[發明專利]補償光源系統及列車運行故障動態圖像檢測設備

有效

• 申請號: 201210410702.8
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102879908A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 劉玉鳳;陳曉華;葉銀
• 申請（專利權）人: 北京凱普林光電科技有限公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G03B15/05;G01M17/08
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術領域

本發明涉及激光技術領域，具體而言，涉及一種補償光源系統及列車運行故障動態圖像檢測設備。

背景技術

為了保障列車的行車安全，需要對列車進行檢測。傳統的人工檢測方法效率很低，目前多采用運行故障動態圖像檢測系統對車底和列車側壁進行圖像拍攝，再由檢查人員通過計算機瀏覽拍攝的圖片進行故障檢測。拍攝圖像的方法多采用相機陣列或者高速工業線陣掃描相機進行。無論采用哪種方法都需要補償光源來減小環境，如陽光的影響，提高相機的抗干擾能力，保證檢測系統的穩定運行。

目前的補償光源系統一般采用近紅外波段的半導體激光器，要求其呈現長條形、光強較強且均勻的光斑。長條形光斑是由相機的拍攝方式決定的，光斑的寬度需要符合相機的掃描寬度，長度需要與被拍照物體的尺寸符合，光斑強度越強則相機曝光時間越短進而相機掃描速度越快，光斑均勻則可以防止拍攝出的圖像亮度不均勻。

但是現有技術中，補償光源系統對激光的利用率普遍偏低，導致補償光源的光強較弱，抗干擾能力較差，且相機曝光時間較長，只能滿足較低速行進的列車的檢測，而對于高速列車，由于曝光時間較長影響了相機掃描速度，進而影響了檢測系統的使用。

如圖1至圖2所示，是公開號為CN?101871602?A的中國專利申請所公開的一種均勻照明的激光線光源系統，該系統結構簡單，通過沿激光的傳輸方向順次設置圓透鏡10’以及棱鏡20’，理論上能在0.5米至2米的距離范圍內使光強穩定。激光經過圓透鏡10’后照射到棱鏡20’表面的光斑為圓形光斑11’，假設此圓形光斑11’的直徑為d，棱鏡20’的曲面部分在與激光光束傳播方向垂直的平面上的投影部分21’的長度為L，寬度為d0，容易看出圓形光斑11’只有位于重疊區域30’中的部分可以經過棱鏡20’的折射被利用，激光利用率很低。

如果要提高激光利用率，即增大重疊區域30’，需要增大棱鏡20’的投影部分21’的寬度d₀，或減小圓形光斑11’的直徑d。如果增大投影部分21’的寬度d₀，則需要增大投影部分21’的曲率半徑，這樣會造成經過棱鏡20’的激光光束發散角減小，進而導致照射到被拍攝物體上的光斑長度與被拍攝物體的長度不相適應。如果減小圓形光斑11’的直徑d，則會導致經過棱鏡20’折射的光斑寬度太小，無法滿足相機的掃描寬度要求，進而對相機的曝光產生影響。

不管是凸透鏡還是凹透鏡，當其曲率半徑變小時，同樣的光束經過其折射后的光像差會變大，這樣的話光斑質量會不均勻。現有技術前面采用圓透鏡，后面采用棱鏡，最終形成的細長光線的寬度是由前面的圓透鏡決定的，長度是由后面的棱鏡決定的，如果經過圓透鏡后照射到后面的棱鏡的光斑太大，則有部分光不能被折射，光利用率低，如果減小光斑使整個光斑都能照射到曲面部分，則光斑的寬度不夠。而且，按照現有技術中的設計，要達到60度的發散角，曲率半徑已經很小了，這時像差很大，要增加發散角的話，要使曲率半徑更小，這樣的話后面的棱鏡就會變得更加細長，前面描述的問題會更加突出。

因此，此專利申請公開的技術方案，無法在保證光斑形狀符合相機拍攝要求的同時保證較高的激光利用率。同時，由于經過棱鏡20’的激光光束發散角只有60度，當進行車底拍攝時，由于距離太近，產生的光斑長度不夠，往往需要一排設置兩個或更多激光器，而鐵軌之間的空間有限，工藝上也比較難以實現。

結合參見圖3，是公開號為CN?201966484?U的中國專利申請所公開的一種發近平行發散光的激光器，包括圓透鏡10”和棱鏡20”，由于經過圓透鏡10”照射到棱鏡20”上的光斑仍舊為圓形光斑，與前一專利申請的技術方案一樣，也無法保證在光斑形狀符合相機拍攝要求的同時保證較高的激光利用率。

發明內容

本發明旨在提供一種可以在提高激光利用率的同時使最終形成的光斑符合相機拍攝要求的補償光源系統及列車運行故障動態圖像檢測設備。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種補償光源系統，包括具有光纖的激光發生裝置，光纖具有光輸出端，補償光源系統還包括光束整形組件，光束整形組件包括：柱形平凸透鏡，與光纖的光輸出端相對設置；以及柱形平凹透鏡，與柱形平凸透鏡沿光纖的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向順次設置，柱形平凹透鏡的母線與柱形平凸透鏡的母線互相垂直設置。

進一步地，柱形平凸透鏡具有相對設置的第一平面以及第一弧面，柱形平凹透鏡具有相對設置的第二平面以及第二弧面，第一弧面和第二弧面相對設置。

進一步地，柱形平凸透鏡有多個，多個柱形平凸透鏡沿激光光束的傳輸方向順次設置。