CN102060037A - 机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置，包括接近传感器、离去传感器、摄像单元、列车速度检测单元、数据处理控制设备，还包括时间基准单元，时间基准单元包括复数个时间基准传感器，时间基准传感器沿轨道的长度方向安装在轨道外侧，时间基准传感器与数据处理控制设备连接；摄像单元由安装在轨道附近的面阵激光发生器和面阵CCD像感器组成。本发明的将面阵激光发生器和面阵CCD像感器组成摄像单元，使得所采集的图像更加精确；在前后摄像单元之间分布有时间基准单元，可以精确控制图像采集时间，通过对图像序列的分析处理，从而获得所测量的车轮全周外形关键尺寸参数，对车轮变形、磨损、损耗、缺陷情况有了更为详细准确的测量。

Description

机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置

[技术领域]

本发明涉及机车车辆轮对自动检测装置，尤其涉及一种机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置。

[背景技术]

车轮是影响列车安全行驶的一个重要因素。随着列车的不断提速，对车轮几何外形尺寸和内部结构的要求也越来越高。如何对车轮进行定期检测，及时发现变形、磨损、划痕和内部瑕疵等各种异常情况对于确保列车的安全运行是非常必要的。

目前，国内用于车轮外形尺寸的检测的非接触测量系统主要以视觉检测技术为基础构建。作为其前端的图像获取装置，工作于不同波段的CCD摄像机成为首选。CCD摄像机主要用于获取被检测轮对的观测图像，其输出经A/D转换后被送至图像处理计算机，然后利用数字图像处理和模式识别技术对输入的数字图像进行分析、处理，并最终得到所需的测量结果。现有的测量装置有的不能获得完整的车轮外形轮廓，并且需要对铁轨进行改造。而有的测量装置虽然能够获得完整的车轮外形轮廓，但所获得的只是在整个轮周上的一两个位置的信息，远远达不到检测整个轮周外形尺寸的目的，这样造成轮对上非磨损缺陷(比如变形等)可能检测不到，从而影响检测的准确性和可靠性。

中国专利号ZL200620021237.3公布了一种“机车车辆轮对外形尺寸在线动态检测装置”，在轨道的内外侧的道床区上均安装有摄像单元，车轮检测器安装轨道内侧靠近摄像器的位置。其优点是能实现对各种机车车辆运行中的轮对外形轮廓及各种尺寸参数的在线动态检测，测量数据全面准确；使用时无需改造现有钢轨结构，测量时允许列车通过速度达到30km/h，实现动态检测。其不足之处在于虽然能够获得完整的车轮外形轮廓，但所获得的只是在整个轮周上的一两个位置的信息，远远达不到检测整个轮周外形尺寸的目的，这样造成轮对上非磨损缺陷(比如变形等)可能检测不到，从而影响检测的准确性和可靠性。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种无需改造现有钢轨结构，被检测列车的通过速度不超过30km/h，能实现对各种机车车辆运行中的轮对全周外形轮廓及各种尺寸参数在线动态检测，测量数据全面准确的机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置，包括接近传感器、离去传感器、摄像单元、列车速度检测单元、数据处理控制设备，还包括时间基准单元，时间基准单元包括复数个时间基准传感器，时间基准传感器沿轨道的长度方向安装在轨道外侧，时间基准传感器与数据处理控制设备连接；摄像单元由安装在轨道附近的面阵激光发生器和面阵CCD像感器组成。

作为本发明的改进，摄像单元装在组成轨道的两条单轨的外侧和内侧；在每条单轨的外侧装有两组摄像单元，两组摄像单元之间的距离小于车轮的周长，该两组摄像单元之间的区域为检测区；在每条单轨的内侧装有两组摄像单元，两组摄像单元之间的距离小于车轮的周长；每条单轨外侧安装的摄像单元位置与内侧安装的摄像单元的位置相对应。

本发明的进一步改进是，所述的接近传感器安装在检测区机车进入方向的前方轨道的侧面，所述的离去传感器安装在检测区机车离去方向的后方轨道的侧面；接近传感器、离去传感器分别与数据处理控制设备连接。

