CN101858731A - 一种机车受电弓滑板磨耗在线自动检测设备 - Google Patents

Abstract

一种机车受电弓滑板磨耗在线自动检测设备，检测棚侧面与机车受电弓同一高度固定有与数据处理及控制装置相连的前、后触发开关，检测棚的左、右侧面分别安装有左、右背景板；检测棚上安装的图像传感器有四个，左后、右后图像传感器的视角向前、向下，并分别对准右、左背景板的前部，且后触发开关触发时，左后、右后图像传感器的视角分别对准机车受电弓滑板前板的右半部和左半部；左前、右前图像传感器的视角向后、向下，并分别对准右、左背景板的后部，且前触发开关触发时，左前、右前图像传感器的视角分别对准机车受电弓滑板后板右半部和左半部。该设备能对机车进行在线非接触动态自动检测，其检测精度高，安全、方便；稳定性、可靠性好、寿命长。

Description

一种机车受电弓滑板磨耗在线自动检测设备

技术领域

本发明涉及一种机车受电弓状态检测设备，尤其涉及一种机车受电弓滑板磨耗在线自动检测设备。

背景技术

机车通过受电弓从机车上方的接触线取电，作为机车的牵引电源及其它用电设备的电源。在高速电气化铁路系统中，机车必须保持稳定的受流状态。因此作为直接与接触线接触的取流关键设备-受电弓滑板的状态极为关键，它关系到机车能否稳定、可靠地从接触线取电。由于受电弓滑板与接触导线长期接触，不可避免的发生磨损，而导致机车受电性能变差；若发生异常状况时，使得滑板表面异常脱落，就会导致发生安全事故。因此，需要对滑板表面磨损状况进行监测，以保证机车的稳定、安全运行。

目前，对受电弓滑板表面的磨损检测，我国主要采用较原始的检测方法，即在机车入库时，对受电弓的滑板磨耗进行检测：先将接触网局部停电，然后检测人员登至车顶，首先人工观察磨损最严重部分，再通过测量装置(如游标卡尺)手工卡住受电弓上下边缘，测试此时滑板上下高度偏差读数，需同时在附近需要测量多个点，取最小值，从而得到最大滑板磨耗值。该种测试方法要求接触网局部断电，且需要多个工作人员配合操作，操作麻烦，费时费力，效率低、精度低、准确性差；且稍不小心即会产生安全事故，存在严重的安全隐患。并且该种人工测量方法并没有对滑板整体进行检测，而是对观察后的局部进行检测，检测范围小，受人为影响大，不能较准确真实地测出机车受电弓滑板最大磨耗值及位置，以及滑板表面整体磨耗状况。

世界上发达国家采用的方法主要是：通过架高的多个超声波传感器发送超声波，通过空气传输并送到被测受电弓滑板上，然后超声波反射返回到传感器上。根据超声波的传输时间与波速，经计算后获得滑板厚度，可以实现对受电弓的滑板磨耗进行动态检测。该种方法可检测受电弓滑板多点的滑板磨耗，但也存在以下不足：一、由于弓头在运动过程中无法保持完全水平，即与超声波传感器探头表面不能保持垂直，导致部分超声波无法返回接收单元，导致无法正常检测；二、同样是仅对滑板上的几个点进行的采样检测，也无法获得整体滑板表面状态。三、由于超声波传感器工作距离的限制，传感器安装位置与受电弓滑板距离非常近(一般小于400mm)，导致传感器需要安装在接触网和承力索之间，传感器工作在高压区，电气干扰严重，且安装维护非常复杂。

也有通过图像检测装置对滑板进行磨耗检测的方法，如在受电弓通过时，使用铁轨中心线正上方的数码相机向下垂直(俯视)拍摄得到受电弓的照片。该方式只能实现受电弓通过录像，并通过人工方式来进行确认与分析。由于相机在铁轨中心轴线安装，俯拍受电弓滑板时以车顶为背景，而车顶上器件繁多复杂，背景极其复杂，且不同车型的车顶情况不同；因此，该方法得到的受电弓照片很难进行后续的自动分析与判断，即使能做部分的自动分析处理，其精度、可靠性大大受限，且容易造成误判。

目前，随着铁路第六次大提速及动车组的开行，高速、重载成为当今铁路的主要特征，对受电弓运行质量提出了更好的需求。针对国内的特殊情况，急需研发一种适应中国铁路的多种类型受电弓滑板磨耗的自动在线检测设备。

