一种基于点光源阵列线阵成像的铁轨扣件异常检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种基于点光源阵列线阵成像的铁轨扣件异常检测装置，由点光源阵列、线阵摄像机、车轮编码器、RFID探测器和工控机组成，其中，点光源阵列投射一字形圆形光斑到扣件上，对扣件形状高度信息进行调制，线阵摄像机成像区域穿过一字形圆形光斑投射区域，通过扫描获取扣件表面形状调制光条图像，再通过深度学习分类方法用于扣件弹条缺失、弹条松动、垫片缺失等异常检测。本实用新型专利技术检测系统成本低、可用于高速行驶状态下扣件异常检测、并且有效检测不同类型扣件的多种异常。

An anomaly detection device for rail fastener based on linear array imaging of point light source array

The utility model discloses an abnormal detection device for rail fasteners based on linear array imaging of point light source array, which is composed of a point light source array, a linear array camera, a wheel encoder, an RFID detector and an industrial control unit. The point light source array projects a zigzag circular spot onto the fastener to modulate the shape and height information of the fastener. The imaging area of the array camera passes through a zigzag circular spot projection area, and the shape modulation strip image of the fastener surface is obtained by scanning. Then the depth learning classification method is used to detect such abnormalities as the missing of the fastener strip, the loosening of the strip and the missing of the gasket. The detection system of the utility model has low cost, can be used for abnormal detection of fasteners under the condition of high speed driving, and can effectively detect various abnormalities of different types of fasteners.

【技术实现步骤摘要】
一种基于点光源阵列线阵成像的铁轨扣件异常检测装置
本技术涉及一种铁轨扣件异常检测设备，具体指一种基于点光源阵列线阵成像的铁轨扣件异常检测装置。
技术介绍
扣件是连接钢轨和轨枕使之形成轨排的部件，在保证轨道稳定性、可靠性方面起着重要作用。在铁路基础设施检测上，我国长期以人工和静态检测为主，养护费用高，强度高，安全性差，近年我国高速铁路迅猛发展，对铁路检测的自动化、实时性提出了更高的要求。国内外已有的扣件检测技术为：基于线阵激光的连续扫描装置，如德国Sick公司；基于面阵图像传感器的计算机视觉检测装置，如美国ENSCO公司的VIS系统、德国AtlasElectronic公司开发的光电式轨道检测系统以及北京福斯达公司高速车载式轨道图像识别系统等。但两者的缺点在于检测速度较低，通用性不高，有时需要过多人工干预，而且不能在扣件丢失之前自动判断扣件是否产生异常并进行预警。