基于机器视觉的接触线磨耗自动测量仪器的制作方法

本实用新型涉及一种基于机器视觉的接触线磨耗自动测量仪器。

背景技术：

目前的接触网应用主要分布于铁路领域和地铁领域，在铁路领域采用的主要是柔性接触网，而地铁领域采用的是刚性接触网，刚性接触网的最大优点在于无轴向张力，不存在断线的可能，此外还有结构相对简单、检修维护工作量小等优点。目前国内大部分地铁都在使用刚性接触网，但是随着运行时间的增加，某些区段列车手电弓与接触线之间弓网关系不良，使得接触线局部磨耗严重的现象日益突出，接触线磨耗严重时可能导致接触线断裂，从而进一步恶化了弓网关系。

地铁内的接触线除了与铁路领域接触线在刚性、柔性上有差别之外，还存在一重大区别在于，地铁内的接触线需要通过汇流排夹持，目前检测地铁内的接触线磨耗时，需要将接触线从汇流排上拆卸下来，采用游标卡尺的接触式方法进行检测，这种方法自动化不强，效率低下，因此有必要研究一种不用将接触线从汇流排卸下就可以完成检测的方法。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种基于机器视觉的接触线磨耗自动测量仪器，可以采用非接触式的测量方式，完成地铁中接触线磨耗量的检测。

本实用新型的技术方案为：

一种基于机器视觉的接触线磨耗自动测量仪器，包括：

侧面设有把手的外壳，外壳表面设有窗口；

在外壳内部设置有光发射单元，光发射单元发出光束经反射单元后，通过所述窗口覆盖式投射在被检测接触线磨耗面上，被检测接触线磨耗面的反射光沿原路返回至所述反射单元，经反射单元后，被远心镜头接收并成像，工业相机拍摄所述成像并发送给处理器，处理器根据所述成像计算接触线磨耗面宽度，依据磨耗面宽度和磨耗量之间的几何关系，计算出相应的接触线磨耗量。

本实用新型中所使用的远心镜头具有成像放大倍率不变的特性，在测量接触线磨耗的过程中，由于接触线磨耗量不同，导致磨耗面与镜头之间的物距也是不同的。一般镜头的放大倍率随着物距变化而改变，不适合用于精确测量磨耗面宽度。本实用新型利用远心光路特性，保证磨耗面实际宽度的测量结果不受物距改变的干扰。

本实用新型采用反射单元可以起到光路折叠的作用，有效降低可接触线测量仪器整体的高度，便于测量人员携带和操作。

进一步的，在所述外壳表面设有窗口的一侧安装有定位块，用于与固定接触线的汇流排表面贴合，保持仪器测量时的姿态。

进一步的，所述光发射单元的中心轴线与远心镜头的光轴在设定范围内重合。

进一步的，所述光发射单元采用中空的环绕式光源。

进一步的，所述处理器采用嵌入式处理器。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出的接触线磨耗测量仪器是一种非接触式自动测量装置，测量过程自动化程度高并且测量精度高。

仪器中所使用的远心镜头具有成像放大倍率不变的特性。测量接触线过程中，由于接触线磨耗量不同，导致磨耗面与镜头之间的物距也是不同的。一般镜头的放大倍率随着物距变化而改变，不适合用于精确测量磨耗面宽度。本实用新型利用远心光路特性，保证磨耗面实际宽度的测量结果不受物距改变的干扰。

仪器中所使用的反射单元起到光路折叠的作用，可以有效降低接触线测量装置整体的高度，便于测量人员携带和操作。

环绕式光源中心轴线与远心镜头的光轴基本重合，这种安装方式保证环形光源的出射光均匀照射在接触线磨耗面上。

本实用新型提出的这种仪器在使用过程中，将测量仪器的定位块与地铁线汇流排紧密贴合到一起，测量装置中的工业相机可以清楚拍摄接触线磨耗面的图像，经过分析处理图像后可以得到接触线的磨耗量数值。除了磨耗量数值之外，测量仪器还可以得到接触线残存高度、接触线宽度以及磨耗百分比这三个重要参数。

附图说明

图1为本实用新型接触线磨耗测量仪器结构示意图；

图2为本实用新型一使用实例。

其中，1-仪器外壳，2-工业相机，3-仪器把手，4-环形光源，5-反射镜，6-观察窗口，7- 远心镜头，8-定位块，9-汇流排，10-接触线，11-仪器本体。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明：

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实用新型提出的一种典型实施例是一种基于机器视觉的接触线磨耗自动测量仪器，包括仪器外壳1，在仪器外壳1的侧面设有把手3，且在把手3相对的外壳侧表面设有观察窗口6。

