钢轨端面的测量装置的制作方法

本实用新型属于测量设备领域，特别涉及一种钢轨端面的测量装置。

背景技术：

近年来，随着我国铁路事业的迅猛发展，铁路投资预算将更多用于高铁建设，未来几年对于轨道的需求会日益增大。铁路的发展促进了铁路运输的繁荣，铁路运输作为运输事业的主要力量直接制约着我国经济的发展。钢轨质量是保障铁路运输事业发展的基础，而决定钢轨质量的重要参数就是钢轨尺寸。道岔是钢轨上保证列车转线平稳运行的关键部件，有着复杂的结构，且数目众多。道岔钢轨件的尺寸精度是影响道岔的高精度与高平顺性的重要因素，所以如何准确快速地完成对道岔钢轨件的测量，对提升道岔质量具有重要意义。但是，现有技术中钢轨等零部件的测量仍旧以接触式测量方法为主，主要的检测设备依旧为卡尺和钢卷尺，测量仪器主要有门式钢轨端面数据测量仪、卡轨头式钢轨端面测量仪、绘图式钢轨端面测量仪等等，装备与技术明显落后，并且人工测量道岔钢轨存在尺寸效率低、测量精度低、主观性强和一致性差等问题；公布号为CN104048606A的中国发明专利申请公开了一种道岔钢轨件尺寸机器视觉非接触自动精确测量装置，可测量道岔钢轨件端面及侧面尺寸，包括机械支撑机构、成像子系统和控制子系统。所述的机械支撑机构包括滑轮、底座、翻板座椅、控制台、固定支架、云台、滑块、直线导轨、丝杠、电机、连轴器和减速机，但该装置的机械支撑结构复杂，制造成本高，不易维护，并且无法对成对的钢轨同时进行精准的检测。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种钢轨端面的测量装置，通过该装置能够高精度、高速、灵活、非接触的对钢轨端面的尺寸进行测量，能够对两条钢轨的端面尺寸进行测量，并且，该测量装置结构简单，操作方便，易于维护。

本实用新型是这样实现的：一种钢轨端面的测量装置，包括导光器件、成像器件、处理单元和支撑装置，

所述导光器件包括调节装置、第一载体、第二载体、第一反射装置和第二反射装置，所述导光器件用于将所述钢轨端面的反射光传输至所述成像器件；所述第一反射装置安装在所述第一载体上，所述第二反射装置安装在所述第二载体上，所述第一载体与第二载体借助于所述调节装置连接，所述调节装置包括伸缩组件以调整所述第一载体与第二载体之间的相对距离；

所述成像器件与所述导光器件相连接，所述成像器件接收所述导光器件传输的反射光以形成钢轨端面的图像；

所述处理单元包括控制器、显示器和图像处理器，所述控制器分别与所述成像器件、所述图像处理器和所述显示器相连接，用于在所述显示器上显示出钢轨端面的图像；

所述支撑装置包括底座和竖直支架，所述竖直支架的第一端固定连接在所述底座中，所述导光器件、成像器件、处理单元和照明器件设置在所述竖直支架的第二端。

进一步的，所述第一载体的相对两个侧面上开有第一透光孔和第二透光孔；所述第二载体的相对两个侧面上开有第三透光孔和第四透光孔；所述第一透光孔和第三透光孔用于导入钢轨端面的反射光；所述第二透光孔和第四透光孔用于导出所述钢轨端面的反射光；所述第三透光孔和第四透光孔相对设置，所述第一透光孔和第二透光孔在与所述成像器件的入光方向垂直的方向上错开预设距离而设置。