发明内容

本发明的目的就是提供一种机车受电弓滑板磨耗在线自动检测设备，该设备能对机车进行在线非接触动态自动检测，其检测精度高，使用安全、方便；稳定性、可靠性好，使用寿命长。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种机车受电弓滑板磨耗在线自动检测设备，包括检测棚上安装的图像传感器，以及与图像传感器相连的数据处理及控制装置，其结构特点是：

所述的检测棚侧面与机车受电弓同一高度的前、后位置分别固定有与数据处理及控制装置相连的前、后触发开关，检测棚的左、右侧面分别安装有左、右背景板；

检测棚上安装的图像传感器有四个，依其安装位置分别为左后、右后、左前、右前图像传感器；

左后、右后图像传感器的视角均向前、向下，并分别对准右、左背景板的前部，且在机车受电弓通过致后触发开关触发时；左后、右后图像传感器的视角分别对准机车受电弓滑板前板的右半部和左半部；

左前、右前图像传感器的视角均向后、向下，并分别对准右、左背景板的后部，且在机车受电弓通过致前触发开关触发时，左前、右前图像传感器的视角分别对准机车受电弓滑板后板的右半部和左半部。

本发明的工作过程和原理是：

当向前运行的机车运行至检测棚内，且机车受电弓通过后触发开关使后触发开关触发，此时数据处理及控制装置控制检测棚两侧的左后、右后图像传感器同时进行拍摄，分别得到各自视角对准的机车受电弓滑板前板的右半部和左半部的图像，而其图像的背景则为背景板。并将该两幅图像传输给数据处理及控制装置。

机车继续向前运行，当机车受电弓通过前触发开关时，数据处理及控制装置控制检测棚两侧的左前、右前图像传感器同时进行拍摄，分别得到各自视角对准的机车受电弓滑板后板的右半部和左半部的图像，而其图像的背景则为背景板。并将该两幅图像传输给数据处理及控制装置。

数据处理及控制装置将机车受电弓滑板的前、后板的右半部和左半部的共四幅图像，进行图片的裁减，接触导线的定位、滑板上下边缘的定位、端点连接、条件判断，图像拼接，形成最终的边缘曲线，再进行标定，还原为实际物理坐标。即可动态检测出受电弓的滑板磨耗。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、利用四个图像传感器从两侧先后拍摄得到滑板的前板、后板的左半、右半图像，图像的分辨率大大提高，再经图像处理，得到受电弓滑板的全部图像，可得到全表面磨耗状况分析，无漏检区域。更主要的是从侧面拍摄，其背景为另一侧面的背景板，从而拍得的图像背景简单、干净。这样使后续的图像自动处理分析得以方便进行，分析的精度高、可靠性强，不会造成误判。

二、利用非接触图像测量方式，使图像传感器与接触网的高压电绝缘且远离高压电；传感器工作在低压状态，使用安全，也不受高压电网干扰，稳定性、可靠性好，降低了传感器的购置成本，延长了传感器的使用寿命。

三、利用非接触图像测量方式，机车通过后直接拍摄图像得到滑板磨耗结果，不占用机车的周转运行时间，不需要对接触网停电，其操作使用极其方便。

四、本设备在接触网上方，不与接触网下方的受电弓接触，避免了受电弓受到冲击而影响行车安全。进一步提高了机车通过速度。

五、图像传感器、背景板、触发开关各部分相互独立，检修互不干涉，且距接触网超过安全距离，检修安全、方便且不影响列车行驶。

上述检测棚的侧面低于机车车体高度且在后触发开关更后面的位置安装有与数据处理及控制装置相连的车体离去检测开关。

这样，当机车车体离开车体离去检测开关时，车体离去检测开关触发，系统自动进入待机状态，降低设备的能耗，增加其使用寿命。

上述检测棚的顶部安装有左后、右后、左前、右前共四个与数据处理及控制装置相连的闪光灯，四个闪光灯的安装位置和角度是：后触发开关触发时，左后、右后闪光灯分别对准机车受电弓滑板前板的右半部和左半部；前触发开关触发时，左前、右前闪光灯分别对准机车受电弓滑板后板的右半部和左半部。

上述检测棚的顶部安装有左后、右后、左前、右前共四个与数据处理及控制装置相连的背景闪光灯，其安装位置和角度是：左后、左前背景闪光灯对准左背景板且其对准位置分别与右前、右后图像传感器的视角在左背景板上的对准位置相同；右后、右前背景闪光灯对准右背景板且其对准位置分别与左前、左后图像传感器的视角在右背景板的对准位置相同。

