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原文传递基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测系统及方法

专利名称：	基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测系统及方法
摘要：	本发明公开了一种基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测系统，包括工控机、三维相机、支架、线结构激光器、接近开关、光电编码器和检测车，接近开关安装在检测车上，并控制三维相机；光电编码器安装在检测车上；支架固定设置于在检测车上；线结构激光器安装在支架上且位于轨道梁面正上方，三维相机设置于检测车上用于采集被线性光条照射的轨道梁面的图像数据；工控机与三维相机连接，用于储存及处理采集到的图像数据。本系统利用工业三维相机采集指形板的三维数据，再利用数据处理分析部分，处理采集到的数据，判断指形板是否存在“错台”，具有效率高，精度高，准确度高等特点。解决了人工巡检效率低、成本高、风险大等问题。
专利类型：	发明专利
申请人：	重庆大学
发明人：	叶俊勇;刘鸣;杨力源
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T03:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T08:00:00+0805
申请号：	CN202010006452.6
公开号：	CN111122602A
代理机构：	重庆航图知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	胡小龙
分类号：	G01N21/95;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/95
申请人地址：	400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
主权项：	1.一种基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测系统，其特征在于：包括工控机(1)、三维相机(2)、支架(3)、线结构激光器(4)、接近开关(5)、光电编码器(6)、检测车(7)和相机稳定器(8)；所述接近开关(5)安装在检测车(7)上，所述接近开关(5)与三维相机连接并控制三维相机(2)；所述光电编码器(6)安装在检测车(7)上，用于触发控制三维相机采集光条图像；所述相机稳定器8固定设置于检测车7上；所述支架(3)固定设置于相机稳定器(8)上；所述线结构激光器(4)安装在支架(3)上且位于轨道梁面正上方，以适于在被测轨道梁面形成线性光条；所述三维相机(2)设置于检测车(7)上用于采集被线性光条照射的轨道梁面的图像数据；所述工控机(1)与三维相机(2)连接，用于储存及处理采集到的图像数据。 2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述相机稳定器(8)包括第一陀螺仪(81)、第二陀螺仪(82)、第三陀螺仪(83)、连接杆(84)、把手杆(85)、承重卡盘(86)；所述第一陀螺仪(81)通过连接杆(84)与把手杆(85)连接，用以补偿相机水平方向的抖动；所述把手杆(85)与检测车连接，用于固定或安装相机稳定器；所述第二陀螺仪(82)与连接杆相连接，用以补偿相机俯仰变化的抖动；所述承重卡盘(86)固定于底部支撑杆上，用于放置相机；所述第三陀螺仪(83)固定于连接杆上，用以补偿相机竖直方向的抖动。 3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述接近开关(5)安装在检测车(7)的底部或车轮上，用于控制三维相机的采集及数据储存；或所述支架(3)固定在检测车(7)的底部或表面；或所述三维相机(2)安装在支架(3)上，且位于轨道梁面正上方；或所述三维相机(2)与线结构激光器(4)呈预设角度设置，以适于采集结构光在被测物表面形成的线结构光光条图像；或所述光电编码器(6)安装在检测车(7)的车轮上，用于触发控制三维相机采集线结构光光条图像。 4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述工控机(1)通过网线或数据线与三维相机(2)相连，用于线结构光光条图像数据储存及数据处理；所述工控机中包括数据处理分析器，所述数据处理分析器包括数据格式处理模块、滤波预处理模块、点云数据处理模块、点云分割模块、RANSAC平面拟合模块、计算法线夹角模块、判断模块；所述数据格式处理模块，用于将采集到的点云数据转为.pcd格式；所述滤波预处理模块，用于结合PCL点云库对采集的点云数据进行滤波预处理；所述点云数据处理模块，用于根据点云数据特点进行处理；所述点云数据分割模块，用于将指形板区域与梁面分割出来；所述RANSAC平面拟合模块，用于拟合同一对指形板两块指形板的区域；所述计算法线夹角模块，用于计算两块指形板的法线及法线的夹角；所述判断模块，用于判断指形板是否存在异常现象，同时将检测结果显示储存在数据库。 5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述点云数据处理模块包括关键点提取模块、局部特征提取模块、关键点数据模块；所述关键点提取模块，用于计算提取数据中的关键点信息；所述局部特征提取模块，用于计算提取指形板区域的特征；所述关键点数据模块，用于将所得到的关键点特征与坐标组成模板，用于点云分割与精准定位。 6.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述点云数据处理模块包括下采样模块，所述下采样模块采用隔固定行取点进行压缩点云数据。 7.一种基于三维相机的跨座式单轨指形板异常检测方法，其特征在于：包括以下步骤：将采集到的经过标定的点云数据转为.pcd格式；结合PCL点云库对采集的点云数据进行滤波预处理；根据点云数据特点进行处理；分割指形板区域与梁面；拟合同一对指形板中的对应指形板区域；计算指形板区域的平面特征；根据指形板区域的区域特征判断指形板是否存在异常现象，同时输出检测结果。 8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述点云数据特点的处理包括以下步骤：计算提取数据中的关键点信息；计算提取指形板区域的特征；将所得到的关键点特征与坐标组成模板，用于点云分割与精准定位；或采用下采样方法进行处理所述点云数据，所述下采样方法是通过隔固定行取点进行压缩点云数据。 9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述计算指形板区域的区域特征是计算两块指形板的法线及法线的夹角；所述夹角是按照以下步骤来计算：对点云数据进行分割，将点云数据分割成第一平面区域、指部区域和第二平面区域；对第一平面区域进行平面拟合形成第一平面；对第二平面区域进行平面拟合形成第二平面；分别计算第一平面和第二平面的法线；计算第一平面法线和第二平面的法线之间的夹角。 10.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述计算指形板区域的区域特征是计算指形板区域内的高度差，按照以下步骤来计算：获取经过标定的标准指形板点云数据；获取同一对指形板区域中空值数量；按照预设空值数量阈值将同一对指形板区域分割出螺栓紧固件安装位置区域和指形区域；根据螺栓紧固件安装位置区域并结合螺栓紧固件安装位置从点云数据中分割指形区域；将分割的指形区域与标准指形板点云数据进行对比，获得位于指形板区域内每点的高度差绝对值；根据高度差绝对值与预设差值阈值进行判断，如果超过预设差值阈值，则判断为指形板出现“错台”故障，否则，指形板健康正常。
所属类别：	发明专利