经检索，专利2011100073637.X、201410667430.9分别介绍了一种基于结构光的扣件缺失检测装置：利用多条线结构光照射扣件区域、采用面阵摄像机成像，对线结构光图像进行处理。这类方法的缺点是：1)采用面阵摄像机对扣件区域进行拍摄时，为保证铁轨扣件在面阵摄像机拍摄图像中不遗漏，摄像机成像频率应该是列车行驶过程中扣件出现频率的2～4倍，当列车高速行驶时，比如速度为300km/h时，以扣件间距为0.5m为例，扣件出现频率为166Hz，则摄像机成像帧率为332～664fps，这给成像系统图像传输、存储、处理构成极大挑战，并且高速成像设备价格昂贵；2)因面阵摄像机存在透射变形，为保证拍摄扣件具有相同的图像尺寸，需要精准的成像触发系统，以保证拍摄图像位于扣件的正上方，这在列车高速行驶时，难以实现。
技术实现思路
为了解决现有扣件松动检测系统所存在的上述问题，本技术提供一种基于点光源阵列线阵成像的铁轨扣件异常检测装置。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于点光源阵列线阵成像的铁轨扣件异常检测装置，其特征在于：由点光源阵列、线阵摄像机、车轮编码器、RFID探测器和工控机组成；所述点光源阵列和线阵摄像机均置于列车底部；所述点光源阵列位于扣件正上方，点光源阵列可产生n个相同投射方向、光轴平行且共面的圆形光束，n个圆形光束呈一字形排列且n个圆形光束构成的平面与铁轨垂直，n的取值范围为1～100，n个圆形光束投射到扣件区域产生n个光斑，光斑直径为d毫米，d的取值范围为0.1～5；所述线阵摄像机位于扣件正上方，线阵摄像机成像切片与点光源阵列投射的一字形光斑平面共面，以线阵摄像机成像区域穿过点光源照射区域，线阵摄像机光轴与点光源阵列投射方向成30～65度夹角；所述车轮编码器固定于一侧车轮转轴上，与线阵摄像机和工控机连接，车轮编码器在列车运行时，对车轮转动角度编码用于列车行驶里程计数，并产生脉冲触发信号控制线阵摄像机对扣件区域扫描成像；所述RFID探测器固定于车体下方，与工控机连接，通过探测铁轨上的RFID标签，用于里程计数和里程修正；所述工控机位于车厢内，同时与线阵摄像机、车轮编码器、RFID探测器连接，用于里程计数、里程修正，采集、存储和处理线阵摄像机图像，并且采用深度学习分类方法用于铁轨扣件异常检测。所述点光源阵列投射光斑到扣件，可对扣件不同位置处的高度信息进行调制，线阵摄像机成像区域穿过点光源照射区域，在线阵摄像机成像区域内、不同高度的扣件部段在线阵成像中位置不同，以此实现采用线阵摄像获取扣件形状信息。优选地，在点光源阵列的每一个圆形光束前放置一个圆柱镜，圆柱镜的轴线与光轴垂直，将圆形光束调制为椭圆形光条；使n个圆形光束前圆柱镜的轴线共线、且与铁轨垂直，以产生n条长轴平行的椭圆形光条，增大点光源阵列在扣件上照射宽度，椭圆形光条在扣件基座处的长度为5～10毫米。优选地，点光源阵列采用波长范围为800～1000纳米的窄带近红外光源，并且在线阵摄像机前端设置与点光源阵列相同波长的窄带滤光片。本技术有益效果：与现有技术相比，特别是与专利2011100073637.X、201410667430.9相比，本技术优点是：1)用点光源阵列代替专利2011100073637.X、201410667430.9中的多线结构光，简化光源系统，点光源能量集中，可采用低功率激光器，降低发热量，提高设备可靠性；2)采用线阵摄像机代替专利2011100073637.X、201410667430.9中的面阵摄像机，线阵摄像机成像分辨率高、数据量小，而且通过点光源和线阵摄像机成像区域跟随列车的运动，对扣件区域的形状进行调制成像，可实现与专利2011100073637.X、201410667430.9等同的成像效果；并且，当列车行驶速度为：300Km/h时，以1毫米1个像素进行成像，线阵成像行频为：83KHz，现有线阵摄像机行频一般在150KHz以内、成像分辨率可达1K～2K，相同性能的面阵摄像机成像分辨率为100万～400万像素，帧率为300～700fps，价格远高于线阵摄像机；因此，与专利2011100073637.X、201410667430.9相比，本技术成本更低，并且图像数据量小，数据传输、存储和处理量小、要求低；3)专利2011100073637.X、201410667430.9采用面阵摄像机成像，面阵摄像机存在两个方向上的透射变形，当摄像机和扣件位置未对齐时，拍摄扣件存在着图像尺寸差异，不利于后期数据处理和分析，本技术采用车轮编码器驱动线阵摄像机沿列车运行方向对扣件区域进行扫描成像，所拍摄对象具有相同尺寸，有利于后期图像数据处理与分析。