[發(fā)明專利]一種基于雙目視覺(jué)與激光散斑的鐵軌扣件異常檢測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710949484.8
• 申請(qǐng)日: 2017-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN107703149A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都精工華耀機(jī)械制造有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/88
• 分類號(hào): G01N21/88;B61K9/08
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)領(lǐng)域的設(shè)備，具體指一種基于雙目視覺(jué)與激光散斑的鐵軌扣件異常檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

扣件是連接鋼軌和軌枕使之形成軌排的部件，在保證軌道穩(wěn)定性、可靠性方面起著重要作用。在鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)上，我國(guó)長(zhǎng)期以人工和靜態(tài)檢測(cè)為主，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高，強(qiáng)度高，安全性差，近年我國(guó)高速鐵路迅猛發(fā)展，對(duì)鐵路檢測(cè)的自動(dòng)化、實(shí)時(shí)性提出了更高的要求。國(guó)內(nèi)外已有的扣件檢測(cè)技術(shù)為：基于線陣激光的連續(xù)掃描裝置，如德國(guó)Sick公司；基于面陣圖像傳感器的計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)裝置，如美國(guó)ENSCO公司的VIS系統(tǒng)、德國(guó)Atlas Electronic公司開發(fā)的光電式軌道檢測(cè)系統(tǒng)以及北京福斯達(dá)公司高速車載式軌道圖像識(shí)別系統(tǒng)等。但兩者的缺點(diǎn)在于檢測(cè)速度較低，通用性不高，有時(shí)需要過(guò)多人工干預(yù)，而且不能在扣件丟失之前自動(dòng)判斷扣件是否產(chǎn)生異常并進(jìn)行預(yù)警。

經(jīng)檢索，專利2011100073637.X、201410667430.9分別介紹了一種基于結(jié)構(gòu)光的扣件缺失檢測(cè)裝置：利用多條線結(jié)構(gòu)光照射扣件區(qū)域、采用面陣攝像機(jī)成像，對(duì)線結(jié)構(gòu)光圖像進(jìn)行處理，以判斷扣件是否缺失。該方法相比采用機(jī)器視覺(jué)的二維圖像方法，可顯著提升魯棒性。但是，這類方法所采用的多條平行光條形狀調(diào)制方法，難以檢測(cè)出光條未照射區(qū)域的形狀變化，因此，只能檢測(cè)扣件缺失等大尺度缺陷，不能檢測(cè)扣件彈條半脫落、扣件墊片缺失、扣件彈條局部損傷等缺陷。為此，本發(fā)明提供一種可瞬態(tài)三維測(cè)量的成像方法，用于獲取扣件三維點(diǎn)云，利用稠密的扣件三維點(diǎn)云，采用三維模型比對(duì)方法，用于扣件異常檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有扣件異常檢測(cè)系統(tǒng)所存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于雙目視覺(jué)與激光散斑的鐵軌扣件異常檢測(cè)系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于雙目視覺(jué)與激光散斑的鐵軌扣件異常檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：由兩臺(tái)激光散斑投射器(Sa、Sb)、四臺(tái)攝像機(jī)(Ca、Cb、Cc、Cd)、四個(gè)激光位移傳感器(La、Lb、Lc、Ld)、一個(gè)車輪編碼器、一個(gè)RFID探測(cè)器和一個(gè)工控機(jī)組成，所述激光散斑投射器Sa、攝像機(jī)Ca和Cb位于列車底部左側(cè)，構(gòu)成第一測(cè)量單元，對(duì)左側(cè)鐵軌兩側(cè)扣件進(jìn)行檢測(cè)；所述激光散斑投射器Sb、攝像機(jī)Cc和Cd位于列車底部右側(cè)，構(gòu)成第二測(cè)量單元，對(duì)右側(cè)鐵軌兩側(cè)扣件進(jìn)行檢測(cè)；所述激光散斑投射器位于鐵軌正上方，向鐵軌及兩側(cè)扣件投射激光散斑；所述攝像機(jī)位于鐵軌正上方，其中攝像機(jī)Ca和Cb沿鐵軌縱向安置于激光散斑投射器Sa兩側(cè)，構(gòu)成第一測(cè)量單元的雙目立體視覺(jué)成像系統(tǒng)，攝像機(jī)Cc和Cd沿鐵軌縱向安置于激光散斑投射器Sb兩側(cè)，構(gòu)成第二測(cè)量單元的雙目立體視覺(jué)成像系統(tǒng)；所述雙目立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)拍攝由激光散斑投射器投射在扣件表面的激光散斑圖案，用于扣件三維測(cè)量；所述四個(gè)激光位移傳感器用于測(cè)量扣件安裝底座高度值；所述車輪編碼器與車輪轉(zhuǎn)軸連接，用于對(duì)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度編碼；所述RFID探測(cè)器位于車體底部，與鐵路上設(shè)置的RFID標(biāo)簽進(jìn)行通信；所述工控機(jī)位于車廂內(nèi)，同時(shí)與攝像機(jī)、激光位移傳感器、車輪編碼器、RFID探測(cè)器連接，讀取車輪編碼器角度編碼信號(hào)，對(duì)列車行駛里程計(jì)數(shù)和判定列車行駛方向；所述RFID探測(cè)器獲取RFID標(biāo)簽信號(hào)，對(duì)列車行駛里程進(jìn)行校準(zhǔn)；讀取四個(gè)激光位移傳感器測(cè)量的鐵軌扣件安裝底座上表面高度值，判定扣件是否位于成像區(qū)域內(nèi)，控制四臺(tái)攝像機(jī)拍攝扣件區(qū)域散斑圖像；采集、存儲(chǔ)和處理散斑圖像，進(jìn)行雙目立體視覺(jué)散斑圖像三維重建，獲取扣件三維點(diǎn)云，并基于扣件三維點(diǎn)云進(jìn)行扣件異常檢測(cè)。

所述激光散斑投射器的安裝高度、角度，以及光源投射角度需完全覆蓋鐵軌兩側(cè)扣件區(qū)域，第一、第二測(cè)量單元的雙目立體視覺(jué)成像系統(tǒng)公共視場(chǎng)需完全覆蓋鐵軌兩側(cè)扣件區(qū)域，第一、第二測(cè)量單元的雙目立體視覺(jué)成像系統(tǒng)中兩臺(tái)攝像機(jī)同步成像。

所述第一、第二測(cè)量單元中兩臺(tái)攝像機(jī)和激光散斑投射器安裝方式是：激光散斑投射器的光軸垂直于路面，激光散斑投射器的光軸、兩臺(tái)攝像機(jī)光軸共面，它們構(gòu)成的平面穿過(guò)鐵軌中心線，兩臺(tái)攝像機(jī)光軸與激光散斑投射器光軸夾角相等，夾角為15～60度，兩臺(tái)攝像機(jī)的基線長(zhǎng)度為L(zhǎng)mm，L取值范圍為1～10000，兩臺(tái)攝像機(jī)的成像面中有四條邊平行，兩臺(tái)攝像機(jī)和激光散斑投射器剛性連接。

所述第一、第二測(cè)量單元通過(guò)被動(dòng)減振結(jié)構(gòu)固定在支撐梁上，支撐梁通過(guò)被動(dòng)減振結(jié)構(gòu)固定在列車轉(zhuǎn)向架上。

所述第一、第二測(cè)量單元采用硬質(zhì)橡膠或塑料墊片作為被動(dòng)減振結(jié)構(gòu)與支撐梁固定，支撐梁與列車轉(zhuǎn)向架之間采用k個(gè)彈簧并行連接，k的取值范圍為1～10。