一种基于激光扫描的360制造技术

本发明专利技术公开了一种基于激光扫描的360

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光扫描的360
°
铁轨损伤识别系统及方法


[0001]本专利技术属于铁轨探伤
，特别涉及一种基于激光扫描的360
°
铁轨损伤识别系统及方法。

技术介绍

[0002]铁路安全关系国计民生，由于铁路列车速度的提高，对于铁轨的检测提出了更高的要求。铁轨在生产时容易由于制作工艺产生缺陷，主要是某些部位突出、凹陷甚至断裂，这些存在缺陷的铁轨容易造成列车脱轨，威胁人身安全。如何在出厂时对铁轨进行快速准确的监测，成为研究人员需要迫切解决的问题。
[0003]目前，对于铁轨缺陷的识别具有多种的形式。超声波检测是铁轨探伤的一大方式，这种方法基于超声波在铁轨中的传播特性，在遇到声阻抗不同的两种介质时能量会损耗，通过对比经过缺陷时的能量损耗和经过正常铁轨时的能量损耗，可以得出是否存在缺陷。但这种方法步骤繁琐，需有耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙，以保证充分的声耦合，此外，这种方法容易产生繁杂的反射波，对测量结果造成影响。
[0004]此外，利用机器学习的方法识别铁轨存在的缺陷及缺陷类型也是一种重要的识别方式，但是这种方式无法得出缺陷的三维特征，对于缺陷是凸起或者凹陷无法判断，另外，这种方法识别速度相对缓慢，需要大量的先验知识，准确率不高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用线激光扫描方式采集铁轨信息，通过处理不同部位铁轨上的线激光条纹，完成铁轨缺陷的三维识别功能，兼具了普适性和快速性的基于激光扫描的360<br/>°
铁轨损伤识别系统，并提供一种360
°
铁轨损伤识别方法。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于激光扫描的360
°
铁轨损伤识别系统，包括计算站控制端和图像采集装置，图像采集装置包括外壳和设置在外壳内部的辊筒输送机，放置在辊筒输送机上的铁轨，以及外壳内部的线激光器和工业相机；辊筒输送机横跨外壳内部，并由电机带动在外壳内滑行；线激光器和工业相机设置在外壳的内壁上，线激光器和工业相机分别与计算站控制端相连。
[0007]进一步地，所述线激光器和工业相机均设有多个；线激光器2分别位于外壳内壁的上侧面、下侧面和左右侧面上，当铁轨进入外壳后，线激光器分别位于铁轨的上方、左侧、右侧和下方；工业相机安装在外壳的内侧面上，分别用于拍摄铁轨左轨顶、右轨顶、左轨腰、右轨腰、轨底的完整照片。
[0008]本专利技术的另一个目的是提供一种基于激光扫描的360
°
铁轨损伤识别方法，包括以下步骤：
[0009]S1、启动360
°
铁轨损伤识别系统，将铁轨放置在辊筒输送机上；
[0010]S2、通过电机带动辊筒输送机及辊筒输送机上的铁轨在外壳内滑行，线激光对扫
描区域内的铁轨进行扫描，利用工业相机获取线激光在不同时刻投射铁轨上的图像信息；并将获取的图像信息传回计算站控制端；
[0011]S3、采用斜率极值检测方法对获取的图像进行处理；包括以下子步骤：
[0012]S31、对图像进行中值滤波；
[0013]S32、对中值滤波后的图像进行二值化和闭运算，然后细化图像得到轮廓；
[0014]S33、对铁轨的不同部位进行分区域扫描，得到每个部位的外轮廓点序列：
[0015](x1,y1),(x2,y2),...,(x
M
‑1,y
M
‑1),(x
M
,y
M
)，M表示每个部位外轮廓点的数量；
[0016]S34、计算图像的外轮廓像素点的斜率变化：对于轨顶和轨底部分，求解斜率的公式为：
[0017][0018]N
*
为正整数；
[0019]对于轨腰部分求解斜率的公式为：
[0020][0021]S35、设置斜率阈值th
i
,th
j
，用于检测斜率变化的极大值点和极小值点，斜率值大于th
i
的像素位置即为缺陷部位的斜率极大值坐标，设这些坐标为(x
maxi
,y
maxi
),(x
maxi+1
,y
maxi+1
),...(x
m
‑1,y
m
‑1),(x
m
,y
m
)，斜率小于th
j
的像素位置即为缺陷部位的斜率极小值坐标，设这些坐标为(x
