CN109211125A - 接触线磨耗检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种接触线磨耗检测装置，包括处理单元和激光测量单元；激光测量单元包括：激光器，设于列车轨道上方，用于发出照射受电弓滑板的结构光；图像采集单元，用于采集结构光照射受电弓滑板而形成的受电弓滑板图像，受电弓滑板图像为多个，且多个受电弓滑板图像相互平行且沿受电弓滑板的长度方向相互间隔，每个受电弓滑板图像包括受电弓滑板的顶面边缘点和侧面最低点；处理单元根据每个受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点计算受电弓滑板的磨耗量。与现有的人工检测方式相比，本发明能够极大地提高受电弓滑板磨耗检测效率、避免漏检。
Description
技术领域
本发明涉及轨道运输技术领域，特别涉及一种受电弓滑板磨耗检测装置。
背景技术
触网供电是电气化铁路常用的两种供电网络方式之一。触网供电时，通过列车上方的受电弓和接触网接触进行供电，在这种供电方式下，即使跌落轨行区也不可能触电，安全性较高，因此触网供电方式广泛应用于高铁、动车和地铁中。
进行触网供电时，受电弓和接触网相接触，随着受电弓使用时间的延长，受电弓滑板不可避免地出现磨损，从而严重影响供电质量和供电安全，因此需要对受电弓滑板磨损情况进行及时检测，以避免出现供电故障，并在必要时更换受电弓滑板。
目前在轨道运输行业主要依靠人工方式检测受电弓滑板磨耗，这种检测方法效率低下，且容易造成漏检。因此期待开发一种高效且可靠的受电弓滑板磨耗检测装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种受电弓滑板磨耗检测装置，以克服现有检测方式效率低下且容易漏检的问题。
本发明提出一种受电弓滑板磨耗检测装置，包括处理单元和组激光测量单元置；
所述激光测量单元包括：
激光器，所述激光器设于列车轨道上方，用于发出照射受电弓滑板的结构光，所述激光器的光轴垂直于所述受电弓滑板的顶面且所述结构光所在平面垂直于所述受电弓滑板的长度方向；
图像采集单元，所述图像采集单元设于所述列车轨道上方，所述图像采集单元的至少一部分图像采集区域与所述激光器的照射区域重合，且所述图像采集单元的光轴相对于所述激光器的光轴倾斜设置，所述图像采集单元用于采集所述结构光照射所述受电弓滑板而形成的受电弓滑板图像，所述受电弓滑板图像为多个，且多个所述受电弓滑板图像相互平行且沿所述受电弓滑板的长度方向相互间隔，每个所述受电弓滑板图像包括所述受电弓滑板的顶面边缘点和侧面最低点；
所述处理单元根据每个所述受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点计算所述受电弓滑板的磨耗量。
优选地，所述根据每个所述受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点计算所述受电弓滑板的磨耗量包括：
分别计算每个受电弓滑板图像中所述顶面边缘点与所述侧面最低点之间的距离Hi，其中i＝1,…,N，N表示受电弓滑板图像的数量；
确定Hi的最小值，对所述最小值进行坐标变换后作为所述受电弓滑板的磨耗后高度h；
计算所述受电弓滑板的初始高度H0与所述磨耗后高度h之差，即为所述受电弓滑板的磨耗量。
优选地，所述处理单元根据每个所述受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点生成所述受电弓滑板的侧面轮廓。
优选地，所述根据每个所述受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点生成所述受电弓滑板的侧面轮廓包括：
建立轮廓坐标系，所述轮廓坐标系的横坐标表示所述受电弓滑板图像沿受电弓滑板的长度方向的位置，纵坐标表示顶面边缘点与侧面最低点之间的距离；
分别根据每个受电弓滑板图像的所述位置及对应的距离Hi在所述轮廓坐标系中绘制轮廓点Pi；
