一种基于结构光方式的接触网磨耗在线检测装置的制作方法

本实用新型涉及轨道交通检测技术领域，尤其涉及一种基于结构光方式的接触网磨耗在线检测装置。

背景技术：

电气化铁路中，电力机车通过受电弓从接触网获取电能，接触线在运行中会存在接触线磨损，接触线的磨耗对接触线的经济和运行指标有很大影响，直接威胁着供电安全，对接触线的接触磨损和电弧损伤进行观测、监控等技术手段十分必要。目前对接触网磨耗的检测主要有两种方式，一种是通过将接触网磨耗检测仪设备挂接到接触网线上进行静态的测量。另外一种是使用双目线阵相机进行测量。中国申请号“201010618869.4”，名称为“一种受电弓滑板磨耗监测系统”的实用新型专利公开了一种受电弓滑板磨耗监测系统，包括三维立体相机(3D相机)和激光器，三维立体相机和激光器连接PLC控制器，由PLC控制器控制其开闭，PLC控制器还连接有工控机，工控机与三维立体相机之间通过宽带网络连接，可通过宽带网络接收三维立体相机传送的照片，并将其存储。受电弓通过时，三维立体相机能够将拍下的受电弓顶部照片通过宽带网络发送给工控机，工控机通过对三维照片进行分析，可清晰的得出受电弓顶部滑板的三维坐标值，从而可得出滑板的磨耗情况。

然而，静态测量设备虽然精度很高但是需要手动挂接到接触网上进行测量。存在上线困难，带电操作危险风险、劳动强度大、效率低等问题；双目测量由于视场角度需要，安装需进行一定量的偏转，在检测时容易出现视差造成的磨耗底面偏磨、双线遮挡、锚段、线叉判断困难，导致数据不准或者偏差较大问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于结构光方式的接触网磨耗在线检测装置，其能够完整呈现整个接触网导线的外形轮廓，获取的磨耗的数值精度高，且检测速度快、正确率高，有效提高了接触网磨耗的检测效率。

为了实现上述目的基于结构光方式的接触网磨耗在线检测装置，本实用新型采用的技术方案包括以下各方面。

一种基于结构光方式的接触网磨耗在线检测装置，其包括：第一激光器、第一控制器、第一相机、第二控制器、以及图像处理器；

其中，所述第一激光器通过第一云台设置在车厢顶部第一高度位置处正对接触网导线，用于发出第一结构光照射接触网导线；第一相机通过第二云台设置在车厢顶部第一高度位置处且位于与第一激光器相同的一侧，用于拍摄接触网导线表面反射和散射的结构光以获取接触网导线的第一轮廓图像；

第一控制器与第一激光器连接，用于控制其产生结构光的时间和频率；第二控制器与第一控制器和第一相机连接，用于根据结构光的产生时间和频率控制第一相机拍摄结构光轮廓图像的时间和频率；图像处理器与第一相机连接，用于将获取的结构光轮廓图像与接触网导线参考图像进行对比，以获取接触网导线的第一磨耗检测数据。

优选地，上述第一高度大于接触线与机车顶部的距离。

优选地，上述装置进一步包括第二激光器和第二相机；

其中，所述第二激光器通过第三云台设置在车厢顶部第一高度位置处且与第一激光器相对设置于接触网导线的另一侧，用于发出第二结构光照射接触网导线；第二相机通过第四云台设置在车厢顶部第一高度位置处且与第一相机相对设置于接触网导线的另一侧，用于拍摄接触网导线表面反射和散射的结构光以获取接触网导线的第二轮廓图像；

第一控制器与第二激光器连接，用于控制其产生结构光的时间和频率；第二控制器与第二相机连接，用于根据结构光的产生时间和频率控制第二相机拍摄结构光轮廓图像的时间和频率；图像处理器与第二相机连接，用于将获取的结构光轮廓图像与接触网导线参考图像进行对比，以获取接触网导线的第二磨耗检测数据。

优选地，上述第一激光器和第二激光器均为红外激光器。

优选地，上述第一激光器用于发出波长0.7μm至2.5μm的红外光。

优选地，上述第二激光器用于发出波长2.5μm至25μm的红外光。

优选地，上述第一相机包括0.7μm至2.5μm的第一窄带滤光片。

优选地，上述第二相机包括2.5μm至25μm的第二窄带滤光片。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型至少具有以下有益效果：

