补偿光源系统及列车运行故障动态图像检测设备技术方案

本发明专利技术提供了一种补偿光源系统及列车运行故障动态图像检测设备。其中补偿光源系统包括具有光纤(51)的激光发生装置(50)，光纤(51)具有光输出端，补偿光源系统还包括光束整形组件，光束整形组件包括：柱形平凸透镜(80)，与光纤(51)的光输出端相对设置；以及柱形平凹透镜(90)，与柱形平凸透镜(80)沿光纤(51)的光输出端所传出的激光光束的传输方向顺次设置，柱形平凹透镜(90)的母线与柱形平凸透镜(80)的母线互相垂直设置。本发明专利技术旨在提供一种可以提高激光利用率并使最终形成的光斑符合相机拍摄要求的补偿光源系统及列车运行故障动态图像检测设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，具体而言，涉及一种补偿光源系统及列车运行故障动态图像检测设备。
技术介绍
为了保障列车的行车安全，需要对列车进行检测。传统的人工检测方法效率很低，目前多采用运行故障动态图像检测系统对车底和列车侧壁进行图像拍摄，再由检查人员通过计算机浏览拍摄的图片进行故障检测。拍摄图像的方法多采用相机阵列或者高速工业线阵扫描相机进行。无论采用哪种方法都需要补偿光源来减小环境，如阳光的影响，提高相机的抗干扰能力，保证检测系统的稳定运行。目前的补偿光源系统一般采用近红外波段的半导体激光器，要求其呈现长条形、 光强较强且均匀的光斑。长条形光斑是由相机的拍摄方式决定的，光斑的宽度需要符合相机的扫描宽度，长度需要与被拍照物体的尺寸符合，光斑强度越强则相机曝光时间越短进而相机扫描速度越快，光斑均匀则可以防止拍摄出的图像亮度不均匀。但是现有技术中，补偿光源系统对激光的利用率普遍偏低，导致补偿光源的光强较弱，抗干扰能力较差，且相机曝光时间较长，只能满足较低速行进的列车的检测，而对于高速列车，由于曝光时间较长影响了相机扫描速度，进而影响了检测系统的使用。如图I至图2所示，是公开号为CN 101871602 A的中国专利申请所公开的一种均匀照明的激光线光源系统，该系统结构简单，通过沿激光的传输方向顺次设置圆透镜10’以及棱镜20’，理论上能在O. 5米至2米的距离范围内使光强稳定。激光经过圆透镜10’后照射到棱镜20’表面的光斑为圆形光斑11’，假设此圆形光斑11’的直径为d,棱镜20’的曲面部分在与激光光束传播方向垂直的平面上的投影部分21’的长度为L，宽度为d0，容易看出圆形光斑11’只有位于重叠区域30’中的部分可以经过棱镜20’的折射被利用，激光利用率很低。如果要提高激光利用率，即增大重叠区域30’，需要增大棱镜20’的投影部分21’的宽度Cltl，或减小圆形光斑11’的直径d。如果增大投影部分21’的宽度Cltl，则需要增大投影部分21’的曲率半径，这样会造成经过棱镜20’的激光光束发散角减小，进而导致照射到被拍摄物体上的光斑长度与被拍摄物体的长度不相适应。如果减小圆形光斑11’的直径d，则会导致经过棱镜20’折射的光斑宽度太小，无法满足相机的扫描宽度要求，进而对相机的曝光产生影响。不管是凸透镜还是凹透镜，当其曲率半径变小时，同样的光束经过其折射后的光像差会变大，这样的话光斑质量会不均匀。现有技术前面采用圆透镜，后面采用棱镜，最终形成的细长光线的宽度是由前面的圆透镜决定的，长度是由后面的棱镜决定的，如果经过圆透镜后照射到后面的棱镜的光斑太大，则有部分光不能被折射，光利用率低，如果减小光斑使整个光斑都能照射到曲面部分，则光斑的宽度不够。而且，按照现有技术中的设计，要达到60度的发散角，曲率半径已经很小了，这时像差很大，要增加发散角的话，要使曲率半径更小，这样的话后面的棱镜就会变得更加细长，前面描述的问题会更加突出。因此，此专利申请公开的技术方案，无法在保证光斑形状符合相机拍摄要求的同时保证较高的激光利用率。同时，由于经过棱镜20’的激光光束发散角只有60度，当进行车底拍摄时，由于距离太近，产生的光斑长度不够，往往需要一排设置两个或更多激光器，而铁轨之间的空间有限，工艺上也比较难以实现。结合参见图3，是公开号为CN 201966484 U的中国专利申请所公开的一种发近平行发散光的激光器，包括圆透镜10”和棱镜20”，由于经过圆透镜10”照射到棱镜20”上的光斑仍旧为圆形光斑，与前一专利申请的技术方案一样，也无法保证在光斑形状符合相机拍摄要求的同时保证较高的激光利用率。