CN104406534A - 一种机车车轮直径检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种机车车轮直径检测系统，该机车车轮直径检测系统包括：控制器、第一光线投射器、图像采集设备和处理器，其中，在所述控制器控制下，所述第一光线投射器投射第一光线到机车车轮踏面，形成光截曲线；所述图像采集设备采集包括所述光截曲线的光截曲线图像；所述处理器利用图像分割法对获取的光截曲线图像进行分析，得到所述机车车轮的直径。

Description

一种机车车轮直径检测系统

技术领域

本发明涉及机械检测领域，特别是涉及一种机车车轮直径检测系统。

背景技术

车轮是机车行走系统的关键部件之一，车轮是机车车轮上与钢轨相接触的部件，其主要作用是保证机车车轮在钢轨上的运行和转向。在机车行驶过程中，机车车轮的工作状态将直接影响到机车的行车安全，因此，车轮常作为机车日常检修维护的重要部件之一。

机车车轮日常检修的主要有机车车轮外形尺寸检测、机车车轮缺陷检测等，其中，机车车轮的外形尺寸检测包括机车车轮直径的检测、机车车辋厚度的测量和机车车轮的踏面斜度检测等。

目前，对机车车轮直径的测量常采用的三点直径测量法，其中，第一点、第二点采用线光源发射的光线与车轮踏面的交点，第三点采用车轮踏面与钢轨的交点，由于实际情况中对机车进行车轮直径的测量时，钢轨将会发生形变且车轮会发生左右摆动，因此，第三点采用理论上车轮踏面与钢轨的交点——虚拟第三点，使用包含虚拟第三点的三点直径测量法时，因为使用的虚拟第三点无法真实反映实际情况，因此，使用基于包含虚拟第三点的三点测量方式得到的车轮直径的精度及准确度无法得到保证，使得测得的机车车轮的车轮直径参数的可靠性低，数据的真实有效性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种机车车轮直径检测系统，以解决现有技术中测得的车轮直径参数可靠性低，数据真实性有效性较差的问题。为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种机车车轮直径检测系统，包括：控制器、第一光线投射器、图像采集设备和处理器，其中，

在所述控制器控制下，所述第一光线投射器投射第一光线到机车车轮踏面，形成光截曲线；

所述图像采集设备采集包括所述光截曲线的光截曲线图像；

所述处理器利用图像分割法对获取的光截曲线图像进行分析，得到所述机车车轮的直径。

其中，所述机车车轮直径检测系统还包括：第二光线投射器，所述第二光线投射器与第一光线投射器位于机车轨道不同侧，用于投射与所述第一光线处于轨道不同侧的第二光线到机车车轮踏面。

其中，所述第一光线投射器和第二光线投射器为激光投射器。

其中，所述第一光线投射器为可见光线投射器，且所述第二光线投射器为不可见光线投射器。

其中，所述第一光线投射器投射3条第一光线到机车车轮踏面，所述第二光线投射器投射3条第二光线到机车车轮踏面。

其中，所述第一光线投射器的数目为4台。

其中，所述第二光线投射器的数目为4台。

其中，所述机车车轮直径检测系统还包括：车轮触发传感器，

当车轮触发传感器检测到车轮存在时，车轮触发传感器向控制器发送启动检测信号，控制器收到启动检测信号后控制第一光线投射器投射第一光线。

其中，所述机车车轮直径检测系统还包括：加热装置，

当环境温度是否低于预定阈值时，加热装置进行加热。

其中，所述机车车轮直径检测系统还包括：制冷装置，

当环境温度是否高于预定阈值时，制冷装置进行制冷。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统，该机车车轮检测系统包括控制器、第一光线投射器、图像采集设备和处理器，在控制器控制下第一光线投射器向机车车轮踏面投射第一光线，在车轮踏面上形成光截曲线，然后利用图像采集设备来采集包括这些光截曲线的光截曲线图像，最后处理器利用图像分割法对获取的这些光截曲线图像进行分析，得到被检测机车车轮的直径。通过本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统来检测机车车轮的直径，因为光截曲线上的点均位于机车车轮之上，均为真实存在的点，因此可以保证得到的机车车轮的直径可以完全真实地反映实际情况，提高测得的机车车轮的车轮直径参数的可靠性，提高数据的真实有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统的系统框图；

图2为本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统的另一系统框图；

图3为本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统的再一系统框图；

图4为本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统的又一系统框图；

图5为本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统的又另一系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统的系统框图，参照图1，该机车车轮直径检测系统可以包括：控制器100、第一光线投射器200、图像采集设备300和处理器400，其中，

在控制器100控制下，第一光线投射器200投射第一光线到机车车轮踏面，形成光截曲线；

其中，光截曲线即光线投射到机车车轮踏面后，因为车轮踏面的阻挡，无法按照原来的投射方向正常直线传播，而在机车车轮踏面上随着机车车轮踏面的形状发生弯曲，在机车车轮踏面上照射出的一条光曲线。

