CN105292175A - 铁轨缺陷的检测方法、检测系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁轨缺陷的检测方法、检测系统和车辆，系统包括：磁化装置，用于对铁轨进行磁化；磁传感器，用于采集铁轨的磁化信息；定位装置，用于根据控制器发送的定位指令获取铁轨漏磁部位的位置信息；显示装置；控制器，分别与定位装置、磁传感器和显示装置相连，用于根据铁轨的磁化信息判断是否漏磁，对漏磁时的磁化信息进行缺陷识别和轮廓反演，并发送给显示装置进行显示；其中，磁化装置、磁传感器、定位装置、显示装置、控制器均设置在同一个载体上。本发明具有如下优点：将所有的检测装置设置在一个载体上，利用磁化检测、分析铁轨的缺陷，低功耗、响应速度快、检测精度高、定位精度高、续航时间长且能够实时显示缺陷的位置和形状。

Description

铁轨缺陷的检测方法、检测系统及车辆

技术领域

本发明涉及无损电磁测量技术领域，特别涉及一种铁轨缺陷的检测方法、检测系统及车辆。

背景技术

目前我国高速跌路的发展日新月异，铁路长度每年在以上千公里的速度增长。因而铁轨的安全问题也成为了一项重大课题。铁路的缺陷能造成重大人员伤亡和财产损失。而由于铁路长度极大的原因，采用常规铁磁性材料无损检测方式的工作量极其庞大。我国目前的铁路检测方式分为视觉检测和无损检测两种。视觉检测方式主要靠高速摄影获得铁轨表面图像再进行图像处理分析出表面缺陷，其可信度较低且不能检测出内部缺陷。无损检测方式有涡流检测、超声导波检测、漏磁检测等很多种，但是它们大多采用一维的检测方式，且不能将检测到的缺陷实时成像显示。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种铁轨缺陷的检测系统。

本发明的第二个目的在于提出一种铁轨缺陷的检测方法。

本发明的第三个目的在于提出一种车辆。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种铁轨缺陷的检测系统，包括：磁化装置，用于对铁轨进行磁化；磁传感器，用于采集所述铁轨的磁化信息；定位装置，用于根据控制器发送的定位指令获取所述铁轨漏磁部位的位置信息；显示装置；控制器，分别与所述定位装置、所述磁传感器和所述显示装置相连，用于根据所述铁轨的磁化信息判断是否漏磁，并对漏磁时的磁化信息进行缺陷识别和轮廓反演，并发送给所述显示装置进行显示；其中，所述磁化装置、所述磁传感器、所述定位装置、所述显示装置、所述控制器均设置在同一个载体上。

根据本发明实施例的铁轨缺陷的检测系统，将所有的检测装置设置在一个载体上，利用磁化检测、分析铁轨的缺陷，低功耗、响应速度快、检测精度高、定位精度高、续航时间长且能够实时显示缺陷的位置和形状。

另外，根据本发明上述实施例的铁轨缺陷的检测系统，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述磁传感器为两组，分别设置在两根铁轨的上方。

进一步地，每组传感器包括：第一传感器，用于检测所述铁轨的X轴方向是否漏磁；第二传感器，用于检测所述铁轨的Y轴方向是否漏磁；第三传感器，用于检测所述铁轨的Z轴方向是否漏磁。

进一步地，所述定位装置包括里程轮。

进一步地，还包括无线通讯模块，用于将所述铁轨的检测信息传递给工作站。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种轨缺陷的检测方法，包括上述的铁轨缺陷的检测系统，所述方法包括：将所述铁轨磁化；检测铁轨是否漏磁；在漏磁时对磁化信息进行缺陷识别得到缺陷特征；对所述缺陷特征基于三维有限元神经网络的算法进行缺陷量化；基于有限元迭代和高斯-牛顿最优化方法的算法进行轮廓反演和成像。

根据本发明实施例的铁轨缺陷的检测方法，利用磁化检测、分析铁轨的缺陷，低功耗、响应速度快、检测精度高、定位精度高、续航时间长且能够实时显示缺陷的位置和形状。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种车辆，包括上述的铁轨缺陷的检测系统。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的铁轨缺陷的检测系统的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的电气系统示意图；

图3是本发明一个实施例的铁轨缺陷的检测方法的流程图。

具体实施方式

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，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的铁轨缺陷的检测系统。

图1是本发明一个实施例的铁轨缺陷的检测系统的结构示意图。

请参考图1，铁轨缺陷的检测系统，包括磁化装置4、磁传感器5、定位装置1、显示装置9和控制器7。其中，磁化装置4、磁传感器5、定位装置1、显示装置9、控制器7均设置在同一个载体2上。

磁化装置4，通过支撑架3与载体2相连，用于对铁轨进行磁化。具体地，磁化装置为永磁体，设置在载体的下端对应铁轨的位置。磁化装置随载体2在铁轨上运行时，对铁轨进行磁化，以便对铁轨的缺陷进行分析。

磁传感器5，用于采集铁轨的磁化信息。

在本发明的一个实施例中，磁传感器5为两组，分别设置在两根铁轨的上方且靠近铁轨设置，提升缺陷检测精度。

在本发明的一个实施例中，每组磁传感器5包括用于检测铁轨的X轴方向是否漏磁的第一传感器、用于检测铁轨的Y轴方向是否漏磁的第二传感器、用于检测铁轨的Z轴方向是否漏磁的第三传感器。通过三个传感器检测铁轨三维方向的漏磁信息，以后后续形成三维图像进行显示。在本发明的一个实施例中，磁化装置4两端的磁极通过极靴的限位与SCM盒一起通过螺栓固定在载体2上。

