一种铁路轨道弹条扣件状态自动检测装置以及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种铁路轨道弹条扣件状态自动检测装置以及方法，该装置包括：行走机构，所述行走机构连接有行走控制机构，所述行走机构上固定安装有：弹条扣件测距模块、图像采集模块、弹条扣件表面三维点云获取模块和数据处理和判断模块，所述弹条扣件表面三维点云获取模块用于采集完整的弹条扣件的三维点云数据；所述行走控制机构包括：无线接收器、微处理器和驱动电机；所述数据处理和判断模块对基于三维点云数据和图像数据，确定弹条扣件平面图像中的扣件边缘，并提取弹条扣件的图像，所述数据处理和判断模块用于根据提取的所述弹条扣件的图像判断弹条扣件是否存在裂纹。本发明专利技术实施例能够实现对弹条扣件是否具有裂纹进行自动检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钢轨检测
，具体而言，涉及一种铁路轨道弹条扣件状态自动检测装置以及方法。
技术介绍
随着交通运输行业的发展，轨道交通的发展越来越迅速；在铁路轨道中，会应用到许多不同的铁路轨道扣件，以辅助完成轨道之间的安装、固定与连接，其中弹条扣件是十分常见的一种扣件；为确保轨道交通运行的安全性，需要对铁路轨道扣件进行沿路检查，现有技术中，对铁路轨道扣件的检查还处于人工操作的阶段，并且铁路轨道扣件的检查工作主要包括：检查是否出现松动以及是否有裂纹，其中是否出现松动的情况可以由检修人员通过使用工具进行检测，但是人工判断扣件是否存在裂纹则比较困难；并且由于铁路往往会绵延数十公里，其所处的环境有时会比较恶劣，单单采用靠人工进行检修的方式，会存在着劳动量巨大、费时费力的缺陷。目前，本领域以及相近的
的现有技术中还未出现一种能够自动进行铁路轨道扣件检测的装置或者设备。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供一种铁路轨道弹条扣件状态自动检测装置以及方法，以解决上述问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种铁路轨道弹条扣件状态自动检测装置，包括：行走机构，所述行走机构连接有行走控制机构，所述行走机构上安装固定有：弹条扣件测距模块、图像采集模块、弹条扣件表面三维点云获取模块和数据处理和判断模块，所述弹条扣件表面三维点云获取模块用于采集完整的弹条扣件的三维点云数据；所述行走控制机构包括：无线接收器、微处理器和驱动电机，所述驱动电机的电机轴与所述行走机构的行走轮相连接，所述无线接收器用于接收手持终端的无线遥控信号，并将所述信号发送至微处理器，所述微处理器通过控制所述驱动电机控制所述行走机构前进、倒退以及加速、减速；所述行走机构沿铁路轨道运行，所述弹条扣件测距模块用于在行走机构运行过程中对所述弹条扣件进行测距定位，当所述弹条扣件测距模块检测到所述行走机构到达所述弹条扣件位置以后，所述图像采集模块对所述弹条扣件进行图像数据采集，所述图像采集模块将采集到的图像数据发送至所述数据处理和判断模块，所述数据处理和判断模块基于所述三维点云数据和图像数据，确定弹条扣件平面图像中的扣件边缘，并提取弹条扣件的图像，所述判断模块用于根据提取的所述弹条扣件的图像判断弹条扣件是否存在裂纹。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：所述图像采集模块包括：多个图像采集单元，所述图像采集单元包括：图像采集相机和光源；其中，所述图像采集相机为面阵相机，所述光源为LED面阵光源；或者，所述图像采集相机为线阵相机，所述光源为LED线阵光源。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：所述弹条扣件测距模块包括：点状激光测距传感器；所述点状激光测距传感器用于感知所述图像采集模块是否到达弹条扣件图像采集区。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中：所述行走机构上还设置有：弹条扣件定位模块；所述弹条扣件定位模块，包括：GPS定位器和编码器，所述GPS定位器用于获取铁路轨道扣件的绝对位置坐标，所述编码器用于获取行走机构的位移和速度，并根据轨枕序号，最终获取铁路弹条扣件的定位数据；所述弹条扣件表面三维点云获取模块通过：线结构激光传感器、双目视觉相机或者激光雷达中的任意一种进行采集完整的弹条扣件的三维点云数据；所述数据处理和判断模块还用于对所述三维点云数据进行分离、识别，提取铁路轨道扣件各个部件的三维空间数据，并根据所述三维空间数据建立铁路轨道扣件的三维模型；所述数据处理和判断模块还用于在铁路轨道扣件三维模型的基础上，分析计算弹条扣件与垫板、弹条扣件与绝缘板的间隙尺寸，并结合预先设定的铁路检查规则，判断弹条扣件紧固状态是否满足需求，获取弹条扣件紧固状态的判断数据。