本发明的更进一步的改进是，数据处理控制设备包括测速模块、轮缘和踏面全周距离图像生成模块、轮缘和踏面三维重建模块以及轮对数据分析和管理模块。

本发明的另一个改进是，面阵激光发生器和面阵CCD像感器安装在保护箱内，保护箱的箱盖开合机构与控制设备连接。

本发明的有益效果是，由面阵激光发生器和面阵CCD像感器组成摄像单元，使得所采集的图像更加精确。在前后摄像单元之间分布有时间基准单元，可以精确控制图像采集时间，从而获得反映轮对瞬时观测结果的一个图像序列。通过对该图像序列的分析处理，结合对应的时间标签信息，利用三角测量原理可确定整个轮周各个观测点位置的轮缘和踏面的三维信息，从而获得所测量的车轮全周外形关键尺寸参数。这样得到的测量结果更加科学全面，不仅检测了车轮的磨损情况，而且对车轮变形、损耗、缺陷情况有了更为详细准确的测量。另外，通过增加时间基准单元中可以同时检测车轮通过的时间和位移的时间基准传感器，本发明可以多次测量车轮通过时的位移，并结合轨道外侧的两个摄像单元得到的投射图像，据此可以得到轮对圆周三个点的坐标，从而计算出多组轮对的直径，这样比现有方法得到的结果更加准确可靠。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置实施例安装位置示意图。

图2是本发明机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置实施例的轮对、面阵激光发生器和面阵CCD像感器的相对位置图。

图中，J1～J8-面阵激光发生器，C1～C8-面阵CCD像感器，T1～T4-时间基准传感器，M1-接近传感器，M1-离去传感器，1-轨道，2-速度检测传感器，3-保护箱，8-轮对。

[具体实施方式]

图1、图2是一种机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置，包括接近传感器、离去传感器、八组摄像单元、列车速度检测单元、数据处理控制设备，还包括时间基准单元，时间基准单元由4个时间基准传感器T1～T4组成，4个时间基准传感器沿轨道的长度方向安装在轨道1的外侧，时间基准传感器T1～T4与数据处理控制设备连接，时间基准传感器T1～T4通过检测车轮位置触发图像采集信号，与摄像单元配合完成车轮图像采集。

在组成轨道的2条单轨两侧分别安装了八组摄像单元，每组摄像单元由一台面阵激光发生器和一台面阵CCD像感器组成，其中，面阵激光发生器J1和面阵CCD像感器C1组成了第一组摄像单元，面阵激光发生器J2和面阵CCD像感器C2组成了第二组摄像单元，面阵激光发生器J3和面阵CCD像感器C3组成了第三组摄像单元，面阵激光发生器J4和面阵CCD像感器C4组成了第四组摄像单元，面阵激光发生器J5和面阵CCD像感器C6组成了第六组摄像单元，面阵激光发生器J7和面阵CCD像感器C7组成了第七组摄像单元，面阵激光发生器J8和面阵CCD像感器C8组成了第八组摄像单元。

八组摄像单元分别安装在组成轨道的两条单轨的外侧和内侧。

在上面一条单轨的外侧装有第一组摄像单元和第二组摄像单元，第一组摄像单元和第二组摄像单元之间的距离小于车轮的周长；在上面一条单轨的内侧装有第三组摄像单元和第四组摄像单元，第三组摄像单元和第四组摄像单元之间的距离小于车轮的周长，其中，装在外侧的第一组摄像单元的安装位置与装在内侧的第三组摄像单元的安装位置相对应，第二组摄像单元位置与第四组摄像单元位置相对应。同样，在下面一条单轨的外侧装有第七组摄像单元和第八组摄像单元，第七组摄像单元和第八组摄像单元之间的距离小于车轮的周长；在下面一条单轨的内侧装有第五组摄像单元和第六组摄像单元，第五组摄像单元和第六组摄像单元之间的距离小于车轮的周长，同上面一条单轨一样，安装在内侧的摄像单元与安装在外侧的摄像单元位置相对应。

如图3所示，在每组摄像单元中，面阵激光发生器产生平行线状激光，面阵CCD像感器与时间基准单元配合完成机车轮对的图像采集。

本实施例的数据处理控制设备包括测速模块、轮缘和踏面全周距离图像生成模块、轮缘和踏面三维重建模块以及轮对数据分析和管理模块。由面阵激光发生器和面阵CCD像感器所采集的到的图像是通过轮缘和踏面三维重建模块生成轮对全周三维形状，从而完成轮对外形尺寸的在线检测。

接近传感器M1安装在第一组摄像单元(面阵激光发生器J1和面阵CCD像感器C1)和第二组摄像单元(面阵激光发生器J2和面阵CCD像感器C2)之间的检测区机车进入方向的前方轨道的侧面，离去传感器M2安装在检测区机车离去方向的后方轨道的侧面；接近传感器M1、离去传感器M2分别与数据处理控制设备连接。在上面一条单轨的内侧还安装了一对速度检测传感器2，其组成的速度检测单元通过速度传感器2对机车通过的速度进行检测。

