专利名称：一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，用于铁路桥梁表面， 特别是野外大跨度、长距离的高架铁路桥梁的表面裂缝检查，属于桥梁安全 监测领域。
背景技术：
铁路桥梁表面出现裂缝是内部损伤达到 一定危险程度的集中表现，是桥
梁出现结构性危险的最明显的信号，当裂缝的宽度达到0.2mm以上时，外 界水汽容易进入内部加速钢筋腐蚀，可能直接破坏桥梁整体性，使桥梁承载 能力大为降低，影响铁路的安全运行。因此，及时捕捉、检查桥梁表面裂缝， 对于预示或及时发现工程险情，保证桥梁的可靠运营以及延长桥梁的使用寿 命具有重要意义。
当前桥梁检测主要依靠工作人员乘坐在桥检车的吊篮里靠近待检测桥 面人工观察，主要凭借个人经验目视检测，给定检测结果，容易受到主观因 素的影响且效率低、危险性高，同时，因吊篮要靠近待检测桥面，当吊篮遇 到桥墩和避车台时，桥检车要停止走行，收回吊篮，避开桥墩和避车台后再 伸展到工作位置，工作效率很低；另外一种方式是应用视觉技术在地面用远 距离观测装置或者其它搭载装置检查桥梁表面，多是对城市里距离较短的公 路桥梁进行检测，通常依靠自然光照明，易受天气变化的影响，或者缺少连 续存储装置；另外也有应用视觉检测技术用于轻轨轨道梁面检测的装置，但 是针对的是特殊梁体结构设计的检测系统，由于野外环境地理、地质条件复 杂，这些方法都不适合野外大量存在的大跨度、长距离的高架铁路桥梁表面 的检测。
发明内容
4本发明的目的在于提供一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，以能够对 铁路桥梁表面裂缝进行快速、高精度检测并能够定位缺陷。
本发明的技术解决方案是 一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，本装 置釆用视觉检测技术，利用相机对待检桥梁表面成像，记录、存储图像数据， 然后通过图像处理和模式识别技术，分析、提取表面的裂缝特征，从而实现 裂缝的检测。
一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，其特征在于该装置包括照明系 统、成像系统、温控系统、数据采集存储系统、定位系统，其中照明系统、 成像系统、温控系统安装在轨道式桥检车的吊篮上；
照明系统包括照明光源和控制电路，对待检测桥梁表面正面照明；该控 制电路作为光源与相机的接口受相机信号控制，控制照明光源的闪烁频率；
温控系统包括加装光学玻璃、加热器和风扇的防护罩保护相机和镜头能 够在野外环境下正常工作；
成像系统包括相机和镜头，安装在防护罩内，与照明系统配合采集图像；
数据采集存储系统，安装在轨道式桥检车的控制室内，将成像系统实时 采集的图像数据记录在磁盘上；
定位系统安装在桥检车车轮轴上，确定缺陷在桥梁上的位置。
其中，所述的照明系统采用的照明光源为频闪光源。
其中，所述的照明系统和成像系统采用的布局结构为相机纵向交错排 列，照明光源采用一上两下或一下两上的布置方式，使待检测桥梁区域光照 均匀。
其中，所述的成像系统采用的相机为千兆网接口的面阵CCD相机，该 相机通过千兆网卡与数据采集存储系统相连。
其中，所述的成像系统采用的镜头为长焦镜头。
其中，所述的定位系统采用光电编码器，该编码器每隔固定角度输出脉 冲信号，输入CCD相机驱动相机拍摄图像。其中，所述的数据采集存储系统包括存储计算机和磁盘存储阵列，所述
的磁盘存储阵列采用磁盘存储阵列卡与SAS硬盘构成。
本发明的原理是将本发明安装在桥检车的吊篮上，利用视觉检测技术， 当桥检车在铁轨上连续走行时，定位系统输出脉冲信号，输入CCD相机驱 动相机连续拍摄图像，同时相机通过光源控制电路控制频闪光源交替依次闪 光为相机补充光照，获得的图像数据经过千兆网线实时传输进入存储计算机 存储下来，利用图像处理技术对存储的图像数据进行处理，识别出裂缝、掉 块等缺陷，最终给出所检测缺陷的大小及位置信息。
本发明一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，与现有技术相比的优点在 于(1)与现有人工的桥梁检测技术相比，采用视觉检测技术，避免了传 统人工检测时易受到疲劳、操作经验等主观因素影响的缺点，降低劳动强度 和操作危险性；(2)用频闪光源为相机补充光照，减小自然光的影响；(3) 本发明可连续工作，桥检车不用避让桥墩和避车台，直接通过，实现快速、 高精度连续检测；(4)使用千兆网接口面阵CCD相机，通过千兆网卡与计 算机直接相连，不用专用的图像采集卡，且千兆网线的数据传输距离长，避 免其它接口相机数据传输距离近的缺陷，利于将成像系统与存储控制系统分