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中：所述数据处理和判断模块，还用于：将所述弹条扣件表面三维点云获取模块获取的弹条扣件三维点云与标准弹条扣件的三维点云进行比对，判断弹条扣件是否存在缺失、断裂、错位和异物入侵。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中：所述行走机构上还设置有：数据无线传输模块，所述数据无线传输模块包括：射频单元和信息发送单元，所述信息发送单元包括：GPRS通讯设备、3G通讯设备、4G通讯设备中的任意一种；所述射频单元用于将所述数据处理和判断模块的判断结果数据发送至远程监控上位机；所述信息发送单元用于将所述数据处理和判断模块的判断结果数据发送至检测信息接收人的手机上。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中：所述行走机构包括：巡检小车；所述巡检小车包括：车体，所述车体包括：横梁、左纵梁、右纵梁和至少四个行走轮，该行走轮与钢轨顶面紧密接触，所述车体上还设置有定位轮和张紧轮，其中，所述定位轮始终紧贴着钢轨的内侧面，所述张紧轮随着轨道的轨距变化而调节张紧程度；所述左纵梁和右纵梁的中心位置分别与横梁的左、右两端连接，所述行走轮分别设置于左纵梁和右纵梁的底部两端，所述行走轮贴合铁路轨道运行；所述左纵梁、右纵梁的中间位置分别设置有第一元件安装板和第二元件安装板；所述图像采集模块包括：第一图像采集单元、第二图像采集单元、第三图像采集单元和第四图像采集单元；所述第一图像采集单元与所述第二图像采集单元分别设置于所述第一元件安装板下方的内外两侧，所述第三图像采集单元与所述第四图像采集单元分别设置于第二元件安装板下方的内外两侧；所述弹条扣件测距模块，包括：点状激光测距传感器，该点状激光测距传感器设置于左纵梁中心位置的外侧；所述弹条扣件表面三维点云获取模块，包括：第一线结构激光传感器、第二线结构激光传感器、第三线结构激光传感器和第四线结构激光传感器；所述第一线结构激光传感器与第二线结构激光传感器分别设置于所述第一元件安装板上方的内外两侧，所述第三线结构激光传感器与所述第四线结构激光传感器分别设置于第二元件安装板上方的内外两侧；所述编码器安装于所述行走轮的中心轴上；所述数据处理和判断模块，包括：嵌入式计算机，所述嵌入式计算机安装于所述横梁内，所述横梁内还设置有电源模块。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中：所述电源模块包括：半球形光伏板主体、储能装置和电压转换器。第二方面，本专利技术实施例提供了一种轨道弹条扣件状态自动检测方法，包括：当点状激光测距传感器判断到达弹条扣件位置时，图像采集相机抓拍扣件图像；根据扣件三维点云数据，以及预先标定的三维点云数据与图像采集模块中的相机获取的平面图像像素的对应关系，确定弹条扣件平面图像中弹条扣件边缘，从而将弹条扣件图像从平面图像背景中分割和提取出来；根据弹条扣件三维点云数据，获取图像的像素点对应的不同深度，采用局部的二值化阈值，对提取的扣件图像进行局部二值化处理，膨胀，去噪；得到处理后的弹条扣件图像；根据所述处理后的弹条扣件图像，判断是否有裂纹存在，若有，通过边缘检测算法对裂纹进行验证。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中：通过行走机构的绝对坐标、位移数据和所处的铁道轨枕序号，获取弹条扣件的定位数据；通过线结构激光传感器获取弹条扣件的三维点云本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁路轨道弹条扣件状态自动检测装置，包括：行走机构，其特征在于，所述行走机构连接有行走控制机构，所述行走机构上安装固定有：弹条扣件测距模块、图像采集模块、弹条扣件表面三维点云获取模块和数据处理和判断模块，所述弹条扣件表面三维点云获取模块用于采集完整的弹条扣件的三维点云数据；所述行走控制机构包括：无线接收器、微处理器和驱动电机，