一种基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置及检测维修方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置及检测维修方法，包括机架，机架底部设有在铁轨上滚动的移动轮和驱动移动轮转动的移动电机，检测维修装置设在机架上，包括调整机构、螺母旋拧机构和CCD相机，两个调整机构分别与铁轨的两条轨道相对，调整机构包括竖直设置的丝杠、驱动丝杠转动的升降电机和在丝杠上上下滑动的调整平台，两个螺母旋拧机构设在调整平台上且相对于丝杠对称，螺母旋拧机构包括万用套筒和驱动万用套筒转动的旋转电机，CCD相机进行螺栓图像的采集，将采集的图像传送给图像处理模块对图像进行处理，主控制器对螺栓图像的信息进行分析和对比，控制各个电机的转动，自动检测铁轨松动螺母和维修松动螺母。

A detection and maintenance device of rail nut looseness based on CCD camera and its detection and maintenance method

【技术实现步骤摘要】
一种基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置及检测维修方法
本专利技术涉及铁轨缺陷检测
，具体涉及一种基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置及检测维修方法。
技术介绍
铁路交通运输行业在我国国民经济中发挥着特有作用。在关键物资的运输方面，主要运输量由铁路运输承担；在客运方面，铁路也因其客容量大、方便快捷、价格便宜等优点，成为了最受欢迎的交通工具。铁路安全也受到政府和民众越来越多的关注。而铁轨的螺母松动问题一直是铁轨常见病害的一种，现有的检修方式中，通常由维修工巡道检查螺母是否松动，当发现螺母松动时，则人为地拧紧螺母增加预紧力，所施加预紧力的大小主要靠个人经验判定。通过人工检测螺栓，检测速度慢，且精度不高，当旋拧螺母所用的预紧力过大时，将会使螺栓在偶然过载的情况下产生塑性变形而松动，甚至拉断。当旋拧螺母所用的预紧力不够时，在使用一段时间后，会造成自然松动。
技术实现思路
根据现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置及检测维修方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置，包括：机架，所述机架底部设有在铁轨上滚动的移动轮和驱动所述移动轮转动的移动电机；检测维修装置，设在机架上，包括调整机构、螺母旋拧机构和CCD相机，两个调整机构分别与铁轨的两条轨道相对，所述调整机构包括竖直设置的丝杠、驱动丝杠转动的升降电机和在丝杠上上下滑动的调整平台，两个所述螺母旋拧机构设在所述调整平台上且相对于所述丝杠对称，所述螺母旋拧机构包括万用套筒和驱动所述万用套筒转动的旋转电机，CCD相机安装在机架上且镜头朝下用于进行螺栓图像的采集；图像处理模块，接收CCD相机采集的图像进行处理，包括图片预处理单元、图像滤波单元、图像灰度变换单元、图像边缘检测单元和图像分割单元，所述图片预处理单元与所述CCD相机相连接，所述图像灰度变换单元与所述图片预处理单元相连接，所述图像滤波单元与所述图像灰度变换单元相连接，图像边缘检测单元与所述图像灰度变换单元相连接，图像分割单元和所述图像边缘检测单元相连接；主控制器，与图像分割单元相连接，对螺栓图像的信息进行分析和对比，并通过各个驱动器发出相应的脉冲控制所述旋转电机、升降电机和移动电机的转动；辅助模块，包括蓄电池、配电箱和SD卡存储器，所述蓄电池安装在机架上用于给整个装置提供电源，所述配电箱安装在机架上用于放置主控制器和多个驱动器，所述主控制器和多个驱动器相连接，各个驱动器分别与所述旋转电机、升降电机、移动电机相连接，所述SD卡存储器用于储存安装螺栓时和检测螺栓时的图像信息及主控制器分析的参数。进一步的，所述万用套筒包括套筒本体和活动杆，所述套筒本体为底部开口的圆柱形腔体结构，多根所述活动杆设在所述套筒本体内部，所述活动杆通过弹簧和所述套筒本体顶部连接。进一步的，所述主控制器为STM32单片机。