CN104608801A - 一种车载式检测车轮不圆度方法 - Google Patents

一种车载式检测车轮不圆度方法 Download PDF

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肖乾
杨逸航
昌超
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    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/12—Measuring or surveying wheel-rims

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Abstract

本发明公开了一种车载式检测车轮不圆度方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：为了克服现有的轮对不圆度定期检测的方式中效率低下，可靠性差，占用周转时间长，不能检测行驶中车轮不圆度的不足，本发明依据的原理是细带状光源照明系统沿踏面法线方向照射在车轮表面，形成从轮缘到踏面的光截曲线。与光截曲线成一定夹角的高速面阵CCD摄像机拍摄光源在车轮上形成的光截曲线，拍摄数据通过有线传输传到一个中继模块上，中继模块中单片机采集摄像机拍摄数据，然后通过数传电台无线传输传到机车操纵室，计算机对图像进行处理，得到车轮外形曲线，通过将检测得到的所有车轮外形曲线与标准曲线比较得出车轮不圆度。

Description

一种车载式检测车轮不圆度方法
技术领域
本发明涉及一种车载式检测车轮不圆度方法。
背景技术
列车行驶一段时间后，车轮踏面会产生不均匀的磨损，当磨损达到一定值时，车轮不圆度将会使车辆产生附加振动、冲击、噪声，影响车辆的平稳性，对列车行驶安全造成威胁。目前我国铁路对轮对的不圆度检测主要采取定期检测的方式，即在规定的期限里集中大量的人力对轮对有计划地进行检修。这种检测方式具有效率低下，可靠性差，占用周转时间长等无法克服的缺点，而且无法及时了解车轮在运行中的质量状况，必然出现磨耗到限的车轮仍在继续使用的情况。
发明内容
为了克服现有的技术不足，本发明提供了一种车载式检测车轮不圆度方法，该方法能够精确检测出车轮的不圆度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：为了克服现有的传统车轮不圆度检测设备效率低下，可靠性差，占用周转时间长，不能检测正常行驶中的车轮不圆度的不足，本发明依据的原理是细带状光源照明系统沿踏面法线方向照射在车轮表面，形成从轮缘到踏面的光截曲线——反映车轮外形尺寸的截面。与光截曲线成一定夹角的高速面阵CCD摄像机拍摄车轮上光截曲线，拍摄数据通过有线传输到一个中继模块上，中继模块中单片机采集摄像机拍摄数据，然后通过数传电台无线传输传到机车操纵室，计算机对图像进行实时处理，得到车轮外形曲线，通过将检测得到的所有车轮外形曲线与标准曲线比较得出车轮不圆度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）可以现场实时实地高效连续探测出车轮表面不圆度，改进了传统的停顿作业方式。所以提高了车轮检测效率，减少了不必要的成本，并且对疑似损伤车轮进行高效反复检测。
（2）本发明与现有技术的最大不同之处在于与传统不圆度检测装置相比，运用了图像监测法，可对正常行驶中的高速车轮不圆度进行检测。
（3）装置轻巧、工作原理简单、检测精度高、易于携带及安装，很好的节省人力物力。
（4）当不圆度测试仪工作时，可以把数据实时传输到机车操纵室，通过操纵室中的数据处理软件，实时显示车轮不圆度。
附图说明
图1为不圆度检测仪的整体外观示意图。
图2为不圆度检测仪的零件示意图。
图3为不圆度检测仪的工作原理图。
图4为不圆度检测仪的工作状态图。
附图标记：高速面阵CCD摄像机（1）、摄像机支撑座（2）、半导体激光器（3）、激光器支架（4）、摄像机支架（5）、数据传输线（6）、中继模块（7）、激光器支撑座（8）、滤光片（9）、摄像机垫片（10）、Ⅰ号卡紧螺钉（11）、Ⅰ号销钉（12）、Ⅰ号螺钉（13）、激光器垫片（14）、Ⅱ号卡紧螺钉（15）、Ⅱ号销钉（16）、Ⅱ号螺钉（17）、转向机侧架（18）、钢轨（19）、车轮（20）、轴箱（21）、转臂定位装置（22）、轴箱圆弹簧（23）。
具体实施方式
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：
如附图1、附图2、附图3所示，本发明的组成包括高速面阵CCD摄像机、摄像机支架、摄像机支撑座、半导体激光器、激光器支架、激光器支撑座、中继模块。
实施例1、一种车载式检测不圆度方法，由半导体激光器、激光器支架、激光器支撑座、激光器垫片组成；其中：半导体激光器（3）通过激光器支架（4）、激光器支撑座（8）安装在转向机侧架（18）底端，半导体激光器（3）体积小，耗能小，出射激光单色性好，亮度高，抗干扰能力强。选用出瞳功率20mw的激光器，激光器安装位置离轨面距离AC约为100mm，使得激光器免于道碴的阻挡，距离钢轨垂直平面距离BC长度约为100mm，避开车轮行驶中砂石的撞击，半导体激光器（3）工作距离BF约为600mm。激光器所在平面BCF与平面BCFO共面，使得线光源能沿车轮径向照射车轮轮箍部分，形成一条反映车轮外形的光截曲线。
