CN112781524A - 一种落轮式车轮检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种落轮式车轮检测系统，包括顶轴驱动组件、采集组件和采集组件定位机构，所述的顶轴驱动组件包括驱动车轮转动的转动机构，所述的采集组件包括3D传感器、CCD相机和光源，所述的采集组件定位机构包括移动机构和位置传感器，所述的采集组件由移动机构带动在初始位与采集位之间活动，并且所述的位置传感器用于获取采集组件的到位信息以控制移动机构将采集组件定位移动至采集位。本发明所述的落轮式车轮检测系统在落轮状态下对车轮进行踏面全廓形度三维数据采集以及车轮轮辋的360°图像采集，实现轮对尺寸、踏面缺陷的检测，检测全面性好，提升设备检测准确性，同时有助于车轮状态的复核确认。

Description

一种落轮式车轮检测系统

技术领域

本发明涉及轨道车辆检测装置技术领域，尤其涉及一种落轮式车轮检测系统。

背景技术

车轮是列车走行部的重要部件之一，其运行正常与否直接影响列车运行安全。轮对踏面的擦伤、局部凹陷等缺陷是影响列车运行安全性、平稳性和运用经济性的重要因素。列车在运行一定的公里数后需要进入高级检修阶段，需将车轮从列车上拆卸下来进行尺寸或缺陷检测。

现有技术中的车轮检测方式通常采用光截图像技术，采用线激光作为投射光源，面阵CCD相机作为采集设备，利用激光三角测量技术，实现车轮上激光线的三维测量，获取激光线上的车轮三维轮廓取线，实现轮对参数的测量，同时基于使用擦伤检测杆测量轮缘顶点圆周与滚动圆圆周的高度差变化，通过高度差的变化实现踏面缺陷的测量，这种检测方式存在局限性，仅能实现车轮踏面较大的擦伤检测，无法实现小缺陷、裂纹等检测。还有检测方式是利用线激光器配合CCD相机实现轮对廓形参数测量，如轮径、轮缘厚度、磨耗等，此种检测方式也存在局限性，无法实现车轮轮辋360°数据采集，仅能实现单一廓形尺寸测量，且无法实现表面缺陷检测，系统检测精度较低，无法满足裂纹、RCF等检测需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种落轮式车轮检测系统，解决目前技术中车轮检测系统存在局限性，只能实现单一的功能、系统精度无法满足缺陷检测需求的问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

一种落轮式车轮检测系统，包括顶轴驱动组件、采集组件和采集组件定位机构，所述的顶轴驱动组件包括驱动车轮转动的转动机构，所述的采集组件包括3D传感器、CCD相机和光源，所述的采集组件定位机构包括移动机构和位置传感器，所述的采集组件由移动机构带动在初始位与采集位之间活动，并且所述的位置传感器用于获取采集组件的到位信息以控制移动机构将采集组件定位移动至采集位。本发明所述的落轮式车轮检测系统利用3D传感器、CCD相机和光源来对车轮在落轮状态下进行数据采集，3D传感器采集踏面全廓形的三维数据，CCD相机则用于采集车轮轮辋的图像信息，并且车轮在转动机构的带动进进行自转，从而实现车轮整个周向的数据采集，三维数据采集和图像数据采集相结合，实现轮对尺寸、踏面缺陷的检测，检测全面性更好，有效提升检测准确性，有助于车轮状态的复核确认。

进一步的，所述的3D传感器设置有若干个，并且在沿车轮轴向的剖面上间隔分布以覆盖车轮的整个轮辋廓形，保障检测覆盖的全面性，避免出现检测死角。

进一步的，所述3D传感器、CCD相机和光源沿着车轮的周向间隔设置，在车轮由转动机构带动自转时同时进行踏面全廓形三维数据和车轮轮辋图像信息的采集，3D传感器、CCD相机沿着车轮的周向间隔分布，从而两者的工作互不影响，在车轮转动时可同时进行采集。

进一步的，所述的采集组件定位机构还包括随采集组件一同移动并用于与车轮接触的弹性到位缓冲装置。在移动机构带动采集组件向车轮靠近时，弹性到位缓冲装置与车轮接触起到缓冲作用，避免采集组件与车轮发生碰撞，保障采集组件的完好性，在弹性到位缓冲装置与车轮接触后移动机构降速运行，从而能更精确的控制移动机构在预设位置停止，确保采集组件处于最佳的采集位，保证数据采集的精确性，进而保证检测结果的准确性和可靠性。