在外壳1内部设置有光发射单元，本实施例中采用环形光源4作为光发射单元，也可以采用其他中空的环绕式光源，将远心镜头7环绕包围在其中空区域内。环形光源4的出射光经过反射单元后通过仪器外壳1上的窗口覆盖式得照射到接触线磨耗面上，被均匀照明的磨耗面通过远心光路在相机2中成像，然后采用嵌入式处理器分析处理磨耗面图像并获得接触线磨耗面宽度，从而计算出接触线磨耗量。

本实施例中，反射单元采用反射镜5，但不限于反射镜，也可以是其他具有反射功能的光学元件。

本实施例中所使用的远心镜头7具有成像放大倍率不变的特性，在测量接触线磨耗的过程中，由于接触线磨耗量不同，导致磨耗面与镜头之间的物距也是不同的。一般镜头的放大倍率随着物距变化而改变，不适合用于精确测量磨耗面宽度。而采用远心光路，利用成像放大倍率不变的特性，即可以保证磨耗面实际宽度的测量结果不受物距改变的干扰。

本实施例中的反射镜7起到光路折叠的作用，可以有效降低接触线测量装置整体的高度，便于测量人员携带和操作。

环形光源4需要固定在装置底座上，并且环形光源4中心轴线与远心镜头7的光轴基本重合，采用这种安装方式可以保证环形光源的出射光均匀照射在接触线磨耗面上。

如图2所示，给出了本实用新型的一种使用实例，地铁接触线磨耗装置外壳上安装有定位块8，定位块8可以与固定接触线10的汇流排9表面紧密贴合，从而保证仪器11测量时的正确姿态。仪器11在工作时，测量人员将测量仪器11的定位块8与地铁线汇流排9紧密贴合到一起，需要测量磨耗量时按下测量启动按钮，则测量装置中的相机2拍摄接触线磨耗面图像，经过分析处理图像后可以得到接触线的磨耗量数值。

采用上述仪器11进行接触线磨耗量测量时，核心在于采用成像图像进行分析，具体分析包括以下步骤：

光发射单元发出的光束覆盖式投射在被检测接触线磨耗面上，光束经被检测接触线磨耗面反射后由远心镜头7接收并成像，采用工业相机2或其他存储介质记录所述成像，利用图像检测算法得到成像图像中被检测接触线磨耗面宽度，依据磨耗面宽度和磨耗量之间的几何关系，计算出相应的接触线磨耗量。

本实施例中采用图像检测算法处理成像图像，然后得到接触线磨耗量包括以下步骤：

(1)对接触线图像进行二值化处理；

(2)对二值化处理后的图像进行连通域分析，并根据连通域面积特征确定属于接触线磨耗面的连通域；

(3)使用平行四边形逼近的方法处理磨耗面连通域的轮廓，并得到四边形的四个顶点的坐标；

(4)根据四边形的四个顶点初步计算出磨耗面两侧边界的直线方程L1与L2，然后分别统计到两条直线距离小于0.5个像素的轮廓点从而形成点集P1与P2；

(5)采用最小二乘精确拟合出磨耗面边界方程并计算两条直线之间的距离，最后根据光学系统的放大系数计算出磨耗面宽度。

依据磨耗面宽度和磨耗量之间的几何关系，计算出相应的接触线10磨耗量具有多种方法，本实施例根据接触线10的半径，利用弦长弓高法计算出接触线10的磨耗量。

具体按照以下公式：

R²＝D²+(R-h)²

其中，R是已知的接触线半径，D是测量得出的接触线磨耗面宽度，h即为带求的磨耗量。通过上述公式，就可以得到接触线磨耗量h。

在获得接触线磨耗量的基础上，通过已知的接触线10半径，采用简单的算数方法即可以计算处接触线10残存高度、接触线10宽度和磨耗百分比。

本实用新型提出的接触线磨耗测量仪器11相比现有技术来说是一种非接触式自动测量装置，测量过程自动化程度高并且测量精度高。

仪器11中所使用的远心镜头7具有成像放大倍率不变的特性。测量接触线10过程中，由于接触线磨耗量不同，导致磨耗面与镜头之间的物距也是不同的。一般镜头的放大倍率随着物距变化而改变，不适合用于精确测量磨耗面宽度。本实用新型利用远心光路特性，保证磨耗面实际宽度的测量结果不受物距改变的干扰。

本实用新型提出的这种仪器11在使用过程中，将测量仪器11的定位块8与地铁线汇流排9紧密贴合到一起，测量装置中的工业相机2可以清楚拍摄接触线磨耗面的图像，经过分析处理图像后可以得到接触线10的磨耗量数值。除了磨耗量数值之外，测量仪器11还可以得到接触线10残存高度、接触线10宽度以及磨耗百分比这三个重要参数。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。