[發(fā)明專利]道岔及軌道全輪廓磨損視覺測量儀及其測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810069987.0
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108248634B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設計）人: 王培俊;李文濤;康凱寧;鄭小江;陳亞東;楊杰;肖俊
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B61K9/08
• 分類號: B61K9/08;B61K9/10;B61L23/04
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

1.一種道岔及軌道全輪廓磨損視覺測量儀，其特征在于：包括：數(shù)據(jù)采集與定位硬件裝置，數(shù)據(jù)采集與分析軟件系統(tǒng)；

所述的數(shù)據(jù)采集與定位硬件裝置按功能可分為：旋轉編碼器測量定位裝置、激光視覺測量采集裝置、數(shù)據(jù)傳輸與電源裝置；

所述的旋轉編碼器測量定位裝置安裝在檢測小車或者軌檢車的運動車輪上，用于記錄檢測數(shù)據(jù)的位置，并且每行進一段距離觸發(fā)一次激光視覺測量采集裝置采集軌道圖像；

激光視覺測量采集裝置包括帶有定焦工業(yè)鏡頭的工業(yè)相機、一字型激光器以及安裝承載平臺；定焦工業(yè)鏡頭、工業(yè)相機、一字型激光器安裝于軌道上方的承載平臺上，承載平臺安裝于檢測小車或者軌檢車上；同時工業(yè)相機與一字型激光器對稱分布于軌道的兩側，工業(yè)相機用于采集一字型激光器投射在軌道上的光條圖像，一字型激光器用于向軌道投射光條；

數(shù)據(jù)傳輸與電源裝置包括數(shù)據(jù)交換機與電源，該裝置用于將激光視覺測量采集裝置采集的數(shù)據(jù)和編碼器定位的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，進行數(shù)據(jù)處理與分析，得到軌道和道岔磨損數(shù)據(jù)，制定維護或更換方案；

數(shù)據(jù)采集與分析軟件系統(tǒng)用于分別獲取軌道斷面左右兩側輪廓尺寸，并將檢測的軌道斷面左右兩側輪廓尺寸合并為軌道斷面全輪廓尺寸，并且測量軌道磨損量；

所述數(shù)據(jù)采集與分析軟件系統(tǒng)包括以下幾個功能模塊：

激光視覺測量采集裝置標定模塊：通過拍攝來采集軌道與道岔表面光條圖像，然后提取光條在圖像中的坐標將其轉換為世界坐標系中的三維空間幾何截面，在轉換的過程中用到工業(yè)相機的內參數(shù)、外參數(shù)以及鏡頭畸變參數(shù)，建立起相機傳感器與世界坐標系之間的聯(lián)系，完成數(shù)據(jù)精確轉換；

激光視覺測量采集裝置控制模塊：視覺測量極易受到環(huán)境光影響，激光視覺測量采集裝置控制模塊根據(jù)光條光強強度來反饋控制相機的曝光量，然后獲取投射在軌道上的激光光條圖像，并提取圖形中的光條；

數(shù)據(jù)采集圖像處理模塊：首先對光條圖像進行畸變矯正、濾波處理，然后根據(jù)光條為圖形中最亮區(qū)域采用閾值分割法初步提取光條圖像，再對光條圖像提取光條中心亞像素坐標，最后根據(jù)標定計算出的相機內外參數(shù)以及畸變參數(shù)計算得到單應性矩陣，將光條中心亞像素坐標轉換為軌道或道岔實際幾何截面；

測量數(shù)據(jù)合成模塊：每個工業(yè)相機拍攝的一幅圖像只對應一側軌道幾何尺寸截面；通過提取鋼軌道軌兩側的測量數(shù)據(jù)的相同特征，將兩側數(shù)據(jù)合并為軌道全輪廓截面數(shù)據(jù)；同時采用旋轉編碼器測量定位裝置進行定位，并將單幅幾何尺寸截面合并形成軌道三維形體；

測量數(shù)據(jù)分析模塊：利用軌道未磨損的軌腰測量數(shù)據(jù)為基準，將測量的軌道幾何截面與標準軌道幾何截面進行精確配準，對比得到軌道該處的垂直磨損和側邊磨損，同時對一段軌道的所有測量截面的磨損情況進行整體分析，制定維護或更換方案。

2.根據(jù)權利要求1所述的道岔及軌道全輪廓磨損視覺測量儀，其特征在于：激光視覺測量采集裝置控制模塊中，根據(jù)光條光強強度來反饋控制相機曝光量的方法為：(1)計算光條在圖像中占據(jù)像素點數(shù)n，(2)將相機曝光量設置為最小；(3)以步長e逐步增加相機曝光量并計算圖像過度曝光像素點N，當N＞n時停止拍攝；(4)計算與n最接近的兩個過度曝光點N_j和N_j+1，以及對應的相機曝光量E_j與E_j+1，(5)根據(jù)公式計算相機曝光量E，(6)將曝光量E反饋給激光視覺測量采集裝置的工業(yè)相機。

3.根據(jù)權利要求1所述的道岔及軌道全輪廓磨損視覺測量儀，其特征在于：測量數(shù)據(jù)合成模塊中，將兩側數(shù)據(jù)合并為軌道全輪廓截面數(shù)據(jù)的方法為：通過歐式聚類分割提取鋼軌道軌兩側的測量數(shù)據(jù)的相同軌頭踏面特征，將兩側軌頭踏面特征數(shù)據(jù)合并，最終形成軌道全輪廓截面數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權利要求1所述的道岔及軌道全輪廓磨損視覺測量儀，其特征在于：激光視覺測量采集裝置標定模塊中，為了得到內參數(shù)、外參數(shù)以及鏡頭畸變參數(shù)，采用棋盤格標定法進行標定，棋盤格的平面通過標定板基座調節(jié)到與激光平面重合，激光視覺測量采集裝置拍攝棋盤格圖像，計算得到相機內外參數(shù)以及鏡頭畸變參數(shù)。

5.根據(jù)權利要求1所述的道岔及軌道全輪廓磨損視覺測量儀，其特征在于：測量數(shù)據(jù)分析模塊中，將測量的軌道幾何截面與標準軌道幾何截面進行迭代就近點法(ICP)精確配準。