一种钢轨缺陷的多模态信号检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种钢轨缺陷的多模态信号检测方法及 装置。
【背景技术】
[0002] 超声技术已经在无损检测领域得到了广泛而成熟的应用，而光声成像技术作为近 年来发展起来的一种无损检测技术，也得到了充分地发展。在高铁钢轨的缺陷检测上，超声 技术充分利用了超声信号的高穿透性，以及钢轨与伤损空隙、锈蚀等对声波的声阻抗差异， 利用探头发射超声波束并获取回波信号，通过对信号进行分析和处理，来判断与识别钢轨 的缺陷信息。光声成像技术则结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透特 性，钢轨对超声的衰减散射远小于钢轨对光的衰减和散射，用宽带超声探测器检测超声波 代替光学成像中检测散射光子，可以提供高对比度和高分辨率的影像，其成像达到厘米量 级深度和微米量级分辨率。以短脉冲激光作为激励源、光声信号作为信息载体，根据钢轨与 伤损空隙、锈蚀等对特定波长激光的光学吸收系数具有较大差别进而辐射不同强度超声波 的原理进行成像，通过对采集到的光声信号进行图像重建，从而得到钢轨缺陷信息。
[0003] 大多数无损检测技术都需要在对钢轨进行全面扫查后才能得到钢轨存在的缺陷 信息，检测效率很低。另外，超声对于钢轨表面及浅层缺陷、光声对于钢轨内部缺陷的检测 存在不足，检测范围有限。然而，针对钢轨这类检测对象，其缺陷大多起源于表面，仅能够确 定表面缺陷的位置，无法向内部进行检测，因此，检测范围有限且检测效率较低。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述问题，本发明提供一种钢轨缺陷的多模态信号检测方法及装置，以解决 现有无损检测技术对钢轨表面缺陷检测技术中存在的检测范围有限且检测效率较低的问 题。
[0005] 根据本发明的一个方面，提供了一种钢轨缺陷的多模态信号检测方法，该方法包 括：
[0006] 获取待测钢轨的表面待测区域的光学信号，并根据所述光学信号，确定钢轨表面 伤损的空间分布信息及表面伤损类型；
[0007] 获取钢轨表面伤损所在位置区域的光声信号，并根据所述光声信号，确定钢轨浅 层伤损的空间分布信息及浅层伤损类型；
[0008] 获取钢轨浅层伤损所在位置区域以及更深处的区域的超声回波信号，并根据所述 超声回波信号，确定钢轨深层伤损的空间分布信息及深层伤损类型；
[0009] 根据钢轨表面伤损的空间分布信息及表面伤损类型、钢轨浅层伤损的空间分布信 息及浅层伤损类型及钢轨深层伤损的空间分布信息及深层伤损类型，对该待测钢轨进行三 维重建。
[0010] 可选的，所述获取钢轨表面伤损所在位置区域的光声信号，并根据所述光声信号， 确定钢轨浅层伤损的空间分布信息及浅层伤损类型，具体包括：
[0011] 获取钢轨表面伤损所在位置区域的产生光声信号，根据所述光声信号进行图像重 建，得到光声图像；
[0012] 对所述光声图像进行处理与分析，确定钢轨浅层伤损的空间分布信息及浅层伤损 类型。
[0013] 可选的，所述钢轨表面伤损的空间分布信息，包括：钢轨表面伤损的位置、尺寸、延 伸方向。
[0014] 根据本发明的另一个方面，提供了一种钢轨缺陷的多模态信号检测装置，该装置 包括：
[0015] 光源、C⑶相机、光纤、聚焦镜、多元阵列超声探头、脉冲激光器、扩束镜、多通道并 行采集电路和计算机；所述光源、CCD相机、脉冲激光器、多元阵列超声探头分别与所述多 通道并行采集电路的控制端相连，所述多通道并行采集电路与所述计算机相连；
[0016] 所述光源，用于照射待测钢轨；
[0017] 所述CCD相机，用于采集待测钢轨的表面待测区域的光学信号，并将采集到的光 学信号传输到所述多通道并行采集电路；
[0018] 所述脉冲激光器，用于产生对钢轨表面的待测区域进行扫描的脉冲激光，所述脉 冲激光依次经过所述扩束镜和聚焦镜进行扩束和聚焦后，耦合至所述光纤照射到钢轨表面 的待测区域，以产生光声信号；
[0019] 所述多元阵列超声探头，浸入耦合液中，用于采集钢轨表面的待测区域的光声信 号，以及该区域更深处的超声回波信号，并将采集到的光声信号和超声回波信号传输到所 述多通道并行采集电路；
