CN107200042A - 一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测方法及其检测装置 - Google Patents

Abstract

一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测装置，包括系统控制器、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器、第一车轮传感器、第二车轮传感器。第一、第二激光位移传感器获取车轮底部两段对应且部分重叠的轮廓，所述第三激光位移传感器以斜角θ获取车轮轮廓。本发明还涉及一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测方法，通过标准轮对标定参数，再进行列车车轮检测，根据第一、第二激光位移传感器获取的车轮底部轮廓，确定车轮中心位置，结合第三激光位移传感器获取的车轮侧边轮廓，以及已知的第三激光位移传感器与车轮中心位置的距离，与标定参数对比，综合计算车轮直径与圆度磨耗。

Description

一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测方法及其检测 装置

技术领域

本发明涉及一种列车安全行驶检测方法，尤其涉及一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测方法及其检测装置。

背景技术

目前业内采用的测量方案大多都是图像分析。列车经过检测设备时，对每个车轮进行一次拍照，再根据拍照得到的照片分析和计算列车的车轮直径数据。

地铁列车车轮为大直径圆，且列车在运行时车轮只露出30％的圆周部分，通过这露出的30％的圆周测量整个车轮的直径。由于图像传感器的像素分辨率有限，所以图像处理传感器的检测精度受限，导致列车车轮直径检测的精度不高，提升空间有限。另外，由于图像处理传感器本身的性能限制，每个列车车轮在经过检测位置时，只能采集1张检测图片，所有的车轮直径信息都是通过这一张图片上的信息进行提取，所以信息失真率比较高，检测精度差，检测结果不稳定。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中的不足，提供一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测方法及其检测装置。

一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测装置，包括系统控制器、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器、第一车轮传感器、第二车轮传感器，所述第二车轮传感器、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第一车轮传感器及第三激光位移传感器沿列车前进方向依次并排设置，第一激光位移传感器与第二激光位移传感器的间距为L9，第一激光位移传感器与第二激光位移传感器的中心点为K点，K点与第三激光位移传感器的出光孔的水平距离为L6，第三激光位移传感器与轨道平面的夹角为θ，所述第一、第二激光位移传感器获取车轮底部轮廓线，所述第三激光位移传感器以斜角θ获取车轮轮廓线。

一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测方法，包括如下步骤：

步骤一：将所述的列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测装置安装于检测路段；

步骤二：用一个标准轮对标定初始参数R₀、D₀；

步骤三：列车车轮直径与磨耗检测；

(1)、获取被测列车车轮轮廓信息，列车经过时，第一车轮传感器检测到车轮后，第一激光位移传感器、第二激光位移传感器共同扫描车轮底部两段对应且部分重叠轮廓，第三激光位移传感器扫描车轮侧边轮廓；

(2)、被测车轮直径计算，第一激光位移传感器、第二激光位移传感器所扫描到轮廓的交叉点A点，为列车运行到K点的时刻，提取该时刻第三激光传感器50对应轮廓的点B点，计算车轮的圆周半径R，得出直径值；

(3)、被测车轮磨耗计算，对第一或第二激光位移传感器扫描到被测车轮轮廓进行拟合，寻找到拟合圆的最低点D点，D点与磨耗参考点D₀点在垂直方向的高度差为被测车轮圆度磨耗；

步骤四：实时判断报警。

进一步地，在步骤三中，计算时：

1)、第三激光位移传感器50对应的读数为L3；

2)、L3*sinθ1-L8＝L7，L7为L3读数点的弦高；

3)、L4＝L6-L3*cosθ；

4)、可以得到方程：R²-L4²＝(R-L7)²，解方程可得到R的值；

5)、将4)中R值与标定值R₀进行比较，得出差值。

进一步地，所述第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器、第一车轮传感器、第二车轮传感器均连接于系统控制器上。

进一步地，车轮从第一车轮传感器的检测区域离开并进入第二车轮传感器的检测区域时，第二车轮传感器检测到车轮后，系统控制器控制第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器停止数据采集。

进一步地，所述L9的取值为50mm≤L9≤400mm，θ的取值为30°≤θ＜90°，其中L6的取值为200mm≤L6≤770mm。

进一步地，在步骤四中，根据直径差值、圆度磨耗的大小判断是否需要报警提示，当所有的参数均没有超出设定值时，则认定为安全；当其中的一个或一个以上的参数超出设定值时，系统认定存在隐患进行报警。