所述驱动电机的电机轴与所述行走机构的行走轮相连接，所述无线接收器用于接收手持终端的无线遥控信号，并将所述信号发送至微处理器，所述微处理器通过控制所述驱动电机控制所述行走机构前进、倒退以及加速、减速；所述行走机构沿铁路轨道运行，所述弹条扣件测距模块用于在行走机构运行过程中对所述弹条扣件进行测距定位，当所述弹条扣件测距模块检测到所述行走机构到达所述弹条扣件位置以后，所述图像采集模块对所述弹条扣件进行图像数据采集，所述图像采集模块将采集到的图像数据发送至所述数据处理和判断模块，所述数据处理和判断模块基于所述三维点云数据和图像数据，确定弹条扣件平面图像中的扣件边缘，并提取弹条扣件的图像，所述数据处理和判断模块用于根据提取的所述弹条扣件的图像判断弹条扣件是否存在裂纹。

【技术特征摘要】
1.一种铁路轨道弹条扣件状态自动检测装置，包括：行走机构，其特征在于，所述行走机构连接有行走控制机构，所述行走机构上安装固定有：弹条扣件测距模块、图像采集模块、弹条扣件表面三维点云获取模块和数据处理和判断模块，所述弹条扣件表面三维点云获取模块用于采集完整的弹条扣件的三维点云数据；所述行走控制机构包括：无线接收器、微处理器和驱动电机，所述驱动电机的电机轴与所述行走机构的行走轮相连接，所述无线接收器用于接收手持终端的无线遥控信号，并将所述信号发送至微处理器，所述微处理器通过控制所述驱动电机控制所述行走机构前进、倒退以及加速、减速；所述行走机构沿铁路轨道运行，所述弹条扣件测距模块用于在行走机构运行过程中对所述弹条扣件进行测距定位，当所述弹条扣件测距模块检测到所述行走机构到达所述弹条扣件位置以后，所述图像采集模块对所述弹条扣件进行图像数据采集，所述图像采集模块将采集到的图像数据发送至所述数据处理和判断模块，所述数据处理和判断模块基于所述三维点云数据和图像数据，确定弹条扣件平面图像中的扣件边缘，并提取弹条扣件的图像，所述数据处理和判断模块用于根据提取的所述弹条扣件的图像判断弹条扣件是否存在裂纹。2.根据权利要求1所述的铁路轨道弹条扣件状态自动检测装置，其特征在于，所述图像采集模块包括：多个图像采集单元，所述图像采集单元包括：图像采集相机和光源；其中，所述图像采集相机为面阵相机，所述光源为LED面阵光源；或者，所述图像采集相机为线阵相机，所述光源为LED线阵光源。3.根据权利要求1或2所述的铁路轨道弹条扣件状态自动检测装置，其特征在于，所述弹条扣件测距模块包括：点状激光测距传感器；所述点状激光测距传感器用于感知所述图像采集模块是否到达弹条扣件图像采集区。4.根据权利要求3所述的铁路轨道弹条扣件状态自动检测装置，其特征在于，所述行走机构上还设置有：弹条扣件定位模块；所述弹条扣件定位模块，包括：GPS定位器和编码器，所述GPS定位器用于获取铁路轨道扣件的绝对位置坐标，所述编码器用于获取行走机构的位移和速度，并根据轨枕序号，最终获取铁路弹条扣件的定位数据；所述弹条扣件表面三维点云获取模块通过：线结构激光传感器、双目视觉相机或者激光雷达中的任意一种进行采集完整的弹条扣件的三维点云数据；所述数据处理和判断模块还用于对所述三维点云数据进行分离、识别，提取铁路轨道扣件各个部件的三维空间数据，并根据所述三维空间数据建立铁路轨道扣件的三维模型；所述数据处理和判断模块还用于在铁路轨道扣件三维模型的基础上，分析计算弹条扣件与垫板、弹条扣件与绝缘板的间隙尺寸，并结合预先设定的铁路检查规则，判断弹条扣件紧固状态是否满足需求，获取弹条扣件紧固状态的判断数据。5.根据权利要求4所述的铁路轨道弹条扣件状态自动检测装置，其特征在于，所述数据处理和判断模块，还用于：将所述弹条扣件表面三维点云获取模块获取的弹条扣件三维点云与标准弹条扣件的三维点云进行比对，判断弹条扣件是否存在缺失、断裂、错位和异物入侵。6.根据权利要求1所述的铁路轨道弹条扣件状态自动检测装置，其特征在于，所述行走机构上还设置有：数据无线传输模块，所述数据无线传输模块包括：射频单元和信息发送单元，所述信息发送单元包括：GPRS通讯设备、3G通讯设备、4G通讯设备中的任意一种；所述射频单元用于将所述数据处理和判断模块的判断结果数据发送至远程监控上位机；所述信息发送单元用于将所述数据处理和判断模块的判断结...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛庆洲，郑继忠，李志明，毛庆乐，
申请(专利权)人：武汉汉宁轨道交通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42