[发明专利]基于结构光视觉的轨道不平顺状态检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构光视觉测量技术和轨道交通安全检测技术领域，尤其是一种基于结构光的铁路轨道不平顺高速视觉检测方法。

 

背景技术

轨道不平顺存在于轮轨接触表面，会增大轮轨动力作用，同时使轨道不平顺进一步增大，形成恶性循环。过大的轨道不平顺将导致轮轨系统的剧烈振动，缩短车辆和轨道部件的使用寿命，降低行车的平稳性，严重时危及行车安全。日常的检测不能影响高速铁路正常的运输，必须采用高效的手段。对于轨道不平顺状态的检测，目前国内、外大多采用以惯性基准原理构成的检测系统，但是捷联式惯性系统价格昂贵，体积大，因此在大规模应用上受到了一定限制。视觉测量技术在轨道检测系统中也得到了应用和迅速发展。国内西南交通大学进行了相关研究，在前、后轮轴处分别安装激光器和线阵CCD，激光器直接照射CCD，采取直接探测激光光斑在成像面上偏移量的方法检测轨道状态；由于仅测量光斑的位置变化，该方法只能获取一维空间信息。与上述视觉测量方法不同，本发明采用结构光视觉测量方法，使用两个线激光器分别照射铁轨轨面，得到两条结构光线段，通过CCD视觉成像装置获取两条光线的相对间距变化与角度变化的二维空间特征，来检测轨道的高低不平顺、轨向不平顺、水平不平顺及三角坑等状态。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种基于结构光视觉的轨道不平顺检测方法，使之具有低成本、高速测量、测量精度高及容易实现的优点，系统装置安装简便。

本发明的目的是通过如下手段来实现的。

一种基于结构光视觉的轨道不平顺状态检测方法，其特征在于，在轨道上方与所测轨道100平面垂直方向设置一线光源200，所述线光源200发射出与轨道平面垂直并在轨道平面上投射为一条与轨道长度方向相垂直的直线光段，所述直线光段为基准光段210；在距离线光源200一段距离L的轨道上方且与轨道平面相平行位置设置另一线光源300，线光源300发射出投射在轨道平面上并与基准光段210相平行且相距为D的参考光段310；在线光源200附近设置成像传感器件感测基准光段210与参考光段310的距离变化；线光源200、线光源300和所述成像传感器件固定设置在一沿轨道滑行的运载工具上，随所述运载工具运动，成像传感器件通过感测参考光段310与基准光段210间几何位置的变化而获知所测轨道100在动态载荷情况下之二维平面空间几何偏差。

基于结构光的方法，随所述运载工具运动，成像传感器件通过感测参考光段310与基准光段210间几何位置的变化而获知所测轨道100在动态载荷情况下之二维平面空间几何偏差；更广泛使用可在运载工具上的两套检测系统分别对左右两条轨道的轨道几何偏差检测，从而获得左右两条轨道相关平面几何偏差信息。

实现本发明目的的比较方便的作法是：铁路机车以为运载工具，近红外激光器线光源200、线光源300设置在机车同一个转向架的前、后轮轴的轴箱上，成像传感器件设置在线光源200附近。使用两个近红外波段的激光器，将它们分别安装在列车同一个转向架的前、后轮轴的轴箱上。激光器发射出线线光源，调整激光器角度，使激光线束都照射到前轮轴附近的轨面上，两条激光线照射到同一条铁轨上，形成两个光线的投影。使用两个高速成像装置，（可采用CMOS或CCD芯片作为传感器），安装在同一转向架前轮轴的轴箱上，并沿轨道长度方向对称。用两个高速成像探测器获取轨面上两条光线投影的图像。由于激光器和成像探测器都安装在列车同一转向架的轴箱上，它们的相对位置固定。列车的轴箱和车轮之间为刚性连接，在列车在运行时，如果有轨道不平顺，前后两组车轮在左右方向或高低方向将产生微小位移。此时，由于两个激光器分别安装在前、后轮轴上，照射到轨面的两条激光束之间的相对间距和角度将发生变化。两个成像装置获取轨面上的两条光线的图像，通过计算其变化量检测出轨道不平顺状态的变化。将两套相同的系统分别安装在列车左、右轮轴上，可以对轨道的综合不平顺状态做出判断，如水平不平顺和三角坑。