基于双目立体视觉的列车受电弓几何参数在线检测设备的制作方法

本发明涉及轨道交通的技术领域，具体为基于双目立体视觉的列车受电弓几何参数在线检测设备。

背景技术：

受电弓安装在机车车顶、是电力牵引机车从接触网取得电能的电气装置，受电弓从接触网上获取电源，向整个列车电气系统供电，同时还通过列车的再生制动系统将列车的动能转换为电能回馈给接触网供给其它在线列车使用，起到双向传递枢纽的作用。

机车运行时，由于受电弓滑板与接触导线长时间接触，不可避免的发生磨耗而导致机车受电性能变差，因此需要对受电弓的滑板表面磨损进行检测，从而保证机车正常安全的运行。

此外，由于接触线的“之”字形架设，接触线与受电弓滑板之间的接触点位置相对受电弓上表面与受电弓的中心之间的距离随着列车的快速行驶而不断变化。当受电弓中心线相对铁轨中心线的安装位置偏移过度时，可能导致受电弓与接触线分离，将造成弓网事故。因此，为避免因列车自身故障导致的事故，对列车受电弓关键部件中心线偏移的状态监测至关重要。

现有基于多个独立相机自然成像方式实现受电弓滑板磨耗检测和中心线偏移检测的方法，需要背景白板和诸多闪光灯补光装置，存在系统安装复杂、受外界光线干扰多的问题，导致测量结果精度低、可靠性差。

轨道交通行业，高速重载成为其主要特征，对受电弓综合几何参数的检测，急需一种准确、可靠、便捷的自动在线检测设备。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了基于双目立体视觉的列车受电弓几何参数在线检测设备，其利用机器视觉的非接触式图像测量，实现机车动态在线检测，不影响机车运行，检测节奏快、效率高，自动化程度高。

基于双目立体视觉的列车受电弓几何参数在线检测设备，其特征在于：其包括检测棚，所述检测棚内设置有四组集成式视觉传感器，每组集成式视觉传感器均包含一对双目相机、以及对应的激光器，四组集成式视觉传感器分别安装于受电弓触发位置的左右两侧立柱，列车运行于两侧立柱之间的轨道，位于对应立柱下方的集成式视觉传感器均包含两个激光器，两个激光器分别将激光打在受电弓滑板下方平面区域的两侧，双目相机同时拍摄到这两条激光线，根据事先标定的结果，还原出两条激光线的空间坐标，进而拟合出受电弓滑板底面的平面方程，将其作为测量的基准面；位于上方的集成式视觉传感器包含一个激光器，激光器发出的激光与受电弓呈平行姿态构造出受电弓断面，双目相机同时拍摄到这条断面激光线，根据事先标定的结果，还原出激光线的空间坐标，即得到受电弓上表面断面的三维轮廓点云。

其进一步特征在于：

其还包括有对射型光电传感器，所述对射型光电传感器布置于集成式视觉传感器的相对于列车行进方向的后方，当向前运行的机车运行至检测棚内适当位置时，受电弓触发了对射型光电传感器，电气控制系统控制集成式视觉传感器开启，集成式视觉传感器的激光正好投射在受电弓的表面，硬触发4组集成式视觉传感器共8个相机拍照，采集到被线激光构造的受电弓表面图像，激光器起到构造受电弓表面特征的作用，相机将包含激光构造特征的受电弓图像拍摄后传输给工业pc，pc的检测程序根据相机采集到的图像，结合之前的三维标定数据，基于双目视觉原理计算得到受电弓被激光构造处的三维坐标，计算出受电弓的磨耗值和中心线偏移的结果数据，对结果数据进行判断处理及保存上传，从而达到本机车综合几何参数在线检测的目的。

其电气控制装置包括检测机车到来的对射型光电传感器的触发模块、plc中控单元、相机与激光器触发用的继电器、以及数据输出元器件；数据采集装置包括4组集成式视觉传感器组成数据采集装置，其中位于上方的每个集成式视觉传感器包含一个切向受电弓断面的激光器，位于下方的每个集成式视觉传感器包含两个横向受电弓断面的激光器；多台高性能的工业pc组成数据处理与上传单元，多台工业pc之间组成分布式网络系统协同作业。

受电弓的滑板磨耗检测是获得受电弓滑板部分上表面到下表面的厚度值，计算受电弓上表面三维轮廓各点到底面基准平面的距离，即得到滑板各位置处的磨耗值；受电弓中心线偏移是获得受电弓中心相对轨道中心的横向偏移距离，将底面平面向上平移一段距离，平移后的平面与上表面轮廓拐角处相交，左右两个交点作为计算受电弓位置的依据，两点的中间即为受电弓中心，结合事先标定的数据转换还原为轨道坐标系下的实际物理坐标，与轨道中心位置相减即为受电弓中心线的偏移距离。

