圖像灰度值傳輸至中央處理主機(jī)，所述中央處理主機(jī)用于將所述圖像處理設(shè)備傳輸?shù)膱D像灰度值還原為目標(biāo)成像所對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)，通過分析，計(jì)算出接觸線與匯流排燕尾槽的距離，并發(fā)送到所述客戶顯示端進(jìn)行顯示，所述紅外激光補(bǔ)償光源位于所述三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)所在直線的垂直平分線上，用于對(duì)所述三臺(tái)面陣ccd進(jìn)行成像補(bǔ)光。

所述動(dòng)力設(shè)備為接觸網(wǎng)作業(yè)車，所述圖像處理設(shè)備為具有圖像分析處理功能的工控機(jī)，所述圖像處理設(shè)備、中央處理主機(jī)和客戶顯示端設(shè)置在所述接觸網(wǎng)作業(yè)的駕駛室內(nèi)。

所述實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備設(shè)置在所述動(dòng)力設(shè)備前端頂部，所述三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)和紅外激光補(bǔ)償光源通過電源線與所述中央處理主機(jī)連接。

所述三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)兩兩間距400mm，所述紅外激光補(bǔ)償光源位于接觸線線路中心所在直線上，所述紅外激光補(bǔ)償光源包括第一激光補(bǔ)償光源和第二激光補(bǔ)償光源，間距為150mm，所述第一激光補(bǔ)償光源發(fā)射5mm寬的沿接觸線線路方向的長(zhǎng)帶激光，所述第一激光補(bǔ)償光源發(fā)射5mm寬的垂直于接觸線線路方向的長(zhǎng)帶光源，第一激光補(bǔ)償光源和第二激光補(bǔ)償光源發(fā)出的兩道激光束呈十字相交于動(dòng)力設(shè)備上部，對(duì)所述三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)的捕捉圖像進(jìn)行補(bǔ)光。

所述客戶顯示端用于顯示接觸線燕尾槽與接觸線高度差的波形、接觸線兩端燕尾槽高度的波形、接觸線的波形及接觸線的拉出值。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：本發(fā)明提出了一種基于面陣ccd的剛性懸掛接觸線脫槽在線檢測(cè)裝置，包括設(shè)置在動(dòng)力設(shè)備頂部的實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備，圖像處理設(shè)備、中央處理主機(jī)、客戶顯示端，實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備包括3臺(tái)設(shè)置在與接觸線垂直的水平直線上的三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)，則通過ccc掃描相機(jī)對(duì)接觸線和兩端燕尾槽進(jìn)行成像，可以利用成像原理和幾何位置計(jì)算出接觸線和兩端燕尾槽的高度差，并根據(jù)高度差隨位置的變化情況來判斷出是否為接觸線脫槽，因此本發(fā)明大大提高了檢測(cè)的精度和效率；

此外，本發(fā)明還可以完成接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)檢測(cè)，在正式運(yùn)營(yíng)前發(fā)現(xiàn)安全隱患，保證了施工質(zhì)量，減小了安全隱患。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的一種基于面陣ccd的剛性懸掛接觸線脫槽在線檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備在動(dòng)力裝置上的安裝示意圖；

圖4為兩臺(tái)ccd面陣掃描相機(jī)對(duì)左燕尾槽成像的原理圖；

圖5為圖4中左相機(jī)成像的放大示意圖；

圖6為圖4中右相機(jī)成像的放大示意圖；

圖7為掃描相機(jī)掃描示意圖；

圖8為脫槽和硬點(diǎn)情況下燕尾槽與接觸線的高度差波形變化曲線。

圖中，1為動(dòng)力設(shè)備，2為實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備，3為面陣ccd掃描相機(jī)，4為紅外激光補(bǔ)償光源，5為匯流排，6為接觸線，7為t字形安裝架。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例；基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1～3所示，本發(fā)明提出了基于面陣ccd的剛性懸掛接觸線脫槽在線檢測(cè)裝置，包括圖像處理設(shè)備、中央處理主機(jī)、客戶顯示端和設(shè)置在動(dòng)力設(shè)備1頂部的實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備2，所述實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備2包括三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)3和紅外激光補(bǔ)償光源4，所述三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)3設(shè)置在與接觸線垂直的水平直線上，用于分別對(duì)“π”型匯流排和接觸線進(jìn)行捕獲識(shí)別，并將獲取到的特征圖像發(fā)送至所述圖像處理設(shè)備，所述圖像處理設(shè)備用于對(duì)所述特征圖像進(jìn)行識(shí)別、分析、處理并以灰度值形態(tài)呈現(xiàn)，得到圖像的灰度值，并將圖像灰度值傳輸至中央處理主機(jī)，所述中央處理主機(jī)用于將所述圖像處理設(shè)備傳輸?shù)膱D像灰度值還原為目標(biāo)成像所對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)，通過分析，計(jì)算出接觸線與匯流排燕尾槽的距離，并發(fā)送到所述客戶顯示端進(jìn)行顯示，所述紅外激光補(bǔ)償光源4位于所述三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)3所在直線的垂直平分線上，用于對(duì)所述三臺(tái)面陣ccd進(jìn)行成像補(bǔ)光。

