一种基于机器视觉的轨道巡检装置的制作方法

1.本实用新型属于铁路轨道检测技术领域，特别是涉及一种基于机器视觉的轨道巡检装置。


背景技术：

2.高速铁路轨道巡检技术原理较为成熟，也已形成相应的巡检装置，多搭载于轨行车辆上。轨道设备日常养护维修中，在钢轨表面擦伤、波磨、扣件异常、道床异物、轨枕裂纹等方面尚存在一定的人工巡检作业，因此，有必要开展高速铁路轨道巡检系统的应用研究，深度分析、挖掘巡检信息，弥补基于轨行车辆搭载轨道巡检系统的不足。在此基础上构建辅助人工巡检的自动化设备来降低人工巡检强度，进一步提高高速铁路轨道养护维修作业的效率和质量，对保证铁路正常运行具有重要的意义。
3.目前，由于传统轨行车辆容易受到轨道起伏的影响，使运行不平稳，导致巡检获得的图像信息模糊；且由于实际工况中，轨道内外侧的情况较为复杂，容易出现局部地势高低差异，相机拍摄的角度单一导致出现很多漏拍、误拍的现象。以上情况使得在巡检精度、巡检项目和巡检数据分析应用等方面尚不能完全满足全面精准掌握轨道设备状态信息的需要。


技术实现要素：

4.本实用新型为解决现有技术存在的问题，提供了一种基于机器视觉的轨道巡检装置，该轨道巡检装置能够在轨道上实现自主运行，图像采集装置不会受车体本身震动而影响图像质量，保证图像采集装置的稳定运行，且图像采集装置能够实现对钢轨表面、轨道内外侧全方位拍摄，通过图像采集装置将轨道表面的图像信息及通过测速定位装置将对应里程信息反馈到工控机的信息管理系统将图像与里程关联并显示在显示屏上，供操作人员观看，同时便于后台数据分析系统对缺陷进行深度分析，建立轨道缺陷数据库，供轨道维修人员参考，最终完成轨道表面缺陷检测作业。
5.本实用新型是这样实现的，一种基于机器视觉的轨道巡检装置，包括检测车体、电源、驱动装置、车体平衡装置、图像采集装置、光源、测速定位装置、工控机和显示屏，所述电源安装在检测车体上，用于为驱动装置、图像采集装置、光源、测速定位装置、工控机和显示屏供电；所述驱动装置用于为检测车体提供轨道作业行走的动力，驱动检测车体沿钢轨表面运动；所述车体平衡装置位于检测车体下方，且与检测车体的车底板连接，所述车体平衡装置与检测车体的两组车轮连接，两组车轮置于车体平衡装置内，用于减缓行走时车体平衡装置受到的震动；所述图像采集装置和光源均安装在所述车体平衡装置上，所述图像采集装置用于为对钢轨表面、轨道内外侧实现全方位拍摄，所述光源用于为图像采集装置提供不同强度的光照需求；所述测速定位装置用于为每幅轨道图像提供对应的线路里程；所述图像采集装置、光源、测速定位装置、显示屏分别与工控机电连接，所述工控机和显示屏均安装在检测车体上。
6.优选的，所述车体平衡装置包括辅助框架、悬挂组件、减震器和辅助板，在每组车轮左右两侧的所述辅助框架与车底板之间均设置所述悬挂组件，所述悬挂组件的两端与车底板转动连接，所述悬挂组件的中间与下方的辅助框架固定连接；在两个悬挂组件之间的轮轴的轴套上设置有两个分别与车底板连接的减震器，所述减震器的两端分别与轮轴的轴套、车底板铰接；所述辅助板安装在辅助框架的中部，所述辅助板的底面上安装所述图像采集装置和光源。
7.进一步优选的，所述辅助框架的前后侧均设置有导向套筒，对应的，所述车底板的底面上设置有与导向套筒配合的导向杆，所述导向杆上设置有上限位块和下限位块；所述导向套筒套设在导向杆上，并位于上限位块和下限位块之间。