本发明的有益效果在于：通过标准轮对标定参数，再进行列车车轮检测，根据第一激光位移传感器、第二激光位移传感器获取的车轮底部轮廓，确定车轮中心位置，结合第三激光位移传感器获取的车轮侧边轮廓，以及已知的第三激光位移传感器与车轮中心位置的距离，与标定参数对比，综合计算车轮直径与圆度磨耗。整个测量过程无需对车轮进行额外定位，测量精度高，较大程度上避免车轮不圆度对检测结果的影响。

附图说明

图1为本发明激光高精度在线检测列车车轮直径与圆度磨耗装置检测车轮时的示意图。

图2为本发明激光高精度在线检测列车车轮直径与圆度磨耗装置获取车轮中心点的示意图。

图3为本发明激光高精度在线检测列车车轮直径与圆度磨耗装置获取车轮磨耗的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案能更清晰地表示出来，下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本发明提供一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测方法，包括系统控制器、第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40、第三激光位移传感器50、第一车轮传感器10、第二车轮传感器20，所述第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40、第三激光位移传感器50、第一车轮传感器10、第二车轮传感器20均连接于系统控制器上，所述第二车轮传感器20、第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40、第一车轮传感器10及第三激光位移传感器50沿列车前进方向依次并排设置。其中，第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40的中心点为K点，两者沿过K点垂直于钢轨平面的垂线对称布设，第三激光位移传感器50和钢轨平面以θ角布设，且θ的取值为30°≤θ＜90°；第一激光位移传感器30与第二激光位移传感器40的间距为L9，L9的取值为50mm≤L9≤400mm。K点与第三激光位移传感器50的出光孔的水平距离为L6，其中L6的取值为200mm≤L6≤770mm，第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40、第三激光位移传感器50与钢轨平面在竖直方向上的间距为L8。

本发明还提供一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测方法，用于在线检测列车车轮直径与圆度磨耗，其包括以下步骤：

步骤一：将所述的列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测装置安装于检测路段；

步骤二：用一个标准轮对标定初始参数；

(1)、获取标准轮廓信息R₀、D₀，标准轮对经过时，第一车轮传感器10检测到标准轮对后，系统控制器控制第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40、第三激光位移传感器50开始同步采集数据，其中，第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40共同扫描标准车轮底部两段对应且部分重叠轮廓，第三激光位移传感器50扫描标准车轮侧边轮廓，标准轮对从第一车轮传感器10的检测区域离开并进入第二车轮传感器20的检测区域时，第二车轮传感器20检测到标准轮对后，系统控制器控制第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40、第三激光位移传感器50停止数据采集。

(2)、标准车轮直径计算，第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40所扫描到标准车轮轮廓的交叉点A₀点，为标准车轮运行到K点的时刻，提取该时刻第三激光传感器50对应标准车轮轮廓的点B₀点，计算标准车轮的圆周半径，计算时：

1)、第三激光位移传感器50对应的读数(即第三激光位移传感器50与车轮轮廓之间的间距)为L3₀；

2)、由于L8已知，L7₀＝L3₀*sinθ-L8，L7₀即为L3₀读数点的弦高；

3)、由于L6已知，L4₀＝L6-L3₀*cosθ；

4)、可以得到方程：R₀ ²-L4₀ ²＝(R₀-L7₀)²，解此方程即可得到标准车轮R₀的值。

(3)、磨耗参考点选取，对第一激光位移传感器30扫描到标准车轮轮廓进行拟合，寻找到拟合圆的最低点D₀点，记为磨耗参考点。

步骤三：列车车轮直径与磨耗检测；

(1)、获取被测列车车轮轮廓信息，列车经过时，第一车轮传感器10检测到车轮后，系统控制器控制第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40、第三激光位移传感器50开始同步采集数据，其中，第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40共同扫描车轮底部两段对应且部分重叠轮廓，第三激光位移传感器50扫描车轮侧边轮廓，车轮从第一车轮传感器10的检测区域离开并进入第二车轮传感器20的检测区域时，第二车轮传感器20检测到车轮后，系统控制器控制第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40、第三激光位移传感器50停止数据采集。

(2)、被测车轮直径计算，第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40所扫描到轮廓的交叉点A点，为列车运行到K点的时刻，提取该时刻第三激光传感器50对应轮廓的点B点，计算车轮的圆周半径，计算时：

