一种非接触的钢轨表面伤损检测方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢轨表面伤损检测应用领域，特别涉及一种非接触的钢轨表面伤损检 测方法及其装置。
【背景技术】
[0002] 钢轨作为铁路基础设施最重要的组成部分之一，其服役状态对铁路运输的安全性 和舒适性具有直接和至关重要的影响。钢轨伤损是危及行车安全的重大隐患，必须尽早发 现和排除，加强对钢轨的动态检测和状态监控是指导钢轨养护维修的重要手段。钢轨表面 伤损主要包括轨头磨耗、表面擦伤、剥离掉块等。对于轨头磨耗，一般采用轨廓仪手工测量， 效率比较低，只能抽查。对于擦伤及剥离掉块等，更多依靠人眼进行巡检，容易漏检测。可 见，对于钢轨外观伤损的检测，目前工务部门还是利用一些简单的工具进行人工检查，有的 直接依靠人眼进行巡检，自动化程度不高，劳动强度大，作业效率低，检测结果可靠性差。
[0003] 现有的超声波检测和电磁检测技术是钢轨核伤检测的重要技术，已被广泛用于在 役钢轨的伤损检测。超声波探伤是依据定向辐射超声波束在缺陷界面上产生反射或使透过 声能下降等原理，通过测量回波信息和透过声波强度变化来指示损伤的一种方法。电磁检 测技术通过把电流或电磁场或两者同时引入钢轨，检测相应的电磁响应来获得钢轨表面和 近表面附近的缺陷特征信息。受检测原理的限制，这两种方式很难区分钢轨核伤和表面伤 损，需配合人工现场复查以判断伤损类型，自动化程度低，在钢轨表面伤损检测方面应用不 足。并且，单个超声波探头探测角度范围和探测距离有限，对轨顶面还可以较全面探测，但 到了轨侧面效果就差许多，到轨腰处就需要大功率超声波探伤设备，成本太高。
[0004] 现有的二维钢轨表面伤损检测系统基于数字图像处理的钢轨检测技术，利用CCD 摄像机获取钢轨表面图像以记录钢轨表面伤损信息，采用数字图像处理技术(对采样图像 采取图像增强、平滑滤波等预处理技术，采用特征分析、特征提取的方法实现钢轨表面伤损 的提取，）分析钢轨表面伤损。这种方法需要钢轨表面无污渍、无侵入物干扰；要求曝光均 匀，光照不均会导致图像对比度太强，掩盖了伤损的特征信息，伤损的漏识别率与识别不全 率高，往往需要加装相应的照明系统和电力系统，增加了成本;而且阴影还会造成伤损虚假 信息，误识别率高;伤损信息较弱导致无法识别，正确识别率不高且无法定量评价伤损深度 信息，检测速度较低且需要过多的人工干预。
[0005] 因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0006] 鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种非接触的钢轨表面伤 损检测方法及其装置，以解决现有钢轨表面伤损对超声波或电磁信号回波的干扰导致伤损 判断不准确的问题。
[0007] 为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案： 一种非接触的钢轨表面伤损检测装置，其包括载体平台、设置在载体平台上的里程计、 IMU、GPS接收机、同步控制电路、线激光扫描仪和计算机； 所述里同步控制电路根据里程计测量载体平台的里程数据和GPS接收机测量载体平台 的位置数据，对IMU和线激光扫描仪进行同步控制，并输出同步信息给计算机;IMU测量载体 平台的姿态参数，线激光扫描仪获取钢轨表面数据并均传输给计算机;计算机根据里程数 据、位置数据、姿态参数和钢轨表面数据计算出钢轨表面三维点云;及根据钢轨表面数据定 位伤损区域并进行特征提取，结合钢轨表面三维点云判定伤损信息。
[0008] 所述的非接触的钢轨表面伤损检测装置中，所述载体平台包括横梁支架、走行轮 和连接件； 连接件将横梁支架与走行轮连接，走行轮控制载体平台沿着钢轨移动;所述里程计安 装在载体平台的一端，IMU安装在横梁支架的底板中央，GPS接收机案装在横梁支架上方， 同步控制电路安装在横梁支架的底板上，计算机安装在横梁支架上方。