8.进一步优选的，所述图像采集装置和光源在辅助板上呈一字排布且与轨道方向呈垂直布置；每个钢轨上方安装有三个图像采集装置和两个光源，两个光源位于三个图像采集装置左右两侧，三个图像采集装置的照准面处于两个光源所形成的光亮面之内，且三个图像采集装置的照准面所覆盖的区域之间不存在死角；每个所述图像采集装置通过万向节与辅助板连接，每个所述光源通过安装角度可调节的灯座与辅助板连接。
9.更进一步优选的，所述图像采集装置为ccd相机；所述光源为条形照明灯，所述条形照明灯上设置有柱面透镜，且具有多个光照强度可以调节。
10.优选的，所述测速定位装置为增量式光电编码器，所述光电编码器安装在其中一组车轮的轮轴上。
11.优选的，所述检测车体包括车底板、护栏、座椅和两组车轮，所述护栏安装在检测车体尾部的车底板外围，所述座椅安装在检测车体头部的车底板上，所述两组车轮分别通过各自的轮轴转动安装在车体平衡装置上，两组车轮中同侧的两个车轮与对应的钢轨表面接触，其中一组车轮的轮轴与驱动装置传动连接。
12.优选的，所述驱动装置安装在检测车体上，所述驱动装置包括电动机、主动轮和从动轮，所述电动机安装于检测车体尾部，所述电动机的输出轴连接所述主动轮，所述主动轮通过环形皮带与从动轮连接，所述从动轮安装在检测车体的一组车轮的轮轴上，用于带动车轮在轨道上行走。
13.优选的，所述工控机安装在检测车体副驾驶一侧，所述工控机内嵌装有信息管理系统，用于获取轨道图像数据，并实时上传至显示屏上；所述显示屏安装在检测车体副驾驶车位前方，供操作人员实时观看轨道图像。
14.优选的，该轨道巡检装置还包括立柱照明车灯，所述立柱照明车灯设置在检测车体尾部与电源连接。
15.本实用新型具有的优点和积极效果是：
16.1、本实用新型的基于机器视觉的轨道巡检装置区别于传统轨行车辆，通过在检测车体的车底板下方设置车体平衡装置，并将两组车轮、相机和照明灯均设置在车体平衡装置上，车体平衡装置的悬挂组件和减震器可以减少不利地形对检测车体的震动，且使辅助框架的震动小于检测车体的震动，保证了相机的稳定运行和数据的稳定传输，使得在拍摄过程中相机不易受到检测车体本身的震动而影响到拍摄质量，且容易拆除。
17.2、本实用新型的基于机器视觉的轨道巡检装置，以图像形式记录巡检装置行经路途中的轨道状态，在成像视场的设计上，将若干组相机吊装在一个垂直于轨道的空间截面，
从不同视角获取轨道图像。将相机通过万向节与辅助板连接，实现两个方向的0～180
°
转动，可以人工调节相机角度对其矫正，可很好的适应实际工况中轨道内外侧情况较为复杂，容易出现局部地势高低差异的问题，补偿高度差异，使拍摄到的照片更加均匀化。同时，为相机配置了可调节角度的辅助照明光源，保证成像视场的光照强度和光谱均匀度，确保获得高品质的图像信息；并通过接收测速定位装置的里程信息将图像与里程关联，获得完整的轨道图像数据。
18.3、本实用新型的基于机器视觉的轨道巡检装置可有效克服现有轨行车辆易受到轨道起伏的影响，导致巡检获得的图像信息模糊的问题，以及相机拍摄的角度单一导致出现很多漏拍、误拍的现象，同时避免了现有轨道检测方式人工作业量大、作业效率低、劳动环境恶劣、劳动强度大或出现漏检、错检等问题，实现铁路轨道表面缺陷的自动化、全面化检测作业。
附图说明
19.图1是本实用新型的实施例提供的轨道巡检装置的立体图一；
20.图2是本实用新型的实施例提供的轨道巡检装置的立体图二；
21.图3是本实用新型的实施例提供的轨道巡检装置的主视图；
22.图4是本实用新型的实施例提供的轨道巡检装置的仰视图；
23.图5是本实用新型的实施例提供的轨道巡检装置的侧视图；
