[發明專利]一種基于單目視覺與激光散斑的鐵軌扣件異常檢測系統

在審

• 申請號: 201710949492.2
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107688024A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 成都精工華耀機械制造有限公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;B61K9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鐵路基礎設施檢測領域的設備，具體指一種基于單目視覺與激光散斑的鐵軌扣件異常檢測系統。

背景技術

扣件是連接鋼軌和軌枕使之形成軌排的部件，在保證軌道穩定性、可靠性方面起著重要作用。在鐵路基礎設施檢測上，我國長期以人工和靜態檢測為主，養護費用高，強度高，安全性差，近年我國高速鐵路迅猛發展，對鐵路檢測的自動化、實時性提出了更高的要求。國內外已有的扣件檢測技術為：基于線陣激光的連續掃描裝置，如德國Sick公司；基于面陣圖像傳感器的計算機視覺檢測裝置，如美國ENSCO公司的VIS系統、德國Atlas Electronic公司開發的光電式軌道檢測系統以及北京福斯達公司高速車載式軌道圖像識別系統等。但兩者的缺點在于檢測速度較低，通用性不高，有時需要過多人工干預，而且不能在扣件丟失之前自動判斷扣件是否產生異常并進行預警。

經檢索，專利2011100073637.X、201410667430.9分別介紹了一種基于結構光的扣件缺失檢測裝置：利用多條線結構光照射扣件區域、采用面陣攝像機成像，對線結構光圖像進行處理，以判斷扣件是否缺失。該方法相比采用機器視覺的二維圖像方法，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制方法，難以檢測出光條未照射區域的形狀變化，因此，只能檢測扣件缺失等大尺度缺陷，不能檢測扣件彈條半脫落、扣件墊片缺失、扣件彈條局部損傷等缺陷。為此，本發明提供一種可瞬態三維測量的成像方法，用于獲取扣件三維點云，利用稠密的扣件三維點云，采用三維模型比對方法，用于扣件異常檢測。

發明內容

為了解決現有扣件異常檢測系統所存在的上述問題，本發明提供一種基于單目視覺與激光散斑的鐵軌扣件異常檢測系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種基于單目視覺與激光散斑的鐵軌扣件異常檢測系統，其特征在于：由兩臺激光散斑投射器Sa和Sb，兩臺攝像機Ca和Cb，四個激光位移傳感器La、Lb、Lc、Ld，1個車輪編碼器、1個RFID探測器和1個工控機組成，所述激光散斑投射器Sa、攝像機Ca位于列車底部左側，構成第一測量單元，對左側鐵軌兩側扣件進行檢測；所述激光散斑投射器Sb、攝像機Cb位于列車底部右側，構成第二測量單元，對右側鐵軌兩側扣件進行檢測；所述激光散斑投射器Sa、Sb和攝像機Ca、Cb位于鐵軌正上方；所述激光散斑投射器投射散斑圖案到扣件表面，攝像機拍攝扣件表面散斑圖案，并通過與事先記錄的不同距離處散斑圖案序列匹配，完成扣件表面三維點云測量；所述四個激光位移傳感器用于測量扣件安裝底座高度值；所述車輪編碼器與車輪轉軸連接，用于對車輪轉動角度編碼；所述RFID探測器位于車體底部，與鐵路上設置的RFID標簽進行通信；所述工控機位于車廂內，與攝像機、激光位移傳感器、車輪編碼器、RFID閱讀器連接，讀取車輪編碼器角度編碼信號，對列車行駛里程計數和判定列車行駛方向；所述工控機讀取RFID閱讀器獲取的RFID標簽信號，對列車行駛里程進行校準；所述工控機讀取四個激光位移傳感器測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域內，控制兩臺攝像機拍攝扣件區域散斑圖像；采集、存儲和處理散斑圖像，進行單目視覺散斑圖像三維重建，獲取扣件三維點云，基于扣件三維點云進行扣件異常檢測。

所述第一、第二測量單元中攝像機和激光散斑投射器安裝方式是：激光散斑投射器的光軸與攝像機光軸平行、且垂直于路面，激光散斑投射器的光軸與攝像機光軸距離小于x mm,x取值范圍為5～100，攝像機和激光散斑投射器剛性連接；激光散斑投射器Sa和Sb的安裝高度、角度，以及光源投射角度需完全覆蓋鐵軌兩側扣件區域，第一、第二測量單元的攝像機視場完全覆蓋鐵軌兩側扣件區域。

所述第一、第二測量單元通過被動減振結構固定在支撐梁上，支撐梁通過被動減振結構固定在列車轉向架上。

所述第一、第二測量單元采用硬質橡膠或塑料墊片作為被動減振結構與支撐梁固定，支撐梁與轉向架之間采用k個彈簧并行連接，k的取值范圍為1～10。