本發(fā)明屬于地鐵接觸網(wǎng)施工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于面陣ccd的剛性懸掛接觸線脫槽在線檢測裝置。

背景技術(shù)：

剛性懸掛接觸網(wǎng)以凈空低、電流大、成本低的優(yōu)勢一直應(yīng)用于地鐵建設(shè)中，國內(nèi)主要以“π”型匯流排+150接觸線的懸掛方式來給電客車提供穩(wěn)定的電源，匯流排和接觸線是剛性懸掛中的重要組成部件之一。

剛性懸掛接觸網(wǎng)作為地鐵施工的關(guān)鍵技術(shù)，其施工技術(shù)及施工精度直接影響電客車的運營安全，而接觸線和匯流排的鑲嵌密切度是安全運營的關(guān)鍵點，接觸線是否脫槽以及接觸線的幾何參數(shù)是確保工程施工質(zhì)量符合要求的重要環(huán)節(jié)。剛性懸掛接觸網(wǎng)放線完成后，接觸線的脫槽問題的人工檢測不僅費時費力，而且效率低下，有時更是難以發(fā)現(xiàn)問題，因此，急需提出一種接觸線在線檢測裝置，剛性懸掛接觸網(wǎng)的接觸線脫槽問題進行實時檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決剛性懸掛接觸網(wǎng)放線完成后人工難以發(fā)現(xiàn)的接觸線脫槽問題，提供了一種基于面陣ccd的剛性懸掛接觸線脫槽在線檢測裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：基于面陣ccd的剛性懸掛接觸線脫槽在線檢測裝置，包括圖像處理設(shè)備、中央處理主機、客戶顯示端和設(shè)置在動力設(shè)備頂部的實時檢測設(shè)備，所述實時檢測設(shè)備包括三臺面陣ccd掃描相機和紅外激光補償光源，所述三臺面陣ccd掃描相機設(shè)置在與接觸線垂直的水平直線上，用于分別對“π”型匯流排和接觸線進行捕獲識別，并將獲取到的特征圖像發(fā)送至所述圖像處理設(shè)備，所述圖像處理設(shè)備用于對所述特征圖像進行識別、分析、處理并以灰度值形態(tài)呈現(xiàn)，得到圖像的灰度值，并將圖像灰度值傳輸至中央處理主機，所述中央處理主機用于將所述圖像處理設(shè)備傳輸?shù)膱D像灰度值還原為目標(biāo)成像所對應(yīng)的位置坐標(biāo)，通過分析，計算出接觸線與匯流排燕尾槽的距離，并發(fā)送到所述客戶顯示端進行顯示，所述紅外激光補償光源位于所述三臺面陣ccd掃描相機所在直線的垂直平分線上，用于對所述三臺面陣ccd進行成像補光。

所述動力設(shè)備為接觸網(wǎng)作業(yè)車，所述圖像處理設(shè)備為具有圖像分析處理功能的工控機，所述圖像處理設(shè)備、中央處理主機和客戶顯示端設(shè)置在所述接觸網(wǎng)作業(yè)的駕駛室內(nèi)。

所述實時檢測設(shè)備設(shè)置在所述動力設(shè)備前端頂部，所述三臺面陣ccd掃描相機和紅外激光補償光源通過電源線與所述中央處理主機連接。

所述三臺面陣ccd掃描相機兩兩間距400mm，所述紅外激光補償光源位于接觸線線路中心所在直線上，所述紅外激光補償光源包括第一激光補償光源和第二激光補償光源，間距為150mm，所述第一激光補償光源發(fā)射5mm寬的沿接觸線線路方向的長帶激光，所述第一激光補償光源發(fā)射5mm寬的垂直于接觸線線路方向的長帶光源，第一激光補償光源和第二激光補償光源發(fā)出的兩道激光束呈十字相交于動力設(shè)備上部，對所述三臺面陣ccd掃描相機的捕捉圖像進行補光。

所述客戶顯示端用于顯示接觸線燕尾槽與接觸線高度差的波形、接觸線兩端燕尾槽高度的波形、接觸線的波形及接觸線的拉出值。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：本發(fā)明提出了一種基于面陣ccd的剛性懸掛接觸線脫槽在線檢測裝置，包括設(shè)置在動力設(shè)備頂部的實時檢測設(shè)備，圖像處理設(shè)備、中央處理主機、客戶顯示端，實時檢測設(shè)備包括3臺設(shè)置在與接觸線垂直的水平直線上的三臺面陣ccd掃描相機，則通過ccc掃描相機對接觸線和兩端燕尾槽進行成像，可以利用成像原理和幾何位置計算出接觸線和兩端燕尾槽的高度差，并根據(jù)高度差隨位置的變化情況來判斷出是否為接觸線脫槽，因此本發(fā)明大大提高了檢測的精度和效率；

