一种基于线阵相机的轨面监控系统及其轨道病害巡检器的制作方法

1.本实用新型涉及轨道病害巡检技术领域，尤其涉及一种基于线阵相机的轨面监控系统及其轨道病害巡检器。


背景技术：

2.随着我国高速铁路的迅速发展，轨道病害检测逐渐成为铁路发展中的一个重要的研究方向。轨道作为轨道交通的基础设施，其性能状态与轨道交通运营安全密切相关。列车经长时间运行后，由于列车行轧、地基沉降、材料老化等多种原因，轨道状态会逐渐恶化，随机出现轨距改变、钢轨断裂、扣件失效等多种病害，若不能及时发现和处理，便有可能酿成列车脱轨等重大交通事故。因此，轨道检测维护工作对于铁路发展显得尤为重要。
3.目前轨道病害检测采用人工检测，人工视觉检测远不能满足轨道巡检的需求，由此，机器视觉检测系统就在此时脱颖而出，一种轨道表面检测装置安装在轨道列车车底，用于对铁路表面的情况进行扫描，方便工作人员掌握铁路情况以便及时修复的。
4.如中国专利，公开号为cn204924974u的一种机器视觉钢轨表面缺陷检测系统中，所用光源是在钢轨两侧进行照明，结合钢轨表面形状，难以获得亮度足够且均匀的结果图片。而亮度不足会使其难以适配高速场景。
5.如中国专利，公开号为cn102636492b的钢轨表面缺陷高速在线检测设备在钢轨的前后方向上使用了两个条形光源进行照明，结合钢轨表面形状，对钢轨表面两侧的成像能力很弱，检测范围会受影响。
6.因此，亟需一种解决现有技术中存在的图像光照不均或亮度不足的基于线阵相机的轨面监控系统及其轨道病害巡检器。


技术实现要素：

7.(一)要解决的技术问题
8.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种基于线阵相机的轨面监控系统及其轨道病害巡检器，其解决了现有技术中存在的图像光照不均或亮度不足的基于线阵相机的轨面监控系统及其轨道病害巡检器的技术问题。
9.(二)技术方案
10.为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：
11.一种基于线阵相机的轨面监控系统，其固定安装于列车下方，且随着列车在钢轨上的移动进行监控钢轨的轨面，所述轨面监控系统包括线阵相机、光源组件和用于安装所述线阵相机和所述光源组件的安装组件以及与所述线阵相机通信连接的计算机/控制器；
12.所述线阵相机，用于采集钢轨表面图像，并将所采集的钢轨表面图像通过通讯连接传输至所述计算机/控制器，所述计算机/控制器用于接收钢轨表面图像进行处理；
13.所述安装组件包括线光源和三个高亮条形光源，且线光源和三个高亮条形光源对应分布于所述线阵相机的下方四周。
14.可选地，还包括遮光外壳；
15.所述遮光外壳通过所述安装组件与所述线阵相机相连，所述遮光外壳用于将所述线光源和三个所述高亮条形光源罩设于其内腔。
16.可选地，所述安装组件具有沿外侧四周依次设置的第一安装壁、第二安装壁、第三安装壁和第四安装壁；
17.所述第一安装壁上设置有第一调节机构，所述第一调节机构与所述线光源相连，并通过所述第一调节机构对所述线光源的竖直方向和纵向水平方向以及所述线光源相对于所述第一安装壁的转动角度进行调节；
18.所述第二安装壁或第三安装壁或第四安装壁均设置有第二调节机构，所述第二调节机构与所述高亮条形光源相连，通过所述第三安装壁上的所述第二调节机构对所述高亮条形光源的竖直方向和纵向水平方向以及所述高光条形光源相对于所述第三安装壁上的转动角度进行调节；通过所述第二安装壁或所述第四安装壁上的所述第二调节机构对所述高光条形光源的竖直方向和横向水平方向以及所述高光条形光源相对于所述第二安装壁或所述第四安装壁上的角度进行调节；
19.所述第一调节机构和所述第二调节机构之间相互配合，进而带动所述第一调节机构的线光源以及所述第二调节机构的高光条形光源发出光亮，以供所述线阵相机的采集钢轨表面图像。
20.可选地，所述第一调节机构包括第一水平调节件和第一竖直调节件；
21.所述第一竖直调节件设置于所述第一安装壁上，用于调节所述线光源的横向竖直方向的位置；
22.所述第一水平调节件与所述第一竖直调节件的底部相固定，所述第一水平调节件用于调节所述线光源的纵向水平方向的位置；
