[发明专利]一种基于散斑照相技术的轨道表面损伤检测系统和方法

权利要求书

1.一种基于散斑照相技术的轨道表面损伤检测系统，包括：钢轨、扣件和混泥土枕，其特征在于，还包括：第一探测单元、第二探测单元、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和工控机，其中：

第一探测单元和第二探测单元用于向钢轨表面发射激光，并采集散斑差分图像，分别位于列车底部左右两侧；

第一激光位移传感器和第二激光位移传感器用于测量轨道混凝土枕的高度，二者位于同一侧轨道，同时位于左侧轨道或者右侧轨道；

工控机用于接收第一激光位移传感器和第二激光位移传感器输出，判断是否经过混泥土枕，对途经的混泥土枕计数；控制第一探测单元和第二探测单元采集钢轨表面的散斑差分图像；通过对散斑差分图像的分析及其所处的混泥土枕区间，实现钢轨表面损伤的判断和定位；

第一探测单元和第二探测单元分别包括：激光器、扩束镜、准直镜、第一分束器、第二分束器、参考钢轨段、第一透镜、光栅、第二透镜和CCD相机；其中：

激光器、扩束镜、准直镜、第一分束器和第二分束器位于钢轨正上方；激光器、扩束镜和准直镜同光轴且垂直地面，且位于第一分束器和第二分束器的正上方；

第一分束器、第二分束器、参考钢轨段、第一透镜、光栅、第二透镜、CCD相机处于同一水平高度，其中：第一透镜、光栅、第二透镜和CCD相机同光轴；第一分束器和第二分束器对称于CCD相机光轴放置；

第一探测单元和第二探测单元工作原理为：

通过激光器发出激光，激光经过扩束镜、准直镜后分别经过第一分束器、第二分束器；经过第一分束器的光被待测钢轨表面反射，再次经第一分束器后到达第一透镜；经过第二分束器的光被参考钢轨段表面反射，再次经第二分束器后到达第一透镜，到达第一透镜的两束光，再经过光栅、第二透镜后到达CCD相机；

当第一分束器和第二分束器的中心的距离为激光器波长、第一透镜和第二透镜焦距、光栅空间频率三者之积时，则CCD相机采集到散斑差分图像。

2.根据权利要求1所述的基于散斑照相技术的轨道表面损伤检测系统，其特征在于，第一探测单元和第二探测单元分别由分装壳进行封装，封装壳底部开口，允许光路通过，二者结构相同。

3.根据权利要求1所述的基于散斑照相技术的轨道表面损伤检测系统，其特征在于，光栅和透镜进行组合用于实现光学图像差分运算；激光器的投射宽度和CCD相机的拍摄宽度不小于钢轨的宽度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于散斑照相技术的 轨道表面损伤检测系统，其特征在于，第一激光位移传感器和第二激光位移传感器与地面垂直，同时位于列车底部左侧或者右侧，第一激光位移传感器和第二激光位移传感器所在直线和钢轨平行；

设第一激光位移传感器和第二激光位移传感器到钢轨的横向距离均为d1，第一激光位移传感器和第二激光位移传感器之间的纵向距离为d2，则d1和d2保证第一激光位移传感器和第二激光位移传感器探测范围在混泥土枕的非扣件区域上方；d2小于混泥土枕的宽度w，即：d2w。

5.根据权利要求4所述的基于散斑照相技术的轨道表面损伤检测系统，其特征在于，第一探测单元、第二探测单元、第一激光位移传感器和第二激光位移传感器均固定在同一底座上，在底座与列车之间，增加一个惯性系。

6.一种使用前述任一项权利要求所述的基于散斑照相技术的轨道表面损伤检测系统检测轨道表面损伤的方法，其特征在于，包括：

S1、第一激光位移传感器和第二激光位移传感器测量轨道混凝土枕的高度并输出给工控机；

S2、工控机接收第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的输出，判断是否经过混泥土枕，对途经的混泥土枕计数；若经过混泥土枕则控制CCD相机采集轨道表面的散斑差分图像；

S3、通过对散斑差分图像的分析及其所处的混泥土枕区间，实现钢轨表面损伤的判断和定位。