基于3D线激光传感器的轨道弹条扣件结构缺陷检测方法

作     者：袁小翠 王咏涛 刘宝玲 侯迪波 江宗辉 YUAN Xiaocui;WANG Yongtao;LIU Baoling;HOU Dibo;JIANG Zonghui

作者机构：南昌工程学院电气工程学院江西南昌330099 浙江大学控制科学与工程学院浙江杭州310027 

出 版 物：《红外与激光工程》 (Infrared and Laser Engineering)

年 卷 期：2024年第53卷第7期

页      面：154-168页

核心收录：

学科分类：081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(62001202) 

主　　题：轨道扣件 结构缺陷 松紧检测 弹条缝隙 骨架提取 

摘      要：轨道扣件缺陷是铁路安全运行的重大安全隐患,基于二维图像处理方法能检测扣件外观缺陷,但难以检测扣件结构缺陷,提出了一种3D线激光传感器的轨道扣件结构缺陷检测方法。首先,利用3D线激光传感器获取轨道点云,根据扣件高度快速定位扣件区域点云,利用PointNet++网络对扣件区域点云分割获得弹条点云;其次,将弹条点云映射至二维图像,在二维图像中提取弹条骨架,二维骨架融合至三维点云获得初始骨架,对每个初始骨架点云拟合截面圆,以各截面圆心作为弹条骨架精确表示弹条轮廓及空间结构;最后,提取弹条三维骨架的特征点,根据特征点构造扣压平面和计算弹条缝隙,基于弹条缝隙检测扣件结构缺陷。为了验证文中方法的有效性,以WJ-7、WJ-8、WJ-2型弹条扣件为对象测量弹条缝隙,并将文中方法测量的弹条缝隙与人工使用缝隙尺测量的真实值进行比较,单个扣件的测量误差在0.1 mm内,且文中方法对轨道油污、锈斑及环境有较好的鲁棒性;对批量扣件的结构缺陷检测,当测量误差允许在±0.1 mm时,扣件结构缺陷检测的准确率不低于95%。