一种基于一字线激光器的结构光带拼接系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于一字线激光器的结构光带拼接系统，包括激光器系统、激光器系统电源、控制系统、图像传感器系统；激光器系统电源的输出端连接激光器系统的一个输入端，激光器系统的另一个输入端连接控制系统的输出端，激光器系统的输出端连接控制系统的输入端，控制系统的控制输出端连接图像传感器系统的控制输入端，图像传感器系统的信号输出端连接控制系统的信号输入端。激光器系统同时检测隧道洞壁同一断面不同位置，保证覆盖全隧道洞壁；照射两根钢轨的激光照射平面与主激光平面调整在同一平面内，激光器发射出的激光光束就可以覆盖隧道轮廓360°的限界测量范围；图像传感器系统中每台CCD摄像机摄取隧道断面的一部分，能拼接成完整断面。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及隧道检测
，具体涉及一种基于一字线激光器的结构光带拼接系统。
技术介绍
为了确保机车车辆在铁路线路上运行的安全，防止机车车辆撞击邻近线路的建筑物和设备，而对机车车辆和接近线路的建筑物、设备所规定的不允许超越的轮廓尺寸线，称为限界。在铁路《技规》中更是做出了明确规定：一切建筑物、设备，在任何情况下均不得侵入铁路的建筑限界。铁路建筑限界测量的精确性十分重要，直接关系到铁路扩大货物运输的安全性和运输收入的增长。以往某些区段限界尺寸测量不准确，导致一些扩大货物运输必须绕行或拒运，造成铁路运能的浪费和运输收入的损失。铁路建筑限界大多使用如“吊绳”、“触杆”、“皮尺”等手工方法进行测量，费时费力，测量精度低。随着铁路电气化线路迅速发展，传统的测量手段已经无法适应快速、准确、安全的铁路隧道限界检测要求。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于一字线激光器的结构光带拼接系统。本技术的技术方案是：一种基于一字线激光器的结构光带拼接系统，包括：同时检测隧道洞壁同一断面不同位置的激光器系统；为激光器系统提供直流电源的激光器系统电源；控制激光器系统工作、并根据激光器系统反馈信号控制图像传感器工作的控制系统；根据控制系统的控制指令工作并回传图像的图像传感器系统；激光器系统电源的输出端连接激光器系统的一个输入端，激光器系统的另一个输入端连接控制系统的输出端，激光器系统的输出端连接控制系统的输入端，控制系统的控制输出端连接图像传感器系统的控制输入端，图像传感器系统的信号输出端连接控制系统的信号输入端。所述激光器系统包括分别检测隧道洞壁同一断面不同位置的多个激光器。所述图像传感器系统包括分别拍摄隧道洞壁同一断面不同位置的多个图像传感器。有益效果：1、激光器系统同时检测隧道洞壁同一断面不同位置，保证覆盖全隧道洞壁；2、照射两根钢轨的激光照射平面与主激光平面调整在同一平面内，这样激光器发射出的激光光束就可以覆盖隧道轮廓360°的限界测量范围；3、激光器系统电源实际用12路，剩余3路备用，一旦出现故障时，可方便的转换到备用电源上供电；4、图像传感器系统中每台CCD摄像机摄取隧道断面的一部分，能拼接成完整断面。附图说明图1是本技术具体实施方式的激光器系统光路图；图2是本技术具体实施方式的基于一字线激光器的结构光带拼接系统结构框图；图3是本技术具体实施方式的各CCD摄像机的安装位置；图4是本技术具体实施方式的各CCD摄像机测量范围。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细说明。一种基于一字线激光器的结构光带拼接系统，如图2所示，包括：同时检测隧道洞壁同一断面不同位置的激光器系统；为激光器系统提供直流电源的激光器系统电源；控制激光器系统工作、并根据激光器系统反馈信号控制图像传感器工作的控制系统；根据控制系统的控制指令工作并回传图像的图像传感器系统；激光器系统电源的输出端连接激光器系统的一个输入端，激光器系统的另一个输入端连接控制系统的输出端，激光器系统的输出端连接控制系统的输入端，控制系统的控制输出端连接图像传感器系统的控制输入端，图像传感器系统的信号输出端连接控制系统的信号输入端。激光器系统包括分别检测隧道洞壁同一断面不同位置的多个激光器。本实施方式选用氦氖激光器作为隧道检测车的测量光源。氦氖激光器具有结构简单、性能可靠、使用方便的特点，同时能发射出具有方向性好、发散角小、亮度高、光强分布稳定等优点的激光光束。氦氖激光的输出波长为632.8nm的可见红光，便于人眼的观察、调整和CCD芯片感光。为了使照射到隧道壁上的激光具有足够的亮度，选用长度合适的氦氖激光管。为保证覆盖全隧道洞壁，激光器系统采用10台氦氖激光器，10台激光器放置于检测车体内部同一断面的不同位置，检测车体为整体承载，不允许将车体中间横断，这样给激光器的布局带来一定的难度。为了不破坏车体承载，在车窗口、车顶制作两个500×400的铁拉窗。10台激光器所成光路如图1所示，4个用于照射隧道洞上壁的激光器安装在检测车顶部，检测车车体两侧分别安装3个用于照射隧道洞侧壁的激光器，10个激光器的激光照射平面在同一平面内，形成主激光平面。