进一步的，所述成像器件接收所述第二透光孔和第四透光孔导出的钢轨端面的反射光，所述成像器件分别与所述第二透光孔和第四透光孔密闭连接。

进一步的，所述第一反射装置和第二反射装置均为平面反光镜、曲面反光镜或棱镜。

进一步的，所述第一载体和第二载体均包括遮光的塑料壳体。

进一步的，所述图像处理器包括预处理单元、初级滤波单元和二次滤波单元。

进一步的，所述处理单元还包括存储器和报警器，所述存储器用于存储标准件的图像，当所述钢轨端面的图像与标准件的图像不一致时，所述报警器进行报警。

进一步的，所述照明器件为LED照明灯；所述显示器为液晶显示屏；所述成像器件为CCD相机。

进一步的，所述竖直支架为竖直高度能够调节的不锈钢支架。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型的钢轨端面的测量装置结构简单，能对位于不同高度位置的钢轨端面进行测量，无需复杂的机械移动平台，无需移动平台或成像器件即可实现对两条钢轨端面的测量，导光器件中的调节装置能够调节两路光线直接的距离，使得该测量装置能够适用不同距离的成对钢轨的测量，采用二次滤波进行图像去噪，进一步提高了测量的准确度。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2A为本实用新型一个实施例中调节装置的示意图；

图2B为本实用新型另一个实施例中调节装置的示意图；

图3为本实用新型光导器件及导轨的安装示意图；以及

图4为本实用新型的光导器件内部的光路图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本实用新型的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图1-4所示，本实用新型的钢轨端面的测量装置，包括导光器件1、成像器件2、处理单元、照明器件4和支撑装置5，导光器件1包括调节装置11、第一载体121、第二载体122、第一反射装置131和第二反射装置132，第一反射装置131安装在第一载体121上，第二反射装置132安装在第二载体122上，第一载体121与第二载体122借助于调节装置11连接，调节装置11包括可以套设在一起的伸缩组件111，能够改变第一载体121与第二载体122之间的相对距离。

照明器件4用于对钢轨端面进行照明，优选的，照明器件4为LED照明灯，导光器件1用于将钢轨端面的反射光传输至成像器件2，成像器件2与导光器件1相连接，成像器件2用于接收导光器件1传输的反射光以形成钢轨端面图像，成像器件2优选为CCD相机，处理单元包括控制器、显示器和图像处理器，控制器控制成像器件采集图像，控制图像处理器对钢轨端面图像进行处理，并控制显示器对钢轨端面图像进行显示，显示器优选为液晶显示屏，支撑装置5包括底座51和竖直支架52，竖直支架52的第一端固定连接在底座51中，处理单元、成像器件2、导光器件1和照明器件4设置在竖直支架52的第二端，优选的，竖直支架52为竖直高度能够调节的不锈钢支架，竖直支架52的第二端还设有云台53，云台53用于支撑处理单元、成像器件2、导光器件1和照明器件4等。

优选的，第一载体121和第二载体122均包括不透明的遮光壳体，壳体可以采用塑料等材质，壳体的形状可以是矩形、圆形或其他形状，第一反射装置131和第二反射装置132分别安装在第一载体121和第二载体122的壳体内部，调节装置11为可伸缩的结构，如图2A，例如，风琴结构，或者如图2B所示的能套叠至一起并且能够拉出的结构，即能够根据需要进行伸缩的结构，调节装置11采用不透明材质的，如塑料或橡胶。优选的，第一载体121的相对两个侧面上分别开设有第一透光孔1211和第二透光孔(未示出)；第二载体122的相对两个侧面上分别开设有第三透光孔1221和第四透光孔(未示出)；第一透光孔1211和第三透光孔1221用于导入钢轨端面的反射光；第二透光孔和第四透光孔用于导出钢轨端面的反射光，优选的，第二透光孔和第四透光也可以是同一个透光孔；第三透光孔1221和第四透光孔相对设置，第一透光孔1211和第二透光孔在与成像器件2入光方向垂直的方向上错开一定距离设置。通过两个透光孔即第一透光孔1211和第三透光孔1221，就可以同时对两个相邻的钢轨端面进行测量，由于进入到两个透光孔的光传输的路径不一样，一先一后到达成像器件2(如CCD相机)，因此，不会产生干扰，具体的，从第一透光孔1211进入的光线经过第一反射装置131和第二反射装置132的反射之后，通过第二透光孔出射，进入到成像器件2的镜头；从第三透光孔1221进入的光线直线传播通过第四透光孔出射，进入到成像器件2的镜头。优选的，还可以在第一透光孔1211和/或第三透光孔1221前设置快门装置，以更好的控制反射光进入到成像器件2。优选的，如图3所示，调节装置11的伸缩组件111为导轨，导轨设置在第一载体121和第二载体122的壳体外面，以支撑并限定第一载体121和第二载体122，尤其是能够方便第一载体121的移动。