进一步的，所述旋转电机、升降电机和移动电机均为步进电机。进一步的，所述图像处理模块采用FPGA芯片。进一步的，所述万用套筒底部设有引导曲面，所述引导曲面为向下张开的弧形面。一种基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修方法，包括以下步骤：步骤1、安装铁轨螺栓时，使用红色油漆对拧紧的螺栓和螺母进行竖直方向的划线标记作业，使得螺栓和螺母上的划线在一条直线上，令螺栓上的标记为第一标记，螺母上的标记为第二标记；步骤2、主控制器通过驱动器发出脉冲控制移动电机驱动移动轮转动，进而带动铁轨螺母松动检测维修装置移动至铁轨螺栓处，通过CCD相机摄取螺栓照片，进行螺栓图像的采集；步骤3、图像处理模块接收CCD相机采集的图像进行处理，包括进行图像预处理、图像滤波、图像灰度变换、图像边缘检测和图像分割，提取相应数据，包括第一标记和第二标记的坐标位置；步骤4、根据第一标记和第二标记的坐标位置，计算第一标记和第二标记之间的相对转动角度a；步骤5、设定相对转动角度的阈值a0，将步骤4的相对转动角度a与相对转动角度的阈值a0，进行比较,若a≥a0，则说明该螺母已松动，若a<a0，则说明该螺母未松动；步骤6、主控制器通过驱动器发出脉冲控制移动电机转动，带动基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置移动，使装置进一步运动到松动螺母处；步骤7、主控制器通过驱动器发出脉冲控制升降电机转动，带动调整平台下降；步骤8、主控制器通过驱动器发出脉冲控制旋转电机转动，带动万用套筒转动拧紧松动的螺栓和螺母。进一步的，所述步骤2中，每次铁轨螺母松动检测维修装置移动的距离为铁轨延伸方向上相邻的两个螺栓间的距离。进一步的，所述步骤4中，根据划线标记的特征提取第一标记和二标记，利用基于最小二乘法的分段直线拟合识别出来的第一标记和第二标记，利用平面几何方法计算第一标记和第二标记之间的相对转动角度a。进一步的，所述步骤5中，阈值a0的范围为5°～10°。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：1.本专利技术所述的一种基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置及检测维修方法，通过CCD相机采集标记后的螺栓图像，利用FPGA芯片对螺栓图像进行处理，得到螺栓的松动信息，对松动的螺栓进行信息反馈，检测精度高。2.本专利技术所述的一种基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置及检测维修方法，通过主控制器控制各个电机的转动，自动拧紧螺栓和螺母，利用自动化智能化的机械代替人工劳力，不但大大减少了工人的劳动量，而且避免了工人在铁轨养护过程中人身安全隐患，保证了工人的生命财产安全。3.本专利技术所述的一种基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置及检测维修方法，对移动电机选择时，可以根据铁轨螺栓的尺寸和预紧力选择合适的步进电机，代替人工拧紧，防止当预紧力过大时，将会使螺栓在偶然过载的情况下产生塑性变形而松动，甚至拉断，且防止预紧力不够时，螺栓容易自然松动。附图说明图1为本专利技术在铁轨上的结构示意图。图2为本专利技术的结构示意图。图3为本专利技术检测维修装置的结构示意图。图4为本专利技术螺母旋拧机构的结构示意图。图5为本专利技术的螺栓检测动作流程图。图6为安装铁轨螺栓时，螺栓的标记示意图。图7为本专利技术检测时CCD相机拍摄和处理的螺栓示意图。图8为本专利技术的螺母松动检测图像分析示意图。图9为本专利技术的控制流程图。其中：100、机架；110、移动轮；120、移动电机；200、检测维修装置；210、调整机构；211、丝杠；212、升降电机；213、调整平台；220、螺母旋拧机构；221、万用套筒；222、旋转电机；230、CCD相机；300、蓄电池；400、配电箱；500、第一标记；600、第二标记。