本发明专利技术提供一种基于机器视觉的钢轨磨损测量装置，包括主控制板、电源板、激光控制板和视频板，电源板用于为主控制板、激光控制板和视频板提供稳定的直流电压；激光控制板与两个大功率激光器电连接；视频板与两个CCD摄像机电连接；主控制板分别与电源板、激光控制板和视频板连接，用于控制两个大功率激光器的通断和强度，以及控制两个CCD摄像机的拍摄动作。本发明专利技术还提供了一种根据所述测量装置进行钢轨磨损的打磨策略方法，根据计划磨削量，计算合适的钢轨打磨列车的打磨速度、打磨功率、不同角度电机分布，对钢轨进行打磨。本发明专利技术的有益效果：分区域计算现场钢轨的计划磨削面积；克服人工和机械接触式测量方式劳动量大、环境恶劣、效率低等缺点。
【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉的钢轨磨损测量装置及其打磨策略方法
本专利技术涉及钢轨测量领域，具体涉及一种基于机器视觉的钢轨磨损测量装置及其打磨策略方法。
技术介绍
铁路是国家交通运输的大动脉，承担了我国70%以上的客运和货运任务，钢轨的状态是否完好，直接影响着列车能否按规定的速度安全、平稳和不间断的运行。列车的高速、重载、高密度运行，加速了钢轨的磨损。当磨损超过一定限度，一方面将改变钢轨与列车车轮踏面的接触关系，增大列车运行阻力，进一步加快钢轨的磨损，对行车安全造成极大的影响；另一方面列车的蛇行运动加剧，会发生剧烈摇摆，严重影响乘客的舒适度。所以需要定期对钢轨磨损程度进行检测，适时安排钢轨打磨施工，修复钢轨廓形，改善轮轨关系，以保证列车的运行稳定和安全。在钢轨磨损检测和打磨量测量技术方面，常见的钢轨磨损检测仪可以分为机械接触式、电子式和非接触光学式。机械接触式钢轨磨损检测仪操作比较繁琐、人工劳动强度大、效率低、容易损坏；电子式钢轨磨损检测仪比机械接触式有较大进步，但检测精度不高，还未能实现在线自动检测；非接触光学式钢轨磨损检测仪性能比以上两种更先进，检测精度较高，可以实现在线自动检测，但是国内还没有生产厂家，主要依赖于从国外进口。而国外非接触光学检测系统大部分都安装在轨检车上，并要求该检测系统与轨检车配套捆绑销售，这极大提高了设备的购买成本和维护成本。目前在我国运营铁路的钢轨磨损检测工作主要是由经验丰富的工人目测或使用机械式卡尺检测，存在着检测效率低、检测精度不高等问题，己不能满足高速铁路的发展需要。如何精确而高效地检测钢轨磨损是国、内外铁路部门的一个重要的研究课题。在钢轨打磨策略方面，随着全路大量配备先进的钢轨打磨列车，钢轨打磨作业效率明显提升，但钢轨打磨列车的打磨作业完全依赖于操作人员的经验，一般可以凭经验从模式库中选择以往用过的模式作业，经验丰富的可以现编模式试作业。钢轨打磨作业没有明确的工艺标准，主观性、随意性很大，作业质量不稳定。高速铁路的打磨主要通过增加打磨遍数来满足质量要求，大量存在不必要的打磨，既增加了钢轨打磨的成本，又缩短了钢轨的使用寿命。因此，开展钢轨打磨技术研究、制定钢轨打磨工艺标准，是铁路钢轨修理工作中的一个重要的研究课题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于机器视觉的钢轨磨损测量装置及其打磨策略方法。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于机器视觉的钢轨磨损测量装置，包括主控制板、电源板、激光控制板和视频板，电源板用于为主控制板、激光控制板和视频板提供稳定的直流电压；激光控制板与两个大功率激光器电连接；视频板与两个CCD摄像机电连接；主控制板分别与电源板、激光控制板和视频板连接，用于控制两个大功率激光器的通断和强度，以及控制两个CCD摄像机的拍摄动作。