[0009] 所述的非接触的钢轨表面伤损检测装置中，所述线激光扫描仪包括左线激光扫描 仪和右线激光扫描仪;左线激光扫描仪和右线激光扫描仪分别安装在横梁支架的底板的左 右两端。
[0010] 所述的非接触的钢轨表面伤损检测装置中，还包括电源模块，用于对载体平台上 的里程计、IMU、GPS接收机、同步控制电路、线激光扫描仪和计算机供电。
[0011] -种采用所述的非接触的钢轨表面伤损检测装置的钢轨表面伤损检测方法，其包 括： A、 由里程计测量载体平台的里程数据，同时由GPS接收机测量载体平台的位置数据； B、 同步控制电路根据里程数据和位置数据对IMU和线激光扫描仪进行同步控制，并输 出同步信息给计算机;MU测量载体平台的姿态参数，线激光扫描仪获取钢轨表面数据并均 传输给计算机； C、 计算机根据里程数据、位置数据、姿态参数和钢轨表面数据计算出钢轨表面三维点 云； D、 根据钢轨表面数据定位伤损区域并进行特征提取，结合钢轨表面三维点云判定伤损 信息。
[0012] 所述的非接触的钢轨表面伤损检测方法中，所述步骤B具体包括： B1、同步控制电路根据里程数据和位置数据进行空间基准调整，并与GPS接收机进行时 间同步； B2、同步控制电路对线激光扫描仪和IMU进行同步控制，IMU测量载体平台的姿态参数 并传输至计算机，线激光扫描仪获取钢轨表面数据并传输至计算机； B3、同步控制电路将里程数据和生成的同步记录数据传输至计算机。
[0013] 所述的非接触的钢轨表面伤损检测方法中，在所述步骤B2中，还包括： B21、GPS接收机在预设频率下输出载体平台的绝对位置坐标jp#，IMU连续获取载体 平台运动过程中的姿态数据?识里程计结合载体平台的起始位置获取线性参考坐 标，并传输至计算机。
[0014] 所述的非接触的钢轨表面伤损检测方法中，所述步骤C具体包括： C1、计算机根据绝对位置坐标jP@、姿态数据和线性参考坐标计算出载体 平台的定位中心轨迹坐标稱f，Yj，zf); C2、通过定位中心轨迹坐标计算钢轨表面上每个点的绝对位置坐 标if，根据所述绝对位置坐标if7生成钢轨表面三维点云。
[0015] 所述的非接触的钢轨表面伤损检测方法中，在所述步骤C2中，所述绝对位置坐标 if =::if ^ 坐标，为标定的线激光扫描仪到IMU体坐标系的旋转矩阵，为标定的线激光扫描 仪到頂U体坐标系的平移量，为頂U体坐标系到世界坐标系的平移量，为MU体坐 标系到世界坐标系的旋转矩阵；
[0016] 所述的非接触的钢轨表面伤损检测方法中，所述步骤D具体包括： D1、根据预设的钢轨标准模型和钢轨表面数据定位伤损区域； D2、对所述伤损区域的边界、形状、位置的特征信息进行提取，并将伤损区域在钢轨表 面三维点云中标示以生成伤损特征图像； D3、根据钢轨表面三维点云、特征信息和预设的钢轨表面伤损库判定伤损类型； D4、对所述伤损特征图像采用图像处理技术提取伤损类型信息. D5、根据伤损类型和伤损类型信息输出伤损类型分类结果并显示。
[0017] 相较于现有技术，本发明提供的非接触的钢轨表面伤损检测方法及其装置，通过 里程计测量载体平台的里程数据，GPS接收机测量载体平台的位置数据;同步控制电路根据 里程数据和位置数据对IMU和线激光扫描仪进行同步控制，并输出同步信息给计算机；MU 测量载体平台的姿态参数，线激光扫描仪获取钢轨表面数据并均传输给计算机;计算机根 据里程数据、位置数据、姿态参数和钢轨表面数据计算出钢轨表面三维点云;根据钢轨表面 数据定位伤损区域并进行特征提取，结合钢轨表面三维点云判定伤损信息；利用激光扫描 获取钢轨表面轮廓信息，避免了钢轨表面伤损对超声波或电磁信号回波的干扰，通过钢轨 表面三维点云提高了伤损判断的准确性。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明实施例提供的非接触的钢轨表面伤损检测装置的结构框图。
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