23.所述第一调节机构还包括第一旋转支架，所述第一旋转支架与所述第一水平调节件相固定，所述第一旋转支架上固定连接有连接架，所述连接架与所述线光源相固定，所述连接架可选择地在所述第一旋转支架上转动，进而使得线光源的角度沿所述第一旋转支架旋转。
24.可选地，所述第一调节机构有两个，两个所述第一调节机构分别设置于所述线光源的两端。
25.可选地，所述第二调节机构包括第二水平调节件和第二竖直调节件；
26.所述第二竖直调节件设置于所述第二安装壁或第三安装壁或第四安装壁上，用于调节所述第二安装壁或所述第三安装壁或所述第四安装壁上的所述高亮条形光源的横向竖直方向的位置；
27.所述第二水平调节件与所述第二竖直调节件的底部相固定，所述第三安装壁的所述第二水平调节件用于调节所述第三安装壁的所述高亮条形光源的纵向水平方向的位置以及所述第二安装壁或所述第四安装壁上所述第二水平调节件用于调节所述第二安装壁或所述第四安装壁上所述高亮条形光源的横向水平方向的位置；
28.所述第二调节机构还包括第二旋转支架，所述第二旋转支架与所述第二水平调节件相固定，所述第二旋转支架与所述高亮条形光源相固定，所述高亮条形光源可选择地在所述第二旋转支架上转动，进而使得所述高亮条形光源的角度沿所述第二旋转支架旋转。
29.可选地，所述线阵相机采用2k线阵相机，且所述2k线阵相机的镜头处设置于蓝光滤光片，所述蓝光滤光片用于获取蓝色波段的光。
30.可选地，所述遮光外壳开设有多个开口，每个所述开口与所述高光亮条形光源的位置相对应。
31.可选地，所述线阵相机通过有线通信网络与所述计算机/控制器相连。
32.一种轨道病害巡检器，包括两个所述的基于线阵相机的轨面监控系统，两个所述的基于线阵相机的轨面监控系统设置于列车的车头后方底端的左右两侧，且随着所述列车在钢轨上的移动进行监控钢轨的轨面
33.(三)有益效果
34.本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种基于线阵相机的轨面监控系统及其轨道病害巡检器，通过第一调节机构对线光源进行竖直方向和纵向水平方向的调节以及三个第二调节机构分别三个高亮条形光源的纵向水平方向和角度以及横向水平方向和角度的调节，实现钢轨表面的均匀成像。而且通过线光源对钢轨下方的扣件区域进行照明，能同时拍摄钢轨与扣件两个位置。
附图说明
35.图1为本实用新型的轨面监控系统设置于列车车头的位置示意图；
36.图2为本实用新型的基于线阵相机的轨面监控系统的立体示意图；
37.图3为本实用新型的基于线阵相机的轨面监控系统的未设置遮光外壳的立体示意图；
38.图4为图2沿箭头c所指的方向的立体示意图。
39.【附图标记说明】
40.10：线阵相机；20：光源组件；21：线光源；22：高亮条形光源；
41.30：安装组件；31：底板；32：第一侧板；33：安装框架；331：第一安装侧板；332：第二安装侧板；333：横板；34：第二侧板；35：l形板；36：连接支架；40：遮光外壳；50：第一调节机构；51：第一水平调节件；52：第一竖直调节件；60：第二调节机构；61：第二水平调节件；62：第二竖直调节件；63：第二旋转支架；70：开口；
42.80：车头。
具体实施方式
43.为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”、“左”和“右”等方位名词以图1的定向为参照。将线阵相机10所在的一侧定义为上。
44.参照图1所示，本实用新型实施例提出的一种轨道病害巡检器，包括两个轨面监控系统，两个轨面监控系统设置于列车的车头80后方底端的左右两侧，且随着列车在钢轨上的移动进行监控钢轨的轨面。
45.参照图1-图3所示，一种基于线阵相机的轨面监控系统包括线阵相机10、光源组件20和用于安装线阵相机10和光源组件20的安装组件30以及与线阵相机10通信连接的计算机/控制器。
46.线阵相机10，用于采集钢轨表面图像，并将所采集的钢轨表面图像通过通信连接传输至计算机/控制器，计算机/控制器用于接收钢轨表面图像进行处理。
