一种钢轨缺陷的3D在线视觉检测装置的制作方法

本实用新型属于自动化检测装置领域，特别涉及一种钢轨缺陷的3d在线视觉检测装置。

背景技术：

钢轨表面缺陷的三维检测技术是通过光源和相机的视觉方法来恢复钢轨表面的三维信息，然后通过得出的三维信息来确定缺陷的位置和缺陷种类的技术。单纯的利用相机来获取物体的二维图像并不能得出物体表面的深度信息，而氧化铁皮、结疤、压痕等钢轨缺陷在二维图像上非常相似，所以用二维图像进行缺陷检测效果不好。双目视觉技术可以得出钢轨表面深度，但其计算量较大；深度相机可以直接取得物体的表面深度但其精度较差；而激光切片的方法可以较好地解决这一问题。授权公告号为cn101639452b的实用新型专利公开了一种钢轨表面缺陷的三维检测方法，其中采用4台激光线光源和8台面阵相机对钢轨进行完全覆盖、以便进行数据采集。然而该方法使用的相机较多，标定过程繁琐、计算量大，使用仍然存在不便。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种钢轨缺陷的3d在线视觉检测装置。

本实用新型具体技术方案如下：

本实用新型提供了一种钢轨缺陷的3d在线视觉检测装置，包括支架、安装在所述支架上的四组检测机构以及与四组所述检测机构电性连接的分析单元，每组所述检测机构包括朝向同一方向的一个激光单元和一个相机单元，所述支架中部设有供所述钢轨水平穿过的通道，四组所述检测机构分别设在所述通道的左上方、右上方、左下方以及右下方；

四个所述激光单元发射的激光线位于同一平面上，且相对的两个所述相机单元的拍摄方向位于同一直线上。

进一步地，所述支架上设有四组激光单元调节机构和四组相机单元调节机构，所述激光单元调节机构用于安装所述激光单元、并对所述激光单元进行旋转调节和三维调节；所述相机单元调节机构用于安装所述相机单元、并对所述相机单元进行旋转调节和俯仰调节；每组所述激光单元调节机构和对应的所述相机单元调节机构通过同一个固定架安装在支架上。

进一步地，所述激光单元调节机构包括固定在所述固定架上的第一底座，所述第一底座上设有与所述第一底座相平行的三维调节支架，所述三维调节支架一侧连接有第一安装板，所述第一安装板上设有旋转调节组件，所述激光单元安装在所述旋转调节组件上。

进一步地，所述旋转调节组件包括转盘和调节座，所述转盘边缘以所述转盘(404)圆心为中心对称设有若干第一滑槽，所有所述第一滑槽内均设有第一调节螺钉，所述第一调节螺钉与所述第一滑槽可相对滑动；所述调节座固定在所述第一安装板上，所述转盘一侧边缘固定设有推块，所述推块端部伸入所述调节座内，所述调节座两端相对插设有第一推动螺栓和第二推动螺栓，所述第一推动螺栓和第二推动螺栓分别紧密顶靠在所述推块两侧。

进一步地，所述相机单元调节机构包括第二底座，所述第二底座通过第一转轴固定在所述固定架上、并可绕所述第一转轴转动，所述第二底座两端对称设有两个第二安装板，两个所述第二安装板之间设有一体成型的相机保护壳和镜头保护壳，所述镜头保护壳两侧分别通过第二转轴固定在两个所述第二安装板上，所述相机单元设在所述相机保护壳和所述镜头保护壳内。

进一步地，所述第二底座上以所述第一转轴为中心对称设有若干第二滑槽，所有所述第二滑槽内均设有第二调节螺钉，所述第二调节螺钉与所述第二滑槽可相对滑动；每个所述第二安装板上均以所述第二转轴为中心对称设有若干第三滑槽，所有所述第三滑槽内均设有第三调节螺钉，所述第三调节螺钉与所述第三滑槽可相对滑动。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型提供了一种钢轨缺陷3d在线视觉检测装置，通过调整激光器和相机的位置和分布方式可以在减少相机个数的情况下完全覆盖钢轨，以便对钢轨表面进行完整地照射和图像采集，从而可以大大降低标定的工作量；通过固定架将每个激光单元2分别与对应的相机单元一体组装，使二者在可以始终以相同的方向和速度与钢轨发生相对移动，从而确保相机单元的拍摄角度和范围始终与激光单元的照射角度和范围一致。该检测装置能够同时、精确地检测到钢轨表面的所有缺陷数据(大小、位置、种类)并进行记录、以备后续工序中用作参考，无需人工肉眼进行检漏，可以为轨梁的表面质量检测节省大量的人力成本，同时可有效提高缺陷检出率。

附图说明

图1为实施例1所述的钢轨表面缺陷三维检测系统的结构示意图；

图2为实施例2所述的钢轨表面缺陷三维检测系统中分析单元的架构示意图；

图3为实施例2中标定相机内参时输入的不同姿态的标定板图像的示意图；

图4为实施例2中标定相机外参时输入的不同相机采集的标定板图像的示意图；

图5为实施例2中标定激光单元平面时不同相机采集的激光线图像的示意图；

图6为实施例2中四组相机单元分别拍摄的钢轨的激光线图像；

图7为根据图6获得的三维点云的视差图；

图8为根据图7合并得到的完整的点云轮廓；

图9为根据图8生成的钢轨的深度变化分布图。

具体实施方式

下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例

本实施例提供了一种钢轨缺陷的3d在线视觉检测装置，包括支架1以及安装在支架1上的四组检测机构，每组检测机构包括朝向同一方向的一个激光单元2和一个相机单元3，支架1中部设有供钢轨水平穿过的通道6，四组检测机构分别设在通道6的左上方、右上方、左下方以及右下方；四个激光单元2发射的激光线位于同一平面上，且相对的两个相机单元3的拍摄方向位于同一直线上。