使用结构光的方式检测测量，不仅能够测量出磨耗的数值，更能完整呈现整个接触网导线的外形轮廓，计算倾斜和偏磨程度等；配置两个独立的检测单元，各自负责半边检测区域内检测，并行进行工作，检测效率和检测精度提高一倍；采用近红外的激光器进行成像检测，避免了可见光区域的杂光对成像的干扰；采用智能相机进行前端图像的轮廓提取算法预处理分析，减小的传输和处理的数据量，提高了检测的帧率；分别采用不同波段的近红外光进行区分检测，两个检测单元可以互不影响进行采集；通过自上而下的进行拍摄，可有效避免视差带来的双线遮挡等问题，锚段、线叉的磨耗检测正确率更高。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施例的基于结构光方式的接触网磨耗在线检测装置的结构示意图。

图2是根据本实用新型一实施例的基于结构光方式的接触网磨耗在线检测装置中激光器和相机的光路设置示意图。

图3是根据图2实施例的成像效果示意图。

图4是根据本实用新型另一实施例的基于结构光方式的接触网磨耗在线检测装置的结构示意图。

图5是图4实施例的基于结构光方式的接触网磨耗在线检测装置的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，以使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，根据本实用新型一实施例的基于结构光方式的接触网磨耗在线检测装置包括：第一激光器10、第一控制器51、第一相机30、第二控制器52、以及图像处理器53。

其中，第一激光器10通过第一云台20设置在车厢顶部第一高度位置处正对接触网导线91，用于发出第一结构光11照射接触网导线91；第一相机30通过第二云台40设置在车厢顶部第一高度位置处且位于与第一激光器10相同的一侧，用于拍摄接触网导线91表面反射和散射的结构光31以获取接触网导线91的第一轮廓图像。激光器和相机的光路设置如图2所示，成像效果如图3所示。

第一控制器51与第一激光器10连接，用于控制其产生结构光的时间和频率；第二控制器52与第一控制器51和第一相机30连接，用于根据结构光的产生时间和频率控制第一相机30拍摄结构光轮廓图像的时间和频率；图像处理器53与第一相机30连接，用于将获取的结构光轮廓图像与接触网导线参考图像进行对比，以获取接触网导线的第一磨耗检测数据。由于采用前端图像的轮廓提取算法预处理分析，减小的传输和处理的数据量，提高了检测的帧率。

在优选的实施例中，第一高度大于接触线91与机车顶部的距离，因此能够实现自上而下的拍摄，可有效避免视差带来的双线遮挡等问题，锚段、线叉的磨耗检测数据正确率更高。

图4和图5示出根据本实用新型另一实施例的基于结构光方式的接触网磨耗在线检测装置。图4上半部分为沿着接触线导线91径向剖面视图，图5为图4所示装置的俯视图。在上述实施例的基础上可以进一步包括第二激光器12和第二相机33。

第二激光器12通过第三云台21设置在车厢顶部第一高度位置处且与第一激光器12相对设置于接触网导线91的另一侧，用于发出第二结构光13照射接触网导线91；第二相机32通过第四云台设置在车厢顶部第一高度位置处且与第一相机30相对设置于接触网导线91的另一侧，用于拍摄接触网导线91表面反射和散射的结构光33以获取接触网导线91的第二轮廓图像。

第一控制器51与第二激光器12连接，用于控制其产生结构光的时间和频率；第二控制器52与第二相机32连接，用于根据结构光的产生时间和频率控制第二相机32拍摄结构光轮廓图像的时间和频率；图像处理器53与第二相机32连接，用于将获取的结构光轮廓图像与接触网导线参考图像进行对比，以获取接触网导线的第二磨耗检测数据。

在优选的实施例中第一激光器和第二激光器均为红外激光器。第一结构光为波长0.7μm至2.5μm的红外光；第二结构光为波长2.5μm至25μm的红外光。分别采用不同波段的近红外光进行区分检测，两个检测单元可以互不影响进行采集。对应地，第一相机和第二相机分别包括0.7μm至2.5μm的第一窄带滤光片和的2.5μm至25μm第二窄带滤光片，从而保证了在同一时刻进行采集时只拍摄自己所在单元的激光图像，做到两个检测单元互不影响。通过采用红外激光器进行成像检测，避免了可见光区域的杂光对成像的干扰。配置两个独立的检测单元，各自负责半边检测区域内检测，并行进行工作，检测效率和检测精度提高一倍。

以上所述，仅为本实用新型具体实施方式的详细说明，而非对本实用新型的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本实用新型的保护范围之内。