实施例2、一种车载式检测不圆度方法，由超高速面阵CCD摄像机、滤光片、摄像机支架、摄像机支撑座、摄像机垫片组成；其中：高速面阵CCD摄像机（1）通过摄像机支架（5）、摄像机支撑座（2）安装在转向机侧架（18）底端，普通列车行驶速度大约120km/h, 即每行驶1mm需要时间3x10-5s，高速面阵CCD摄像机（1）可以选用Phanton v710单色CCD,其在满幅1024×800像素下可达7500帧/s图像采集，通过减少记录的像素数目（降低空间分辨率）最高可达700000帧/s，即摄像机每拍摄1帧图像需要1.43 x10-6s，可以满足光截曲线宽度小于1mm的误差需求，摄像机调整到隔行扫描模式，减小帧间图像跳跃，摄像机所在平面DEF与激光器所在平面BCF不共面，摄像机安装位置离轨面距离DG约为150mm，使摄像机能够斜向拍摄光截曲线图像，距离钢轨垂直平面距离DE长度约为100mm，避开车轮行驶中砂石的撞击，高速面阵CCD摄像机（1）工作距离EF约为650mm，在摄像机镜头前安装滤光片（9），减少环境光干扰。
实施例3、一种车载式不圆度检测不圆度方法，由中继模块与机车操纵室组成；其中：中继模块（7）由单片机，数传电台组成，中继模块固定在转向架侧架（18）底端，通过数据传输线（6）与高速面阵CCD摄像机（1）进行连接，单片机对摄像机拍摄数据采集，通过数传电台无线发射到机车操纵室，计算机先将图像按一定的格式保存在硬盘中指定位置，然后通过图像处理软件对硬盘中图像进行处理，得到车轮的真实外形曲线。
本发明的工作方法如下：
在对车轮不圆度检测前，要做好准备工作，操作人员检测半导体激光器、高速面阵CCD摄像机是否正常，待列车停稳，将车载式不圆度检测仪安装在转向架侧架底端。打开激光器、摄像机，半导体激光器发射线性激光，在行驶中车轮踏面表面上形成一条清晰的光截曲线，高速面阵CCD摄像机调整到隔行扫描扫描模式，调整像素数目使拍摄速度达到50000帧/s，调整摄像机位置，斜向拍摄光截曲线，拍摄数据通过数据传输线传入中继模块，单片机采集数据并通过数传电台把数据无线传输到机车操作室中，由于拍射角度的问题，拍摄到的光截曲线相对真实曲线有一定的畸变，通过操作室内计算机上图像处理软件对光截曲面进行处理校正得到车轮的真实外形曲线，对所有外形曲线叠加分析得出车轮表面不圆度。
采用本车载式检测车轮不圆度方法的检测装置可在交流220V电压下正常工作，便于安装在任何转向架侧架底部，仪器重量轻，体积小，工作原理简单，检测过程快速精确，工作安全可靠，可对高速行驶的车轮不圆度进行检测。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改造，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于车载式检测车轮不圆度方法，该检测方法主要由车载式不圆度检测仪实现，该车载式不圆度检测仪由高速面阵CCD摄像机、摄像机支架、摄像机支撑座、半导体激光器、激光器支架、激光器支撑座、中继模块组成；其中：半导体激光器（3）通过激光器支架（4）、激光器支撑座（8）安装在转向机侧架（18）底端，半导体激光器（3）选用出瞳功率20mw的激光器，激光器安装位置离轨面距离AC约为100mm，使得激光器免于道碴的阻挡，距离钢轨垂直平面距离BC长度约为100mm，避开车轮行驶中砂石的撞击，半导体激光器（3）工作距离BF约为600mm；激光器所在平面BCF与平面BCFO共面，使得线光源能沿车轮径向照射车轮轮箍部分，形成一条反映车轮外形的光截曲线。
2.根据权利要求1所述的一种车载式检测车轮不圆度方法，其特征在于：高速面阵CCD摄像机（1）通过摄像机支架（5）、摄像机支撑座（2）安装在转向机侧架（18）底端，普通列车行驶速度大约120km/h, 即每行驶1mm需要时间3x10-5s，高速面阵CCD摄像机（1）可以选用Phanton v710单色CCD,其在满幅1024×800像素下可达7500帧/s图像采集，通过减少记录的像素数目调整像素数目，使拍摄速度达到50000帧/s，摄像机调整到隔行扫描模式，减小帧间图像跳跃，摄像机安装位置离轨面距离DG约为150mm，使摄像机能够斜向拍摄光截曲线图像，距离钢轨垂直平面距离DE长度约为100mm，避开车轮行驶中砂石的撞击，高速面阵CCD摄像机（1）工作距离EF约为650mm，在摄像机镜头前安装滤光片（9），减少环境光干扰。
3.根据权利要求1所述的一种车载式检测车轮不圆度方法，其特征在于：中继模块（7）由单片机，数传电台组成，中继模块固定在转向架侧架（18）底端，通过数据传输线（6）与高速面阵CCD摄像机（1）进行连接，单片机对摄像机拍摄数据采集，通过数传电台无线发射到机车操纵室，计算机先将图像按一定的格式保存在硬盘中指定位置，然后通过图像处理软件对硬盘中图像进行处理，得到车轮的真实外形曲线,对所有外形曲线叠加分析得出车轮表面不圆度。
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