[0020] 所述多通道并行采集电路对所述光学信号、光声信号和超声回波信号进行预处理 后上传至所述计算机；
[0021] 所述计算机根据接收到的光学信号、光声信号和超声回波信号，确定钢轨表面伤 损的空间分布信息及表面伤损类型、钢轨浅层伤损的空间分布信息及浅层伤损类型，以及 钢轨深层伤损的空间分布信息及深层伤损类型，并对该待测钢轨进行三维重建。
[0022] 可选的，所述装置还包括：
[0023] 伺服电机驱动平台，用于承载并固定所述光源、CCD相机、光纤和多元阵列超声探 头，并在所述多通道并行采集电路的控制下，对所述光源、CCD相机、光纤和多元阵列超声探 头进行位置控制。
[0024] 可选的，所述脉冲激光器产生的脉冲激光，其波长为532nm，脉冲宽度为6nm。
[0025] 本发明的有益效果为：
[0026] 本发明提供的钢轨缺陷的多模态信号检测方法及装置，具有以下有益效果：
[0027] 1.本发明使用了光学、光声与超声三种模态的信号进行高铁钢轨伤损的检测，利 用光学信号首先确定钢轨表面伤损的位置，再利用脉冲激光器与多阵元超声探头采集所确 定钢轨浅层的光声信号与深层的超声信号，能够更加彻底地检测高铁钢轨缺陷；
[0028] 2.本发明针对钢轨缺陷几乎全都起源于表面并向内发展的特点，首先使用CCD相 机采集高铁钢轨表面的光学信号以确定钢轨伤损的分布，之后再分别利用光声信号和超声 信号来确定该分布区域内的缺陷在浅层与内部的情况，从而克服了普通无损检测方法全面 扫查效率低下的缺点；
[0029] 3.本发明通过采集到的对高铁钢轨光学信号、光声信号与超声信号的处理与融 合，最终建立所检测钢轨的三维模型，能够更直观更形象的展现该钢轨存在的问题，从而更 利于制定后期的维护方案。
【附图说明】
[0030] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明 的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0031] 图1为本发明实施例提出的一种钢轨缺陷的多模态信号检测方法的流程图；
[0032] 图2为本发明实施例提出的一种钢轨缺陷的多模态信号检测方法的逻辑示意图；
[0033] 图3为本发明实施例提出的高铁钢轨三种模态信号的采集区域示意图；
[0034] 图4为本发明实施例中CCD相机采集到的高铁钢轨表面光学信号；
[0035] 图5为本发明实施例中根据表面缺陷空间分布确定的（钢轨表面）激光扫描区 域；
[0036] 图6为本发明实施例中多元阵列超声探头采集到的高铁钢轨光声信号示意图；
[0037] 图7为本发明实施例中钢轨浅层不同深度下的光声图像；
[0038] 图8为本发明实施例中钢轨内部裂纹在Imm深度下的超声图像；
[0039] 图9为本发明实施例中钢轨内部裂纹在2mm深度下的超声图像；
[0040] 图10为本发明实施例中钢轨内部裂纹在3mm深度下的超声图像；
[0041] 图11为本发明实施例中钢轨内部裂纹在4mm深度下的超声图像；
[0042] 图12为本发明实施例中钢轨内部裂纹在5mm深度下的超声图像；
[0043] 图13为本发明实施例中钢轨内部裂纹在6mm深度下的超声图像；
[0044] 图14为本发明实施例提出的一种钢轨缺陷的多模态信号检测装置的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0045] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0046] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式"一"、"一 个"、"所述"和"该"也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措 辞"包括"是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加 一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
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