基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法及设备技术

本发明专利技术提供了一种基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法及设备。所述方法包括：线激光器和工业相机测量钢轨轨面轮廓，基于迭代就近点法计算钢轨轨面的轮廓线，并将计算结果传输给工业计算机；采用一正对钢轨轨面的工业相机拍摄钢轨轨面，对钢轨轨面图像进行数字图像处理得到钢轨轨面的锈蚀区域，并通过工业计算机在步骤一中的钢轨轨面轮廓中进行标注；工业计算机计算钢轨轨面轮廓的法线方向，给安装喷嘴的机械臂下达运动规划指令；针对钢轨材料从射流参数库中选择相应参数发送至射流系统开始水射流抛光除锈。本发明专利技术可以自动识别轨面的轮廓和非走行区域，能适应复杂的形状加工，精准控制抛光除锈区域，避免造成钢轨烧伤。避免造成钢轨烧伤。避免造成钢轨烧伤。

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法及设备


[0001]本专利技术实施例涉及钢轨轨面抛光
，尤其涉及一种基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法及设备。

技术介绍

[0002]钢轨由于暴露在室外复杂环境中，容易造成钢轨轨面锈蚀。轨面中的走行面经常有车轮抛光所以不会生锈，但轨面中的非走行面的锈蚀会逐步侵蚀轨面，使得轨面凹凸不平，轻则影响列车运行的平稳性，重则会严重改变钢轨载荷分布状况进一步加剧钢轨的损伤。此外，锈迹加大了钢轨与火车的摩擦损耗，使火车通行时的动力消耗增大。目前，钢轨轨面除锈主要采用砂轮进行抛光除锈，而长时间使用的钢轨本身会发生变形，导致砂轮与轨面并不能很好的啮合，难以将钢轨轨面的锈蚀全部去除，无法进行精确控制。此外，砂轮与轨面进行高速磨削时，由于磨削力大，散热条件差，很容易导致钢轨烧伤，严重影响钢轨的使用寿命。因此，开发一种基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法及设备，可以有效克服上述相关技术中的缺陷，就成为业界亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术实施例提供了一种基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法及设备。
[0004]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法，包括：步骤一，线激光器和工业相机测量钢轨轨面轮廓，基于迭代就近点法计算钢轨轨面的轮廓线，并将计算结果传输给工业计算机；步骤二，采用一正对钢轨轨面的工业相机拍摄钢轨轨面，对钢轨轨面图像进行数字图像处理得到钢轨轨面的锈蚀区域，并通过工业计算机在步骤一中的钢轨轨面轮廓中进行标注；步骤三，工业计算机计算钢轨轨面轮廓的法线方向，给安装喷嘴的机械臂下达运动规划指令；步骤四，针对钢轨材料从射流参数库中选择相应参数发送至射流系统开始水射流抛光除锈。
[0005]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法，所述步骤一中，激光器和工业相机相互配合，测量钢轨轨面轮廓，激光器具备稳定性，避免环境光照干扰；工业相机标定精度满足正确指导后续运动规划，精确控制抛光除锈区域；激光器和工业相机与车体连接时采用刚性连接，用于克服振动的影响。
[0006]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法，所述步骤二中，竖直布置一工业相机，正对钢轨轨面进行拍摄，对拍摄的图像进行滤波、边缘提取，得到走行面与非走行面的分界线；在步骤一中的钢轨轨面轮廓线标记所识别的非走行面，得到需要进行抛光除锈的区域；步骤二中采集的图像通过Hough直线检测法检测图像中钢轨两侧面的直线，根据计算的直线位置对图像进行分割，剔除背景信息，缩小待分析的数字图像的尺寸，提高后续计算效率，并采用GPU编程进一步提高图像处理的速度；其中，由于火车轮的走行，使得火车轮与钢轨发生抛光作用，会在钢轨轨面形
成一条具有一定宽度的亮线，即钢轨的走行面，轨面的其他位置属于非走行面，即钢轨锈蚀处。
[0007]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法，所述步骤三中，采用Python编程语言中的SciPy科学计算包对轮廓线的轨面部分进行处理，计算出轮廓线的法线方向；针对钢轨轨面待除锈区域，给安装有喷嘴的机械臂下达运动指令，调节喷嘴的位姿，包括：使喷嘴始终沿着法线方向；喷嘴与轨面保持合适靶距；运动过程中始终保持在待除锈区域，避免划伤钢轨的走行面。
[0008]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法，所述步骤四中，首先针对不同钢轨材料开展实验，采用响应曲面法和神经网络算法进行多因素分析，构建最佳的抛光除锈样本数据库；水射流抛光系统与工业计算机进行通信，工业计算机通过程序对水射流抛光系统进行控制。
[0009]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术实施例中提供的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法，所述构建最佳的抛光除锈样本数据库，包括：最佳的射流压力、流量、靶距、磨料浓度及磨料粒度。
