一种列车轮对踏面在线图像采集的光学布局结构的制作方法

本实用新型涉及列车轮对检测技术领域，尤其涉及一种列车轮对踏面在线图像采集的光学布局结构。

背景技术：

轮对是列车走行部的重要部件之一，其运行正常与否直接影响列车运行安全。轮对踏面的擦伤、局部凹陷等缺陷是影响列车运行安全性、平稳性和运用经济性的重要因素。列车踏面的在线检测通常采用非接触光学测量的方式，这种方法具有安全、可适应速度高、精度高等特点，但踏面缺陷往往由于拍摄方式的不同会在采集到的图像中显示出不同的状态，为了保障后续的缺陷识别准确性，图像采集系统的光学布局非常重要，其直接决定了拍到的图像的质量，图像的质量较高则后续算法的难度会大大降低，检测准确性也会上升。

现有的光学布局结构有采用相机和补光灯同点位设置的方式，相机和补光灯位于轮对圆周的外侧，如图1所示，相机视场中心正对补光灯照射踏面表面所产生的反射光的中心，而处在相机视场其他区域的踏面表面的反射光的都不会直接有反射光进入相机，完全靠踏面表面的漫射光，这就导致拍到的图像呈现中间高亮而旁边很暗的状态，容易产生强反光，图像质量不利于检测，有效检测区域小，要想达到360度检测需要布置大量的相机，成本高；还有采用相机与补光带的光学布局结构，如图2所示，相机与补光带分布在轮对踏面圆周方向的不同位置，相对于前一种方式而言，相机视场中心下方的轮对踏面也被有效照亮，有更多的光进入到相机中，图像的有效打光面积增大，但相机视场中心上方的轮对踏面仍然难以被补光带有效照亮，存在偏暗的状况，采集到的图像质量较差。现有的光学布局结构存在着强反光、补光不均匀、闸瓦、撒沙管遮挡等问题，导致图像质量欠佳，影响踏面缺陷检测的准确度。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种列车轮对踏面在线图像采集的光学布局结构，解决目前技术中轮对踏面图像采集的光学布局结构存在强反光、闸瓦、撒沙管遮挡，影响图像采集质量，降低踏面缺陷检测准确度的问题。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种列车轮对踏面在线图像采集的光学布局结构，包括供轮对通行的轨道、用于照射轮对踏面的补光灯和用于对轮对踏面进行图像采集的相机，所述的补光灯倾斜于轮对转动平面来照射照射轮对踏面，所述的相机的视场中心方向垂直于轨道长度方向。本实用新型所述的列车轮对踏面在线图像采集的光学布局结构采用补光灯倾斜于轮对转动平面来照射照射轮对踏面的方式，有效避免强反光，同时采用相机的视场中心方向垂直于轨道长度方向的方式来对轮对踏面进行图像采集，即相机从轨道的侧向来对轮对踏面进行图像采集，能够拍摄出轮对踏面的均匀清晰图像，有更多的反射光进入相机，图像明暗更加均匀，完全消除闸瓦、撒沙管等部件遮挡干扰，提高图像采集的质量，提高踏面缺陷检测的准确度。

进一步的，还包括用于将被补光灯照射的轮对踏面反射向相机的反射镜，利用反射镜可有效扩大视场范围，并且便于相机位置的灵活设定。

进一步的，所述的相机的视场中心方向平行于轮对的转轴方向，安装方便，结构稳定性好。

进一步的，所述的补光灯为沿着轨道长度方向的条形光，使在轨道长度方向的补光更加均匀，使得拍摄得到的图像明暗均匀，提高图像质量。

进一步的，所述的相机的视场中心方向正对轮对踏面，即相机所采集的图像为轮对踏面的正视图像，能够更清晰准确的拍摄出踏面上的擦伤、凹坑等缺陷，提高图像采集的质量，提高踏面缺陷检测的准确度。

进一步的，所述的补光灯、相机设置在轮对下方，即补光灯从轮对下方对轮对踏面进行补光，而相机也从轮对下方来对轮对踏面进行图像采集。

进一步的，所述的相机在轮对经过补光灯的覆盖区域时进行连拍，轮对踏面为圆周结构，轮对踏面与轨道接触的相对位置固定，在轮对经过补光灯的覆盖区域时的某一时刻只有一小部分的轮对踏面被补光照亮，从而相机单次拍摄采集到的图像只覆盖了轮对踏面圆周的一小部分，采用连拍的方式有效利用相机的沿轨道长度方向的整个视场，使得轮对踏面圆周的更多区域被拍摄到，沿着轨道长度方向并排设置若干个相机来覆盖轮对踏面整个圆周。

