道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪及其测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108248634A(43)申请公布日2018.07.06(21)申请号201810069987.0(22)申请日2018.01.24(71)申请人西南交通大学地址610031四川省成都市二环路北一段111号(72)发明人王培俊李文涛康凯宁郑小江陈亚东杨杰肖俊(74)专利代理机构成都点睛专利代理事务所(普通合伙)51232代理人敖欢葛启函(51)Int.Cl.B61K9/08(2006.01)B61K9/10(2006.01)B61L23/04(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图4页(54)发明名称道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪及其测量方法(57)摘要本发明提供一种道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪及测量方法，可测量钢轨和道岔全轮廓磨损量并对整段道岔和钢轨磨损进行分析，该测量仪包含硬件测量系统和测量数据分析处理软件，硬件测量系统包括激光视觉测量采集装置、旋转编码器测量定位装置、数据传输与电源装置，测量数据分析处理软件包含激光视觉测量采集装置标定模块、激光视觉测量采集装置控制模块、数据采集图像处理模块、测量数据合成模块和测量数据分析模块，软件安装于PC上即可，本发明不仅能实现非接触、自动化测量，克服机械量具测量耗时长、效率低的问题，同时具有较高的测量精度，并大大提高测量的效率，便于铁路维护数字化管理。CN108248634ACN108248634A权利要求书1/3页1.一种道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪，其特征在于：包括：数据采集与定位硬件装置，数据采集与分析软件系统；所述的数据采集与定位硬件装置按功能可分为：旋转编码器测量定位装置、激光视觉测量采集装置、数据传输与电源装置；所述的旋转编码器测量定位装置安装在检测小车或者轨检车的运动车轮上，用于记录检测数据的位置，并且每行进一段距离触发一次激光视觉测量采集装置采集轨道图像；激光视觉测量采集装置包括带有定焦工业镜头的工业相机、一字型激光器以及安装承载平台；定焦工业镜头、工业相机、一字型激光器安装于轨道上方的承载平台上，承载平台安装于检测小车或者轨检车上；同时工业相机与一字型激光器对称分布于轨道的两侧，工业相机用于采集一字型激光器投射在轨道上的光条图像，一字型激光器用于向轨道投射光条；数据传输与电源装置包括数据交换机与电源，该装置用于将激光视觉测量采集装置采集的数据和编码器定位的数据传输到计算机中，进行数据处理与分析，得到轨道和道岔磨损数据，制定维护或更换方案；数据采集与分析软件系统用于分别获取轨道断面左右两侧轮廓尺寸，并将检测的轨道断面左右两侧轮廓尺寸合并为轨道断面全轮廓尺寸，并且测量轨道磨损量。2.根据权利要求1所述的所述的道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪，其特征在于：数据采集与分析软件系统包括以下几个功能模块：激光视觉测量采集装置标定模块：通过拍摄来采集轨道与道岔表面光条图像，然后提取光条在图像中的坐标将其装换为世界坐标系中的三维空间几何截面，在转换的过程中用到工业相机的内参数、外参数以及镜头畸变参数，建立起相机传感器与世界坐标系之间的联系，完成数据精确转换；激光视觉测量采集装置控制模块：视觉测量极易受到环境光影响，激光视觉测量采集装置控制模块根据光条光强强度来反馈控制相机的曝光量，然后获取投射在轨道上的激光光条图像，并提取图形中的光条；数据采集图像处理模块：首先对光条图像进行畸变矫正、滤波处理，然后根据光条为图形中最亮区域采用阈值分割法初步提取光条图像，再对光条图像提取光条中心亚像素坐标，最后根据标定计算出的相机内外参数以及畸变参数计算得到单应性矩阵，将光条中心亚像素坐标转换为轨道或道岔实际几何截面；测量数据合成模块：每个工业相机拍摄的一幅图像只对应一侧轨道几何尺寸截面；通过提取钢轨道轨两侧的测量数据的相同特征，将两侧数据合并为轨道全轮廓截面数据；同时采用旋转编码器测量定位装置进行定位，并将单幅几何尺寸截面合并形成轨道三维形体；测量数据分析模块：利用轨道未磨损的轨腰测量数据为基准，将测量的轨道几何截面与标准轨道几何截面进行精确配准，对比得到轨道该处的垂直磨损和侧边磨损，同时对一段轨道的所有测量截面的磨损情况进行整体分析，制定维护或更换方案。3.根据权利要求1所述的道岔及轨道全轮廓磨损视觉测量仪，其特征在于：激光视觉测量采集装置控制模块中，根据光条光强强度来反馈控制相机曝光量的方法为：(1)计算光条在图像中占据像素点数n，(2)将相机曝光量设置为最小；(3)以步长e逐步增加相机曝光量2CN108248634A权利要求书2/3页并计算图像过度曝光像素点N，当N＞n时停止拍摄；(4)计算与n最接近的两个过度曝光点Nj和Nj+1，以及对应的相机曝光量Ej与Ej+1，(5)根据公式计算相机曝光量E，(6)