CN109668515B - 列车轮对尺寸动态检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种列车轮对尺寸动态检测系统，包括第一检测器和轨边设备，第一检测器包括：第一光源、第一图像采集设备，轨边设备包括图像分析模块、处理器，本案中，通过在列车行驶轨道的一侧设置线光源，并由该线光源发射出的光束在车轮上形成投影，并得到与车轮的踏面轮廓线相交的两条弦线段，通过数据分析和处理，可测算出车轮的直径，相比于现有技术的非接触测量，本案的系统检测精度更高，测量更加准确。

Description

列车轮对尺寸动态检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及有轨车辆检测设备领域，特别涉及对有轨列车的车轮进行检测的系统及车轮轮径的测量方法。

背景技术

现阶段对有轨列车的车轮轮径的测量通常为在线式非接触测量，相比于人工测量，非接触式测量有着测量速度快、测量精度高的优点。现有的非接触式测量通常采用激光位移传感器和电涡流传感器相配合的方式且电涡流传感器通常安装在有轨列车的轨道下方。如附图1所示，其中，B点为激光位移传感器安装的位置，C点为电涡流传感器安装的位置，车轮踏面的轮廓线的周长即为车轮的周长，AO为车轮的半径，AB为该激光位移传感器到车轮踏面之间的垂直距离，CD为该电涡流传感器到车轮踏面之间的垂直距离，BC为该激光位移传感器到该电涡流传感器之间的距离，∠OBC为该激光位移传感器的安装角度，当有轨列车高速通过该电涡流传感器的上方时，由激光位移传感器测量该激光位移传感器到车轮踏面之间的垂直距离AB，由电涡流传感器测量该电涡流传感器到车轮踏面之间的垂直距离CD，当激光位移传感器和电涡流传感器安装完以后，由于该激光位移传感器到该电涡流传感器之间的距离BC是固定且已知的，线段AB和线段CD的延长线相交于车轮的圆心O，激光位移传感器的安装角度∠OBC的大小是已知的，因此，车轮的半径可通过下列公式导出：

由于车轮的踏面与轨道表面滚动摩擦接触，因此踏面容易发生磨损，踏面轮廓线上的各个点到车轮中心的距离不一，在实际测量时，通过电涡流传感器测得的数据只是踏面轮廓线上的某一个点到该电涡流传感器的距离，因此附图1所示的测量方法只能进行单点测量，所测得的数据并不准确，进而判断车轮的半径就会存在误差，从而导致测量不准；其次，由于位移传感器和电涡流传感器安装在轨边，车体震动易对测量结果产生干扰，导致测量精度差；最后，由于电涡流传感器利用电磁感应的原理测量其到踏面的距离，而由于电涡流传感器存在反应速度、误差等因素，因此，启动测量时，车轮的中心有可能落在检测线OC的前方或后方，从而导致测量不准。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种检测精度更高的有轨列车轮对尺寸检测系统。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种列车轮对尺寸动态检测系统，所述的系统包括设置在列车的行驶轨道一侧的第一检测器，所述的第一检测器包括：

第一光源，用于向待测车轮发出两束相互平行的结构光，两条所述的结构光分别在所述的待测车轮上形成两条相互平行的投影线，两条所述的投影线分别与待测车轮的踏面的轮廓线相交得到长度为L₁的第一弦和长度为L₂的第二弦；

第一图像采集设备，用于采集待测车轮的图像信息；

所述的系统还包括：

图像分析模块，与所述的第一图像采集设备信号连接，用于分析所述的待测车轮的图像信息，获得L₁、L₂以及第一弦第二弦长之间的距离D；

处理器，与所述的图像分析模块信号连接，用于根据L₁、L₂和D的值计算待测车轮的半径R。

上述技术方案中，优选的，所述的系统还包括与所述的第一检测器信号连接的轨边设备，所述的图像分析模块和处理器设置在所述的轨边设备中。

上述技术方案中，优选的，所述的投影线平行于所述的行驶轨道的延伸方向。

上述技术方案中，优选的，所述的第一光源包括一个线光源、分光镜头，所述的线光源发出的光线经过所述的分光镜头被分成两束相互平行的所述的结构光。

上述技术方案中，优选的，两条所述的结构光在沿列车行驶轨）的延伸方向形成第一投影区域，所述的检测系统还包括与所述的第一检测器信号连接并用于触发所述的第一检测器的第一传感器，所述的第一传感器设置在所述的第一投影区域的上游。