47.光源组件20包括线光源21和三个高亮条形光源22，且线光源21和三个高亮条形光源22对应分布于线阵相机10的下方四周。
48.进一步地，安装组件30具有沿外侧四周依次设置的第一安装壁、第二安装壁、第三安装壁和第四安装壁。具体地，安装组件30包括底板31、第一侧板32、第二侧板34和安装框架33。底板31的前侧端面左右两边分别焊接有第一侧板32和第二侧板34，且底板31和第一侧板32以及第二侧板34相焊接以形成倒u形支架。线性相机10通过l形板35与倒u形支架螺栓连接。安装框架33螺接于倒u形支架的前侧开口处的下方。安装框架33包括第一安装侧板331、第二安装侧板332和横板333。其中，第一安装侧板331与第一侧板32相螺接。第二安装侧板332与第二侧板34相螺接。横板333设置于第一安装侧板331和第二安装侧板332，且横板333与第一安装侧板331和第二安装侧板332通过焊接的方式连接。
49.需要说明的是，底板31作为安装组件30的第一安装壁；第一侧板32作为安装组件30的第二安装壁；横板333作为安装组件30的第三安装壁；第二侧板34作为安装组件30的第四安装壁。
50.进一步地，第一安装壁上设置有第一调节机构50，第一调节机构50与线光源21相连，并通过第一调节机构50对线光源21的竖直方向(即上下方向)和纵向水平方向(即前后方向)以及角度进行调节。
51.第二安装壁、第三安装壁和第四安装壁上均设置有第二调节机构60，三个第二调节机构60分别与三个高亮条形光源22相连，并通过第三安装壁上的第二调节机构60对高亮条形光源22的竖直方向(即上下方向)和纵向水平方向(前后方向)以及高光条形光源22相对于第三安装壁上的转动角度进行调节。通过第二安装壁和第四安装壁上的第二调节机构60对高光条形光源22的竖直方向(即上下方向)和横向水平方向(即左右方向)以及高光条形光源22相对于第二安装壁或第四安装壁上的角度进行调节。
52.第一调节机构50和第二调节机构60之间相互配合，进而带动第一调节机构的线光源21以及第二调节机构60的高光条形光源22发出光亮，以供线阵相机10的采集钢轨表面图像。
53.还包括遮光外壳40。遮光外壳40通过连接支架36以及多个安装支杆与安装组件30相螺接。以使遮光外壳40更稳定。通过外置遮光外壳40可以阻隔外界光的影响，使监测装置能完成户外场景的采集工作。
54.进一步地，第一调节机构50包括第一水平调节件51和第一竖直调节件52。
55.第一竖直调节件52设置于第一安装壁上，用于调节线光源21的横向竖直方向的位置。优选地，第一竖直调节件52包括调节螺母和调节螺杆，调节螺母为钣金件，调节螺母与底板31通过螺栓相固定。调节螺母内部具有螺纹，调节螺母通过螺纹与调节螺杆的外部相螺接。在线光源21安装前，通过调节螺母和调节螺杆之间的相互作用对线光源21的竖直方向进行调节。
56.第一水平调节件51与第一竖直调节件52的底部相固定，第一水平调节件51用于调节线光源21的纵向水平方向的位置。其中，第一水平调节件51同样包括调节螺母和调节螺杆，调节螺母为钣金件，调节螺母与第一旋转支架53通过螺栓相固定。调节螺母内部具有螺
纹，调节螺母通过螺纹与调节螺杆的外部相螺接。在线光源21安装前，通过调节螺母和调节螺杆之间的相互作用对线光源21的竖直方向进行调节。
57.第一调节机构50还包括第一旋转支架53，第一旋转支架53与第一水平调节件51的调节螺母相固定。第一旋转支架53上固定连接有连接架54，连接架54与线光源21相固定，连接架54可选择地在第一旋转支架53上转动，进而使得线光源21的角度沿第一旋转支架53旋转。具体地，在第一旋转支架53的两端侧壁上均设置有弧形滑槽，其中，一端的弧形滑槽内通过定位螺栓件连接架54固定，在需要转动线光源21时，便松动另一端的弧形滑槽内的定位螺栓，由此调整连接架54在第一旋转支架53上的转动，同时弧形滑槽的设置可以使得连接架54沿弧形滑槽的方向任意转动，便可以调整与连接架54相连的线光源21的角度。