此外，本發(fā)明還可以完成接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)檢測，在正式運營前發(fā)現(xiàn)安全隱患，保證了施工質(zhì)量，減小了安全隱患。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的一種基于面陣ccd的剛性懸掛接觸線脫槽在線檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實時檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實時檢測設(shè)備在動力裝置上的安裝示意圖；

圖4為兩臺ccd面陣掃描相機對左燕尾槽成像的原理圖；

圖5為圖4中左相機成像的放大示意圖；

圖6為圖4中右相機成像的放大示意圖；

圖7為掃描相機掃描示意圖；

圖8為脫槽和硬點情況下燕尾槽與接觸線的高度差波形變化曲線。

圖中，1為動力設(shè)備，2為實時檢測設(shè)備，3為面陣ccd掃描相機，4為紅外激光補償光源，5為匯流排，6為接觸線，7為t字形安裝架。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例；基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1～3所示，本發(fā)明提出了基于面陣ccd的剛性懸掛接觸線脫槽在線檢測裝置，包括圖像處理設(shè)備、中央處理主機、客戶顯示端和設(shè)置在動力設(shè)備1頂部的實時檢測設(shè)備2，所述實時檢測設(shè)備2包括三臺面陣ccd掃描相機3和紅外激光補償光源4，所述三臺面陣ccd掃描相機3設(shè)置在與接觸線垂直的水平直線上，用于分別對“π”型匯流排和接觸線進行捕獲識別，并將獲取到的特征圖像發(fā)送至所述圖像處理設(shè)備，所述圖像處理設(shè)備用于對所述特征圖像進行識別、分析、處理并以灰度值形態(tài)呈現(xiàn)，得到圖像的灰度值，并將圖像灰度值傳輸至中央處理主機，所述中央處理主機用于將所述圖像處理設(shè)備傳輸?shù)膱D像灰度值還原為目標(biāo)成像所對應(yīng)的位置坐標(biāo)，通過分析，計算出接觸線與匯流排燕尾槽的距離，并發(fā)送到所述客戶顯示端進行顯示，所述紅外激光補償光源4位于所述三臺面陣ccd掃描相機3所在直線的垂直平分線上，用于對所述三臺面陣ccd進行成像補光。

如圖3所示，為實時檢測設(shè)備2在動力設(shè)備頂部1的安裝示意圖，圖中5為匯流排，6為接觸線，實時檢測設(shè)備安裝在接觸線6的正下方。

如圖2所示，為實時檢測設(shè)備2的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，所述三臺面陣ccd掃描相機兩兩間距400mm，且位于中間的面陣ccd掃描相機設(shè)置在接觸線路中心所在直線上，所述紅外激光補償光源包括位于接觸線線路中心所在直線上的第一激光補償光源和第二激光補償光源，間距為150mm，所述第一激光補償光源發(fā)射5mm寬的沿接觸線線路方向的長帶激光，所述第一激光補償光源發(fā)射5mm寬的垂直于接觸線線路方向的長帶光源，第一激光補償光源和第二激光補償光源發(fā)出的兩道激光束呈十字相交于動力設(shè)備上部，對所述三臺面陣ccd掃描相機的捕捉圖像進行補光。實時檢測設(shè)備與線路中心重合，可以簡化實時計算過程，并且使安裝簡便。此外，本發(fā)明中，實時檢測設(shè)備2還可以包括一個t字形安裝架7，所述三臺面陣ccd掃描相機和2個激光補償光源可以預(yù)先在t字形安裝架上，然后通過螺栓或者其它方式將t字形安裝架固定在所述動力設(shè)備頂部，即可以實現(xiàn)所述實時檢測設(shè)備的安裝，簡化安裝過程。

本發(fā)明的檢測原理如下，集成檢測裝置安裝于動力設(shè)備的高度已知，3臺ccd面陣掃描相機的焦距已知，掃描相機的安裝間距以及安裝角度已知，則由掃描相機的成像原理計算匯流排燕尾槽與掃描相機的垂直和水平距離，同理可得接觸線的垂直和水平距離，借用匯流排和接觸線成品的結(jié)構(gòu)尺寸特性，比較接觸線兩端燕尾槽與接觸線的距離是否為定值，若為定值則接觸線和匯流排鑲嵌密切良好，若定值發(fā)生5mm以上變化則判定接觸線脫槽或者接觸線出現(xiàn)硬點，再通過波形進行觀察分析比對，硬點波形為突變變化范圍較短，而脫槽為漸變且變化范圍較長，從而判定接觸線是否脫槽。