这样，任一图像传感器触发拍摄时，对应的闪光灯闪光给滑板被拍摄部位补光，背景闪光灯则给对应的背景板部位补光，使得图像传感器照出的图像亮度高，对比度强，更加有利于后续的图像自动处理分析，进一步提高分析的精度和可靠性。

上述的检测棚上安装的四个图像传感器的具体安装方式和结构是：图像传感器的安装座安装在伸缩式横向支架的一端，横向支架的另一端螺纹固定检测棚侧面的立柱上。

这样便于图像传感器的安装和位置调节。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例的左后、右后图像传感器工作时的俯视结构示意图。(去掉检测棚棚顶)。

图2是本发明实施例的左前、右前图像传感器工作时的俯视结构示意图。(去掉检测棚棚顶)。

图1、2中的虚线为相应器件(图像传感器、闪光灯、背景闪光灯)工作时的视角投射线，箭头方向为机车运行的方向。

图3是本发明实施例的图像传感器的安装结构放大示意图。

具体实施方式

图1、2示出，一种机车受电弓滑板磨耗在线自动检测设备，包括检测棚1上安装的图像传感器，以及与图像传感器相连的数据处理及控制装置。

检测棚1侧面与机车受电弓2同一高度的前、后位置分别固定有与数据处理及控制装置相连的前、后触发开关901、902，检测棚1的左、右侧面分别安装有左、右背景板6a、6b；

检测棚1上安装的图像传感器有四个，依其安装位置分别为左后、右后、左前、右前图像传感器802a、802b、801a、801b；

图1示出，左后、右后图像传感器802a、802b的视角均向前、向下，并分别对准右、左背景板6b、6a的前部，且在机车受电弓2通过致后触发开关902触发时；左后、右后图像传感器802a、802b的视角分别对准机车受电弓2滑板前板201的右半部和左半部；

图2示出，左前、右前图像传感器801a、801b的视角均向后、向下，并分别对准右、左背景板6b、6a的后部，且在机车受电弓2通过致前触发开关901触发时，左前、右前图像传感器801a、801b的视角分别对准机车受电弓2滑板后板202的右半部和左半部。

图1、图2还示出，本例中检测棚1的侧面低于机车车体高度且在后触发开关902更后面的位置安装有与数据处理及控制装置相连的车体离去检测开关9c。

检测棚1的顶部安装有左后、右后、左前、右前共四个与数据处理及控制装置相连的闪光灯402a、402b、401a、401b，四个闪光灯的安装位置和角度是：后触发开关902触发时，左后、右后闪光灯402a、402b分别对准机车受电弓2滑板前板201的右半部和左半部；前触发开关901触发时，左前、右前闪光灯401a、401b分别对准机车受电弓2滑板后板202的右半部和左半部。

检测棚1的顶部安装有左后、右后、左前、右前共四个与数据处理及控制装置相连的背景闪光灯502a、502b、501a、501b，其安装位置和角度是：左后、左前背景闪光灯502a、501a、对准左背景板6a且其对准位置分别与右前、右后图像传感器801b、802b的视角在左背景板上的对准位置相同；右后、右前背景闪光灯502b、501b、对准右背景板6b且其对准位置分别与左前、左后图像传感器801a、802a的视角在右背景板6b的对准位置相同。

本例中的检测棚1上安装的四个图像传感器802a、802b、801a、801b的具体安装方式和结构是：图像传感器802a、802b、801a、801b的安装座3安装在伸缩式横向支架7的一端，横向支架7的另一端螺纹固定检测棚1侧面的立柱1c上。安装座3为现有的图像传感器安装座，它能够方便地调节图像传感器的视角(见图3，图3中仅给出了右前图像传感器801b的安装结构示意图，其余图像传感器的安装方式与其完全一样)。

本发明使用的前、后触发开关91、92，机车离去开关9c均为现有技术，如由红外发射端和接收端构成的红外检测开关。

本例的工作过程与原理是：

当向前运行的机车运行至检测棚1内，且机车受电弓2通过后触发开关902使后触发开关触发902，此时数据处理及控制装置控制检测棚1两侧的左后、右后图像传感器802a、802b同时进行拍摄；右后、左后闪光灯402b、402a同时闪光分别给滑板前板201的右半部和左半部补光；右前、左前背景闪光灯501b、501a闪光分别给左后、右后图像传感器802a、802b的视角所对准的右、左背景板6b、6a的部位补光；从而分别得到机车受电弓2滑板前板201的右半部和左半部的图像，而两个图像的背景则分别为右背景板6b、左背景板6a，并将该两幅图像传输给数据处理及控制装置(见图1)。