进一步的，所述的顶轴驱动组件还包括端部定位机构，所述的端部定位机构在车轮轴颈的两端分别设置有一个，用以在车轮轴颈的轴向上对车轮限位，在车轮轴颈的轴向上对车轮进行定位，防止车轴轴向窜动，确保采集组件能准确的对准车轮的踏面区域，进而保证数据采集的精确性，提高检测结果可靠性。

进一步的，所述的端部定位机构为沿着车轮轴颈轴向的伸缩机构，通过端部定位机构的伸缩动作能够带动车轮沿着车轮轴颈的轴向进行移动，从而灵活调节车轮放置位置，确保采集组件能准确的对准车轮的踏面区域，灵活适配各种型号的车轮，适用范围广。

进一步的，所述的转动机构包括托轮，所述的托轮支撑在车轮轴颈下部以带动车轮转动，结构简单，托轮能稳定的承载车轮，同时还能带动车轮自转，进而实现车轮整个周向360°的数据采集，保证检测全面性。

进一步的，所述转动机构在车轮轴颈轴向两端分别设置有托轮，所述车轮轴颈轴向的每一端分别由两个托轮支撑，结构稳定，并且能平稳的驱动车轮转动，保证数据采集的精确性，进而保证检测结果的可靠性。

进一步的，所述的顶轴驱动组件还包括顶升机构，所述的顶升机构带动转动机构上下升降，车轮低速进入到检测区域，顶升机构将转动机构抬升起来，从而车轮轴颈与托轮接触并由托轮支撑，进而通过托轮支撑车轮轴颈的两端而将车轮悬空架起，然后转动机构带动车轮自转，采集组件即可对车轮的整个周向进行数据采集。

进一步的，所述的顶升机构包括升降组件和驱动机构，所述的升降组件在车轮轴颈轴向两端分别设置有一个以带动转动机构的托轮升降，并且所述的驱动机构带动两个升降组件同步动作，使得车轮的轴向两端升降量一致，确保升降的平稳性，避免出现车轮由于倾斜而移位滑动的状况，确保采集组件能与车轮准确对位，从而保证数据采集的可靠性。

与现有技术相比，本发明优点在于：

本发明所述的落轮式车轮检测系统在落轮状态下对车轮进行踏面全廓形度三维数据采集以及车轮轮辋的360°彩色或灰度图像采集，实现轮对尺寸、踏面缺陷的检测，检测全面性好，提升设备检测准确性，同时有助于车轮状态的复核确认。

附图说明

图1为落轮式车轮检测系统的整体结构示意图；

图2为采集组件相对于车轮的分布结构示意图；

图3为3D传感器相对于车轮的分布结构示意图；

图4为CCD相机相对于车轮的分布结构示意图；

图5为采集组件定位机构的结构示意图。

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。

本发明实施例公开的一种落轮式车轮检测系统，通过对车轴的精准定位、顶升及驱动，在落轮状态下对列车车轮踏面全廓形进行高精度三维数据采集，实现轮对尺寸、踏面缺陷的检测，提升检测准确性，有助于车轮状态的复核确认。

如图1至图5所示，一种落轮式车轮检测系统，主要包括顶轴驱动组件、采集组件和采集组件定位机构，所述的顶轴驱动组件包括驱动车轮转动的转动机构，所述的采集组件10包括3D传感器1、CCD相机2和光源3，所述的采集组件10定位机构包括移动机构4和位置传感器5，所述的采集组件10由移动机构4带动在初始位与采集位之间活动，并且所述的位置传感器5用于获取采集组件10的到位信息以控制移动机构4将采集组件10定位移动至采集位。

3D传感器1、CCD相机2和光源3在移动机构4的带动下移动至采集位，从列车上拆卸下来的车轮在转动机构的带动下进行自转，进而，3D传感器1、CCD相机2对车轮的整个周向进行数据采集，具体的，3D传感器1采集踏面全廓形的三维数据，CCD相机2则用于采集车轮轮辋的彩色或灰度图像信息，三维数据采集和图像数据采集相结合，实现轮对尺寸、踏面缺陷的检测，检测全面性更好，有效提升检测准确性，有助于车轮状态的复核确认。