开较远距离，因此，操作人员可以在桥检车的控制室内完成操作，改善操作
人员的工作环境。
图1为本发明的结构框图2为本发明的整体布局图3为本发明的频闪光源与成像系统的布局图4为本发明的频闪光源控制电路图； 图中具体标号如下
1、控制室 2、计算机 3、操作人员
4、千兆网线 5、避车台 6、吊篮7、机械臂 8、相机架 9、频闪光源
10、相机 11、防护罩 12、桥梁表面
13、光电编码器 14、桥墩 15、控制电路
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图l及图2所示，本发明一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，主要 包括照明系统、成像系统、温控系统、数据采集存储系统、定位系统，其中 照明系统、成像系统、温控系统安装在轨道式桥检车的吊篮上，
照明系统包括频闪光源9和控制电路15,对待检测桥梁表面12正面照 明；该控制电路15作为频闪光源9与相机10的接口受相机信号控制，控 制照明光源的闪烁频率；
温控系统包括加装光学玻璃、加热器和风扇的防护罩11，保护相机和 镜头能够在野外环境下正常工作；
成像系统包括相机和镜头，安装在防护罩11内，与照明系统配合采集 图像；
数据采集存储系统包括存储计算机2和磁盘存储阵列，安装在轨道式桥 检车的控制室1内，将成像系统实时采集的图像数据记录在磁盘上；
定位系统采用光电编码器13,安装在桥检车车轮轴上，确定缺陷在桥 梁上的位置。
如图2所示，存储计算机2，放置在桥检车的控制室1内，由操作人员 3控制检测过程。相机10采用带有千兆网接口的高精度数字面阵CCD相机， 相机接口为C型接口，与200mm定焦F型接口镜头连接需要加装镜头转接 环。相机和镜头外有防护罩11，防护等级为IP66，主体使用铝合金，前方 视窗选用光学玻璃，配有加热器、风扇、遮阳罩、雨刷器，具有防水、防尘 和预防温度过高或过低的功能，工作温度为-35。C ~65°C，保证相机和镜头 在恶劣野外条件下能够正常的工作。相机IO与频闪光源9都安装在相机架8上，其中相机架8安装在桥4企 车的吊篮6上，便于拆卸。工作时，桥检车在铁轨上连续走行，吊篮6伸展 到工作位置，与待检测的桥梁表面12距离2m，相机10对待检测桥梁表面 12连续拍摄图像，经过排布在机械臂7上的六类千兆网线4将获取的图像 数据输入存储计算机2连续存储，以备处理，即使遇到桥墩14和避车台5 也不用停车避让，可以连续通过，提高检测效率。桥梁的一侧桥面检测完毕 之后，机械臂7带着吊篮6翻转到桥梁的另外一侧，重复上面的检测过程， 从而完成对所有待检测桥面的检测工作。
相机10通过存储计算机2上的千兆网卡输入数据，不用专用的图像采 集卡，该存储计算机采用专业工业底板，含双核处理器的全长CPU卡，独 立3U磁盘阵列拒。三台相机每秒钟的输出的数据总量约为120MB,数据通 过计算机总线写入磁盘存储阵列，该磁盘存储阵列由磁盘阵列卡和12块SAS 硬盘采用RAID5 (Redundant Array of Independent Disk)方式构成，提高数 据的存储速度，将图像数据不丢帧的写入硬盘，能够满足系统连续12个小 时工作的数据存储容量，实现大量图像数据长时间的连续存储。
安装在桥检车车轮轴上的光电编码器13随着桥检车的前进和车轮的滚 动，每隔固定的旋转角度(对应于桥检车前进的固定距离)产生一个脉冲信 号，该脉沖信号作为相机的触发信号控制相机拍摄，使相机每隔固定距离拍 摄一幅图像，避免因车速变化引起的拍摄图像区域重叠或漏拍。以相机拍摄 次数作为顺序存储拍摄图像的文件名，处理图像得到裂缝特征后，根据记录 的文件名和前面所述的固定距离值，可以得到裂缝图像所在位置与拍摄起点 (桥梁起点)的相对距离，实现裂缝的定位。
如图3所示为本发明安装在相机架上的相机10与频闪光源9的布局图， 其中相机纵向交错排列，工作时采用三台相机同时对待检测桥梁表面12连 续拍摄图像，由于相机的曝光时间短，必须补充光照，使用控制电路15控 制三个频闪光源逐个依次闪光补充光照， 一方面减少频闪光源的数量节约成
8本，另一方面釆用一上两下或两上一下的布局不影响光照均匀性，同时使得 系统整体结构紧凑，占用空间小。