如圖3所示，為實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備2在動(dòng)力設(shè)備頂部1的安裝示意圖，圖中5為匯流排，6為接觸線，實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備安裝在接觸線6的正下方。

如圖2所示，為實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備2的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，所述三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)兩兩間距400mm，且位于中間的面陣ccd掃描相機(jī)設(shè)置在接觸線路中心所在直線上，所述紅外激光補(bǔ)償光源包括位于接觸線線路中心所在直線上的第一激光補(bǔ)償光源和第二激光補(bǔ)償光源，間距為150mm，所述第一激光補(bǔ)償光源發(fā)射5mm寬的沿接觸線線路方向的長(zhǎng)帶激光，所述第一激光補(bǔ)償光源發(fā)射5mm寬的垂直于接觸線線路方向的長(zhǎng)帶光源，第一激光補(bǔ)償光源和第二激光補(bǔ)償光源發(fā)出的兩道激光束呈十字相交于動(dòng)力設(shè)備上部，對(duì)所述三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)的捕捉圖像進(jìn)行補(bǔ)光。實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備與線路中心重合，可以簡(jiǎn)化實(shí)時(shí)計(jì)算過程，并且使安裝簡(jiǎn)便。此外，本發(fā)明中，實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備2還可以包括一個(gè)t字形安裝架7，所述三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)和2個(gè)激光補(bǔ)償光源可以預(yù)先在t字形安裝架上，然后通過螺栓或者其它方式將t字形安裝架固定在所述動(dòng)力設(shè)備頂部，即可以實(shí)現(xiàn)所述實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備的安裝，簡(jiǎn)化安裝過程。

本發(fā)明的檢測(cè)原理如下，集成檢測(cè)裝置安裝于動(dòng)力設(shè)備的高度已知，3臺(tái)ccd面陣掃描相機(jī)的焦距已知，掃描相機(jī)的安裝間距以及安裝角度已知，則由掃描相機(jī)的成像原理計(jì)算匯流排燕尾槽與掃描相機(jī)的垂直和水平距離，同理可得接觸線的垂直和水平距離，借用匯流排和接觸線成品的結(jié)構(gòu)尺寸特性，比較接觸線兩端燕尾槽與接觸線的距離是否為定值，若為定值則接觸線和匯流排鑲嵌密切良好，若定值發(fā)生5mm以上變化則判定接觸線脫槽或者接觸線出現(xiàn)硬點(diǎn)，再通過波形進(jìn)行觀察分析比對(duì)，硬點(diǎn)波形為突變變化范圍較短，而脫槽為漸變且變化范圍較長(zhǎng)，從而判定接觸線是否脫槽。

以圖4～6為例，簡(jiǎn)單介紹兩個(gè)相機(jī)對(duì)左燕尾槽的位置判斷原理：將左燕尾槽的位置記為s，如圖4所示，左相機(jī)的安裝角度為α1，焦距為f1，左相機(jī)中心為o1；右相機(jī)安裝角度為為α2，焦距為f2，右相機(jī)中心為o2，兩個(gè)相機(jī)的距離為d；如圖5所示，左側(cè)相機(jī)中心線與其成像面交點(diǎn)為c1，左燕尾槽在左相機(jī)內(nèi)的成像點(diǎn)為s1，∠s1o1c1夾角記為β1，同理，如圖6所示，右側(cè)相機(jī)中心線與其成像面交點(diǎn)為c2，左燕尾槽在右相機(jī)成像點(diǎn)為s2，∠s2o2c2的夾角記為β2，以x表示燕尾槽的距線路中心的距離，y表示燕尾槽相對(duì)于相機(jī)中心所在水平面的初始高度；借助相機(jī)視覺拘束分析，可得左側(cè)相機(jī)成像點(diǎn)s1在左相機(jī)成像面中位置，從而得知左側(cè)相機(jī)成像點(diǎn)s1到其成像面中心點(diǎn)c1的距離l1的值，同理可得右側(cè)相機(jī)成像點(diǎn)s2到其成像面中心點(diǎn)c2的距離l2的值，通過幾何關(guān)系可知：