以圖4～6為例，簡單介紹兩個相機對左燕尾槽的位置判斷原理：將左燕尾槽的位置記為s，如圖4所示，左相機的安裝角度為α1，焦距為f1，左相機中心為o1；右相機安裝角度為為α2，焦距為f2，右相機中心為o2，兩個相機的距離為d；如圖5所示，左側(cè)相機中心線與其成像面交點為c1，左燕尾槽在左相機內(nèi)的成像點為s1，∠s1o1c1夾角記為β1，同理，如圖6所示，右側(cè)相機中心線與其成像面交點為c2，左燕尾槽在右相機成像點為s2，∠s2o2c2的夾角記為β2，以x表示燕尾槽的距線路中心的距離，y表示燕尾槽相對于相機中心所在水平面的初始高度；借助相機視覺拘束分析，可得左側(cè)相機成像點s1在左相機成像面中位置，從而得知左側(cè)相機成像點s1到其成像面中心點c1的距離l1的值，同理可得右側(cè)相機成像點s2到其成像面中心點c2的距離l2的值，通過幾何關(guān)系可知：

則通過下式(2)可以計算γ1和γ2的值：

γ1＝α1+β1，γ2＝α2+β2；(2)

在三角形so1o2中，通過幾何知識可以得到，左側(cè)燕尾槽s到左相機中心o1的距離為：

進而，計算可得匯流排燕尾槽邊緣距離線路中心的初始距離x和初始高度y：

通過以上計算可得出燕尾槽距離面陣ccd掃描相機的水平距離x和垂直距離y，面陣ccd掃描相機水平安裝于動力設(shè)備頂部且與兩鋼軌線路中心平行，假設(shè)安裝高度距離線路中心為h，如圖7所示，可以知道，左側(cè)燕尾槽距離軌面的距離h＝h+y，其中h為ccd掃描相機安裝時可以測量的已知距離，那么x即為左側(cè)燕尾槽距離線路中心的距離，即燕尾槽的拉出值。

因此，兩臺面陣ccd掃描相機可以得到一個特征點的具體位置值，同理，通過兩臺面陣ccd掃描相機可得接觸線距離軌面的距離和右側(cè)燕尾槽距離軌面的距離。本發(fā)明中，實施監(jiān)測設(shè)備具有3臺面陣ccd掃描相機，如圖7所示，為各個掃描相機的掃描示意圖，則通過左相機和中相機，可以得到左側(cè)燕尾槽與軌面的距離和接觸線與軌面的距離，通過右相機和中相機，同樣可以得到右側(cè)燕尾槽與軌面的距離和接觸線與軌面的距離。

假設(shè)左側(cè)燕尾槽距軌面的高度為h1，接觸線距軌面的高度為h0，右側(cè)燕尾槽距軌面的高度為h2，匯流排本身為鋁合金制品，具有一定的剛度，且產(chǎn)品尺寸公差小于0.8mm，那么左右側(cè)燕尾槽和接觸線的高差永遠相等且為定值，即h1-h0＝h2-h0，施工過程中用放線小車進行接觸線的展放，若因放線小車調(diào)整不到位，接觸線與匯流排鑲嵌不密切發(fā)生人工難以發(fā)現(xiàn)的短范圍的脫槽現(xiàn)象。由于匯流排和接觸線的尺寸公差均小于0.8mm，則匯流排的燕尾槽距離接觸線的距離為定值，若現(xiàn)場測量距離與理論值出入大于3mm以上則判定匯流排脫槽或者接觸線出現(xiàn)硬點，那么上述定值將會發(fā)生變化，在客戶顯示端顯示的波形上，其波形不會呈直線顯示，具體地，脫槽為一個較大范圍的漸變波形，可以看成緩慢變化的半正弦波，最后趨于直線，如圖8左圖所示，而接觸線硬點為突變的過程，其波形為端范圍的突變波形，如圖8右圖所示。因此，通過對燕尾槽和接觸線成像，并對成像特征點進行分析，可以計算得到燕尾槽和接觸線的實際高度差，進而通過高度差的圖像，對脫槽點進行檢測和識別，并且還可以將脫槽與接觸線硬點進行識別。

進一步地，所述動力設(shè)備可以為接觸網(wǎng)作業(yè)車，所述圖像處理設(shè)備為具有圖像分析處理功能的工控機，所述圖像處理設(shè)備、中央處理主機和客戶顯示端設(shè)置在所述接觸網(wǎng)作業(yè)的駕駛室內(nèi)。接觸網(wǎng)作業(yè)車在軌道上勻速運行，可以對接觸線與燕尾槽的實際高度差進行在線檢測，提高了檢測效率。

進一步地，所述實時檢測設(shè)備設(shè)置在所述動力設(shè)備前端頂部，所述三臺面陣ccd掃描相機和紅外激光補償光源通過電源線和通信線纜與所述圖像處理設(shè)備連接。

進一步地，所述客戶顯示端用于顯示接觸線燕尾槽與接觸線高度差的波形、接觸線兩端燕尾槽高度的波形、接觸線的波形及接觸線的拉出值。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。