上述技术方案中，优选的，所述的第一投影区域沿列车行驶轨道的延伸方向的长度大于所述的待测车轮的周长。

所述的系统包括一对所述的第一检测器，一对所述的第一检测器相对设置，且分别位于列车行驶轨道的两侧。

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种测量更准确的有轨列车车轮轮径的测量方法。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种列车轮对尺寸的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

1）、在列车行驶轨道（3）的外侧向待测车轮（4）投射两束相互平行的结构光，两束结构光在待测车轮（4）上形成两条相互平行的投影线（22），两条所述的投影线（22）与待测车轮（4）的踏面轮廓线（411）相交得到长度为L₁的第一弦和长度为L₂的第二弦，两条所述的投影线（22）在所述的待测车轮（4）上的投影之间的距离为D；

2）、采集待测车轮（4）的图像信息，获取L₁、L₂、D的数值；

3）、将L₁、L₂、D的数值代入以下公式：

计算得到待测车轮（4）的半径R。

上述技术方案中，优选的，所述的投影线平行于所述的行驶轨道的延伸方向。

上述技术方案中，优选的，两条所述的结构光在所述的行驶轨道的延伸方向形成第一投影区域，所述的第一投影区域的长度大于待测车轮的周长，当待测车轮进入所述的第一投影区域时，对待测车轮的图像信息进行连续采集，获得若干L₁、L₂和D的数值，通过若干所述L₁、L₂和D的数值计算待测车轮多处的半径值。

本发明与现有技术相比获得如下有益效果：本案中，通过在列车行驶轨道的外侧设置线光源，并由该线光源发射出垂直于车轮表面的光束，在车轮上形成投影，并得到与车轮的踏面轮廓线相交的两条弦线段，通过数据分析和处理，可测算出车轮的直径，相比于现有技术的非接触测量，本案的检测系统采用抱轨方式安装，一方面不需要地坑基础施工，安装过程中也不影响列车运行，另一方面，第一检测器可随地面实时振动，从而抵消振动带来的动态误差，因此检测精度更高，测量更加准确。

附图说明

附图1为现有技术的非接触式测量的示意图；

附图2为本发明的检测原理示意图；

附图3为附图2的局部放大示意图A；

附图4为附图2的纵向剖切示意图；

附图5为本发明的待测车轮上的投影线示意图；

其中：100、检测系统；11、激光位移传感器；12、电涡流传感器；2、第一检测器；21、第一光源；211、线光源；212、分光镜头；22、投影线；23、第一图像采集设备；3、行驶轨道；4、待测车轮；41、踏面；411、轮廓线；5、轨边设备；51、图像分析模块。

具体实施方式

为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。其中，本实施例中所提到的“纵向”为附图2中所示的上下延伸的方向，“驶入端”为附图2中所示的行驶轨道的左端，“驶出端”为附图2中所示的行驶轨道的右端。

列车轮对尺寸动态检测系统100，如附图2所示，它包括安装在列车行驶轨道3外侧的一对第一检测器2、轨边设备5、第一传感器、第二传感器，第一检测器2与轨边设备5通过信号连接，轨边设备5将采集到的数据和图像信息通过网络传输给调度中心，通过调度中心服务器和操作平台控制车辆。

检测系统100包括一对分别设置在行驶轨道3左右两侧的第一检测器2，且一对第一检测器2相对设置，分别对列车两侧的车轮同时进行检测。具体来说，第一检测器2包括：第一光源21、第一图像采集设备23（图中未示出）。

第一光源21用于向待测车轮4发出两束相互平行的结构光，这两束结构光沿着列车行驶轨道3的方向延伸并垂直于列车车轮的外表面，在沿列车行驶轨道3的延伸方向两束结构光形成第一投影区域S₁。当待测车轮4进入该第一投影区域S₁时，第一光源21发射出的两条结构光将会在待测车轮4的侧表面上形成两条直线投影线22，这两条投影线22相互平行且均与列车行驶轨道3的延伸方向平行。

第一图像采集设备23能够连续多次采集待测车轮4的图像信息，该图像信息包括所述的两条投影线22的信息和待测车轮的踏面轮廓线信息。

检测系统100还包括图像分析模块51、处理器、数据库，本实施例中图像分析模块51和处理器集成在轨边设备5内部，轨边设备5与调度中心服务器通讯连接。图像分析模块51与第一图像采集设备23信号连接，用于分析待测车轮4的图像信息，并且将分析处理后的图像信息的数据结果上传至调度中心的服务器（例如列车维护人员的计算机或者服务器等），处理器与图像分析模块51信号连接，并且根据图像分析模块51反馈的图像信息进行数据处理。