按上述方案，所述两个大功率激光器分别安装在被测钢轨的左右两侧，两个大功率激光器投射到被测钢轨上的线束位于同一平面，且均与被测钢轨的廓型曲线垂直。按上述方案，所述两个CCD摄像机对应设于两个大功率激光器的旁边，且每个CCD摄像机的光轴分别与同侧的大功率激光器的光轴成45°～60°夹角，以清楚完整的拍摄钢轨廓形曲线。本专利技术还提供了一种根据上述测量装置进行钢轨磨损的打磨策略方法，包括以下步骤：1）利用测量装置对钢轨打磨前的既有钢轨廓形进行测量，选择打磨后的基准廓形，将钢轨的既有钢轨廓形与基准廓形之间的面积差值设为打磨断面的计划磨削量；2）利用钢轨打磨列车对钢轨进行打磨，根据计划磨削量，结合钢轨打磨列车的单遍最大磨削量，计算打磨遍数，打磨遍数为计划磨削量除以单遍最大磨削量进行向上取整的整数；打磨遍数确定后，分配钢轨打磨列车的初始打磨量；3）根据初始打磨量，在钢轨打磨列车的打磨速度范围12～18km/h内，选择钢轨打磨列车的打磨速度V；4）根据本专利技术测量装置所测的钢轨廓形面积数据，将钢轨断面廓形划分为内侧、顶面和外侧3个区域，不同区域对应不同的计划磨削量，根据不同磨削量计算不同角度下钢轨打磨列车的电机分布个数，钢轨打磨列车的电机分布个数按照电机总个数和角度的比例分布；5）根据钢轨打磨列车作业过程中，相同工况的N个砂轮的钢轨断面总磨削量△S与打磨功率Ρ之间的关系式计算钢轨打磨列车的打磨功率Ρ；6）根据计划磨削量，选择钢轨打磨列车的打磨速度、打磨功率、电机分布个数，输出打磨策略，利用钢轨打磨列车对钢轨进行打磨，将计划磨削量准确地打磨完成，既不过多打磨，也不欠打磨，使打磨后的钢轨廓形与基准廓形一致。按上述方案，所述步骤1）中测量装置对钢轨打磨前的既有钢轨廓形进行测量时，测量装置的大功率激光器紧靠钢轨内侧，测量装置通过一条水平连接杆与被测钢轨对面的另一钢轨相连，将测量装置平衡的安置在被测钢轨上。按上述方案，所述步骤5）中相同工况的N个砂轮的钢轨断面总磨削量△S与打磨功率Ρ的关系式满足：其中，ΔS—钢轨断面总磨削量,单位mm2，S0—基准磨削量,单位mm2，Ρ—打磨功率，单位：百分比，Ρ0—基准打磨功率，N—砂轮个数，V—打磨速度，单位km/h，V0—基准作业速度，单位km/h。按上述方案，所述钢轨打磨列车为GMC96X型钢轨打磨列车，基准打磨功率Ρ0为76%～77%，基准作业速度V0为15km/h。本专利技术的工作原理：（1）在测量方面，钢轨磨损量和钢轨修复需要的打磨量的测量基于机器视觉，采用两个CCD摄像机和两个大功率激光发射器，主控制板控制整个装置；（2）在打磨策略输出方面，按照所测得的计划磨削量，并根据钢轨打磨作业基准廓形、钢轨既有廓形，结合钢轨打磨列车性能及相关作业条件进行分析，自动生成打磨策略（包括打磨速度、打磨功率、电机分布等），同时含有人机交互环节，满足特殊方案选择需求。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、能导入CAD软件绘制的廓形图作为基准廓形，也能选择通过测量装置现场测量的钢轨廓形作为基准廓形，不仅能检测现场钢轨的磨损量，而且能计算需打磨钢轨的计划磨削量，误差不超过±0.1mm，克服人工测量方式和机械接触式测量方式劳动量大、环境恶劣、效率低等缺点；2、能以坐标或角度两种方式显示现场钢轨的磨损量和计划磨削量，能分区域计算现场钢轨的计划磨削面积，误差不超过±10%；且能从现场同一区段所测量的几次钢轨廓形中，选择一个廓形代表，并在此基础上自动生成打磨策略（包括打磨速度、打磨功率、不同角度电机分布等），同时含有人机交互环节，满足特殊方案选择需求。