机车继续向前运行，当机车受电弓2通过前触发开关901时，数据处理及控制装置控制检测棚1两侧的左前、右前图像传感器801a、801b同时进行拍摄；右前、左前闪光灯401b、401a同时闪光分别给滑板后板202的右半部和左半部补光；右后、左后背景闪光灯502b、502a闪光分别给左前、右前图像传感器801a、801b的视角所对准的右、左背景板6b、6a的部位补光；从而分别得到机车受电弓2滑板后板202的右半部和左半部的图像；而两个图像的背景则分别为右背景板6b、左背景板6a，并将该两幅图像传输给数据处理及控制装置(见图2)。

数据处理及控制装置将机车受电弓2滑板的前、后板201、202的右半部和左半部的共四幅图像，进行图片的裁减，接触导线的定位、滑板上下边缘的定位、端点连接、条件判断，图像拼接，形成最终的边缘曲线，再进行标定，还原为实际物理坐标。即可动态检测出受电弓2的滑板磨耗。

Claims (5)

1.一种机车受电弓滑板磨耗在线自动检测设备，包括检测棚(1)上安装的图像传感器，以及与图像传感器相连的数据处理及控制装置，其特征在于：

所述的检测棚(1)侧面与机车受电弓(2)同一高度的前、后位置分别固定有与数据处理及控制装置相连的前、后触发开关(901、902)，检测棚(1)的左、右侧面分别安装有左、右背景板(6a、6b)；

检测棚(1)上安装的图像传感器有四个，依其安装位置分别为左后、右后、左前、右前图像传感器(802a、802b、801a、801b)；

左后、右后图像传感器(802a、802b)的视角均向前、向下，并分别对准右、左背景板(6b、6a)的前部，且在机车受电弓(2)通过致后触发开关(902)触发时；左后、右后图像传感器(802a、802b)的视角分别对准机车受电弓(2)滑板前板(201)的右半部和左半部；

左前、右前图像传感器(801a、801b)的视角均向后、向下，并分别对准右、左背景板(6b、6a)的后部，且在机车受电弓(2)通过致前触发开关(901)触发时，左前、右前图像传感器(801a、801b)的视角分别对准机车受电弓(2)滑板后板(202)的右半部和左半部。

2.根据权利要求1所述的一种机车受电弓滑板磨耗在线自动检测设备，其特征在于：所述检测棚(1)的侧面低于机车车体高度且在后触发开关(902)更后面的位置安装有与数据处理及控制装置相连的车体离去检测开关(9c)。

3.根据权利要求1所述的一种机车受电弓滑板磨耗在线自动检测设备，其特征在于：所述检测棚(1)的顶部安装有左后、右后、左前、右前共四个与数据处理及控制装置相连的闪光灯(402a、402b、401a、401b)，四个闪光灯的安装位置和角度是：后触发开关(902)触发时，左后、右后闪光灯(402a、402b)分别对准机车受电弓(2)滑板前板(201)的右半部和左半部；前触发开关(901)触发时，左前、右前闪光灯(401a、401b)分别对准机车受电弓(2)滑板后板(202)的右半部和左半部。

4.根据权利要求1所述的一种机车受电弓滑板磨耗在线自动检测设备，其特征在于：所述检测棚(1)的顶部安装有左后、右后、左前、右前共四个与数据处理及控制装置相连的背景闪光灯(502a、502b、501a、501b)，其安装位置和角度是：左后、左前背景闪光灯(502a、501a、)对准左背景板(6a)，且其对准位置分别与右前、右后图像传感器(801b、802b)的视角在左背景板上的对准位置相同；右后、右前背景闪光灯(502b、501b、)对准右背景板(6b)，且其对准位置分别与左前、左后图像传感器(801a、802a)的视角在右背景板(6b)的对准位置相同。

5.根据权利要求1所述的一种机车受电弓滑板磨耗在线自动检测设备，其特征在于：所述的检测棚(1)上安装的四个图像传感器(802a、802b、801a、801b)的具体安装方式和结构是：图像传感器(802a、802b、801a、801b)的安装座(3)安装在伸缩式横向支架(7)的一端，横向支架(7)的另一端螺纹固定检测棚(1)侧面的立柱(1c)上。

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