一種基于機器視覺的鋼軌波磨檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于機器視覺的鋼軌波磨檢測裝置,涉及鋼軌波磨檢測技術(shù)，旨在提供一種安裝于列車轉(zhuǎn)向架上的基于機器視覺獲取鋼軌波磨參數(shù)的檢測裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的：包括至少三個激光測距儀、控制器、滑臺、驅(qū)動裝置及安裝支架；所述滑臺通過驅(qū)動裝置安裝于安裝支架上，激光測距儀測距儀安裝于滑臺上；驅(qū)動裝置用于驅(qū)動滑臺沿安裝支架滑動；所述激光測距儀排列成一條直線，所述直線與安裝支架的徑向方向垂直；所述激光測距儀、驅(qū)動裝置均與控制器具有信號連接。
【專利說明】
一種基于機器視覺的鋼軌波磨檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及鋼軌波磨檢測技術(shù)，特別是一種基于機器視覺的鋼軌波磨檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼軌波磨，是指鋼軌投入使用后，其頂面沿縱向出現(xiàn)類似波浪形狀的不平順磨損。 隨著列車提速、軸重提高、車流密度加大和新型機車車輛結(jié)構(gòu)的推廣使用，鋼軌波磨分布越 來越廣，波長范圍越來越寬，鋼軌波磨現(xiàn)象越來越嚴重。列車在出現(xiàn)波磨的鋼軌上行駛，不 僅導(dǎo)致車輛結(jié)構(gòu)激烈振動并產(chǎn)生噪聲，影響旅客乘坐舒適度和裝運貨物的完整性，而且縮 短結(jié)構(gòu)部件的使用壽命，嚴重時甚至危及行車安全。
[0003 ] -直以來，鐵路維護部門都十分重視鋼軌波磨的檢測與治理。
[0004] 目前業(yè)內(nèi)常用的檢測裝置是手持式裝置，需要人工推動裝置沿鋼軌行進，從而檢 測鋼軌上的波磨情況。
[0005] 然而鋼軌上的波磨分布很廣，例如要檢測廣州到北京鐵路上的波磨情況，需要投 入大量的人力進行檢測，耗時也長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對上述存在的問題，提供一種安裝于列車轉(zhuǎn)向 架上的基于機器視覺獲取鋼軌波磨參數(shù)的檢測裝置。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:包括至少三個激光測距儀、控制器滑臺、驅(qū)動裝置及 安裝支架；
[0008] 所述滑臺通過驅(qū)動裝置安裝于安裝支架上，激光測距儀安裝于滑臺上；驅(qū)動裝置 用于驅(qū)動滑臺沿安裝支架滑動；
[0009] 所述激光測距儀排列成一條直線，所述直線與安裝支架的徑向方向垂直；
[0010] 所述激光測距儀、驅(qū)動裝置均與控制器具有信號連接。
[0011] 進一步，驅(qū)動裝置位于安裝支架內(nèi)部;所述驅(qū)動裝置包括電機、蝸桿及從動塊;所 述電機的轉(zhuǎn)軸穿過安裝支架的一個端部與蝸桿的一端連接;蝸桿的另一端與安裝支架的另 一個端部活動連接；
[0012] 從動塊套接在蝸桿上，從動塊與蝸桿外表面接觸的內(nèi)表面具有與蝸桿外表面相配 合的紋路;從動塊與滑臺固定連接;安裝支架上具有導(dǎo)軌，從動塊與滑臺的連接部位于導(dǎo)軌 中；所述導(dǎo)軌的方向與安裝支架的徑向一致。
[0013] 進一步，所述控制器與驅(qū)動裝置內(nèi)部的電機具有控制信號連接。
[0014] 進一步，還包括面光源及圖像采集裝置；
[0015] 所述面光源及圖像采集裝置均安裝于所述滑臺上，面光源用于向軌道發(fā)射出平面 光，且發(fā)射出的平面光所在的平面與軌道徑向垂直;所述圖像采集裝置用于拍攝平面光與 軌道相交形成的光線以及激光測距儀照射在鋼軌上的光斑；
