钢轨扣件三维几何检测系统

本申请涉及工业设备检测，特别涉及钢轨扣件三维几何检测系统。

背景技术：

1、随着中国铁路的快速发展，铁路运输的承载能力越来越高，轨道基础设施的损耗也逐渐加剧，对铁路运输安全提出了更加严格的要求。随着铁路线路运输规模的日益扩大，铁路行车安全问题已经成为铁路运输发展的重要瓶颈之一。铁路线路是铁路系统中重要的组成部分，钢轨扣件作为其关键部件，其状态直接影响着铁路行车安全。对于铁路系统来说，良好的钢轨扣件状态是维护铁路运输安全的重要保障。因此，发展一种准确、高效、安全的钢轨扣件检测方法，对铁路沿线进行安全监测至关重要。

2、传统的钢轨扣件检测主要为人工巡检，这种方式虽然在一定程度上可以维护钢轨扣件的安全状态，但存在一系列问题，比如效率低下、成本高昂、漏检等问题，并且容易存在人员安全隐患。在人工巡检的基础上，发展出了基于计算机视觉的现代化检测方式，目前，针对钢轨扣件的检测方法主要有两种，第一种是传统的图像处理方式，这种方式采用高速相机拍摄图像，对钢轨扣件图像进行边缘检测、形态学处理等预处理，在图像中寻找特征信息进行缺陷检测。然而，该方法受制于复杂的轨道环境影响，在检测时精度较低。第二种是基于深度学习的轨道图像检测方法，该方法通过大量轨道图像数据进行训练，但由于缺乏大量规则的铁路扣件缺陷图像数据，导致特征训练困难。此外，由于计算量大且耗费资源，实际应用中难以落地。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了钢轨扣件三维几何检测系统，用以解决现有技术中的检测方法存在检测精度低和成本高的问题。

2、一方面，本申请实施例提供了钢轨扣件三维几何检测系统，包括：

3、测量装置，包括相机和激光投射器，激光投射器用于向钢轨扣件投射光条，相机用于采集包含光条的扣件图像；

4、计算机，与相机通信连接，计算机中设置有检测软件，检测软件用于对扣件图像进行定位标记，以确定扣件图像中是否出现钢轨扣件，如果出现，则检测软件根据扣件图像中光条的灰度信息确定钢轨扣件的表面三维信息，并基于基板面将表面三维信息转换为相应的高程三维数据，再将高程三维数据进行编码，形成实际高程编码，检测软件还将实际高程编码与标准高程编码进行比对，确定钢轨扣件的状态。

5、本申请中的钢轨扣件三维几何检测系统，具有以下优点：

6、采用三维扫描技术对钢轨扣件进行检测，该技术通过结合图像处理、计算机视觉、快速高分辨率相机标定等技术，采集钢轨扣件的三维信息，通过对三维信息分析处理，能够实现钢轨扣件状态的检测，降低了人力成本、缩短了检测时间，提高了检测结果的准确度。此外，由于该技术硬件原理简单，仅需要相机、激光投射器以及检测软件便可以实现扣件表面的三维信息获取，成本大大降低。

技术特征：

1.钢轨扣件三维几何检测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的钢轨扣件三维几何检测系统，其特征在于，所述相机在采集所述扣件图像之前，首先进行标定，以确定所述相机的参数，在完成对所述相机的标定后，还对所述光条进行光平面标定，以确定光平面方程。

3.根据权利要求2所述的钢轨扣件三维几何检测系统，其特征在于，在完成对所述相机的标定后，还对标定精度进行评估。

4.根据权利要求2所述的钢轨扣件三维几何检测系统，其特征在于，在对所述光条进行光平面标定后，所述相机还采集在钢轨扣件的基板面上放置白板后的白板图像，该白板图像中包含光条，所述检测软件对所述白板图像进行分析，确定所述基板面的平面方程。

5.根据权利要求2所述的钢轨扣件三维几何检测系统，其特征在于，在完成对所述光条进行光平面标定后，所述检测软件还对工作范围参数进行估计，在对所述工作范围参数进行估计时，首先确定所有所述光条出现的范围，然后确定第一个和第二个所述光条在光条范围内的区域边界。

6.根据权利要求5所述的钢轨扣件三维几何检测系统，其特征在于，所述检测软件在获取所述扣件图像后，首先对所述扣件图像进行预处理，对所述扣件图像的预处理包括：

7.根据权利要求1所述的钢轨扣件三维几何检测系统，其特征在于，所述计算机中存储有编码表，所述编码表中存储有对应不同钢轨扣件类型的标准高程编码，所述检测软件将所述实际高程编码与不同的所述标准高程编码进行比对，以确定当前检测的钢轨扣件的类型。

8.根据权利要求1所述的钢轨扣件三维几何检测系统，其特征在于，每个所述激光投射器同时向钢轨扣件投射多个所述光条，所述相机采集包含有多个所述光条的所述扣件图像。

9.根据权利要求1所述的钢轨扣件三维几何检测系统，其特征在于，在确定钢轨扣件的状态后，所述检测软件还根据所述状态的具体情况发出声光报警。

技术总结
本申请公开了钢轨扣件三维几何检测系统，其特征在于，包括：测量装置，包括相机和激光投射器，激光投射器用于向钢轨扣件投射光条，相机用于采集包含光条的扣件图像；计算机，设置有检测软件，检测软件用于根据扣件图像中光条的灰度信息确定钢轨扣件的表面三维信息，并基于基板面将表面三维信息转换为相应的高程三维数据，再将高程三维数据进行编码，形成实际高程编码，检测软件还将实际高程编码与标准高程编码进行比对，确定钢轨扣件的状态。本申请采用三维扫描技术对钢轨扣件进行检测，该技术通过采集钢轨扣件的三维信息，对三维信息分析处理，能够实现钢轨扣件状态的检测，降低了人力成本、缩短了检测时间，提高了检测结果的准确度。

技术研发人员：李治蒙,张志毅,杨磊
受保护的技术使用者：西北农林科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25