基于所有轮廓点Pi进行轮廓拟合，生成所述受电弓滑板的侧面轮廓。
优选地，基于所有轮廓点Pi通过曲线进行轮廓拟合，生成所述受电弓滑板的侧面轮廓；或者，连接所有轮廓点Pi，生成所述受电弓滑板的侧面轮廓。
优选地，所述激光器为多个，多个所述激光器沿所述受电弓滑板的长度方向依次设置。
优选地，所述受电弓滑板磨耗检测装置还包括设于所述列车轨道上方的滑轨，所述滑轨沿受电弓滑板的长度方向设置，所述激光器能够沿所述滑轨滑动。
优选地，所述图像采集单元是工业相机。
优选地，所述多组激光测量单元设于龙门架上，所述龙门架架设于所述列车轨道上方。
优选地，所述受电弓滑板磨耗检测装置还包括列车通过检测单元，用于检测列车的通过；当所述列车通过检测单元检测到列车通过时，所述激光测量单元启动。
优选地，所述列车通过检测单元包括磁钢，所述磁钢设于列车轨道上。
本发明的有益效果在于：与现有的人工检测方式相比，本发明能够极大地提高受电弓滑板磨耗检测效率、避免漏检，且采用非接触式检测方法，可避免对弓网***造成影响。
激光器的光轴垂直于受电弓滑板的顶面且结构光所在平面垂直于受电弓滑板的长度方向，利用结构光测量法计算多个离散位置处的受电弓滑板高度，最终获得受电弓滑板磨耗量，大大降低了计算复杂度和计算量。
在实际应用时，激光器和图像采集单元可设于龙门架上，从而可以实现多个列车的受电弓滑板磨耗检测。
本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1显示根据本发明示例性实施例的受电弓滑板磨耗检测装置的安装示意图；
图2显示根据本发明示例性实施例的受电弓滑板磨耗检测装置采集的测量原理图；
图3显示根据本发明示例性实施例的受电弓滑板磨耗检测装置生产的侧面轮廓示意图。
附图标记说明：
1-受电弓，2-受电弓滑板，4-图像采集单元，3-激光器，5-结构光。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1显示根据本发明示例性实施例的受电弓滑板磨耗检测装置的安装示意图。如图1所示，根据本发明实施例的受电弓滑板磨耗检测装置包括处理单元(未显示)和激光测量单元。
激光测量单元包括：
激光器3，激光器3设于列车轨道上方，用于发出照射受电弓滑板2的结构光，激光器3的光轴垂直于受电弓滑板2的顶面且结构光5所在平面垂直于受电弓滑板2的长度方向；
图像采集单元4，图像采集单元4设于列车轨道上方，图像采集单元4的至少一部分图像采集区域与激光器3的照射区域重合，且图像采集单元4的光轴相对于激光器3的光轴倾斜设置，图像采集单元4用于采集结构光照射所述受电弓滑板而形成的受电弓滑板图像，受电弓滑板图像为多个，多个受电弓滑板图像相互平行且沿所述受电弓滑板的长度方向相互间隔，受电弓滑板图像包括受电弓滑板的顶面边缘点B和侧面最低点A；
处理单元根据每个受电弓滑板图像中的顶面边缘点B和侧面最低点A计算受电弓滑板的磨耗量。
受电弓取电时，受电弓滑板2与接触线(未示出)摩擦，一段时间后，受电弓滑板2上会出现磨耗形成凹槽。激光测量单元的激光器发射的结构光垂直照射在受电弓滑板表面，当图像采集装置从侧上方进行图像采集时，能够采集到如图2所示的受电弓滑板图像。图2中的粗线即为受电弓滑板图像，其包括受电弓滑板顶面轮廓线BC和受电弓滑板侧面轮廓线BA，其中B点是受电弓滑板的顶面边缘点，A点是受电弓滑板的侧面最低点，受电弓滑板图像还包括位于A点以下的折线部分。图像采集单元采集多个受电弓滑板图像，多个受电弓滑板图像相互平行且沿着受电弓滑板的长度方向相互间隔。处理单元可根据每个受电弓滑板图像中的顶面边缘点B和侧面最低点A计算受电弓滑板的磨耗量。与现有的人工检测方式相比，本发明能够极大地提高受电弓滑板磨耗检测效率、避免漏检，且采用非接触式检测方法，可避免对弓网***造成影响。此外，该检测装置采用离散方式的结构光测量法，通过图像采集单元分别采集受电弓滑板长度方向上的多个离散位置的受电弓滑板图像，根据每个受电弓滑板图像确定每个离散位置的滑板磨耗情况，最终确定受电弓滑板的磨耗量，从而大大简化了计算过程。