[0016] 所述面光源、圖像采集裝置均與控制器具有信號連接。
[0017] 進一步，所述控制器用于接收圖像采集裝置輸出的圖像，計算所述平面光與軌道 相交形成的光線中點與所述光斑所在直線的距離，并根據(jù)所述距離控制驅(qū)動裝置內(nèi)部的電 機直到所述距離等于0。
[0018] 進一步，根據(jù)三個激光測距儀返回的數(shù)據(jù)利用弦測法計算波磨數(shù)據(jù)。
[0019] 進一步，位于中間的激光測距儀到其左側(cè)的激光測距儀距離與到其右側(cè)的激光測 距儀距離相等；
[0020] 利用公式計算波磨數(shù)據(jù) 其中f (a)為位于中間的激光 測距儀返回的距離，
為左側(cè)激光測距儀返回的距離，
為右側(cè)激光測距儀返回 的數(shù)據(jù)。
[0021] 進一步，還包括定位裝置，所述定位裝置與控制器具有信號連接。
[0022] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：
[0023] 1、本發(fā)明通過安裝支架安裝于列車底部的轉(zhuǎn)向架上，列車行駛時便可完成波磨參 數(shù)采集，攝像機將采集到數(shù)據(jù)進行存儲或者傳輸給后續(xù)的處理單元，從而計算出各段鋼軌 的波磨程度。
[0024] 2、本發(fā)明中的滑臺可沿著安裝支架的徑向滑動，并且引入了面光源，獲取面光源 發(fā)出的光平面與鋼軌形成的光線，進而確定光線中點與激光測距儀在鋼軌上形成的光斑所 在直線的距離，控制器根據(jù)距離控制電機運轉(zhuǎn)，從而保證激光測距儀能照射在鋼軌徑向的 對稱軸上，為保證參數(shù)采集區(qū)域準確提供了硬件基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0025] 本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：
[0026] 圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖2為激光測距儀在滑臺上的位置示意圖。
[0028]圖3為攝像機采集圖像的效果示意圖。
[0029]圖4為弦測法原理示意圖。
[0030] 圖中標記：1為安裝支架;2為滑臺；3為電機;4為激光測距儀;5為激光光斑;6為相 交光線;7為軌道。
【具體實施方式】
[0031] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0032]本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的 替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子 而已。
[0033]本發(fā)明一個實施例包括控制器、三個激光測距儀4、滑臺2、驅(qū)動裝置及安裝支架1。 在其他實施例中，激光測距儀的數(shù)量可以大于3。
[0034]所述滑臺2通過驅(qū)動裝置安裝于安裝支架1上，激光測距儀4安裝于滑臺2上；驅(qū)動 裝置用于驅(qū)動滑臺2沿安裝支架1滑動。
[0035] 如圖3所示，所述激光測距儀4排列成一條直線，所述直線與安裝支架1的徑向方向 垂直。所述控制器與激光測距儀、驅(qū)動裝置均具有信號連接。
[0036] 在一個優(yōu)選實施例中，所述驅(qū)動裝置包括電機3、蝸桿、從動塊;蝸桿、從動塊設(shè)置 于安裝支架1的內(nèi)部;所述電機3的轉(zhuǎn)軸穿過安裝支架1的一個端部與蝸桿的一端連接;蝸桿 的另一端活動安裝在安裝支架1的另一個端部上。