第一传感器和第二传感器设置在一对行驶轨道3之间的地面上，并且第一传感器设置在第一投影区域S₁的上游（列车驶入方向），第二传感器设置在第一传感器的下游（列车驶出方向），第一传感器和第二传感器均与第一检测器2信号连接，当第一传感器检测到列车驶入时，启动第一检测器2工作，第二传感器用于在列车全部经过第一投影区域S₁之后，关闭第一检测器2。该检测系统100大部分时间都是处于“静默”状态，只有当第一传感器检测到待测车轮4时，第一检测器2的第一光源21、图像采集设备23等其他模块才开启工作），这样的结构带来的好处是：系统长时间处于开启状态，能耗必然增加，系统的主要检测模块（第一光源21、图像采集设备23）处于关闭状态，可以减少周围环境内的灰尘、雨水等异物对系统的影响，其维护和清洁的成本降低，并且检测精度可以保持在较高的水准。

为了获得整个待测车轮的尺寸数据，第一投影区域S₁沿列车行驶轨道3的延伸方向的长度要大于待测车轮4的周长。另外，可以通过设置第一检测器2与列车行驶轨道3之间的安装距离，使得第一投影区域S₁的长度达到2到3个待测车轮4的周长。

如附图3所示，第一检测器2包括安装座以及转动设置在该安装座上的壳体，第一检测器2通过安装座固定安装在列车行驶轨道3外侧的地面或基石上，第一光源21和第一图像采集设备23均设置在该壳体内，可以通过转动壳体来调整第一光源21的发射结构光的角度，以调整第一投影区域S₁的垂直高度，使得当列车进入该投影区域S₁内时，两条结构光能够在待测车轮4上形成投影。第一光源21包括一个线光源211和分光镜头212，该线光源211选用单色红外线性光源，这样做的好处是：即使分光镜头212上附着有灰尘、脏污杂质也不会影响第一检测器2的检测精度，并且能够避免环境的昼夜变化和强日照下对系统产生的影响，保证系统正常工作。由线光源211发射出的光线经过该分光镜头212被分成两束相互平行的结构光，这两条结构光能够沿着行驶轨道3的延伸方向形成第一投影区域S₁。第一图像采集设备23位于第一光源的正下方，第一图像采集设备23优选高频相机，当待测车轮4进入该第一投影区域S₁内时，第一图像采集设备23能够定位待测车轮4驶过的位置，并且快速采集待测车轮4的图像信息，最后将采集到的待测车轮4的图像信息实时发送至轨边设备5。

如附图4所示，待测车轮4在行驶轨道3上行驶，并进入第一投影区域S₁内时，第一检测器2的第一光源21发射两条相互平行的结构光，这两束结构光在待测车轮4的侧表面上形成了两条上下相互平行的投影线22，第一图像采集设备23快速采集待测车轮4的图像信息，第一图像采集设备23的采集范围完全覆盖待测车轮4的踏面41的轮廓线411，使得第一光源21在待测车轮4上的投影信息能够完全被采集到。

如附图5所示，第一图像采集设备23采集到待测车轮4的图像信息后，将此图像信息发送至轨边设备5，由轨边设备5内的图像分析模块51对图像进行分析处理并得到以下数据：两条投影线22与踏面41的轮廓线411相交并形成上下平行的第一弦线段A₁N₁和第二弦线段A₂N₂，其中，第一弦线段A₁N₁和第二弦线段A₂N₂的长度分别为L₁和L₂，第一弦线段A₁N₁与第二弦线段A₂N₂之间的间距为D，并且D的大小只与第一光源21发射出的两条结构光的特性有关（即只与第一检测器2的安装角度、安装位置有关，由于第一检测器2安装并调整好以后，D的大小也就确定，为一恒定值。），此待测车轮4的踏面41的轮廓线411的周长即为车轮的周长，O₁A₁和O₁A₂的值相等且均表示待测车轮4的半径R，在三角形O₁A₁B₁和三角形O₁A₂C₁中，通过勾股定理可以测算出待测车轮4的半径R的值，其满足以下方程式：

