一種鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磨耗檢測(cè)領(lǐng)域,尤其涉及一種鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的鐵軌磨耗量測(cè)量技術(shù)包括接觸式和非接觸式測(cè)量?jī)煞N。接觸式測(cè)量即檢測(cè)過(guò)程在檢測(cè)設(shè)備與鋼軌相對(duì)靜止的情況下進(jìn)行。
[0003]接觸式測(cè)量可分為機(jī)械測(cè)量與電子測(cè)量?jī)深悺C(jī)械測(cè)量采用機(jī)械設(shè)備(如游標(biāo)卡尺等)實(shí)現(xiàn)手工接觸式測(cè)量,德國(guó)RM1200波形磨損檢測(cè)設(shè)備就是典型的機(jī)械設(shè)備。這類方法雖然操作簡(jiǎn)單,成本低廉,但其作業(yè)效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大。電子測(cè)量采用傳感器(如光電傳感器或位移傳感器)為媒介間接測(cè)量鐵軌的磨耗情況,丹麥的Miniprof系統(tǒng)。為典型的傳感器,這類方法測(cè)量精度較高,但是測(cè)量速度一般,且造價(jià)昂貴。
[0004]非接觸式測(cè)量包括激光探測(cè)、電渦流、漏磁檢測(cè)以及紅外線檢測(cè)等。
[0005]激光探測(cè)技術(shù)通過(guò)激光器發(fā)射一個(gè)激光束到鐵軌表面,并利用傳感器接收鐵軌表面反射回來(lái)的激光束,通過(guò)檢測(cè)反射回來(lái)的激光束的振幅以得到鐵軌的磨耗信息。該技術(shù)存在顯著的局限性,其分辨率較低,不能檢測(cè)長(zhǎng)度小于4毫米的鐵軌缺陷,同時(shí)對(duì)鐵軌表面破裂的檢測(cè)能力有限。
[0006]電渦流檢測(cè)技術(shù)是利用帶有交變電流的激勵(lì)線圈靠近鐵軌,鐵軌會(huì)因此產(chǎn)生旋渦狀的感應(yīng)交變電流(即渦流),該渦流的分布和大小與鐵軌電導(dǎo)率以及表面缺陷等密切相關(guān)。采用檢測(cè)器檢測(cè)線圈中的阻抗變化便可獲得鐵軌渦流分布與大小,進(jìn)而推導(dǎo)出鐵軌的磨耗信息。該技術(shù)對(duì)震動(dòng)的魯棒性很差,稍有震動(dòng)就會(huì)使得檢測(cè)效果變差,因此目前還難以采用此技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵軌磨耗量的定量檢測(cè)。
[0007]漏磁檢測(cè)技術(shù)首先磁化待檢測(cè)鐵軌,在檢測(cè)時(shí),若鐵軌內(nèi)存在缺陷則會(huì)引起鐵軌局部區(qū)域的磁阻增加從而產(chǎn)生一個(gè)擴(kuò)散漏磁場(chǎng),采用磁敏感元件檢測(cè)漏磁場(chǎng)從而可以檢測(cè)到鐵軌的缺陷。該技術(shù)檢測(cè)效率較低,一般要求軌檢車速度不超過(guò)35km/h。此外,該技術(shù)只能檢測(cè)個(gè)別種類的缺陷(如橫向裂紋),但對(duì)于腐蝕和剝落等磨耗難以檢測(cè)出來(lái)。
[0008]紅外線檢測(cè)技術(shù)首先通過(guò)高頻感應(yīng)線圈在鋼軌表面產(chǎn)生感應(yīng)電流,鐵軌表面的磨耗會(huì)導(dǎo)致不同區(qū)域消耗的電能產(chǎn)生差異,進(jìn)而使得鐵軌表面局部溫度上升值產(chǎn)生差異。采用紅外線檢測(cè)器檢測(cè)局部溫度升溫值進(jìn)而可以解算出鐵軌局部表面的磨耗及缺陷。該技術(shù)一般用于熱乳板等平直型鋼板表面缺陷的檢測(cè),但由于實(shí)際的鐵軌表面通常并不平整,因此該技術(shù)難以適用于鐵軌的實(shí)時(shí)在線測(cè)量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]針對(duì)現(xiàn)有的鐵軌磨耗量測(cè)量技術(shù)存在的上述問(wèn)題,現(xiàn)提供一種旨在實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度高、作業(yè)效率高、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)的鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
[0010]具體技術(shù)方案如下:
[0011]—種鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)系統(tǒng),安裝在軌檢車上用于對(duì)待檢測(cè)路段的鐵軌進(jìn)行缺陷檢測(cè),所述待檢測(cè)路段設(shè)置有復(fù)數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn),每一節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一標(biāo)準(zhǔn)三維模型;包括:
[0012]—結(jié)構(gòu)光傳感器,用于在所述節(jié)點(diǎn)對(duì)所述鐵軌建立三維點(diǎn)云以進(jìn)行成像;