[0037] 從動塊套接在蝸桿上，從動塊與蝸桿外表面接觸的內(nèi)表面具有與蝸桿外表面相配 合的紋路;從動塊與滑臺2固定連接;安裝支架1上具有導(dǎo)軌，從動塊與滑臺2的連接部位于 導(dǎo)軌中；所述導(dǎo)軌的方向與安裝支架1的徑向一致。當電機轉(zhuǎn)動時，蝸桿轉(zhuǎn)動，從動塊在蝸桿 的驅(qū)動下帶動滑臺2沿安裝支架1徑向水平運動。
[0038] 本實施例中，控制器與驅(qū)動裝置中的電機具有控制信號連接?？刂破靼l(fā)出控制指 令控制電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而推動滑臺2在水平方向上左右運動。
[0039] 本實施例，還包括定位裝置，如GPS定位裝置，所述定位裝置與控制器具有信號連 接，控制器可將列車位置信息與時間對應(yīng)存儲。攝像機可將拍攝圖像與時間對應(yīng)，方便后續(xù) 圖像處理時將拍攝圖像與位置信息對應(yīng)起來，了解每個路段的鋼軌波磨情況。
[0040] 由于鋼軌并不是直線，而是蛇形分布，列車在經(jīng)過鋼軌彎曲部時，激光測距儀發(fā)出 的激光不再位于鋼軌的徑向?qū)ΨQ軸上，這時控制器按照一定的規(guī)則發(fā)出指令控制滑臺2向 鋼軌內(nèi)側(cè)或外側(cè)滑動，使激光測距儀發(fā)出的激光重新回到鋼軌的徑向?qū)ΨQ軸上。
[0041] 在又一實施例中，還包括面光源及圖像采集裝置;所述面光源及圖像采集裝置安 裝于所述滑臺2上，面光源用于向軌道7發(fā)射出平面光，且發(fā)射出的平面光所在的平面與軌 道7徑向垂直，也即是與導(dǎo)軌方向平行;這樣一來即使在鋼軌轉(zhuǎn)彎處，平光面還是垂直于鋼 軌徑向的。本實施例取平面光與鋼軌相交的光線的中點為參考，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)動。
[0042]圖像采集裝置拍攝平面光與軌道7相交形成的光線6、激光測距儀照射在鋼軌上的 光斑5,如圖3。控制器接收圖像采集裝置輸出的圖像，識別出出平面光與鋼軌相交的光線以 及三個激光光斑，然后再通過相交光線與三個激光光斑在圖像中的坐標計算出相交光線的 中點與三個激光光斑所在直線的距離，如果直線在中點的右側(cè)且相距l(xiāng)〇mm，控制器控制電 機順時針或逆時針轉(zhuǎn)動一定時間，驅(qū)動滑臺向鋼軌內(nèi)側(cè)平移l〇mm，使得激光光斑回到鋼軌 的徑向?qū)ΨQ軸上。如果直線在中點的左側(cè)且相距7mm，控制器控制電機逆時針或順時針轉(zhuǎn)動 一定時間，驅(qū)動滑臺向鋼軌外側(cè)平移7mm。
[0043]下面結(jié)合實際運用進一步說明本發(fā)明原理。
[0044] 使用時，需要兩臺本發(fā)明產(chǎn)品，分別安裝于列車轉(zhuǎn)向架左右兩側(cè)架構(gòu)上，以便同時 測量左右鋼軌表面的波磨程度。安裝支架與列車轉(zhuǎn)向架實現(xiàn)機械連接，如螺栓、螺母配合固 定。安裝支架的徑向（也稱安裝支架的長軸)與鋼軌橫截面平行，滑臺朝下使得滑臺上的激 光測距儀及攝像機能朝向鋼軌。激光測距儀向鋼軌徑向（垂直于鋼軌橫截面)對稱軸發(fā)射激 光，攝像機用于采集鋼軌上的激光光斑，后續(xù)處理單元對攝像機采集到的圖像進行處理后 能夠得到鋼軌的波磨程度。
[0045] 當激光光斑偏離鋼軌徑向?qū)ΨQ軸時，控制器按照前述方法驅(qū)動電機，使激光光斑 回到鋼軌徑向?qū)ΨQ軸上。
[0046]控制器接收三個激光測距儀返回的距離數(shù)據(jù)，利用公式計算波磨數(shù)據(jù)： ，其中f (a)為位于中間的激光測距儀返回的距離， 為左側(cè)

7 激光測距儀返回的距離
為右側(cè)激光測距儀返回的數(shù)據(jù)。1為左側(cè)激光測距儀與右側(cè) 激光測距儀之間的間距，a為位于中間的激光測距儀橫坐標。參見圖4。