由于踏面411与行驶轨道3直接滚动摩擦接触，踏面41表面必然产生磨损，因此，从待测车轮4驶入第一投影区域S₁内至驶出第一投影区域S₁外，由第一光源21发射出的两条结构光与踏面41的轮廓线411相交可形成多组这样的第一、二弦线段，因此，根据采集到的多组第一、二弦线段，可以测算出多组待测车轮4的半径R的值，最终可以检测出待测车轮4的踏面41的磨损情况，再根据系统检测出的车轮踏面的磨损程度对车轮进行维护，保证有轨列车的安全运行。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种列车轮对尺寸动态检测系统，其特征在于：所述的系统包括设置在列车的行驶轨道（3）外侧的第一检测器（2），所述第一检测器（2）通过安装座固定安装在列车行驶轨道（3）外侧，所述的第一检测器（2）包括：

第一光源（21），用于向待测车轮发出两束相互平行的结构光，两条所述的结构光分别在所述的待测车轮（4）上形成两条相互平行的投影线（22），两条所述的投影线（22）分别与待测车轮的踏面（41）的轮廓线（411）相交得到长度为L₁的第一弦和长度为L₂的第二弦；

第一图像采集设备（23），用于采集待测车轮（4）的图像信息；

所述的系统还包括：

图像分析模块（51），与所述的第一图像采集设备（23）信号连接，用于分析所述的待测车轮（4）的图像信息，获得L₁、L₂以及第一弦与第二弦长之间的距离D；

处理器，与所述的图像分析模块（51）信号连接，用于根据L₁、L₂和D的值计算待测车轮（4）的半径R；

所述的投影线（22）平行于所述的行驶轨道（3）的延伸方向，两条所述的结构光在沿列车行驶轨道（3）的延伸方向形成第一投影区域（S₁），所述的第一投影区域（S₁）沿列车行驶轨道（3）的延伸方向的长度大于所述的待测车轮（4）的周长，当待测车轮（4）进入所述的第一投影区域（S₁）时，对待测车轮（4）的图像信息进行连续采集，获得若干L₁、L₂和D的数值，通过若干所述L₁、L₂和D的数值计算待测车轮（4）多处的半径值。

2.根据权利要求1所述的列车轮对尺寸动态检测系统，其特征在于：所述的系统还包括与所述的第一检测器（2）信号连接的轨边设备（5），所述的图像分析模块（51）和处理器设置在所述的轨边设备（5）中。

3.根据权利要求1所述的列车轮对尺寸动态检测系统，其特征在于：所述的第一光源（21）包括一个线光源（211）、分光镜头（212），所述的线光源（211）发出的光线经过所述的分光镜头（212）被分成两束相互平行的所述的结构光。

4.根据权利要求1所述的列车轮对尺寸动态检测系统，其特征在于：所述的检测系统还包括与所述的第一检测器（2）信号连接并用于触发所述的第一检测器（2）的第一传感器，所述的第一传感器设置在所述的第一投影区域（S₁）的上游。

5.根据权利要求1所述的列车轮对尺寸动态检测系统，其特征在于：所述的系统包括一对所述的第一检测器（2），一对所述的第一检测器（2）相对设置，且分别位于列车行驶轨道（3）的两侧。

6.一种列车轮对尺寸的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

1）、在列车行驶轨道（3）的外侧向待测车轮（4）投射两束相互平行的结构光，两束结构光在待测车轮（4）上形成两条相互平行的投影线（22），两条所述的投影线（22）与待测车轮（4）的踏面轮廓线（411）相交得到长度为L₁的第一弦和长度为L₂的第二弦，两条所述的投影线（22）在所述的待测车轮（4）上的投影之间的距离为D；

2）、采集待测车轮（4）的图像信息，获取L₁、L₂、D的数值；

3）、将L₁、L₂、D的数值代入以下公式：

计算得到待测车轮（4）的半径R；

两条所述的结构光在所述的行驶轨道（3）的延伸方向形成第一投影区域（S₁），所述的第一投影区域（S₁）的长度大于待测车轮（4）的周长，当待测车轮（4）进入所述的第一投影区域（S₁）时，对待测车轮（4）的图像信息进行连续采集，获得若干L₁、L₂和D的数值，通过若干所述L₁、L₂和D的数值计算待测车轮（4）多处的半径值。

7.根据权利要求6所述的列车轮对尺寸的检测方法，其特征在于：所述的投影线（22）平行于所述的行驶轨道（3）的延伸方向。