附图说明图1为本专利技术测量装置的结构框图。图2为本专利技术测量装置的信号连接示意图。图3为本专利技术测量装置的激光器和CCD摄像机安装示意图。图4为本专利技术测量装置的使用示意图。图5为本专利技术打磨策略方法的打磨量示意图。图6为本专利技术打磨策略方法的打磨分区域示意图。图7为本专利技术打磨策略方法流程示意图。图8为本专利技术打磨策略输出结果示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细的说明。如图1所示，本专利技术所述的基于机器视觉的钢轨磨损测量装置，包括主控制板、电源板、激光控制板和视频板，电源板用于为主控制板、激光控制板和视频板提供稳定的直流电压；激光控制板与两个大功率激光器电连接；视频板与两个CCD摄像机电连接；主控制板分别与电源板、激光控制板和视频板连本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于机器视觉的钢轨磨损测量装置，其特征在于：包括主控制板、电源板、激光控制板和视频板，电源板用于为主控制板、激光控制板和视频板提供稳定的直流电压；激光控制板与两个大功率激光器电连接；视频板与两个CCD摄像机电连接；主控制板分别与电源板、激光控制板和视频板连接，用于控制两个大功率激光器的通断和强度，以及控制两个CCD摄像机的拍摄动作。
【技术特征摘要】
1.基于机器视觉的钢轨磨损测量装置的打磨策略方法，测量装置包括主控制板、电源板、激光控制板和视频板，电源板用于为主控制板、激光控制板和视频板提供稳定的直流电压；激光控制板与两个大功率激光器电连接；视频板与两个CCD摄像机电连接；主控制板分别与电源板、激光控制板和视频板连接，用于控制两个大功率激光器的通断和强度，以及控制两个CCD摄像机的拍摄动作，其特征在于：打磨策略方法包括以下步骤：1)利用测量装置对钢轨打磨前的既有钢轨廓形进行测量，选择打磨后的基准廓形，将钢轨的既有钢轨廓形与基准廓形之间的面积差值设为打磨断面的计划磨削量；2)利用钢轨打磨列车对钢轨进行打磨，根据计划磨削量，结合钢轨打磨列车的单遍最大磨削量，计算打磨遍数，打磨遍数为计划磨削量除以单遍最大磨削量进行向上取整的整数；打磨遍数确定后，分配钢轨打磨列车的初始打磨量；3)根据初始打磨量，在钢轨打磨列车的打磨速度范围12～18km/h内，选择钢轨打磨列车的打磨速度V；4)根据测量装置所测的钢轨廓形面积数据，将钢轨断面廓形划分为内侧、顶面和外侧3个区域，不同区域对应不同的计划磨削量，根据不同磨削量计算不同角度下钢轨打磨列车的电机分布个数，钢轨打磨列车的电机分布个数按照电机总个数和角度的比例分布；5)根据钢轨打磨列车作业过程中，相同工况的N个砂轮的钢轨断面总磨削量△S与打磨功率Ρ之间的关系式计算钢轨打磨列车的打磨功率Ρ；相同工况的N个砂轮的钢轨断面总磨削量△S与打磨功率Ρ的关系式满足：
【专利技术属性】
技术研发人员：华长权，熊伶俐，桂卫东，李京蔚，尹勇，王峰，
申请(专利权)人：武汉铁路局武汉大型养路机械运用检修段，武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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