可选的，第一光线投射器200可以安置在机车车轮的前方外侧、前方内侧、后方外侧和后方内侧四个方位中的任一个方位，其中，前方指的是机车车轮被检测时行驶的方向，后方指的是机车车轮被检测时行驶方向的逆方向，外侧指的是机车车轮被检测时所处轨道的外侧，即外轨道侧，内侧指的是机车车轮被检测时所处轨道的内侧，即内轨道侧，可以看出其中前方和后方是个相对的方向，当机车车轮被检测时行驶的方向发生改变，其前方方向和后方方向也相应改变，而内侧与外侧则是个绝对方向，其不随机车车轮行驶方向的改变而改变。

相应的，通过第一光线投射器200投射到机车车轮踏面的第一光线也可以从机车车轮的前方外侧、前方内侧、后方外侧和后方内侧四个方向的任一个方向投射到机车车轮踏面。

可选的，为了增加所获得的光截曲线的清晰度，可以采用激光投射器作为第一光线投射器200，激光投射器投射的激光亮度高，且发散度小，利用机车车轮直径的检测。

可选的，第一光线投射器200可以一次投射多条第一光线到需检测的机车车轮的踏面，用以增加计算机车车轮直径的数据，进一步增加机车车轮直径检测所得结果的精度，提高测得的机车车轮的车轮直径参数的可靠性。

可选的，可以设置第一光线投射器200一次投射3条第一光线到机车车轮踏面。

可选的，由于每次检测机车车轮的直径时，为同时对机车的两个车轮同时进行检测，即每次检测机车车轮的直径时，都是检测机车的车轮对，而每个机车车轮的前方和后方均可以设置第一光线投射器200，因此，可以在检测机车车轮时，在第一个车轮的前方内侧或外侧和后方内侧或外侧，第二个车轮的前方内侧或外侧和后方内侧或外侧，总共四个方向各设置1台第一光线投射器200，即通过4台第一光线投射器200分别从该四个方向来投射第一光线检测被测机车车轮的直径，增加计算机车车轮直径的数据，达到增加机车车轮直径检测所得结果的精度，提高测得的机车车轮的车轮直径参数的可靠性的目的。

图像采集设备300采集包括所述光截曲线的光截曲线图像；

可选的，图像采集设备300可以是摄像机。

可选的，可以图像采集设备200和第一光线投射器200之间具有一个固定的角度，使采集的光截曲线图像中包含的光截曲线完整、清晰。

可选的，可以第一光线投射器200和图像采集设备300集成安装在一个固定的单个箱体内，从而固定第一光线投射器200的光线投射角度，固定图像采集设备300的图像采集角度，同时固定第一光线投射角度与图像采集角度之间的夹角，使现场无需再调节第一光线投射器200和图像采集设备300的角度。

处理器400利用图像分割法对获取的光截曲线图像进行分析，得到所述机车车轮的直径。

可选的，可以通过在得到的在光截曲线上取三点，利用三点直径测量法来对机车车轮的直径进行计算。

可选的，由于在光截曲线上取三点的选择很多，取三点后也会计算得到无数个机车车轮直径的结果，因此，可以通过首先排除与正常值和大部分计算结果偏差较大的结果，再对排除后的计算结果取平均值，将最后得到的平均值作为得到的车轮直径的结果。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统，用控制器控制第一光线投射器投射第一光线到机车车轮的踏面，在机车车轮踏面形成光截曲线，然后通过图像采集设备采集包括这些光截曲线的光截曲线图像，最后通过处理器利用图像分割法对获取的这些光截曲线图像进行分析，得到所述机车车轮的直径。利用本发明实施例提供的机车车轮直径检测方法，因为光截曲线上的点均位于机车车轮之上，均为真实存在的点，因此可以保证得到的机车车轮的直径可以完全真实地反映实际情况，提高测得的机车车轮的车轮直径参数的可靠性，提高数据的真实有效性。

可选的，图2示出了本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统的另一系统框图，参照图2，该机车车轮直径检测系统还可以包括：第二光线投射器500，

第二光线投射器500与第一光线投射器200位于机车轨道不同侧，用于投射与第一光线投射器200投射出的第一光线处于轨道不同侧的第二光线到机车车轮踏面。

在与第一光线投射器200位于机车轨道不同侧的方向设置第二关系投射器，可以增加可用于计算机车车轮直径的光截曲线的数量，提高机车车轮直径检测所得结果的精度，和测得的机车车轮的车轮直径参数的可靠性。

可选的，在机车车轮不改变行驶方向的前提下，当第一光线投射器200设置在被测机车车轮的前方外侧时，可以将第二光线投射器500设置在机车车轮的前方内侧，反正亦然；当第一光线投射器200设置在被测机车车轮的后方外侧时，则可以将第二光线投射器500设置在机车车轮的后方内侧，反正也亦然。

可选的，当同时向同一机车车轮的同一踏面投射第一光线投射器200投射的第一光线投射和第二光线投射器500投射的第二光线时，由于第一光线和第二光线之间可能会相互产生干扰，影响检测机车车轮直径的数据的真实性，因此，可以将第一光线投射器200和第二光线投射器500中的一个使用可见光线投射器，另一个使用不可见光线投射器。顾名思义，可见光线投射器投射可见光，不可见光线投射器投射不可见光。