如图2-4所示为光线传输的光路图，来自两个被测物(如道岔钢轨端面)的两路反射光分别由第一透光孔1211和第三透光孔1221入射到导光器件1中，其中，由第三透光孔1221入射进来的反射光直线传播入射到成像器件2；由第一透光孔1211入射进来的反射光先后经由第一反射装置131和第二反射装置132的反射之后，入射到成像器件2。

测量操作时，调节支撑装置5使第三透光孔1221正对待测对象，例如道岔钢轨的端面，然后再对调节装置11进行调节，使第一透光孔1211正对另一待测对象，例如道岔钢轨的端面或者参照物，再通过调节第一透光孔1211和/或第三透光孔1221前设置的快门装置，就可以在不移动成像器件2和支撑装置5的情况下，对两个待测对象进行测量。

优选的，第一反射装置131和第二反射装置132均采用平面反光镜、曲面反光镜或棱镜中的任意一种。

在另一实施例中，还可以采用光纤作为光传输器件，利用光纤将两个相邻钢轨端面的反射光按序传输至成像器件2。

成像器件2接收由第二透光孔和第四透光孔导出的钢轨端面的反射光，优选的，成像器件2分别与第二透光孔和第四透光孔密闭(不透光)连接，以降低外界光线的干扰。成像器件2位于第二载体122的后侧面，与第二载体上的第三透光孔1221相对。

优选的，图像处理器包括预处理单元、初级滤波单元和二次滤波单元。处理单元还包括存储器和报警器，存储器用于存储标准件的图像，当钢轨端面图像与标准件的图像不一致时，报警器进行报警。初级滤波单元对钢轨端面图像进行初次滤波处理，滤波方法包括中值滤波、均值滤波及高斯滤波等。优选的，初级滤波单元采用中值滤波对钢轨端面图像进行第一次去噪即初次滤波，中值滤波是一种非线性的滤波技术，对脉冲噪声、点状噪声、椒盐噪声、叠加白噪声和长尾叠加噪声方面具有很好的滤波性能。均值滤波能有效抑制各种噪声，在一定程度上能够对高斯噪声进行滤除，但对椒盐噪声比较敏感，会产生比较大的偏差；均值滤波算法简单易操作，但会使图像中锐角、不连续部分变得模糊，造成边缘等信息的丢失。高斯滤波是一种线性平滑滤波，对于抑制服从正态分布的噪声非常有效。

优选的，二次滤波单元用于通过数学形态学操作对钢轨端面图像进行二次去噪处理，数学形态学是一种非线性滤波方式，利用一个结构元素对原始图像进行一系列形态学的基本操作，得到输出图像。形态学操作中最关键的内容是选择合适的结构元素，结构元素也可以称为核，可以被看做是一副小尺寸的图像，通过这个小尺寸图像来对原始图像进行相应形态学操作，完成形态学变换得到输出图像。选择合适的结构元素主要是确定它的尺寸大小和形状。目前常用的有十字形、椭圆形和长方形。本实用新型的钢轨端面的测量装置选用“米”字结构元素，通过基于“米”字结构元素的数学形态学操作(即MI-cored)对道岔钢轨端面图像进行二次去噪处理，结果显示：信噪比小，而且卷积计算时需要的乘法次数也较小，对噪声点的抑制效率最佳。

本实用新型的钢轨端面的测量装置结构简单，通过调节支撑装置能对位于不同高度位置的钢轨端面进行测量，采用了导光器件，无需设置另一台成像器件，无需复杂的机械移动平台，可实现对两条钢轨端面的测量，导光器件中的调节装置能够调节两路光线之间的距离，使得该测量装置能够适用不同距离的成对钢轨的测量，通过显示器实时观测，使得调节装置的调距更加方便，进一步采用二次滤波进行图像去噪，提高了测量的准确度。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。