[0013]—處理單元,連接所述結(jié)構(gòu)光傳感器,將與所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述三維點(diǎn)云與相應(yīng)的所述標(biāo)準(zhǔn)三維模型進(jìn)行對(duì)比,獲取鐵軌上的絕對(duì)磨耗量,并對(duì)缺陷區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記;
[0014]所述處理單元沿著軌檢車的行駛路徑依次對(duì)相鄰的所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述三維點(diǎn)云進(jìn)行拼接,以獲取所述待檢測(cè)路段的所述鐵軌的完整三維云圖。
[0015]優(yōu)選的,還包括:
[0016]一里程測(cè)量單元,分別連接所述結(jié)構(gòu)光傳感器和所述處理單元,用于測(cè)量相鄰兩個(gè)所述節(jié)點(diǎn)之間所述軌檢車的行駛的距離;
[0017]所述處理單元將所述距離作為相鄰兩個(gè)所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云拼接的初值,對(duì)相鄰兩次成像對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云進(jìn)行拼接。
[0018]優(yōu)選的,所述結(jié)構(gòu)光傳感器包括:
[0019]—結(jié)構(gòu)光投影模塊,用以將光柵圖像投射至所述節(jié)點(diǎn)所在的所述鐵軌上;
[0020]—攝像模塊,用以拍攝發(fā)生形變后的所述光柵圖像。
[0021]優(yōu)選的,所述處理單元采用點(diǎn)云精配準(zhǔn)算法對(duì)相鄰所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述三維點(diǎn)云進(jìn)行拼接配準(zhǔn)。
[0022]—種鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)方法,應(yīng)用于所述的鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)系統(tǒng),所述鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)方法包括:
[0023]S1.在所述節(jié)點(diǎn)對(duì)所述鐵軌建立三維點(diǎn)云以進(jìn)行成像;
[0024]S2.將與所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述三維點(diǎn)云與相應(yīng)的所述標(biāo)準(zhǔn)三維模型進(jìn)行對(duì)比,獲取鐵軌上的絕對(duì)磨耗量,并對(duì)缺陷區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記;
[0025]S3.沿著軌檢車的行駛路徑依次對(duì)相鄰的所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述三維點(diǎn)云進(jìn)行拼接,以獲取所述待檢測(cè)路段的所述鐵軌的完整三維云圖。
[0026]優(yōu)選的,所述步驟S2中還包括:測(cè)量相鄰兩個(gè)所述節(jié)點(diǎn)之間所述軌檢車的行駛的距離,將所述距離作為相鄰兩個(gè)所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云拼接的初值,對(duì)相鄰兩次成像對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云進(jìn)行拼接。
[0027]優(yōu)選的,所述步驟SI的具體過(guò)程為:將光柵圖像投射至所述節(jié)點(diǎn)所在的所述鐵軌上,拍攝發(fā)生形變后的所述光柵圖像。
[0028]優(yōu)選的,在所述S2中,采用點(diǎn)云精配準(zhǔn)算法對(duì)相鄰所述節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述三維點(diǎn)云進(jìn)行拼接配準(zhǔn)。
[0029]上述技術(shù)方案的有益效果:
[0030]本技術(shù)方案中,在鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)系統(tǒng)中采用結(jié)構(gòu)光傳感器對(duì)鐵軌表面建立三維重建,通過(guò)處理單元對(duì)結(jié)構(gòu)光傳感器獲得的三維點(diǎn)云檢測(cè)以獲得鐵軌的絕對(duì)磨耗量,測(cè)量精度高且作業(yè)效率高;同時(shí)通過(guò)處理單元對(duì)所有的三維點(diǎn)云進(jìn)行拼接獲得完整三維云圖,對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。在鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)方法具有測(cè)量精度高、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為本發(fā)明所述的鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的一種實(shí)施例的模塊圖;
