[实用新型]一种基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种铁路基础设施检测领域的设备，具体指一种基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置。

背景技术

扣件是连接钢轨和轨枕使之形成轨排的部件，在保证轨道稳定性、可靠性方面起着重要作用。在铁路基础设施检测上，我国长期以人工和静态检测为主，养护费用高，强度高，安全性差，近年我国高速铁路迅猛发展，对铁路检测的自动化、实时性提出了更高的要求。国内外已有的扣件检测技术为：基于线阵激光的连续扫描装置，如德国Sick公司；基于面阵图像传感器的计算机视觉检测装置，如美国ENSCO公司的VIS系统、德国Atlas Electronic公司开发的光电式轨道检测系统以及北京福斯达公司高速车载式轨道图像识别系统等。但两者的缺点在于检测速度较低，通用性不高，有时需要过多人工干预，而且不能在扣件丢失之前自动判断扣件是否产生异常并进行预警。

经检索，专利2011100073637.X、201410667430.9分别介绍了一种基于结构光的扣件缺失检测装置：利用多条线结构光照射扣件区域、采用面阵摄像机成像，对线结构光图像进行处理，以判断扣件是否缺失。该方法相比采用机器视觉的二维图像方法，可显著提升鲁棒性。但是，这类方法所采用的多条平行光条形状调制方法，难以检测出光条未照射区域的形状变化，因此，只能检测扣件缺失等大尺度缺陷，不能检测扣件弹条半脱落、扣件垫片缺失、扣件弹条局部损伤等缺陷。为此，本实用新型提供一种可瞬态三维测量的成像方法，用于获取扣件三维点云，利用稠密的扣件三维点云，采用三维模型比对方法，用于扣件异常检测。

实用新型内容

为了解决现有扣件异常检测系统所存在的上述问题，本实用新型提供一种基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于双目视觉与激光散斑的铁轨扣件异常检测装置，其特征在于：由两台激光散斑投射器(Sa、Sb)、四台摄像机(Ca、Cb、Cc、Cd)、四个激光位移传感器(La、Lb、Lc、Ld)、一个车轮编码器、一个RFID探测器和一个工控机组成，所述激光散斑投射器Sa、摄像机Ca 和Cb位于列车底部左侧，构成第一测量单元，对左侧铁轨两侧扣件进行检测；所述激光散斑投射器Sb、摄像机Cc和Cd位于列车底部右侧，构成第二测量单元，对右侧铁轨两侧扣件进行检测；所述激光散斑投射器位于铁轨正上方，向铁轨及两侧扣件投射激光散斑；所述摄像机位于铁轨正上方，其中摄像机Ca和Cb沿铁轨纵向安置于激光散斑投射器Sa两侧，构成第一测量单元的双目立体视觉成像系统，摄像机Cc和Cd沿铁轨纵向安置于激光散斑投射器Sb两侧，构成第二测量单元的双目立体视觉成像系统；所述双目立体视觉测量系统拍摄由激光散斑投射器投射在扣件表面的激光散斑图案，用于扣件三维测量；所述四个激光位移传感器用于测量扣件安装底座高度值；所述车轮编码器与车轮转轴连接，用于对车轮转动角度编码；所述RFID探测器位于车体底部，与铁路上设置的RFID标签进行通信；所述工控机位于车厢内，同时与摄像机、激光位移传感器、车轮编码器、RFID探测器连接，读取车轮编码器角度编码信号，对列车行驶里程计数和判定列车行驶方向；所述RFID探测器获取RFID标签信号，对列车行驶里程进行校准；读取四个激光位移传感器测量的铁轨扣件安装底座上表面高度值，判定扣件是否位于成像区域内，控制四台摄像机拍摄扣件区域散斑图像；采集、存储和处理散斑图像，进行双目立体视觉散斑图像三维重建，获取扣件三维点云，并基于扣件三维点云进行扣件异常检测。

所述激光散斑投射器的安装高度、角度，以及光源投射角度需完全覆盖铁轨两侧扣件区域，第一、第二测量单元的双目立体视觉成像系统公共视场需完全覆盖铁轨两侧扣件区域，第一、第二测量单元的双目立体视觉成像系统中两台摄像机同步成像。

所述第一、第二测量单元中两台摄像机和激光散斑投射器安装方式是：激光散斑投射器的光轴垂直于路面，激光散斑投射器的光轴、两台摄像机光轴共面，它们构成的平面穿过铁轨中心线，两台摄像机光轴与激光散斑投射器光轴夹角相等，夹角为15～60度，两台摄像机的基线长度为Lmm，L取值范围为1～10000，两台摄像机的成像面中有四条边平行，两台摄像机和激光散斑投射器刚性连接。

所述第一、第二测量单元通过被动减振结构固定在支撑梁上，支撑梁通过被动减振结构固定在列车转向架上。

所述第一、第二测量单元采用硬质橡胶或塑料垫片作为被动减振结构与支撑梁固定，支撑梁与列车转向架之间采用k个弹簧并行连接，k的取值范围为1～10。