[0010]第二方面，本专利技术的实施例提供了一种基于机器视觉与水射流的钢轨抛光系统，包括：水箱，用于提供水射流的水源；高压泵，用于将水流从水箱中泵入磨料混合系统；磨料发生装置，用于产生磨料；磨料混合系统，用于将磨料与水流相混合，得到打磨用流料；耐压管路，用于将打磨用流料输送至机械臂；机械臂，用于安装喷嘴；喷嘴，用于将打磨用流料向钢轨喷射；第一工业相机，用于获取钢轨轨面的轮廓；线激光器，用于测量钢轨轨面轮廓；第二工业相机，用于采集钢轨轨面图像；数据采集仪，用于将线激光器、第一工业相机和第二工业相机采集的数据输送至工业计算机；工业计算机，用于实现如前述任一方法实施例所述的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法。
[0011]第三方面，本专利技术的实施例提供了一种基于机器视觉与水射流的钢轨抛光装置，包括：第一主模块，用于线激光器和工业相机测量钢轨轨面轮廓，基于迭代就近点法计算钢轨轨面的轮廓线，并将计算结果传输给工业计算机；第二主模块，用于采用一正对钢轨轨面的工业相机拍摄钢轨轨面，对钢轨轨面图像进行数字图像处理得到钢轨轨面的锈蚀区域，并通过工业计算机在步骤一中的钢轨轨面轮廓中进行标注；第三主模块，用于工业计算机计算钢轨轨面轮廓的法线方向，给安装喷嘴的机械臂下达运动规划指令；第四模块，用于针对钢轨材料从射流参数库中选择相应参数发送至射流系统开始水射流抛光除锈。
[0012]第四方面，本专利技术的实施例提供了一种电子设备，包括：
[0013]至少一个处理器；以及
[0014]与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
[0015]存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法。
[0016]第五方面，本专利技术的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法。
[0017]本专利技术实施例提供的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法及设备，通过获取钢轨轨面的轮廓线，并对钢轨轨面图像进行数字图像处理得到钢轨轨面的锈蚀区域；工业计
算机给安装喷嘴的机械臂下达运动规划指令开始对钢轨进行水射流抛光除锈，可以自动识别轨面的轮廓和非走行区域，能适应复杂的形状加工，精准控制抛光除锈区域，避免造成钢轨烧伤，抛光除锈过程中不会产生有害物质，加工方式绿色环保。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术实施例提供的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法流程图；
[0020]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法，其特征在于，包括：步骤一，线激光器和工业相机测量钢轨轨面轮廓，基于迭代就近点法计算钢轨轨面的轮廓线，并将计算结果传输给工业计算机；步骤二，采用一正对钢轨轨面的工业相机拍摄钢轨轨面，对钢轨轨面图像进行数字图像处理得到钢轨轨面的锈蚀区域，并通过工业计算机在步骤一中的钢轨轨面轮廓中进行标注；步骤三，工业计算机计算钢轨轨面轮廓的法线方向，给安装喷嘴的机械臂下达运动规划指令；步骤四，针对钢轨材料从射流参数库中选择相应参数发送至射流系统开始水射流抛光除锈。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法，其特征在于，所述步骤一中，激光器和工业相机相互配合，测量钢轨轨面轮廓，激光器具备稳定性，避免环境光照干扰；工业相机标定精度满足正确指导后续运动规划，精确控制抛光除锈区域；激光器和工业相机与车体连接时采用刚性连接，用于克服振动的影响。3.根据权利要求2所述的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法，其特征在于，所述步骤二中，竖直布置一工业相机，正对钢轨轨面进行拍摄，对拍摄的图像进行滤波、边缘提取，得到走行面与非走行面的分界线；在步骤一中的钢轨轨面轮廓线标记所识别的非走行面，得到需要进行抛光除锈的区域；步骤二中采集的图像通过Hough直线检测法检测图像中钢轨两侧面的直线，根据计算的直线位置对图像进行分割，剔除背景信息，缩小待分析的数字图像的尺寸，提高后续计算效率，并采用GPU编程进一步提高图像处理的速度；其中，由于火车轮的走行，使得火车轮与钢轨发生抛光作用，会在钢轨轨面形成一条具有一定宽度的亮线，即钢轨的走行面，轨面的其他位置属于非走行面，即钢轨锈蚀处。4.根据权利要求3所述的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法，其特征在于，所述步骤三中，采用Python编程语言中的SciPy科学计算包对轮廓线的轨面部分进行处理，计算出轮廓线的法线方向；针对钢轨轨面待除锈区域，给安装有喷嘴的机械臂下达运动指令，调节喷嘴的位姿，包括：使喷嘴始终沿着法线方向；喷嘴与轨面保持合适靶距；运动过程中始终保持在待除锈区域，避免划伤钢轨的走行面。5.根据权利要求4所述的基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法，其特征在于，所述步骤四中，首先针对不同钢轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：李登，万亮，巫世晶，龙新平，张琨，陈平，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司沈阳奥拓福科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：