一种轨道可视化巡检系统成像控制信号发生装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种轨道可视化巡检系统成像控制信号发生装置，包含栅格反射膜、光电探测器、数据处理与信号发生模块以及固定盒，该装置能够在没有里程脉冲信号、且不能在车轴安装光电编码器的情况下，产生视觉系统所需的、高分辨率里程脉冲信号，用于视觉系统线扫描成像控制的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道可视化巡检系统成像控制信号发生装置
本技术涉及轨道巡检装置
，具体涉及一种轨道可视化巡检系统成像控制信号发生装置。
技术介绍
视觉成像技术被广泛应用于轨道巡检
，将线阵摄像机和/或3D摄像机安装于轨道巡检平台底部，对轨道表面进行2D和/或3D成像，获取轨道表面2D和/或3D成像数据，可为轨道病害检测提供数据。视觉系统中的线阵摄像机、3D摄像机，需要根据巡检平台行驶里程、均匀地产生线扫描控制信号，用于控制线阵摄像机进行线扫描成像、3D摄像机进行三维扫描。比如，许贵阳等学者采用在轨道巡检车转动车轴上安装光电编码器，对车轴转动角度进行编码，以1.6mm行驶里程为间距，产生脉冲信号作为线扫控制信号，用于控制线阵摄像机对轨道表面进行线扫成像，详见论文《基于计算机视觉的车载轨道巡检系统研制》。但是，这种在转动车轴上安装光电编码器产生脉冲信号用于驱动视觉系统线扫成像的方法，在某些特殊场合不能使用。比如，在地铁日常轨道巡检应用中，地铁运营管理部门希望将轨道巡检车上的视觉系统，移植到日常运行的载人电客车上，以载人电客车作为巡检平台，对轨道线路进行每天一次的日常巡检(受地铁夜间检修窗口期时间限制，轨道巡检车不能每天一次巡检，一般一周巡检一次)。然而，在电客车上安装视觉系统面临难以获取高分辨率线扫描控制信号的问题。对于轨道巡检，所需线扫描控制信号脉冲的分辨率为：1-2mm里程进行一次扫描成像。但是，电客车已有里程计数模块产生脉冲分辨率大约为：20-50mm。更困难的是，为保障电客车信号系统完整性和避免外界干扰，地铁运营部门既不允许从电客车信号系统引出里程脉冲信号给视觉系统使用，也不允许在电客车车轴上再独立安装高分辨率的光电编码器，对里程进行重新测量。在普通铁路、高铁等应用中，也会存在相同的问题：巡检平台无高分辨率里程脉冲信号。为此，针对这些特殊情况，必须解决在没有里程脉冲信号、且不能在车轴安装光电编码器的情况下，如何对巡检平台行驶里程进行测量、并产生高分辨率里程脉冲信号，用于视觉系统线扫描成像控制。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供了一种轨道可视化巡检系统成像控制信号发生装置，能够在没有里程脉冲信号、且不能在车轴安装光电编码器的情况下，产生视觉系统所需的、高分辨率里程脉冲信号，用于视觉系统线扫描成像控制的问题。为达到上述目的，本技术提供的一个技术方案为：一种轨道可视化巡检系统成像控制信号发生装置，其特征在于，该装置包含：栅格反射膜，并固定于所述巡检平台的车轴表面；光电探测器，其探测方向指向栅格反射膜，在车轴旋转带动栅格反射膜转动时，对栅格反射膜表面条纹进行光电探测，产生随反射系数变化的探测信号；数据处理与信号发生模块，与光电探测器连接，用于处理光电探测器产生的探测信号，并产生视觉系统线扫描控制信号；以及固定盒，用于安装光电探测器和数据处理与信号发生模块，并固定于巡检平台底部。进一步的，所述栅格反射膜由n组反射系数交替变化的矩形条纹拼接而成，所述矩形条纹包含：第一区域，反射系数为n1；以及第二区域，反射系数为n2，n1≠n2；第一区域与第二区域的长宽相同，拼接排列。进一步的，所述栅格反射膜沿车轴径向的长度等于车轴外径周长L，沿车轴轴向的宽度为w；所述矩形条纹沿车轴轴向的宽度为w，沿车轴径向的长度为d2＝L/n，矩形条纹的长边与车轴平行。进一步的，所述w取值范围为10-100mm，d2取值范围为1-10mm；所述反射系数n1、n2满足：max(n1,n2)>k*min(n1,n2)，其中，k的取值范围为：2-1000，max表示取最大值，min表示取最小值。进一步的，所述光电探测器为自带光源的反射式单波长光电探测器，其探测方向穿过车轴中心线，发射单波长点光源，照射到栅格反射膜表面形成直径小于d2/2的光斑。进一步的，为减弱巡检平台竖直方向振动干扰，所述探测方向竖直向下，穿过车轴中心线。进一步的，所述光电探测器接收的光线与发射的单波长点光源的波长均为n3，n3的取值范围为400-1000nm。进一步的，n3＝808nm。进一步的，所述数据处理与信号发生模块，为基于FPGA或DSP或ARM或单片机的嵌入式系统，对产生的线扫描控制信号进行插值，产生更高高分辨率的线扫描控制信号，用于视觉系统高分辨率成像控制。