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置，其特征在于，包括：/n机架，所述机架底部设有在铁轨上滚动的移动轮和驱动所述移动轮转动的移动电机；/n检测维修装置，设在机架上，包括调整机构、螺母旋拧机构和CCD相机，两个调整机构分别与铁轨的两条轨道相对，所述调整机构包括竖直设置的丝杠、驱动丝杠转动的升降电机和在丝杠上上下滑动的调整平台，两个所述螺母旋拧机构设在所述调整平台上且相对于所述丝杠对称，所述螺母旋拧机构包括万用套筒和驱动所述万用套筒转动的旋转电机，CCD相机安装在机架上且镜头朝下用于进行螺栓图像的采集；/n图像处理模块，接收CCD相机采集的图像进行处理，包括图片预处理单元、图像滤波单元、图像灰度变换单元、图像边缘检测单元和图像分割单元，所述图片预处理单元与所述CCD相机相连接，所述图像灰度变换单元与所述图片预处理单元相连接，所述图像滤波单元与所述图像灰度变换单元相连接，图像边缘检测单元与所述图像灰度变换单元相连接，图像分割单元和所述图像边缘检测单元相连接；/n主控制器，与图像分割单元相连接，对螺栓图像的信息进行分析和对比，并通过各个驱动器发出相应的脉冲控制所述旋转电机、升降电机和移动电机的转动；/n辅助模块，包括蓄电池、配电箱和SD卡存储器，所述蓄电池安装在机架上用于给整个装置提供电源，所述配电箱安装在机架上用于放置主控制器和多个驱动器，所述主控制器和多个驱动器相连接，各个驱动器分别与所述旋转电机、升降电机、移动电机相连接，所述SD卡存储器用于储存安装螺栓时和检测螺栓时的图像信息及主控制器分析的参数。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置，其特征在于，包括：
机架，所述机架底部设有在铁轨上滚动的移动轮和驱动所述移动轮转动的移动电机；
检测维修装置，设在机架上，包括调整机构、螺母旋拧机构和CCD相机，两个调整机构分别与铁轨的两条轨道相对，所述调整机构包括竖直设置的丝杠、驱动丝杠转动的升降电机和在丝杠上上下滑动的调整平台，两个所述螺母旋拧机构设在所述调整平台上且相对于所述丝杠对称，所述螺母旋拧机构包括万用套筒和驱动所述万用套筒转动的旋转电机，CCD相机安装在机架上且镜头朝下用于进行螺栓图像的采集；
图像处理模块，接收CCD相机采集的图像进行处理，包括图片预处理单元、图像滤波单元、图像灰度变换单元、图像边缘检测单元和图像分割单元，所述图片预处理单元与所述CCD相机相连接，所述图像灰度变换单元与所述图片预处理单元相连接，所述图像滤波单元与所述图像灰度变换单元相连接，图像边缘检测单元与所述图像灰度变换单元相连接，图像分割单元和所述图像边缘检测单元相连接；
主控制器，与图像分割单元相连接，对螺栓图像的信息进行分析和对比，并通过各个驱动器发出相应的脉冲控制所述旋转电机、升降电机和移动电机的转动；
辅助模块，包括蓄电池、配电箱和SD卡存储器，所述蓄电池安装在机架上用于给整个装置提供电源，所述配电箱安装在机架上用于放置主控制器和多个驱动器，所述主控制器和多个驱动器相连接，各个驱动器分别与所述旋转电机、升降电机、移动电机相连接，所述SD卡存储器用于储存安装螺栓时和检测螺栓时的图像信息及主控制器分析的参数。


2.根据权利要求1所述的基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置，其特征在于：所述万用套筒包括套筒本体和活动杆，所述套筒本体为底部开口的圆柱形腔体结构，多根所述活动杆设在所述套筒本体内部，所述活动杆通过弹簧和所述套筒本体顶部连接。


3.根据权利要求1所述的基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置，其特征在于：所述主控制器为STM32单片机。


4.根据权利要求1所述的基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置，其特征在于：所述旋转电机、升降电机和移动电机均为步进电机。


5.根据权利要求1所述的基于CCD相机的铁轨螺母松动检测维修装置，其特征在于：所述图像处理模块采用FP...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗来臻，付清晨，高涵，夏泽天，王浩，梁霄，周易岗，陶孟仑，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42