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种可以在提高激光利用率的同时使最终形成的光斑符合相机 拍摄要求的补偿光源系统及列车运行故障动态图像检测设备。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种补偿光源系统，包括具有光纤的激光发生装置，光纤具有光输出端，补偿光源系统还包括光束整形组件，光束整形组件包括柱形平凸透镜，与光纤的光输出端相对设置；以及柱形平凹透镜，与柱形平凸透镜沿光纤的光输出端所传出的激光光束的传输方向顺次设置，柱形平凹透镜的母线与柱形平凸透镜的母线互相垂直设置。进一步地，柱形平凸透镜具有相对设置的第一平面以及第一弧面，柱形平凹透镜具有相对设置的第二平面以及第二弧面，第一弧面和第二弧面相对设置。进一步地，柱形平凸透镜有多个，多个柱形平凸透镜沿激光光束的传输方向顺次设置。进一步地，柱形平凹透镜有多个，多个柱形平凹透镜沿激光光束的传输方向顺次设置。进一步地，光束整形组件还包括套设在柱形平凸透镜和柱形平凹透镜外的外壳。进一步地，外壳包括第一壳体，其第一端具有光纤连接头插孔，光纤的光输出端穿射在光纤连接头插孔中；第二壳体，其第一端嵌设在第一壳体内并相对于第一壳体沿轴线方向可运动地设置，其第二端具有第一外螺纹段，第二壳体具有与光纤的光输出端对应设置且沿光纤的光输出端所传出的激光光束的传输方向延伸的通孔；第三壳体，其第一端具有与第一外螺纹段相配合的第一内螺纹段，第三壳体具有与通孔对应设置的柱形平凸透镜安装空间以及柱形平凹透镜安装空间；以及端盖，与第三壳体的第二端密封连接，端盖具有激光射出窗口。进一步地，第一壳体的第二端具有第二外螺纹段；外壳还包括调节壳体以及锁紧环，调节壳体套设在第二壳体外并具有与第二外螺纹段相配合的第二内螺纹段，锁紧环套设在第一壳体外并与调节壳体抵接。进一步地，第一壳体具有沿其径向方向设置的定向螺栓；调节壳体的内周壁具有周向凹槽；第二壳体具有沿其轴向方向延伸并与定向螺栓相配合的滑槽以及与周向凹槽活动配合的凸缘。进一步地，端盖具有密封槽，密封槽内嵌设有密封结构。根据本专利技术的另一方面，提供了一种列车运行故障动态图像检测设备，包括补偿光源系统，该补偿光源系统为前述任一种的补偿光源系统。应用本专利技术的技术方案，通过沿激光传输方向顺次设置柱形平凸透镜和柱形平凹透镜，且柱形平凸透镜和柱形平凹透镜的母线相互垂直，利用柱形平凸透镜在其母线方向对光的发散角不产生影响，而在垂直于其母线方向对光的发散角进行压缩，同时，柱形平凹透镜在其母线方向对光的发散角不产生影响，而在垂直于其母线方向对光的发散角进行扩散的特性，使柱形平凸透镜和柱形平凹透镜分别在两个垂直方向上对激光光束的发散角进行调整，且相互之间不会产生影响。激光光束经柱形平凸透镜透射后，其母线方向的发散角没有受到压缩，这样照射到后面的柱形平凹透镜上的光束在柱形平凸透镜的母线方向保持了原有的发散角，这样后面的柱形平凹透镜的曲率半径可以适当增加，以增大光束经过柱形平凸透镜后形成的光斑与柱形平凹透镜曲面的重叠区域，提高激光的利用率，进而增加了光强。此外，前面的柱形平凸透镜对垂直于其母线方向的光束发散角进行压缩，从而调节最终所需要的光斑的宽 度，这样，使后面的柱形平凹透镜在该方向的尺寸与照射到其表面的光斑在该方向的尺寸相适应，以保证所有的光都能被折射，也可以提高激光利用率。同时，经过柱形平凸透镜和柱形平凹透镜后形成的光斑，可以在两个垂直方向上各自进行调整以满足相机拍摄的宽度和长度要求，且调整过程中相互之间不会产生影响。所以，本专利技术的技术方案可以保证在提高激光的利用率的同时使光斑形状符合相机拍摄要求。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种补偿光源系统，包括具有光纤(51)的激光发生装置(50)，所述光纤(51)具有光输出端，其特征在于，所述补偿光源系统还包括光束整形组件，所述光束整形组件包括：柱形平凸透镜(80)，与所述光纤(51)的光输出端相对设置；以及柱形平凹透镜(90)，与柱形平凸透镜(80)沿所述光纤(51)的光输出端所传出的激光光束的传输方向顺次设置，所述柱形平凹透镜(90)的母线与所述柱形平凸透镜(80)的母线互相垂直设置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉凤，陈晓华，叶银，
申请(专利权)人：北京凯普林光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：