如图4所示，为本发明的频闪光源控制电路，作为光源和相机之间的接 口电路，频闪光源接收外部触发信号控制闪光频率。相机拍照与光源收到触 发信号后至灯管闪亮的时间必须一致，因此，采用一台相机输出的Strobe 信号作为同步信号，将Strobe信号通过控制电路进行分频，用分频出来的低 频信号作为频闪光源的触发信号。控制电路采用带有异步清除功能的可预置 数的bed计数器74LS160芯片以及与或非门组成，实现将一路输入TTL信 号进行三分频，得到三个相位相差120。的三个输出信号，它们分别触发三 个频闪光源，使得相机曝光的同时，总有一个频闪光源闪光，而另外两个频 闪光源有足够的时间充电，为下次闪光做好准备，这样可以使得相机和频闪 光源协同工作。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的 现有技术。
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权利要求
1、一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，其特征在于该装置包括照明系统、成像系统、温控系统、数据采集存储系统、定位系统，其中照明系统、成像系统、温控系统安装在轨道式桥检车的吊篮上；照明系统包括照明光源和控制电路，对待检测桥梁表面正面照明；该控制电路作为光源与相机的接口受相机信号控制，控制照明光源的闪烁频率；温控系统包括加装光学玻璃、加热器和风扇的防护罩，保护相机和镜头能够在野外环境下正常工作；成像系统包括相机和镜头，安装在防护罩内，与照明系统配合采集图像；数据采集存储系统，安装在轨道式桥检车的控制室内，将成像系统实时采集的图像数据记录在磁盘上；定位系统安装在桥检车车轮轴上，确定缺陷在桥梁上的位置。
2、 根据权利要求1所述的一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，其特 征在于所述的照明系统采用的照明光源为频闪光源。
3、 根据权利要求1或所述的一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，其 特征在于所述的照明系统和成像系统采用的布局结构为相机纵向交错排 列，照明光源采用一上两下或一下两上的布置方式，使待检测桥梁区域光照 均匀。
4、 根据权利要求1所述的一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，其特 征在于所述的成像系统采用的相机为千兆网接口的面阵CCD相机，该相 机通过千兆网卡与数据采集存储系统相连。
5、 根据权利要求1所述的一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，其特 征在于所述的成像系统采用的镜头为长焦镜头。
6、 根据权利要求1所述的一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，其特 征在于所述的数据采集存储系统包括存储计算机和磁盘存储阵列，所述的 磁盘存储阵列采用磁盘存储阵列卡与SAS硬盘构成。
7、根据权利要求1所述的一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，其特征在于所迷的定位系统采用光电编码器，该编码器每隔固定角度输出脉沖 信号，输入CCD相机驱动相机拍摄图像。
全文摘要
一种铁路桥梁表面裂缝视觉检查装置，其主要包括照明系统包括照明光源和控制电路，对待检测桥梁表面正面照明；温控系统包括加装光学玻璃的防护罩、加热器和风扇，保护相机和镜头能够在野外环境下正常工作；定位系统安装在桥检车车轮轴上，确定缺陷在桥梁上的位置；数据采集存储系统，安装在轨道式桥检车的控制室内；成像系统包括相机和镜头，安装在防护罩内。本发明在固定的工作距离下工作，实现连续高速检测，适用于铁路桥梁特别是分布在野外的大跨度、长距离的高架铁路桥梁检测，避免目前检测人员乘坐桥检车人工观测待检桥梁表面，易受到主观因素及天气因素的影响以及其它地面观测设备难以在野外或高架桥下展开等不足。
文档编号G01N21/86GK101509875SQ20091007973
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者李旭东, 葛文谦, 赵慧洁, 黄世杰 申请人:北京航空航天大学