在一个示例中，激光器为多个，多个激光器沿受电弓滑板的长度方向依次设置。每个激光器均发出照射受电弓滑板的结构光，图像采集单元分别采集每个激光器发出的结构光照射受电弓滑板而形成的受电弓滑板图像，处理单元再根据每个受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点计算受电弓滑板的磨耗量。
或者，在仅使用一个激光器的情况下，可在列车轨道上方设置滑轨，滑轨沿受电弓滑板的长度方向设置，激光器能够沿滑轨滑动。控制激光器沿滑轨滑动，并在预先设定的多个位置停止，在每个位置，激光器发出照射受电弓滑板的结构光，图像采集单元依次采集每个激光器发出的结构光照射受电弓滑板而形成的受电弓滑板图像，处理单元再根据每个受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点计算受电弓滑板的磨耗量。图1中显示了仅使用一个激光器3的情况。
在一个示例中，根据每个受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点计算受电弓滑板的磨耗量包括：
分别计算每个受电弓滑板图像中顶面边缘点与侧面最低点之间的距离Hi，其中i＝1,…,N，N表示受电弓滑板图像的数量；
确定Hi的最小值，对该最小值进行坐标变换后作为受电弓滑板的磨耗后高度h；
计算受电弓滑板的初始高度H0与磨耗后高度h之差，即为受电弓滑板的磨耗量。
特别地，根据图像采集单元的物理参数对受电弓滑板图像中的距离Hi的最小值进行坐标变换，可将其转换为世界坐标系下的距离。图像坐标系到世界坐标系的坐标变换属于本领域的常规技术手段，在此不再赘述。
无论是设置多个激光器，还是设置能够沿滑轨滑动的一个激光器，图像采集单元均能够采集多个(N个)受电弓滑板图像。当受电弓滑板2上出现磨耗形成凹槽时，顶面边缘点B与侧面最低点A之间的距离会变小；N个受电弓滑板图像中距离Hi的最小值是磨耗最严重的点，因此，以经过坐标变换后的该最小值作为受电弓滑板的磨耗后高度h。通过计算受电弓滑板的初始高度H0与磨耗后高度h之差即可得到受电弓滑板的磨耗量。
在一个示例中，处理单元根据每个受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点生成受电弓滑板的侧面轮廓。
特别地，如图3所示，根据每个受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点生成受电弓滑板的侧面轮廓包括：
建立轮廓坐标系，轮廓坐标系的横坐标x表示受电弓滑板图像沿受电弓滑板的长度方向的位置，纵坐标y表示顶面边缘点与侧面最低点之间的距离；
分别根据每个受电弓滑板图像的位置及对应的距离Hi在轮廓坐标系中绘制轮廓点Pi，在共有五组激光测量单元的情况下，可获得五个轮廓点P1，P2，P3，P4和P5；
基于所有轮廓点Pi进行轮廓拟合，生成受电弓滑板的侧面轮廓。
在本实施例中，连接所有轮廓点Pi，生成受电弓滑板的侧面轮廓，即折线P1P2P3P4P5。也可以基于所有轮廓点Pi通过曲线进行轮廓拟合，生成受电弓滑板的侧面轮廓，从而可获得光滑的轮廓线。
图像采集单元可以是工业相机。工业相机相比于民用相机具有更高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等。根据成像器件的不同，工业相机包括CCD相机和CMOS相机。根据相机的物理参数可以将受电弓滑板图像中的像素之间的距离转换为世界坐标系下的距离。
在一个示例中，多组激光测量单元设于龙门架上，龙门架架设于列车轨道上方。
在一个示例中，激光器的波长可以为400～1000nm。照射光带宽度约为0.5mm～2mm，光功率根据实际需求确定，一般为2W～10W。
在一个示例中，受电弓滑板磨耗检测装置还包括列车通过检测单元，用于检测列车的通过；当列车通过检测单元检测到列车通过时，激光测量单元启动。特别地，列车通过检测单元包括磁钢，磁钢设于列车轨道上。当磁钢检测到列车通过时，可通过磁钢触发激光器启动发出激光，并触发图像采集单元对受电弓滑板进行图像采集。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种受电弓滑板磨耗检测装置，其特征在于，包括处理单元和激光测量单元；