支架1上设有四组激光单元调节机构4和四组相机单元调节机构5，激光单元调节机构4用于安装激光单元2、并对激光单元2进行旋转调节和三维调节；相机单元调节机构5用于安装相机单元3、并对相机单元3进行旋转调节和俯仰调节；每组激光单元调节机构4和对应的相机单元调节机构5通过同一个固定架7安装在支架1上。

测量时，钢轨从通道6中穿过，四个激光单元2将四条激光线投影到轨梁表面、可以完全覆盖钢轨，四个相机单元3分别从四个不同的方向对激光线进行拍照并把图片传给计算机去处理。如果轨梁表面有缺陷，那么相应位置的激光线就会有形变，提取激光线照片通过计算机处理后，计算出缺陷的各种基本信息并储存，系统自动建立起两个照相机像素间的对应关系(即在两个相机上找出对应同一物体点的像素对(匹配点)),再利用两个相机之间的几何关系,重建物体三维坐标。如图1～2所示，激光单元投射出一组平直条纹，当被测物表面存在深度缺陷时，沿相机方向采集的图像，条纹将发生形变，其形变程度与凹坑深度有关。利用相机单元采集的条纹图像，即可通过条纹形变信息求出三维缺陷的深度信息。

上述检测装置通过调整激光器和相机的位置和分布方式可以在减少相机个数的情况下完全覆盖钢轨，以便对钢轨表面进行完整地照射和图像采集，从而可以大大降低标定的工作量；通过固定架7将每个激光单元2分别与对应的相机单元3一体组装，使二者在可以始终以相同的方向和速度与钢轨发生相对移动，从而确保相机单元3的拍摄角度和范围始终与激光单元2的照射角度和范围一致。

具体实施时，激光单元调节机构4包括固定在固定架7上的第一底座401，第一底座401上设有与第一底座401相平行的三维调节支架402(可以采用市售的具有三维调节功能的光学支架)，三维调节支架402一侧连接有第一安装板403，第一安装板403上设有旋转调节组件，激光单元2(配合激光器散热器21)安装在旋转调节组件上。

具体地，旋转调节组件包括转盘404和调节座405，转盘404边缘以转盘404圆心为中心对称设有若干第一滑槽406(优选为4个)，所有第一滑槽406内均设有第一调节螺钉407，第一调节螺钉407与第一滑槽406可相对滑动；调节座405固定在第一安装板403上，转盘404一侧边缘固定设有推块408，推块408端部伸入调节座405内，调节座405两端相对插设有第一推动螺栓409和第二推动螺栓410，第一推动螺栓409和第二推动螺栓410分别紧密顶靠在推块408两侧。第一推动螺栓409和第二推动螺栓410均通过电机(图中未示出)进行驱动

使用时，通过调节三维调节支架402可以实现激光单元调节机构4的三维调节，即，可以对激光单元2进行三维调节；当需要进行旋转调节时，控制电机驱动第一推动螺栓409沿调节座405向第二推动螺栓410的方向移动，推动推块408和第一推动螺栓409、带动转盘404移动，此时第一调节螺钉407与第一滑槽406相对滑动、限制转盘404只能沿第一滑槽406的方向移动，使转盘404不能发生位移、只能沿圆心进行转动，从而带动激光单元2在原位进行旋转；当需要反向转动时，只需电机驱动第二推动螺栓410沿调节座405向第一推动螺栓409的方向移动即可。

在具体实施时，相机单元调节机构5包括第二底座501，第二底座501通过第一转轴502固定在固定架7上、并可绕第一转轴502转动，第二底座501两端对称设有两个第二安装板503，两个第二安装板503之间设有一体成型的相机保护壳504和镜头保护壳505，镜头保护壳505两侧分别通过第二转轴506固定在两个第二安装板503上，相机单元设在相机保护壳504和镜头保护壳505内。第一转轴502和第二转轴506可以通过手动操作、也可以通过电机(图中未示出)驱动进行旋转。

具体地，第二底座501上以第一转轴502为中心对称设有若干第二滑槽507(优选为4个)，所有第二滑槽507内均设有第二调节螺钉508，第二调节螺钉508与第二滑槽507可相对滑动；每个第二安装板503上均以第二转轴506为中心对称设有若干第三滑槽509(优选为2个)，所有第三滑槽509内均设有第三调节螺钉510，第三调节螺钉510与第三滑槽509可相对滑动。

使用时，控制第二底座501绕第一转轴502旋转，此时第二调节螺钉508与第二滑槽507相对滑动、限制第二底座501只能沿第二滑槽506的方向移动，使第二底座501不能发生位移、只能绕第一转轴502进行左右转动，从而实现相机单元调节机构5的旋转调节，即，可以对相机单元3进行旋转调节；控制第二安装板503绕第二转轴506旋转，由于第三调节螺钉510与第三滑槽509相对滑动、限制第二安装板503只能沿第三滑槽509的方向移动，使第二安装板503不能发生位移、只能绕第二转轴506进行上下转动，从而实现相机单元调节机构5的俯仰调节，即，可以对相机单元3进行俯仰调节。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。