1)、第三激光位移传感器50对应的读数(即第三激光位移传感器50与车轮轮廓之间的间距)为L3；

2)、由于L8已知，L3*sinθ1-L8＝L7，L7即为L3读数点的弦高；

3)、由于L6已知，L6-L3*cosθ＝L4；

4)、可以得到方程：R²-L4²＝(R-L7)²，解此方程即可得到R的值；

5)、将4)中R值与标定值R₀进行比较，得出直径差值。

(3)、被测车轮磨耗计算，对第一激光位移传感器30或第二激光位移传感器40扫描到被测车轮轮廓进行拟合，寻找到拟合圆的最低点D点，D点与磨耗参考点D₀点在垂直方向的高度差即为被测车轮圆度磨耗。

步骤四、实时判断报警，根据直径差值、圆度磨耗的大小判断是否需要报警提示，当所有的参数均没有超出设定值时，则认定为安全；当其中的一个或一个以上的参数超出设定值时，系统认定存在隐患进行报警。

本发明的有益效果在于：通过标准轮对标定参数，再进行列车车轮检测，根据第一激光位移传感器30、第二激光位移传感器40获取的车轮底部轮廓，确定车轮中心位置，结合第三激光位移传感器50获取的车轮侧边轮廓，以及已知的第三激光位移传感器50与车轮中心位置的距离，与标定参数对比，综合计算车轮直径与圆度磨耗。整个测量过程无需对车轮进行额外定位，测量精度高，较大程度上避免车轮不圆度对检测结果的影响。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测装置，其特征在于：包括系统控制器、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器、第一车轮传感器、第二车轮传感器，所述第二车轮传感器、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第一车轮传感器及第三激光位移传感器沿列车前进方向依次并排设置，第一激光位移传感器与第二激光位移传感器的间距为L9，第一激光位移传感器与第二激光位移传感器的中心点为K点，K点与第三激光位移传感器的出光孔的水平距离为L6，第三激光位移传感器与轨道平面的夹角为θ，所述第一、第二激光位移传感器获取车轮底部轮廓，所述第三激光位移传感器以斜角θ获取车轮轮廓。

2.如权利要求1所述的一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测装置，其特征在于，所述第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器、第一车轮传感器、第二车轮传感器均连接于系统控制器上。

3.如权利要求1所述的一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测装置，其特征在于，所述θ的取值为30°≤θ＜90°，L9的取值为50mm≤L9≤400mm，L6的取值为200mm≤L6≤770mm。

4.一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将根据权利要求1-3中所述的列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测装置安装于检测路段；

步骤二：用一个标准轮对标定初始参数R₀、D₀；

步骤三：列车车轮直径与磨耗检测；

(1)、获取被测列车车轮轮廓信息，列车经过时，第一车轮传感器检测到车轮后，第一激光位移传感器、第二激光位移传感器共同扫描车轮底部两段对应且部分重叠轮廓，第三激光位移传感器50扫描车轮侧边轮廓；

(2)、被测车轮直径计算，第一激光位移传感器、第二激光位移传感器所扫描到轮廓的交叉点A点，为列车运行到K点的时刻，提取该时刻第三激光传感器50对应轮廓的点B点，计算车轮的圆周半径R，得出直径值；

(3)、被测车轮磨耗计算，对第一或第二激光位移传感器30扫描到被测车轮轮廓进行拟合，寻找到拟合圆的最低点D点，D点与磨耗参考点D₀点在垂直方向的高度差为被测车轮圆度磨耗；

步骤四：实时判断报警。

5.如权利要求4所述的一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测方法，其特征在于，在步骤三中，计算时：

1)、第三激光位移传感器50对应的读数为L3；

2)、L3*sinθ1-L8＝L7，L7为L3读数点的弦高；

3)、L4＝L6-L3*cosθ；

4)、可以得到方程：R²-L4²＝(R-L7)²，解方程可得到R的值；

5)、将4)中R值与标定值R₀进行比较，得出差值。

6.如权利要求4所述的一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测方法，其特征在于，车轮从第一车轮传感器的检测区域离开并进入第二车轮传感器的检测区域时，第二车轮传感器检测到车轮后，系统控制器控制第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器停止数据采集。

7.如权利要求4所述的一种列车车轮直径与圆度磨耗高精度在线检测方法，其特征在于，在步骤四中，根据直径差值、圆度磨耗的大小判断是否需要报警提示，当所有的参数均没有超出设定值时，则认定为安全；当其中的一个或一个以上的参数超出设定值时，系统认定存在隐患进行报警。