定位装置1，用于根据控制器7发送的定位指令获取铁轨漏磁部位的位置信息。具体地，定位装置1为设置在载体2上的里程轮。

控制器7，别与定位装置1、磁传感器4和显示装置9相连，用于根据磁化信息判断是否漏磁，并对漏磁时的磁化信息进行缺陷识别和轮廓反演，并发送给显示装置9进行显示。具体地，控制器7接收磁传感器4传递的磁化信息，将该磁化信息与正常铁轨的磁化信息进行比较，如果差别在一定范围内，则认为铁轨正常；若差别超过预设的范围，则认为铁轨出现故障。当铁轨出现故障时，发送相应的信号启动定位装置1获取故障部位的位置信息，并根据相应的算法对磁化信息进行缺陷识别和轮廓反演，通过显示装置9进行显示。

电池箱8为整体系统供电。

在本发明的一个实施例中，控制器7采用“双核”结构，由一块ARM芯片和一块FPGA构成系统工作核心。ARM主要负责系统控制、非磁数据采集，FPGA则负责磁信号采集。电气系统结构如图2所示。IDOD传感器用于采集铁轨的内径和外径信息，主磁传感器用于采集铁轨的磁化信息，通过铁轨的内经、外径、以及磁化信息确定铁轨的缺陷更加精确。

显示装置9通过连接件6与控制器7相连，可及时显示故障部位的图像。此外，显示装置9还可以显示故障部位的位置信息、缺陷级别和缺陷类型。

在本发明的一个实施例中，铁轨缺陷的检测系统还包括无线通讯模块，用于将铁轨的检测信息传递给上位机，实现现场与远程的同步显示，方便上位机的技术人员对缺陷进行判断，指导现场人员进行相应操作。

本实施例的铁轨缺陷的检测系统，对缺陷进行三维检测，然后再进行在线成像，并且在传统的铁磁性漏磁检测仪器的基础上发明了针对高度铁轨的机械载体和针对高速铁轨的缺陷检测方法。其定位精度据最近参考点为1％以内，置信度在80％以上，检测速度范围为0.1～5m/s，额定功耗小于20W，能连续工作8小时以上，能够检测出铁轨上大于5mm×5mm×1mm(长×宽×深)的腐蚀缺陷。

以下结合附图描述根据本发明实施例的铁轨缺陷的检测方法。

图3是本发明一个实施例的铁轨缺陷的检测方法的流程图。

请参考图1-图3，铁轨缺陷的检测方法，包括以下步骤：

A：用永磁体将铁轨磁化。

B：通过磁传感器采集铁轨的磁化信息，并传给控制器判断是否漏磁。

C：对漏磁时对磁化信息利用BP神经网络算法进行缺陷识别得到缺陷特征。

D：对缺陷特征基于三维有限元神经网络的算法进行缺陷量化。

E：将三轴数据进行融合处理并用基于有限元迭代和高斯-牛顿最优化方法的算法进行轮廓反演和成像。

本实施例的铁轨缺陷的检测方法，对缺陷进行三维检测，然后再进行在线成像，并且在传统的铁磁性漏磁检测仪器的基础上发明了针对高度铁轨的机械载体和针对高速铁轨的缺陷检测方法。其定位精度据最近参考点为1％以内，置信度在80％以上，检测速度范围为0.1～5m/s，额定功耗小于20W，能连续工作8小时以上，能够检测出铁轨上大于5mm×5mm×1mm(长×宽×深)的腐蚀缺陷。

本发明的实施例公开了一种车辆，包括上述的铁轨缺陷的检测系统。

另外，本发明实施例的铁轨缺陷的检测方法、检测系统及车辆的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种铁轨缺陷的检测系统，其特征在于，包括：

磁化装置，用于对铁轨进行磁化；

磁传感器，用于采集所述铁轨的磁化信息；

定位装置，用于根据控制器发送的定位指令获取所述铁轨漏磁部位的位置信息；

显示装置；

控制器，分别与所述定位装置、所述磁传感器和所述显示装置相连，用于根据所述铁轨的磁化信息判断是否漏磁，并对漏磁时的磁化信息进行缺陷识别和轮廓反演，并发送给所述显示装置进行显示；

其中，所述磁化装置、所述磁传感器、所述定位装置、所述显示装置、所述控制器均设置在同一个载体上。

2.根据权利要求1所述的铁轨缺陷的检测系统，其特征在于，所述磁传感器为两组，分别设置在两根铁轨的上方。

3.根据权利要求2所述的铁轨缺陷的检测系统，其特征在于，每组传感器包括：

第一传感器，用于检测所述铁轨的X轴方向是否漏磁；

第二传感器，用于检测所述铁轨的Y轴方向是否漏磁；

第三传感器，用于检测所述铁轨的Z轴方向是否漏磁。

4.根据权利要求1所述的铁轨缺陷的检测系统，其特征在于，所述定位装置包括里程轮。

5.根据权利要求1-4所述的铁轨缺陷的检测系统，其特征在于，还包括无线通讯模块，用于将所述铁轨的检测信息传递给上位机。

6.一种铁轨缺陷的检测方法，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的铁轨缺陷的检测系统，所述方法包括：

将所述铁轨磁化；

检测所述铁轨是否漏磁；

在漏磁时对磁化信息进行缺陷识别得到缺陷特征；

对所述缺陷特征基于三维有限元神经网络的算法进行缺陷量化；

基于有限元迭代和高斯-牛顿最优化方法的算法进行轮廓反演和成像。

7.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述铁轨缺陷的检测系统。