24.图6是本实用新型的实施例提供的单侧钢轨上方图像采集装置和光源的视场示意图。
25.图中：1、检测车体；11、车底板；12、护栏；13、座椅；14、车轮；15、轮轴；16、轴套；17、导向杆；18、上限位块；19、下限位块；
26.2、驱动装置；21、电动机；22、主动轮；23、从动轮；24、皮带；
27.3、车体平衡装置；31、辅助框架；32、悬挂组件；33、减震器；34、辅助板；35、导向套筒；
28.4、ccd相机；41、万向节；
29.5、照明灯；51、灯座；52、弧形长圆孔；
30.6、光电编码器；7、工控机；8、显示屏；9、立柱照明车灯；10、电源。
具体实施方式
31.为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
32.请参阅图1～图3，本实用新型的实施例提供一种基于机器视觉的轨道巡检装置，包括检测车体1、电源10、驱动装置2、车体平衡装置3、图像采集装置、光源、测速定位装置、立柱照明车灯9、工控机7和显示屏8。所述电源10安装在检测车体1尾部，用于为驱动装置2、图像采集装置、光源、测速定位装置、立柱照明车灯9、工控机7和显示屏8供电。所述图像采集装置、光源、测速定位装置、显示屏8分别与工控机7电连接，所述工控机7和显示屏8均安装在检测车体1上。
33.所述检测车体1包括车底板11、护栏12、座椅13和两组车轮14，所述护栏12安装在
检测车体1尾部的车底板11外围，所述座椅13安装在检测车体1头部的车底板11上，所述两组车轮14分别通过各自的轮轴15转动安装在车体平衡装置3上，两组车轮14中同侧的两个车轮14与对应的钢轨表面接触，其中一组车轮14的轮轴15与驱动装置2传动连接。
34.所述驱动装置2用于为检测车体1提供轨道作业行走的动力，驱动检测车体1沿钢轨表面运动；所述驱动装置2包括电动机21、主动轮22和从动轮23，所述电动机21通过启动开关与电源10连接，电动机21安装于检测车体1尾部，所述电动机21的输出轴连接所述主动轮22，所述主动轮22通过环形皮带24与从动轮23连接，使主动轮22与从动轮23通过环形皮带24传输动力，所述从动轮23安装在检测车体1尾部一组车轮14的轮轴15上，用于带动车轮14在轨道上行走。巡检时，电动机21保持匀速转动，确保图像采集装置拍摄到的缺陷照片更加高清准确。
35.所述车体平衡装置3位于检测车体1下方，且安装在车底板11上。所述车体平衡装置3包括辅助框架31、悬挂组件32、减震器33和辅助板34，所述检测车体1的两组车轮14转动安装在辅助框架31上，且置于辅助框架31内；在每组车轮14左右两侧的所述辅助框架31与车底板11之间均设置悬挂组件32，所述悬挂组件32的两端与车底板11转动连接，所述悬挂组件32的中间与下方的辅助框架31固定连接；在两个悬挂组件32之间的轮轴15的轴套16上设置有两个分别与车底板11连接的减震器33，所述减震器33的两端分别与轮轴15的轴套16、车底板11铰接；所述辅助板34安装在辅助框架31的中部，所述辅助板34的底面上安装所述图像采集装置和光源，满足图像采集装置和光源的铺设范围。采用在车底板11下方设置车体平衡装置3，悬挂组件32和减震器33可以减少不利地形对检测车体1的震动，且使辅助框架31的震动小于检测车体1的震动，保证了相机的稳定运行和数据的稳定传输。并将两组车轮14、图像采集装置和光源设到车体平衡装置3的辅助板34上，这样在拍摄过程中相机不易受到检测车体1本身的震动而影响到拍摄质量，且容易拆除。