每组摄像单元中的面阵激光发生器和面阵CCD像感器是安装在保护箱3内，保护箱3的箱盖开合机构与控制设备连接。仅在接近传感器M1检到有车辆通过时，由控制设备将箱盖打开，当判定列车已离去时，将箱盖关闭。这样可使设备的抗恶劣环境能力强，使用寿命长，可靠性高。

本实施例中的接近传感器M1、离去传感器M2、速度检测传感器2和时间基准传感器T1～T4均可直接采用各种现有的非接触式位移传感器，如电涡流式位移传感器、光电位移传感器。

本实施例工作原理：

当有列车通过，接近传感器M1检测有轮对通过，数据处理控制设备接收到接近传感器M1传来的信号，启动摄像单元和时间基准单元工作。面阵激光发生器发出激光束。随后，当安装在轨道内侧的速度检测传感器2和安装在轨道外侧的时间基准传感器T1～T4检测到有轮对通过时，发出车轮到达信号及车轮速度信号给数据处理控制设备，数据处理控制设备根据速度检测传感器2、时间基准传感器T1～T4、面阵CCD摄像器的位置及车轮速度计算出摄像器的延时拍摄时刻，该拍摄时刻能保证面阵激光发生器所发出激光束的投射方向与标定时标准投影方向一致。一旦到达拍摄时刻，轨道两侧的面阵CCD像感器被触发，从两侧方向同步进行拍摄；所得的图像即为激光束投射到被测车轮踏面及轮缘、轮箍上，在轮对上形成的外形轮廓投射图像。在列车速度为1-30km/h的范围之内，考虑到拍摄成像时间很短，列车轮对的转速可以忽略不计，面阵CCD像感器可以捕捉到面阵激光束在轮对上形成的清晰、相对静止的投射图像。通过设在一条单轨内外侧两组摄像单元间的时间基准传感器T1～T4控制拍摄时间，当列车以1-30km/h的范围之内的速度通过轮对检测装置时，可以获得反映轮对瞬时观测结果的一个图像序列。通过对该图像序列的分析处理，找到图像各像素在不同采样时刻像素值的极大值。这样，结合对应的时间标签信息，利用三角测量原理可确定整个轮周各个观测点位置的轮缘和踏面的三维信息，从而获得所测量的车轮外形关键尺寸参数。当数据处理控制设备延时一定时刻后，均未收到离去传感器发来的有车轮通过的信号，则判定列车已经离去，数据处理控制设备发出检测结束信号，该设备使所有的摄像单元、速度检测传感器和时间基准传感器断电，由此完成通过列车的所有轮对的一次检测。

另外，轨道外侧两个摄像单元之间的时间基准传感器T1～T4也可以用来测量每个车轮通过时的位置，这个信息再结合轨道外侧两个摄像单元得到的投射图像，据此可以得到轮对圆周三个点的坐标，从而计算出轮对的一组直径值，整个时间基准单元可以得到多组测量结果，从而可以更准确的估算出轮径。

Claims (5)

1.一种机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置，包括接近传感器、离去传感器、摄像单元、列车速度检测单元和数据处理控制设备，其特征在于：还包括时间基准单元，所述的时间基准单元包括复数个时间基准传感器，时间基准传感器沿轨道的长度方向安装在轨道外侧，时间基准传感器与数据处理控制设备连接；所述的摄像单元由安装在轨道附近的面阵激光发生器和面阵CCD像感器组成。

2.根据权利要求1所述的机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置，其特征在于：所述的摄像单元安装在组成轨道的两条单轨的外侧和内侧；在每条单轨的外侧装有两组摄像单元，两组摄像单元之间的距离小于车轮的周长，该两组摄像单元之间的区域为检测区；在每条单轨的内侧装有两组摄像单元，两组摄像单元之间的距离小于车轮的周长；每条单轨外侧安装的摄像单元位置与内侧安装的摄像单元的位置相对应。

3.根据权利要求2所述的机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置，其特征在于：所述的接近传感器安装在检测区机车进入方向的前方轨道的侧面，所述的离去传感器安装在检测区机车离去方向的后方轨道的侧面；接近传感器、离去传感器分别与数据处理控制设备连接。

4.根据权利要求3所述的机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置，其特征在于：所述的数据处理控制设备包括测速模块、轮缘和踏面全周距离图像生成模块、轮缘和踏面三维重建模块以及轮对数据分析和管理模块。

5.根据权利要求4所述的机车轮对全周外形尺寸在线动态检测装置，其特征在于：所述的面阵激光发生器和面阵CCD像感器安装在保护箱内，保护箱的箱盖开合机构与数据处理控制设备连接。

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