[0047]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的 新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項】
1. 一種基于機器視覺的鋼軌波磨檢測裝置，其特征在于，包括至少三個激光測距儀、控 制器、滑臺、驅(qū)動裝置及安裝支架； 所述滑臺通過驅(qū)動裝置安裝于安裝支架上，激光測距儀安裝于滑臺上；驅(qū)動裝置用于 驅(qū)動滑臺沿安裝支架滑動； 所述激光測距儀排列成一條直線，所述直線與安裝支架的徑向方向垂直； 所述激光測距儀、驅(qū)動裝置均與控制器具有信號連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器視覺的鋼軌波磨檢測裝置，其特征在于，驅(qū)動裝 置位于安裝支架內(nèi)部;所述驅(qū)動裝置包括電機、蝸桿及從動塊;所述電機的轉(zhuǎn)軸穿過安裝支 架的一個端部與蝸桿的一端連接;蝸桿的另一端與安裝支架的另一個端部活動連接； 從動塊套接在蝸桿上，從動塊與蝸桿外表面接觸的內(nèi)表面具有與蝸桿外表面相配合的 紋路;從動塊與滑臺固定連接;安裝支架上具有導(dǎo)軌，從動塊與滑臺的連接部位于導(dǎo)軌中； 所述導(dǎo)軌的方向與安裝支架的徑向一致。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于機器視覺的鋼軌波磨檢測裝置，其特征在于，所述控 制器與驅(qū)動裝置內(nèi)部的電機具有控制信號連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器視覺的鋼軌波磨檢測裝置，其特征在于，還包括 面光源及圖像采集裝置； 所述面光源及圖像采集裝置均安裝于所述滑臺上，面光源用于向軌道發(fā)射出平面光， 且發(fā)射出的平面光所在的平面與軌道徑向垂直;所述圖像采集裝置用于拍攝平面光與軌道 相交形成的光線以及激光測距儀照射在鋼軌上的光斑； 所述面光源、圖像采集裝置均與控制器具有信號連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于機器視覺的鋼軌波磨檢測裝置，其特征在于，所述控 制器用于接收圖像采集裝置輸出的圖像，計算所述平面光與軌道相交形成的光線中點與所 述光斑所在直線的距離，并根據(jù)所述距離控制驅(qū)動裝置內(nèi)部的電機直到所述距離等于0。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器視覺的鋼軌波磨檢測裝置，其特征在于，根據(jù)三 個激光測距儀返回的數(shù)據(jù)利用弦測法計算波磨數(shù)據(jù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于機器視覺的鋼軌波磨檢測裝置，其特征在于，位于中 間的激光測距儀到其左側(cè)的激光測距儀距離與到其右側(cè)的激光測距儀距離相等； 利用公式計算波磨數(shù)據(jù)：，其中f(a)為位于中間的激光測距儀 返回的距離'為左側(cè)激光測距儀返回的距離為右側(cè)激光測距儀返回的數(shù)據(jù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器視覺的鋼軌波磨檢測裝置，其特征在于，還包括 定位裝置，所述定位裝置與控制器具有信號連接。
【文檔編號】G01B11/30GK106052601SQ201610574018
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月20日
【發(fā)明人】占棟, 佘朝富, 金友濤, 楊韜, 蒲繼華, 陳洪友, 王建龍, 周刊, 陳棟
【申請人】成都唐源電氣股份有限公司