浅谈跨座式单轨车受电弓滑板监测系统设计.docVIP

浅谈跨座式单轨车受电弓滑板监测系统设计 　　摘 要：随着跨座式单轨技术的发展，提高单轨车辆的检修技术有着不可否认的必要性。文中给出了一种基于非接触式自动扫描检测的机器视觉系统，用于受电弓滑板磨耗监测。通过机器视觉系统对跨座式单轨车的受电弓滑板进行监测，可以有效地提高受电弓滑板厚度的检测精度和效率，并且降低检修成本。 　　关键词：机器视觉；跨座式单轨车；滑板磨耗检测 　　中图分类号：U232 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0095-02 　　1 概述 　　重庆跨座式单轨车的受流系统与地铁系统有所不同，其受电弓装置安装在车辆转向架下方两侧面，供电接触网是按正负极分开安装的刚性接触轨型式，二者的安装配合精度要求十分高，对零部件的材质和加工精度要求也很高。因此受电弓和接触网都必须严格按照标准进行安装和检修，否则极易产生断弓、刮弓、变形和弓网异常磨损等弓网事故。 　　在重庆轻轨二、三号线的运营过程中，一副受电弓滑板由安装到更换一般仅为1个月左右，滑板安装时厚度12mm，更换时的厚度3.5mm，运行里程约为1万多公里。为保障运营安全，需要工作人员在每次列检过程中花大量时间找到每块滑板的最薄点，并测量厚度以判断是否达到更换条件，其弊端主要是造成检车时间较长，且准确度受人为因素影响较大。为此，需要研究一种精度高、效率高、可靠性高的自动化监测系统，可以更方便地跟踪滑板的磨耗情况，制定滑板更换计划，节省人工检查时间，并能及时发现受电弓的运行故障隐患，确保行车安全。本文研究机器视觉系统在跨座式单轨车受电弓滑板在线监测中的应用，能满足和提高受电弓滑板厚度的检测精度和效率，降低维护成本。 　　2 检测原理 　　根据跨座式单轨车走行方式及受电弓装置的特点，滑板磨耗情况主要通过安装在特制的钢轨道梁侧面的多组激光线3D扫描相机对通过的受电弓滑板接触面进行高速扫描测量，传感器通过高速扫描后可以得到多条滑板剖面的线轮廓，通过多个轮廓线拟合出滑板的接触面形状，然后与存储在电脑里的标准轮廓做比较，得出磨耗值。钢轨道梁安装于车辆段内，与标准的预应力PC梁对接，系统对通过的列车受电弓进行逐一检测。其检测原理如图1所示。 　　本系统采用了机器视觉系统来代替人的视觉功能对受电弓滑板进行无接触式测量，其关键部件为：图像采集模块（包括摄相机与镜头、照明光源和图像采集板卡），信号控制模块，计算机平台，承载驱动模块四个部分。由于机器视觉系统强调的是精度和速度，所以需要图像采集部分及时、准确地提供清晰的图像，才能在较短的时间内得出正确的图像处理结果。由此可知图像采集部分的性能会直接影响整个机器视觉系统的性能。其采集过程可简单描述为由在光源提供照明的条件下，数字摄像机拍摄受电弓滑板并将其转化为图像信号，然后通过图像采集卡传输给图像处理部分。图像采集部分在机器视觉系统中的结构如图2所示。 　　3 图像采集模块设计 　　3.1 摄像机 　　机器视觉系统中一般采用数字摄像机，通过镜头将被摄物体的图像聚焦在光电传感器上，使图像信号转变为光电信号，以利于计算机处理。从扫描的类型来分，有线扫描和面扫描摄像机。线扫描相机具有灵敏度高，动态范围大，性价比高，运动平稳，速度跟踪精度高，拍摄高速运动的物体时无需附加复杂的快门装置就能实现无smear输出等特点。目前，线扫描相机的分辨率已经达到几千，检测速率也达到60桢/秒甚至更高，而面扫描相机一次只能拍摄一副图像。由于面扫描相机的自身局限性，使其不适于动态目标连续无遗漏的高精度检测。因该系统在工作过程中采集对象的是在行驶中的列车受电弓，对采集到的图像分辨率要求高，同时考虑到性价比，所以在设计中采用了数字式线扫描相机。 　　从摄像机输出的颜色不同还可分为彩色摄像机和黑白摄像机，虽然彩色摄像机提供了更多的目标信息，但正因为如此，在处理时需要更大的空间和更多的时间，而我们在检测受电弓滑板时对采集到的色彩信息要求不高，所以使用黑白摄像机更能提高系统的准确性和高效性。 　　在选择摄像机的型号时，应注意根据受电弓滑板上需要处理的部分确定摄像?C的安装位置和角度，然后计算摄像机的取景范围。某个方向上取景范围的计算方式如下： 　　FOV=（Dp+Lv）3（1+Pa） 　　其中FOV是取景范围，Dp是拍摄受电弓滑板在这个方向上的大小，Lv是在这个方向上滑板可能的移动，Pa是一个百分数或分数，是工程上为保证目标图像不会正好处在边缘上而取的一个放大系数，一般取10%。还应根据列车的运行速度计算系统的扫描速度。其公式为： 　　Ts=Rs/Sp 　　其中Ts是扫描速度，Rs是空间分辨率，Sp是列车经过摄像机时的速度。通常列车在车辆段内以7Km/h的速度运行，因此应选择曝光时间短，快门速度高的相机，尽量防止采集的图