采用本发明后，其利用四组集成式视觉传感器，得到受电弓上表面断面轮廓和底面平面的空间特征，继而计算得到上表面相对底面平面的距离，即磨耗值，基于上表面弓头部分断面轮廓和底面平面向上平移后的交点，确定受电弓空间位置中心，从而基于事先标定的轨道中心位置，计算该中心相对轨道中心的偏移量；其利用机器视觉的非接触式图像测量，实现机车动态在线检测，不影响机车运行，检测节奏快、效率高，自动化程度高，其采用激光投射构造受电弓上表面和下底面特征的技术，激光亮度高，能适应各种外界光照环境，抗干扰能力强；激光方向性好，精度高，可靠性好，检测稳定性佳，且采用双目立体视觉结合激光构造的技术，利用双目立体视觉匹配能力强、现场标定快捷的优点，抗环境光干扰能力更强，测量精度更高，其采用相机硬触发方式，无论是单弓还是双弓，一套设备实现连续在线检测。仅使用四组集成式传感器，省去背景白板和补光灯，方便现场作业的安装与调试，综合成本优，且一套测量系统可实现受电弓滑板磨耗和中心线偏移等综合几何参数的同步测量、使得功能多样化。

附图说明

图1为本发明的布置形式框图；

图2为本发明的位于单侧立柱上的上部和下部集成式视觉传感器的布置结构；

图3为本发明的受电弓的计算理论断面图；

图中序号所对应的名称如下：

集成式视觉传感器10、下部激光器1、下部双目相机2、上部激光器3、上部双目相机4、受电弓20、立柱30、交点40、基准面100。

具体实施方式

基于双目立体视觉的列车受电弓几何参数在线检测设备，见图1：其包括检测棚，检测棚内设置有四组集成式视觉传感器10，每组集成式视觉传感器10均包含一对双目相机、以及对应的激光器，四组集成式视觉传感器10分别安装于受电弓20触发位置的左右两侧立柱30，列车运行于两侧立柱30之间的轨道，位于对应立柱30下方的下部集成式视觉传感器均包含两个下部激光器，两个下部激光器1分别将激光打在受电弓滑板下方平面区域的两侧，下部双目相机2同时拍摄到这两条激光线，根据事先标定的结果，还原出两条激光线的空间坐标，进而拟合出受电弓20滑板底面的平面方程，将其作为测量的基准面100；位于上方的上部集成式视觉传感器包含一个上部激光器3，上部激光器3发出的激光与受电弓20呈平行姿态构造出受电弓断面，上部双目相机4同时拍摄到这条断面激光线，根据事先标定的结果，还原出激光线的空间坐标，即得到受电弓20上表面断面的三维轮廓点云。

其还包括有对射型光电传感器，对射型光电传感器布置于集成式视觉传感器10的相对于列车行进方向的后方，当向前运行的机车运行至检测棚内适当位置时，受电弓触发了对射型光电传感器，电气控制系统控制集成式视觉传感器10开启，集成式视觉传感器10的激光正好投射在受电弓的表面，硬触发4组集成式视觉传感器共8个相机拍照，采集到被线激光构造的受电弓表面图像，激光器起到构造受电弓表面特征的作用，相机将包含激光构造特征的受电弓图像拍摄后传输给工业pc，pc的检测程序根据相机采集到的图像，结合之前的三维标定数据，基于双目视觉原理计算得到受电弓20被激光构造处的三维坐标，计算出受电弓20的磨耗值和中心线偏移的结果数据，对结果数据进行判断处理及保存上传。从而达到本机车综合几何参数在线检测的目的。

其电气控制装置包括检测机车到来的对射型光电传感器的触发模块、plc中控单元、相机与激光器触发用的继电器、以及数据输出元器件；4组集成式视觉传感器10组成数据采集装置，其中位于上方的每个集成式视觉传感器10包含一个切向受电弓断面的激光器，位于下方的每个集成式视觉传感器10包含两个横向受电弓断面的激光器；多台高性能的工业pc组成数据处理与上传单元，多台工业pc之间组成分布式网络系统协同作业。

受电弓20的滑板磨耗检测是获得受电弓滑板部分上表面到下表面的厚度值，计算受电弓上表面三维轮廓各点到底面基准平面的距离，即得到滑板各位置处的磨耗值；受电弓20中心线偏移是获得受电弓中心相对轨道中心的横向偏移距离，将底面基准面100向上平移一段距离，平移后的平面与上表面轮廓拐角处相交，左右两个交点40作为计算受电弓位置的依据，两点的中间即为受电弓中心，结合事先标定的数据转换还原为轨道坐标系下的实际物理坐标，与轨道中心位置相减即为受电弓中心线的偏移距离。

其有益效果如下：其利用四组集成式视觉传感器，得到受电弓上表面断面轮廓和底面平面的空间特征，继而计算得到上表面相对底面平面的距离，即磨耗值，基于上表面弓头部分断面轮廓和底面平面向上平移后的交点，确定受电弓空间位置中心，从而基于事先标定的轨道中心位置，计算该中心相对轨道中心的偏移量；其利用机器视觉的非接触式图像测量，实现机车动态在线检测，不影响机车运行，检测节奏快、效率高，自动化程度高，其采用激光投射构造受电弓上表面和下底面特征的技术，激光亮度高，能适应各种外界光照环境，抗干扰能力强；激光方向性好，精度高，可靠性好，检测稳定性佳，且采用双目立体视觉结合激光构造的技术，利用双目立体视觉匹配能力强、现场标定快捷的优点，抗环境光干扰能力更强，测量精度更高，其采用相机硬触发方式，无论是单弓还是双弓，一套设备实现连续在线检测。仅使用四组集成式传感器，省去背景白板和补光灯，方便现场作业的安装与调试，综合成本优，且一套测量系统可实现受电弓滑板磨耗和中心线偏移等综合几何参数的同步测量、使得功能多样化。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。