激光器系统还包括2个用于照射钢轨的激光器，安装在检测车车体梁下端，这2个激光器的激光照射平面与主激光平面调整在同一平面内，12个激光器发射出的激光光束覆盖隧道轮廓360°的限界测量范围，保证了摄取隧道断面的完整性。用于照射钢轨的激光器，扩束角度为25度。激光器系统电源采用柴油发电机组，共提供15路激光电源，其中的12路为实际用激光电源，剩余3路备用，一旦出现故障时，可方便的转换到备用电源上供电。激光器系统耗电量为1.3kW。激光器系统的控制箱安装在隧道检测车内的激光测量构架的后端。激光管工作电压为直流6000V。控制箱将220V交流电转换为6000V直流电供给激光管。为了使激光在远近距离差别较大的隧道洞壁上会焦呈环形光带，构成精密的测量基准轮廓线，必须使各个激光器发射的光束精确的照射在同一个空间平面上，这就要求它们相对位置应是稳定不变的。为此，特别可以设计用于精确调整氦氖激光管位置的激光管调节机构，调节十二台激光发射器拼接完整垂直断面，具有多向微动功能，加工工艺复杂，制作、安装的精度、难度很高。通过调节激光管位移装置，使各个激光管相对位置保持精确无偏差，从而保证激光管发出的激光光带始终在同一空间平面上。氦氖激光管发射的光是圆形细光束，通过扩束调焦镜头散射成扇形激光面，激光扩束镜主要有两个用途：一是扩展激光束的直径；二是减小激光束的发散角。扇形激光面的角度可以扩至68度，其光强关系式为：Pa=（f×Pi）/（R×X）式中：Pa——光迹照度；f——传播衰减系数；Pi——激光束照度；R——照射距离；X——扩束角度；为使检测隧道时激光光束聚焦在隧道洞壁上呈环形光带，首先必须在高铁隧道检测车标定库房对激光光带进行校准工作。通过对每个激光管发射出的激光光束的覆盖范围、发射角度、激光亮度、光束宽度等参数进行精确调节，最终使激光在远近距离差别较大的隧道洞壁会焦呈环形光带。图像传感器系统包括分别拍摄隧道洞壁同一断面不同位置的多个图像传感器。图像传感器系统包括11个图像传感器，3个用于拍摄隧道洞上壁的图像传感器安装在检测车顶部，检测车车体两侧分别安装3个用于拍摄隧道洞侧壁的图像传感器，2个用于拍摄钢轨的图像传感器，11个图像传感器摄取的隧道断面图像拼接成整个隧道轮廓线。CCD（ChargeCoupledDevices）图像传感器是70年代发展起来的半导体器件，其突出的特点是电荷作为信号。CCD一般分为线阵和面阵两大类型。CCD摄像机的工作过程分为四步：第一步光积分期，这期间CCD像元把入射光量子按比例转换成光生电荷；第二步是在光积分的同时，把每个像元产生的光电荷存储，在相应的光敏二极管势阱中，实现电荷存储；第三步是在曝光结束后，把存储的光生电荷沿CCD移位寄存器转移到输出区完成电荷转移；第四步是在读出放大器中把光生电荷依次转变成相应的视频信号，完成信号读出。CCD器件在测量中有两种采集图像数据的方式：一种是直接采用CCD的各像元数据通过分析每个CCD像元的灰度进行测量，在这种方法中，CCD的分辨率决定了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于一字线激光器的结构光带拼接系统，其特征在于，包括：同时检测隧道洞壁同一断面不同位置的激光器系统；为激光器系统提供直流电源的激光器系统电源；控制激光器系统工作、并根据激光器系统反馈信号控制图像传感器工作的控制系统；根据控制系统的控制指令工作并回传图像的图像传感器系统；激光器系统电源的输出端连接激光器系统的一个输入端，激光器系统的另一个输入端连接控制系统的输出端，激光器系统的输出端连接控制系统的输入端，控制系统的控制输出端连接图像传感器系统的控制输入端，图像传感器系统的信号输出端连接控制系统的信号输入端。

【技术特征摘要】
1.一种基于一字线激光器的结构光带拼接系统，其特征在于，包括：同时检测隧道洞壁同一断面不同位置的激光器系统；为激光器系统提供直流电源的激光器系统电源；控制激光器系统工作、并根据激光器系统反馈信号控制图像传感器工作的控制系统；根据控制系统的控制指令工作并回传图像的图像传感器系统；激光器系统电源的输出端连接激光器系统的一个输入端，激光器系统的另一个输入端连接控制系统的输出端，激光器系统的输出端连接控制系统的输入端，控制系统的控制输出端连接图像传感器系统的控制输入端，图像传感器系统的信号输出端连接控制系统的信号输入端。2.根据权利要求1所述的基于一字线激光器的结构光带拼接系统，其特征在于，所述激光器系统包括分别检测隧道洞壁同一断面不同位置的多个激光器。3.根据权利要求2所述的基于一字线激光器的结构光带拼接系统，其特征在于，所述激光器系统包括10个激光器，4个用于照射隧道洞上壁的激光器安装在检测车顶部，检测车车体两侧分别安装3个用于照射隧道洞侧壁的激光器，10个激光器的激光照射平面在同一平面内，形成主激光平面。4.根据权利要求3所述的基于一字线激光器的结...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁道祥，赵辉，魏永久，陶毅，崔高峰，范宇，尚云飞，黄成，
申请(专利权)人：沈阳铁路局科学技术研究所，
类型：新型
国别省市：辽宁;21