进一步，所述数据处理与信号发生模块，根据栅格反射膜矩形条纹长度、固定时间窗口内光电探测器脉冲数量计算车轴转动速度，再根据车轴与车轮直径比例，计算运载平台速度，根据运载平台速度和成像系统线扫分辨率需求，产生对应频率的脉冲信号，作为视觉系统线扫描控制信号。进一步的，所述固定盒设有用于光电探测器出射光线和探测光线的光学窗口，并对固定盒进行防水、防尘处理。本技术的技术原理：在车轴上固定有反射系数交替更新的栅格反射膜，当车轴转动时，带动栅格反射膜旋转，在车轴一侧固定反射式光电探测器，反射式光电探测器发出的点光源照射到栅格反射膜表面后，反射光线到光电探测器，光电探测器对反射光线强度进行测量，产生随光强变化的光电信号。当栅格反射膜的反射系数为n1的第一区域进入光电探测器的探测区域时，产生高亮光信号，当反射系数为n2的第二区域进入光电探测器的探测区域时，产生暗光信号，再经过光电探测器转换为电信号，输入数据处理与信号发生模块，对光电探测信号进行信号处理，即可检测出栅格反射膜的明暗变化信息，并根据车轴直径与车轮直径的关系，即可测量出一个脉冲对应的里程，再通过信号插值/倍频方法，即可获取高分辨率的里程计数脉冲信号。其中，数据处理与信号发生模块为基于FPGA或DSP或ARM或单片机的嵌入式系统，它对光电探测器的光电信号进行采样、量化、滤波、比较等信号处理，提取光电信号的上升沿和/或下降沿作为初始触发信号T1；在初始触发信号T1基础上，再采用信号插值或倍频方法，产生高分辨率的里程触发信号T2，T2即为视觉系统线扫描控制信号。与现有技术相比，本技术的有益效果为：本技术在巡检平台转动车轴上固定有栅格反射膜，利用反射式光电探测器，获取栅格反射膜运动过程中反射光线强度变化信息，根据光强变化信息，感知车轴转动角度，进而对巡检平台行驶里程进行测量，再采用信号处理方法，即可产生里程触发信号，用于视觉系统成像控制；从而解决了巡检平台没有里程脉冲的情况下，控制视觉系统进行线扫描成像的问题。附图说明图1为车轴侧面安装信号发生装置示意图；图2为车轴顶部安装信号发生装置示意图；图3为栅格反射膜形状示意图；图中，1、巡检平台，2、车轮，3、车轴，4、栅格反射膜，5、光电探测器，6、数据处理与信号发生模块，7、固定盒，8、栅格反射膜的矩形条纹，9、第一区域，10、第二区域、11、反射式光电探测器的探测方向。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图及实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道可视化巡检系统成像控制信号发生装置，其特征在于，该装置包含：/n栅格反射膜，固定于巡检平台的车轴表面；/n光电探测器，其探测方向指向栅格反射膜，在车轴旋转带动栅格反射膜转动时，对栅格反射膜表面条纹进行光电探测，产生随反射系数变化的探测信号；/n数据处理与信号发生模块，与光电探测器连接，用于处理光电探测器产生的探测信号，并产生视觉系统线扫描控制信号；以及/n固定盒，用于安装光电探测器和数据处理与信号发生模块，并固定于巡检平台底部。/n

【技术特征摘要】
1.一种轨道可视化巡检系统成像控制信号发生装置，其特征在于，该装置包含：
栅格反射膜，固定于巡检平台的车轴表面；
光电探测器，其探测方向指向栅格反射膜，在车轴旋转带动栅格反射膜转动时，对栅格反射膜表面条纹进行光电探测，产生随反射系数变化的探测信号；
数据处理与信号发生模块，与光电探测器连接，用于处理光电探测器产生的探测信号，并产生视觉系统线扫描控制信号；以及
固定盒，用于安装光电探测器和数据处理与信号发生模块，并固定于巡检平台底部。


2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述栅格反射膜由n组反射系数交替变化的矩形条纹拼接而成，所述矩形条纹包含：
第一区域，反射系数为n1；以及
第二区域，反射系数为n2，n1≠n2；
第一反射膜与第二反射膜的长宽相同，相邻排列。


3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述栅格反射膜沿车轴径向的长度等于车轴外径周长L，沿车轴轴向的宽度为w；所述矩形条纹沿车轴轴向的宽度为w，沿车轴径向的长度为d2=L/n，矩形条纹的长边与车轴平行。


4.如权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：左丽玛，徐安雄，陈辉，万壮，
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