則通過下式(2)可以計(jì)算γ1和γ2的值：

γ1＝α1+β1，γ2＝α2+β2；(2)

在三角形so1o2中，通過幾何知識(shí)可以得到，左側(cè)燕尾槽s到左相機(jī)中心o1的距離為：

進(jìn)而，計(jì)算可得匯流排燕尾槽邊緣距離線路中心的初始距離x和初始高度y：

通過以上計(jì)算可得出燕尾槽距離面陣ccd掃描相機(jī)的水平距離x和垂直距離y，面陣ccd掃描相機(jī)水平安裝于動(dòng)力設(shè)備頂部且與兩鋼軌線路中心平行，假設(shè)安裝高度距離線路中心為h，如圖7所示，可以知道，左側(cè)燕尾槽距離軌面的距離h＝h+y，其中h為ccd掃描相機(jī)安裝時(shí)可以測(cè)量的已知距離，那么x即為左側(cè)燕尾槽距離線路中心的距離，即燕尾槽的拉出值。

因此，兩臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)可以得到一個(gè)特征點(diǎn)的具體位置值，同理，通過兩臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)可得接觸線距離軌面的距離和右側(cè)燕尾槽距離軌面的距離。本發(fā)明中，實(shí)施監(jiān)測(cè)設(shè)備具有3臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)，如圖7所示，為各個(gè)掃描相機(jī)的掃描示意圖，則通過左相機(jī)和中相機(jī)，可以得到左側(cè)燕尾槽與軌面的距離和接觸線與軌面的距離，通過右相機(jī)和中相機(jī)，同樣可以得到右側(cè)燕尾槽與軌面的距離和接觸線與軌面的距離。

假設(shè)左側(cè)燕尾槽距軌面的高度為h1，接觸線距軌面的高度為h0，右側(cè)燕尾槽距軌面的高度為h2，匯流排本身為鋁合金制品，具有一定的剛度，且產(chǎn)品尺寸公差小于0.8mm，那么左右側(cè)燕尾槽和接觸線的高差永遠(yuǎn)相等且為定值，即h1-h0＝h2-h0，施工過程中用放線小車進(jìn)行接觸線的展放，若因放線小車調(diào)整不到位，接觸線與匯流排鑲嵌不密切發(fā)生人工難以發(fā)現(xiàn)的短范圍的脫槽現(xiàn)象。由于匯流排和接觸線的尺寸公差均小于0.8mm，則匯流排的燕尾槽距離接觸線的距離為定值，若現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量距離與理論值出入大于3mm以上則判定匯流排脫槽或者接觸線出現(xiàn)硬點(diǎn)，那么上述定值將會(huì)發(fā)生變化，在客戶顯示端顯示的波形上，其波形不會(huì)呈直線顯示，具體地，脫槽為一個(gè)較大范圍的漸變波形，可以看成緩慢變化的半正弦波，最后趨于直線，如圖8左圖所示，而接觸線硬點(diǎn)為突變的過程，其波形為端范圍的突變波形，如圖8右圖所示。因此，通過對(duì)燕尾槽和接觸線成像，并對(duì)成像特征點(diǎn)進(jìn)行分析，可以計(jì)算得到燕尾槽和接觸線的實(shí)際高度差，進(jìn)而通過高度差的圖像，對(duì)脫槽點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，并且還可以將脫槽與接觸線硬點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別。

進(jìn)一步地，所述動(dòng)力設(shè)備可以為接觸網(wǎng)作業(yè)車，所述圖像處理設(shè)備為具有圖像分析處理功能的工控機(jī)，所述圖像處理設(shè)備、中央處理主機(jī)和客戶顯示端設(shè)置在所述接觸網(wǎng)作業(yè)的駕駛室內(nèi)。接觸網(wǎng)作業(yè)車在軌道上勻速運(yùn)行，可以對(duì)接觸線與燕尾槽的實(shí)際高度差進(jìn)行在線檢測(cè)，提高了檢測(cè)效率。

進(jìn)一步地，所述實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備設(shè)置在所述動(dòng)力設(shè)備前端頂部，所述三臺(tái)面陣ccd掃描相機(jī)和紅外激光補(bǔ)償光源通過電源線和通信線纜與所述圖像處理設(shè)備連接。

進(jìn)一步地，所述客戶顯示端用于顯示接觸線燕尾槽與接觸線高度差的波形、接觸線兩端燕尾槽高度的波形、接觸線的波形及接觸線的拉出值。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。