36.所述辅助框架31的前后侧均设置有导向套筒35，对应的，所述车底板11的底面上设置有与导向套筒35配合的导向杆17，所述导向杆17上设置有上限位块18和下限位块19；所述导向套筒35套设在导向杆17上，并位于上限位块18和下限位块19之间，进一步保证了车体平衡装置3的稳定。
37.本实施例中，所述悬挂组件32为板簧，所述板簧的两端设置有卷耳，所述板簧的两端通过穿设在卷耳内的销轴与车底板11的底板安装座连接，与所述板簧中间对应处的所述辅助框架31上设置有板簧安装座，所述板簧设置在板簧安装座上，并通过u形螺栓和螺母固定。
38.所述图像采集装置和光源均安装在所述辅助板34上，所述图像采集装置用于为对钢轨表面、轨道内侧、轨道外侧实现全方位拍摄，所述光源用于为图像采集装置提供不同强度的光照需求，根据显示屏8显示的轨道图像的清晰度，可实时调节光源的光照强度。所述图像采集装置和光源在辅助板34上呈一字排布且与轨道方向呈垂直布置；每个钢轨上方安装有三个图像采集装置和两个光源，两个光源位于三个图像采集装置左右两侧，三个图像采集装置的照准面处于两个光源所形成的光亮面之内，且三个图像采集装置的照准面所覆盖的区域之间不存在死角。
39.所述图像采集装置为ccd相机4，ccd相机4对巡检装置经由的轨道面以及周围环境进行图像采集，从而判断轨道的表面状况(如锈蚀程度，变形程度等)；由于实际工况中，轨
道内外侧情况较为复杂，容易出现局部地势高低差异，因此，每个ccd相机4通过万向节41与辅助板34连接，实现两个方向的0～180
°
转动，用于补偿高度差异，使拍摄到的照片更加均匀化。当处于副驾驶的工作人员通过显示屏8看到照片模糊，可以人工调节ccd相机4角度或光源的光照强度对其矫正。
40.每个所述光源通过安装角度可调节的灯座51与辅助板34连接，灯座51上设置有弧形长圆孔52，使光源在安装时可以根据需求调节安装角度，保证相机能够更清晰的拍摄到轨道表面的情况。所述光源为条形照明灯5，所述条形照明灯5上设置有柱面透镜，保证聚光和光照均匀，且具有多个超高光照强度可以调节，满足不同环境下的光照需求。照明灯5可以实现多角度的位置调节，使ccd相机4拍摄范围可以落在照明灯5的光照面内，满足图像采集的要求。
41.所述测速定位装置为增量式光电编码器6，所述光电编码器6安装在其中一组车轮14的轮轴15上，每幅轨道图像对应的线路里程均由光电编码器6采集记录，方便维修人员寻找缺陷的位置。
42.所述工控机7安装在检测车体1副驾驶一侧，所述工控机7内嵌装有信息管理系统，用于获取轨道图像数据，并实时上传至显示屏8上；所述显示屏8安装在检测车体1副驾驶车位前方，供操作人员实时观看轨道图像。信息管理系统将采集来的轨道图像数据传输至数据分析系统，利用数字图像处理和模式识别技术进行图像分析和缺陷识别，针对典型的轨道病害设计不同的模式识别方式，实现对钢轨表面擦伤、波磨、扣件异常、道床异物、轨枕裂纹等缺陷图像处理，最后根据处理结果得出轨道部件的各种缺陷问题。
43.所述立柱照明车灯9设置在检测车体1尾部，与电源10连接，为巡检装置提供照明。
44.本实施例中，电源10、电动机21、主动轮22均安装在检测车体1尾部的防护罩内。
45.本实用新型能够更加高效准确的实现对轨道表面的拍摄任务，完成轨道表面缺陷检测作业。
46.以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。