(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111670653.7 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 武汉大学 地址 430000 湖北省武汉市武昌区珞珈山 申请人 中铁第四勘察设计院集团有限公司 　 沈阳奥拓福科技股份有限公司 (72)发明人 李登　万亮　巫世晶　龙新平　 张琨　陈平　 (74)专利代理 机构 武汉知伯乐知识产权代理有 限公司 42 282 代理人 李金龙 (51)Int.Cl. E01B 31/12(2006.01) E01B 31/17(2006.01) E01B 35/00(2006.01)G06T 5/00(2006.01) G06T 7/13(2017.01) G06T 7/11(2017.01) (54)发明名称 基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法及 设备 (57)摘要 本发明提供了一种基于机器视觉与水射流 的钢轨抛光方法及设备。 所述方法包括： 线激光 器和工业相机测量钢轨轨面轮廓， 基于迭代就近 点法计算钢轨轨面的轮廓线， 并将计算结果传输 给工业计算机； 采用一正对钢轨轨面的工业相机 拍摄钢轨轨面， 对钢轨轨面图像进行数字图像处 理得到钢轨轨面的锈蚀区域， 并通过工业计算机 在步骤一中的钢轨轨面轮廓中进行标注； 工业计 算机计算钢轨轨面轮廓的法线方向， 给安装喷嘴 的机械臂下达运动规划指令； 针对钢轨材料从射 流参数库中选择相应参数发送至射流系统开始 水射流抛光除锈。 本发明可以自动识别轨面的轮 廓和非走行区域， 能适应复杂的形状加工， 精准 控制抛光除锈区域， 避免造成钢轨烧伤。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 114351522 A 2022.04.15 CN 114351522 A 1.一种基于机器视觉与水射流的钢轨抛光方法， 其特征在于， 包括： 步骤一， 线激光器 和工业相 机测量钢轨轨面轮廓， 基于迭代就近点法计算钢轨轨面的轮廓线， 并将计算结果 传输给工业计算机； 步骤二， 采用一正对钢轨轨面的工业相机拍摄钢轨轨面， 对钢轨轨面图 像进行数字图像处理得到钢轨轨面的锈蚀区域， 并通过工业计算机在步骤一中的钢轨轨面 轮廓中进 行标注； 步骤三， 工业计算机计算钢轨轨面轮廓的法线 方向， 给安装喷嘴的机械臂 下达运动规划指令； 步骤四， 针对钢轨材料从射流参数库中选择相 应参数发送至射流系统 开始水射 流抛光除锈。 2.根据权利要求1所述的基于机器视觉与 水射流的钢轨抛光方法， 其特征在于， 所述步 骤一中， 激光器和工业相机相互配合， 测量钢轨轨面轮廓， 激光器具备稳定性， 避免环境光 照干扰； 工业相机标定精度满足正确指导后续运动规划， 精确控制抛光除锈区域； 激光器和 工业相机与车体连接时采用刚性连接， 用于克服振动的影响。 3.根据权利要求2所述的基于机器视觉与 水射流的钢轨抛光方法， 其特征在于， 所述步 骤二中， 竖直布置一工业相机， 正对钢轨轨面进 行拍摄， 对拍摄的图像进 行滤波、 边缘提取， 得到走行面与非走行面的分界线； 在步骤一中的钢轨轨面轮廓线标记所识别的非走行面， 得到需要进行抛光除锈的区域； 步骤二中采集的图像通过Hough直线检测法检测图像中钢 轨两侧面的直线， 根据计算的直线位置对图像进 行分割， 剔除背 景信息， 缩小待分析的数字 图像的尺 寸， 提高后续计算效率， 并采用GPU编程进一步提高图像处理的速度； 其中， 由于 火 车轮的走行， 使得火车轮与钢轨发生抛光作用， 会在钢轨轨面形成一条具有一定宽度的亮 线， 即钢轨的走 行面， 轨面的其 他位置属于非走 行面， 即钢轨锈蚀处。 4.根据权利要求3所述的基于机器视觉与 水射流的钢轨抛光方法， 其特征在于， 所述步 骤三中， 采用Python编程语 言中的SciPy科学计算包对轮廓线的轨面部分进 行处理， 计算出 轮廓线的法线方向； 针对钢轨轨面待除锈区域， 给安装有喷嘴的机械臂下达运动 指令， 调节 喷嘴的位姿， 包括： 使喷嘴始终沿着法线方向； 喷嘴与轨面保持合适靶距； 运动过程中始终 保持在待除锈区域， 避免划伤钢轨的走 行面。 5.根据权利要求4所述的基于机器视觉与 水射流的钢轨抛光方法， 其特征在于， 所述步 骤四中， 首先针对不同钢轨材料开展实验， 采用响应曲面法和神经网络算法进行多因素分 析， 构建最佳的抛光除锈样 本数据库； 水射流抛光系统与工业计算机进 行通信， 工业计算机 通过程序对水射 流抛光系统进行控制。 6.根据权利要求5所述的基于机器视觉与 水射流的钢轨抛光方法， 其特征在于， 所述构 建最佳的抛光除锈 样本数据库， 包括： 最佳的射 流压力、 流 量、 靶距、 磨料浓度及磨料 粒度。 7.一种基于机器视觉与水射流的钢轨抛光系统， 其特征在于， 包括： 水箱， 用于提供水 射流的水源； 高压泵， 用于将水流从水箱中泵入磨料混合系统； 磨料发生装置， 用于产生磨 料； 磨料混合系统， 用于将磨料与水流相混合， 得到 打磨用流料； 耐压管路， 用于将打磨用流 料输送至机械臂； 机械臂， 用于安装喷嘴； 喷嘴， 用于将打磨用流料向钢轨喷射； 第一工业相 机， 用于获取钢轨轨面的轮廓； 线激光器， 用于测量钢轨轨面轮廓； 第二工业相机， 用于采集 钢轨轨面图像； 数据采集仪， 用于将线激光器、 第一工业相机和第二工业相机采集的数据输 送至工业计算机； 工业计算机， 用于实现如权利要求1至6任一权利要求所述的基于机器视 觉与水射 流的钢轨抛光方法。 8.一种基于机器视觉与水射流的钢轨抛光装置， 其特征在于， 包括： 第一主模块， 用于权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114351522 A 2线激光器和工业相 机测量钢轨轨面轮廓， 基于迭代就近点法计算钢轨轨面的轮廓线， 并将 计算结果传输给工业计算机； 第二主模块， 用于采用一正对钢轨轨面的工业相 机拍摄钢轨 轨面， 对钢轨轨面图像进行数字图像处理得到钢轨轨面的锈蚀区域， 并通过工业计算机在 步骤一中的钢轨轨面轮廓中进行标注； 第三主模块， 用于工业计算机计算钢轨轨面轮廓的 法线方向， 给安装喷嘴的机械臂下达运动规划指 令； 第四模块， 用于针对钢轨材料从射流参 数库中选择相应参数发送至射 流系统开始水射 流抛光除锈。 9.一种电子设备， 其特 征在于， 包括： 至少一个处 理器、 至少一个存 储器和通信接口； 其中， 所述处理器、 存储器和通信接口相互间进行通信； 所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令， 所述处理器调用所述程序指令， 以执行权利要求1至 6任一项权利要求所述的方法。 10.一种非暂态计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述非暂态计算机可读存储介质存 储计算机指令， 所述计算机指 令使所述计算机执行权利要求 1至6中任一项权利要求所述的 方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114351522 A 3