mini
,y
mini
),(x
mini+1
,y
mini+1
),...(x
n
‑1,y
n
‑1),(x
n
,y
n
)，并分别对极大值坐标和极小值坐标按照横坐标排序；
[0022]S36、对于有突出或者凹陷的铁轨部位，其斜率会出现一个极大值和一个极小值，将第i个极大值和第i极小值表示为第i个缺陷的极大值和极小值对；
[0023]S37、计算缺陷部位的长度l
i
及高度h
i
，通过判断极大值极小值出现的先后顺序得出是该部位突出或者凹陷，如果先出现极大值则为突出，如果先出现极小值则为凹陷：
[0024][0025]h
i
＝|l
i
×
sin(arctanΔ
mini
‑
k
)
×
pixel|，k∈N
*
；
[0026]其中(x
maxi
,y
maxi
),(x
mini
,y
mini
)为第i个缺陷的极大值和极小值对，Δ
mini
‑
k
为第mini
‑
k个点的斜率，mini
‑
k表示第i个缺陷极小值坐标后面第k个像素点处的斜率；pixel是单个像素大小。
[0027]本专利技术的有益效果是：本专利技术采用线激光扫描方式采集铁轨信息，通过处理不同部位铁轨上的线激光条纹，经由计算站端图像处理模块得到每时刻线激光条纹斜率变化特征，通过斜率变化特征准确定位缺陷类型及缺陷位置和高度信息，完成铁轨缺陷的三维识别功能，兼具了普适性和快速性，同时克服了一般缺陷识别的准确度不足以及效率低的问题。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的基于激光扫描的360
°
铁轨损伤识别系统结构示意图；
[0029]图2(a)、(b)、(c)、(d)、(e)为本专利技术的线激光图像采集的不同部位有缺陷铁轨图像；图2(a)、图2(b)是轨腰两侧线激光图像，图2(c)、图2(d)是轨顶两侧线激光图像，图2(e)是轨底线激光图像；
[0030]图3(a)、(b)、(c)、(d本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光扫描的360
°
铁轨损伤识别系统，其特征在于，包括计算站控制端(6)和图像采集装置，图像采集装置包括外壳(5)和设置在外壳内部的辊筒输送机(4)，放置在辊筒输送机(4)上的铁轨(3)，以及外壳内部的线激光器(2)和工业相机(1)；辊筒输送机(4)横跨外壳内部，并由电机带动在外壳内滑行；线激光器(2)和工业相机(1)设置在外壳的内壁上，线激光器(2)和工业相机(1)分别与计算站控制端(6)相连。2.根据权利要求1所述的基于激光扫描的360
°
铁轨损伤识别系统，其特征在于，所述线激光器(2)和工业相机(1)均设有多个；线激光器(2)分别位于外壳内壁的上侧面、下侧面和左右侧面上，当铁轨进入外壳后，线激光器分别位于铁轨的上方、左侧、右侧和下方；工业相机安装在外壳的内侧面上，分别用于拍摄铁轨左轨顶、右轨顶、左轨腰、右轨腰、轨底的完整照片。3.如权利要求1或2所述的一种基于激光扫描的360
°
铁轨损伤识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、启动360
°
铁轨损伤识别系统，将铁轨放置在辊筒输送机上；S2、通过电机带动辊筒输送机及辊筒输送机上的铁轨在外壳内滑行，线激光对扫描区域内的铁轨进行扫描，利用工业相机获取线激光在不同时刻投射铁轨上的图像信息；并将获取的图像信息传回计算站控制端；S3、采用斜率极值检测方法对获取的图像进行处理；包括以下子步骤：S31、对图像进行中值滤波；S32、对中值滤波后的图像进行二值化和闭运算，然后细化图像得到轮廓；S33、对铁轨的不同部位进行分区域扫描，得到每个部位的外轮廓点序列：(x1,y1),(x2,y2),...,(x
M
‑1,y
M
‑1),(x
M
,y
M
)，M表示每个部位外轮廓点的数量；S34、计算图像的外轮廓像素点的斜率变化：对于轨顶和轨底部分，求解斜率的公式为：N
*
为正整数；对于轨腰部分求解斜率的公式为：S35、设置斜率阈值th
i
,th
j
，用于检测斜率变化的极大值点和极小值点，斜率值大于th

【专利技术属性】
技术研发人员：余学才，邓恒，韩彦，冯波，
申请(专利权)人：万岩铁路装备成都有限责任公司，
类型：发明
国别省市：