[0032]圖2為本發(fā)明所述的鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的另一種實(shí)施例的模塊圖;
[0033]圖3為本發(fā)明所述的鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)方法的一種實(shí)施例的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0035]需要說(shuō)明的是,在不沖突的情況下,本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0036]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明,但不作為本發(fā)明的限定。
[0037]如圖1所示,一種鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)系統(tǒng),安裝在軌檢車上用于對(duì)待檢測(cè)路段的鐵軌進(jìn)行缺陷檢測(cè),待檢測(cè)路段設(shè)置有復(fù)數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn),每一節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一標(biāo)準(zhǔn)三維模型;包括:
[0038]—結(jié)構(gòu)光傳感器,用于在節(jié)點(diǎn)對(duì)鐵軌建立三維點(diǎn)云以進(jìn)行成像;
[0039]—處理單元,連接結(jié)構(gòu)光傳感器,將與節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)三維模型進(jìn)行對(duì)比,獲取鐵軌上的絕對(duì)磨耗量,并對(duì)缺陷區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記;
[0040]處理單元沿著軌檢車的行駛路徑依次對(duì)相鄰的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云進(jìn)行拼接,以獲取待檢測(cè)路段的鐵軌的完整三維云圖。
[0041]在本實(shí)施例中,在鐵軌磨耗缺陷檢測(cè)系統(tǒng)中采用結(jié)構(gòu)光傳感器對(duì)鐵軌表面建立三維重建,通過(guò)處理單元對(duì)結(jié)構(gòu)光傳感器獲得的三維點(diǎn)云檢測(cè)以獲得鐵軌的絕對(duì)磨耗量,測(cè)量精度高、作業(yè)效率高且成本低;同時(shí)通過(guò)處理單元對(duì)所有的三維點(diǎn)云進(jìn)行拼接獲得完整三維云圖,對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。
[0042]由于結(jié)構(gòu)光傳感器視場(chǎng)的限制,一次測(cè)量只能獲得一個(gè)局部鐵軌路段的三維點(diǎn)云。因此,若實(shí)現(xiàn)對(duì)全路段鐵軌的測(cè)量,需要將軌檢車在鐵軌上按一定速度運(yùn)行,并控制成像速率。成像速率可根據(jù)軌檢車運(yùn)行速度和結(jié)構(gòu)光傳感器的成像視場(chǎng)大小綜合確定,從而確保每?jī)纱纬上裰g存在一定的重合度,以保證檢測(cè)系統(tǒng)能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)全路段鐵軌的檢測(cè)。
[0043]在優(yōu)選的實(shí)施例中,如圖2所示,還包括:
[0044]一里程測(cè)量單元,分別連接結(jié)構(gòu)光傳感器和處理單元,用于測(cè)量相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間軌檢車的行駛的距離;
[0045]處理單元將距離作為相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云拼接的初值,對(duì)相鄰兩次成像對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云進(jìn)行拼接。
[0046]進(jìn)一步地,里程測(cè)量單元可采用旋轉(zhuǎn)編碼器以及慣性測(cè)量單元等。
[0047]在本實(shí)施例中,可將里程測(cè)量單元安裝于軌檢車車輪上,以測(cè)量相鄰兩次成像之間軌檢車的移動(dòng)距離,并將該距離發(fā)送至處理單元,作為相鄰兩次測(cè)量得到的鐵軌三維點(diǎn)云拼接所需的初值。
[0048]在優(yōu)選的實(shí)施例中,結(jié)構(gòu)光傳感器包括:
[0049]—結(jié)構(gòu)光投影模塊,用以將光柵圖像投射至節(jié)點(diǎn)所在的鐵軌上;
[0050]—攝像模塊,用以拍攝發(fā)生形變后的光柵圖像。
[0051 ] 進(jìn)一步地,攝像模塊可采用(XD攝像機(jī)。
[0052]