58.进一步地，第一调节机构50有两个，两个第一调节机构50分别设置于线光源21的两端。由于线光源21的特性，线光源21的聚光更好，线光源21相对高亮条形光源而言比较长，功率比较高，所以线光源21自带散热结构，相对比较重，因此，需要两个第一调节机构50来调节线光源21的位置和角度。
59.进一步地，第二调节机构60包括第二水平调节件61和第二竖直调节件62。
60.第二竖直调节件62设置于第二安装壁或第三安装壁或第四安装壁上，用于调节第二安装壁或第三安装壁或第四安装壁上的高亮条形光源22的横向竖直方向的位置。
61.需要说明的是，第二竖直调节件62的具体结构与第一竖直调节件52的具体结构均相同。第二竖直调节件62的调节螺母分别与第一侧板32、横板333和第二侧板34相螺接。在三个高亮条形光源22安装前，对三个高亮条形光源22进行竖直方向上的调节。
62.第二水平调节件61与第二竖直调节件62的底部相固定，第三安装壁的第二水平调节件61用于调节第三安装壁的高亮条形光源22的纵向水平方向的位置以及第二安装壁或第四安装壁上第二水平调节件61用于调节第二安装壁或第四安装壁上高亮条形光源22的横向水平方向的位置。第二水平调节件61的结构与第一水平调节件51的具体结构均相同。第二水平调节件61的调节螺母底部与第二旋转架63上方中心相螺接。
63.第二调节机构60还包括第二旋转支架63，第二旋转支架63与第二水平调节件61相固定。第二旋转支架63与高亮条形光源22相固定，高亮条形光源22可选择地在第二旋转支架63上转动，进而使得高亮条形光源22的角度沿第二旋转支架63旋转。具体第，第二旋转支架63的两端侧壁上均开设有弧形滑槽，高亮条形光源22可沿其弧形滑槽内旋转。
64.线阵相机10用于采集钢轨表面图像，并将所采集的钢轨表面图像通过通讯连接传输至计算机，计算机用于接收钢轨表面图像进行处理。进一步地，线阵相机10通过有线通信网络与计算机/控制器相连。计算机位于监测中心，有操作人员对列车轨面进行实时监测，实现实时的获取图片并进行相应处理。
65.进一步地，线阵相机10采用2k线阵相机10，且2k线阵相机10的镜头处设置于蓝光滤光片，蓝光滤光片用于获取蓝色波段的光。选用波长更短的蓝色光源，更适合金属表面的成像，同时可以通过在线阵相机10的镜头前加装蓝光滤光片，进一步减小外界光的影响。
66.进一步地，遮光外壳40开设有多个开口70，每个开口70与高光亮条形光源的位置相对应。开口70的设置便于后续的检修和调试，同时开口70处设置有与开口70一侧相铰接的档门。
67.本实用新型由于钢轨表面是中间水平，两角倾斜的形状，因此，三个分散且可以分
别调节亮度的高亮条形光源22更利于成像，且能获得更高的亮度。而且通过线光源21对钢轨下方的扣件区域进行照明，能同时拍摄钢轨与扣件两个位置。通过第一调节机构50对线光源21进行竖直方向和纵向水平方向的调节以及三个第二调节机构60分别三个高亮条形光源22的纵向水平方向和角度以及横向水平方向和角度的调节，实现钢轨表面的均匀成像。
68.需要说明的是，钢轨下方的扣件是两个相邻钢轨之间的紧固装置，用于夹紧相邻钢轨，扣件用于钢轨的固定，以免钢轨侧翻，一般半米左右设置一对扣件，可以通过这个辅助判断一下里程也可以在图像里看出钢轨焊接的具体位置，即可以辅助里程定位、定位钢轨拼接处等功能。在搭配超声探伤之类设备一起用的时候，屏蔽这种焊接地方的检测。
69.进一步地，轨面监控系统的线阵相机10通过光轴与固定座相连，固定座用于与列车的车头80后方底端的底座相固定。随着列车的行走对列车的钢轨进行实时监测。
70.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
71.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
72.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
73.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
74.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。