附图说明图1是扣件示意图；其中，(a)是W型弹条扣件，(b)是DZⅢ型扣件；图2是本技术实施例1检测系统组成示意图；图3是本技术点光源阵列照明及线阵摄像机成像示意图；图4是本技术点光源阵列高度调制成像示意图；图5是本技术检测系统拍摄DZⅢ型扣件样本效果图；其中，(a)是正常扣件，(b)扣件弹条缺失，(c)是扣件垫片缺失；图6是本技术实施例3点光源阵列示意图；图7是本技术实施例4检测系统组成示意图；图中，1为点光源阵列，2为线阵摄像机，3为车轮编码器，4为RFID探测器，5为工控机，6为扣件，7为铁轨，8为车厢，9为点光源阵列投射光斑，10为线阵摄像机成像区域，11为实施例3点光源阵列投射的椭圆形光斑。具体实施方式下面结合附图和具体实施对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：如图2所示，一种基于点光源阵列线阵成像的铁轨扣件异常检测装置，由4个点光源阵列(1)、4台线阵摄像机(2)、2个车轮编码器(3-1、3-2)、1个RFID探测器(4)和1台工控机(5)组成。其中，4个点光源阵列(1-1、1-2、1-3、1-4)分别位于4个扣件(6-1、6-2、6-3、6-4)区域正上方，点光源阵列中圆形光束数量为10，10个圆形光束等间距布置成一字形，向扣件区域投射一字形光斑阵列，一字形光斑平面与铁轨垂直，圆形光束在扣件基座处投射光斑的直径为5mm，4台线阵摄像机(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于点光源阵列线阵成像的铁轨扣件异常检测装置，其特征是：由点光源阵列、线阵摄像机、车轮编码器、RFID探测器和工控机组成；所述点光源阵列和线阵摄像机均置于列车底部；所述点光源阵列位于扣件正上方，点光源阵列可产生n个相同投射方向、光轴平行且共面的圆形光束，n个圆形光束呈一字形排列且n个圆形光束构成的平面与铁轨垂直，n的取值范围为1～100，n个圆形光束投射到扣件区域产生n个光斑，光斑直径为d毫米，d的取值范围为0.1～5；所述线阵摄像机位于扣件正上方，线阵摄像机成像切片与点光源阵列投射的一字形光斑平面共面，线阵摄像机光轴与点光源阵列投射方向成30～65度夹角；所述车轮编码器固定于一侧车轮转轴上，与线阵摄像机和工控机连接，车轮编码器在列车运行时，对车轮转动角度编码用于列车行驶里程计数，并产生脉冲触发信号控制线阵摄像机对扣件区域扫描成像；所述RFID探测器固定于车体下方，与工控机连接，通过探测铁轨上的RFID标签，用于里程计数和里程修正；所述工控机位于车厢内，同时与线阵摄像机、车轮编码器、RFID探测器连接，用于里程计数、里程修正，采集、存储和处理线阵摄像机图像，并且采用深度学习分类方法用于铁轨扣件异常检测。...

【技术特征摘要】
1.一种基于点光源阵列线阵成像的铁轨扣件异常检测装置，其特征是：由点光源阵列、线阵摄像机、车轮编码器、RFID探测器和工控机组成；所述点光源阵列和线阵摄像机均置于列车底部；所述点光源阵列位于扣件正上方，点光源阵列可产生n个相同投射方向、光轴平行且共面的圆形光束，n个圆形光束呈一字形排列且n个圆形光束构成的平面与铁轨垂直，n的取值范围为1～100，n个圆形光束投射到扣件区域产生n个光斑，光斑直径为d毫米，d的取值范围为0.1～5；所述线阵摄像机位于扣件正上方，线阵摄像机成像切片与点光源阵列投射的一字形光斑平面共面，线阵摄像机光轴与点光源阵列投射方向成30～65度夹角；所述车轮编码器固定于一侧车轮转轴上，与线阵摄像机和工控机连接，车轮编码器在列车运行时，对车轮转动角度编码用于列车行驶里程计数，并产生脉冲触发信号控制线阵摄像机对扣件区域扫描成像；所述RFID探测器固定于车体下方，与工控机连...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：成都精工华耀科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51