可选的，可以将不可见光线投射器作为第一光线投射器200，且将不可见光线投射器作为第二光线投射器500，使第一光线投射器200投射的第一光线为可见光，第二光线投射器500投射的第二光线为可见光。可选的，可以设置不可见光线投射器投射的光线的波长为808纳米，设置可见光线投射器投射的光线的波长为660纳米。

可选的，为了增加所获得的光截曲线的清晰度，也可以采用激光投射器作为第二光线投射器500，激光投射器投射的激光亮度高，且发散度小，利用机车车轮直径的检测。

可选的，第二光线投射器500可以一次投射多条第二光线到需检测的机车车轮的踏面，用以增加计算机车车轮直径的数据，进一步增加机车车轮直径检测所得结果的精度，提高测得的机车车轮的车轮直径参数的可靠性。

可选的，第二光线投射器500与第一光线投射器200位于机车轨道不同侧，因此，第二光线投射器500同第一光线投射器200，也可以相应从四个方向设置第二光线投射器500，即4台第二光线投射器500从四个不同的方向来投射第二光线，增加机车车轮直径检测所得结果的精度，提高测得的机车车轮的车轮直径参数的可靠性。

可选的，图3示出了本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统的再一系统框图，参照图3，该机车车轮直径检测系统还可以包括：车轮触发传感器600，

利用车轮触发传感器600来感受被测机车车轮是否存在，当车轮触发传感器600检测到车轮存在时，车轮触发传感器600向控制器100发送启动检测信号，控制器100收到启动检测信号后控制第一光线投射器200投射第一光线。

可选的，当同时使用第一光线投射器200投射第一光线，和二光线投射器500投射第二光线时，控制器100收到启动检测信号后同时控制第一光线投射器200投射第一光线，控制第二光线投射器500投射第二光线。

当被测机车的车轮不在检测支架上时，不需要第一光线投射器200投射第一光线和第二光线投射器500投射第二光线，因此，当控制器100接收到车轮触发传感器600发送的启动检测信号后再控制第一光线投射器200和第二光线投射器500分别投射第一光线和第二光线，可以有效节约能源。

可选的，图4示出了本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统的又一系统框图，参照图4，该机车车轮直径检测系统还可以包括：加热装置700，当环境温度低于预定阈值时，加热装置700进行加热。

由于机车车轮直径检测方法的实施过程中环境温度不可过低，在机车车轮直径的检测系统中，随时确定被检测机车车轮所处的环境温度，判断该环境温度是否低于预定阈值，当环境温度低于预定阈值时利用加热装置对被测机车车轮所处的环境进行加热，可以增强机车车轮直径检测过程中环境的稳定性，保证机车车轮直径检测系统中设备的正常运行。

可选的，图5示出了本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统的又另一系统框图，参照图5，该机车车轮直径检测系统还可以包括：制冷装置800，当环境温度高于预定阈值时，制冷装置800进行制冷。

由于机车车轮直径检测方法的实施过程中环境温度不可过高，在机车车轮直径的检测系统中，随时确定被检测机车车轮所处的环境温度，判断该环境温度是否高于预定阈值，当环境温度高于预定阈值时利用制冷装置对被测机车车轮所处的环境进行制冷，可以增强机车车轮直径检测过程中环境的稳定性，保证机车车轮直径检测系统中设备的正常运行。

本发明实施例提供的机车车轮直径检测系统，可以完全真实地反映被测机车车轮直径的实际情况，有效测得的机车车轮的车轮直径参数，提高测得的机车车轮的车轮直径参数的可靠性，提高数据的真实有效性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种机车车轮直径检测系统，其特征在于，包括：控制器、第一光线投射器、图像采集设备和处理器，其中，

在所述控制器控制下，所述第一光线投射器投射第一光线到机车车轮踏面，形成光截曲线；

所述图像采集设备采集包括所述光截曲线的光截曲线图像；

所述处理器利用图像分割法对获取的光截曲线图像进行分析，得到所述机车车轮的直径。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：第二光线投射器，所述第二光线投射器与第一光线投射器位于机车轨道不同侧，用于投射与所述第一光线处于轨道不同侧的第二光线到机车车轮踏面。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一光线投射器和第二光线投射器为激光投射器。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一光线投射器为可见光线投射器，且所述第二光线投射器为不可见光线投射器。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一光线投射器投射3条第一光线到机车车轮踏面，所述第二光线投射器投射3条第二光线到机车车轮踏面。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一光线投射器的数目为4台。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二光线投射器的数目为4台。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：车轮触发传感器，当车轮触发传感器检测到车轮存在时，车轮触发传感器向控制器发送启动检测信号，控制器收到启动检测信号后控制第一光线投射器投射第一光线。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：加热装置，当环境温度是否低于预定阈值时，加热装置进行加热。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：制冷装置，当环境温度是否高于预定阈值时，制冷装置进行制冷。