进一步的，所述的轨道包括用于承载轮对的承力轨和与承力轨平行的用于限位轮对横向位置的护轨，使得轮对精确的沿着轨道行进，提高图像采集的准确性。

进一步的，所述的相机为面阵相机，精确获取二位图像信息，测量图像更加直观准确。

进一步的，所述相机的沿轨道长度方向的视场范围至少覆盖轮对踏面圆周的1/8，只需要少量的相机即可覆盖轮对踏面的整个圆周。

与现有技术相比，本实用新型优点在于：

本实用新型所述的列车轮对踏面在线图像采集的光学布局结构，结构简单、紧凑，有效避免强反光，补光均匀性好，图像明暗更加均匀，完全消除闸瓦、撒沙管等部件遮挡干扰，实现设计相机拍摄视场范围内无遮挡死角、无补光死角、无过曝亮斑拍摄，可视效果良好，轮对踏面状况及缺陷特征显著，达到无死角全覆盖及提升图像采集质量的目标，提高踏面缺陷检测的准确度。

附图说明

图1为现有光学布局方式一的结构示意图；

图2为现有光学布局方式二的结构示意图；

图3为本实用新型的结构示意图；

图4为标记有人工缺陷的轮对踏面图像采集示意图；

图5为实际轮对踏面图像采集示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开的一种列车轮对踏面在线图像采集的光学布局结构，结构简单，补光均匀性好，避免出现强反光的状况，有效提高图像采集质量，踏面状况及缺陷特征显著，提高踏面缺陷检测的准确性。

如图3所示，一种列车轮对踏面在线图像采集的光学布局结构，将其布置在列车(含动车、机车、客车、货车、地铁、有轨电车等)入库线上，其主要包括包括供轮对通行的轨道、用于照射轮对踏面的补光灯3和用于对轮对踏面进行图像采集的相机4，轨道即为入库线的钢轨改造而成，轨道包括用于承载轮对的承力轨1和与承力轨1平行的用于限位轮对横向位置的护轨2，使得轮对精确的沿着轨道行进，提高图像采集的准确度；

补光灯3、相机4设置在轨道旁并且位于轮对下方，即从轮对的下方对轮对踏面进行补光拍摄，补光灯3设置在轨道的底座上，所述的补光灯3倾斜于轮对转动平面来照射照射轮对踏面，有效避免强反光；

相机4采用面阵相机，在本实施例中还设置了用于将被补光灯3照射的轮对踏面反射向相机4的反射镜5，反射镜5位于轮对的下方，相机4的视场中心方向垂直于轨道长度方向，并且相机4的视场中心方向平行于轮对的转轴方向，相机在轮对下方从轨道的侧向来对轮对踏面进行图像采集，反射镜5将轮对踏面反射向相机4时使得相机4的视场中心方向正对反射镜5中的轮对踏面镜像，从而相机4所采集的图像为轮对踏面的正视图像，保障图像采集的清晰度和准确度，确保轮对踏面状况及缺陷特征显著，从而提高踏面缺陷检测的准确度。

为了提高补光均匀性，补光灯3为沿着轨道长度方向的条形光，从而使使得拍摄得到的图像在轨道长度方向明暗均匀。

轮对踏面与轨道接触的相对位置固定，相机单次拍摄采集到的图像只覆盖了轮对踏面圆周的一小部分，为了实现轮对踏面整个圆周的全覆盖，相机4在轮对经过补光灯3的覆盖区域时进行连拍，在本实施例中采用3次拍摄来有效利用相机4的沿轨道长度方向的整个视场，使得单个相机能拍摄到轮对踏面圆周的更多区域；所述相机4的沿轨道长度方向的视场范围至少覆盖轮对踏面圆周的1/8，从而只需要沿着轨道长度方向并排设置8个相机即可覆盖轮对踏面整个圆周。

如图4所示，可以看出各种标记的人工缺陷都在图像中清晰的显示出来，同时整个踏面补光均匀，未出现局部强反光的情况，3次拍摄即可有效利用相机4的沿轨道长度方向的整个视场，使得单个相机4能覆盖轮对踏面圆周的更多区域；图5所示的是实际轮对踏面的图像，图像效果更清楚，踏面上的缺陷与周围对比度更鲜明，且强反光区域极小，有利于后续检测。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。