所述激光测量单元包括：
激光器，所述激光器设于列车轨道上方，用于发出照射受电弓滑板的结构光，所述激光器的光轴垂直于所述受电弓滑板的顶面且所述结构光所在平面垂直于所述受电弓滑板的长度方向；
图像采集单元，所述图像采集单元设于所述列车轨道上方，所述图像采集单元的至少一部分图像采集区域与所述激光器的照射区域重合，且所述图像采集单元的光轴相对于所述激光器的光轴倾斜设置，所述图像采集单元用于采集所述结构光照射所述受电弓滑板而形成的受电弓滑板图像，所述受电弓滑板图像为多个，且多个所述受电弓滑板图像相互平行且沿所述受电弓滑板的长度方向相互间隔，每个所述受电弓滑板图像包括所述受电弓滑板的顶面边缘点和侧面最低点；
所述处理单元根据每个所述受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点计算所述受电弓滑板的磨耗量。
2.根据权利要求1所述的受电弓滑板磨耗检测装置，其特征在于，所述根据每个所述受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点计算所述受电弓滑板的磨耗量包括：
分别计算每个受电弓滑板图像中所述顶面边缘点与所述侧面最低点之间的距离Hi，其中i＝1,…,N，N表示受电弓滑板图像的数量；
确定Hi的最小值，对所述最小值进行坐标变换后作为所述受电弓滑板的磨耗后高度h；
计算所述受电弓滑板的初始高度H0与所述磨耗后高度h之差，即为所述受电弓滑板的磨耗量。
3.根据权利要求2所述的受电弓滑板磨耗检测装置，其特征在于，所述处理单元根据每个所述受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点生成所述受电弓滑板的侧面轮廓。
4.根据权利要求3所述的受电弓滑板磨耗检测装置，其特征在于，所述根据每个所述受电弓滑板图像中的顶面边缘点和侧面最低点生成所述受电弓滑板的侧面轮廓包括：
建立轮廓坐标系，所述轮廓坐标系的横坐标表示所述受电弓滑板图像沿受电弓滑板的长度方向的位置，纵坐标表示顶面边缘点与侧面最低点之间的距离；
分别根据每个受电弓滑板图像的所述位置及对应的距离Hi在所述轮廓坐标系中绘制轮廓点Pi；
基于所有轮廓点Pi进行轮廓拟合，生成所述受电弓滑板的侧面轮廓。
5.根据权利要求4所述的受电弓滑板磨耗检测装置，其特征在于，基于所有轮廓点Pi通过曲线进行轮廓拟合，生成所述受电弓滑板的侧面轮廓；或者，连接所有轮廓点Pi，生成所述受电弓滑板的侧面轮廓。
6.根据权利要求1所述的受电弓滑板磨耗检测装置，其特征在于，所述激光器为多个，多个所述激光器沿所述受电弓滑板的长度方向依次设置。
7.根据权利要求1所述的受电弓滑板磨耗检测装置，其特征在于，还包括设于所述列车轨道上方的滑轨，所述滑轨沿受电弓滑板的长度方向设置，所述激光器能够沿所述滑轨滑动。
8.根据权利要求1所述的受电弓滑板磨耗检测装置，其特征在于，所述图像采集单元是工业相机。
9.根据权利要求1所述的受电弓滑板磨耗检测装置，其特征在于，所述激光测量单元设于龙门架上，所述龙门架架设于所述列车轨道上方。
10.根据权利要求1所述的受电弓滑板磨耗检测装置，其特征在于，还包括列车通过检测单元，用于检测列车的通过；当所述列车通过检测单元检测到列车通过时，所述激光测量单元启动。
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| CN109211125A true CN109211125A (zh) | 2019-01-15 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190115 |
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