在本实施例中，所述的3D传感器1设置有若干个，并且在沿车轮轴颈轴向的剖面上间隔分布以覆盖车轮的整个轮辋廓形，踏面廓形为不规则的曲线，轮对踏面的表面在三维空间中具有朝向各个方向的部位，具体的，3D传感器1呈弧度间隔分布，从而确保3D传感器1能有效覆盖轮辋廓形，并且保障三维数据采集质量；所述的CCD相机2大致正对轮对踏面的中部并垂直于车轮轴颈轴向，CCD相机2到轮对踏面的距离需要保障CCD相机2能将轮对踏面整个覆盖采集到；为了保障3D传感器1、CCD相机2能同时进行采集工作来提高效率，所述3D传感器1、CCD相机2和光源3沿着车轮的周向间隔设置，能够保障3D传感器1、CCD相机2两者的工作互不影响，CCD相机2距离轮对踏面的距离优选180mm，CCD相机2的朝向沿着车轮的径向，光源3与CCD相机2两者的朝向汇集于轮对踏面上的同一点位置，并且光源3与CCD相机2两者的夹角优选为20°。

在本实施例中，采集组件10由移动机构4带动在初始位与采集位之间活动，所述的移动机构4为升降机构，初始位为高度方向上的高位，而采集位是高度方向上的低位，为了实现自适应定位来适应不同轮径大小的车轮，设置了位置传感器5来控制移动机构4的动作，移动机构4的移动速度过快的话难以控制移动精度，也就是说难以将采集组件10移动到精确的采集位，而移动机构4的移动速度过慢的话则影响检测效率，本实施例所述的采集组件10定位机构还包括随采集组件10一同移动的弹性到位缓冲装置6，所述的弹性到位缓冲装置6在采集组件10向采集位移动时与车轮接触然后起到缓冲作用，避免采集组件与车轮发生碰撞，移动机构4先以较高的移动速度将采集组件10向采集位移动，利用弹性到位缓冲装置6来与车轮接触并进行缓冲，移动机构4降速运行以缓慢向采集位移动，由于此时的速度慢，从而可以精确的控制移动机构4在预设的位置停止，实现采集组件10到达精确的采集位，保证数据采集的精确性，进而保证检测结果的准确性和可靠性。

所述的转动机构7具体采用托轮，所述的托轮支撑在车轮轴颈下部以带动车轮转动，所述托轮在车轮轴颈轴向两端分别由两个托轮支撑，四个托轮中的一个为主动托轮，另外三个为从动托轮，结构简单，实施方便，能方便的驱动车轮转动，并且保障车轮放置的稳定性，保障检测过程的安全可靠性，并且托轮的表面设置有滚花，增大摩擦力以确保能稳定的驱动车轮轴颈转动，托轮的转速根据需要能灵活的进行调节，满足不同的检测需求。

在本实施例中，所述的顶轴驱动组件还包括端部定位机构8，所述的端部定位机构8在车轮轴颈的两端分别设置有一个，用以在车轮轴颈的轴向上对车轮限位，防止车轮在车轮轴颈轴向上发生窜动而影响影响检测数据精度，具体的，所述的端部定位机构8为沿着车轮轴颈轴向的伸缩机构，通过端部定位机构8的伸缩动作能够带动车轮沿着车轮轴颈的轴向进行移动，从而调节车轮在车轮轴颈的轴向上的放置位置，确保采集组件10能准确的对准车轮的踏面区域，保障数据采集的准确性，利用端部定位机构8能灵活适配各种型号的车轮，增大落轮式车轮检测系统的灵活适用范围。

在本实施例中，落轮式车轮检测系统所处位置为检测区域，从列车上拆卸下来的车轮低速进入到检测区域，在检测区域设置限位单元，限位单元采用升降结构，限位单元自动升起截停限制住车轮位置，限位单元可采用液压或启动机构以提供动力源，所述顶轴驱动组件还包括顶升机构9，所述的顶升机构9带动转动机构7以及端部定位机构8上下升降，转动机构7和端部定位机构8在初始状态时处于低位，限位单元将车轮截停限制住时，所述转动机构7的托轮正好位于车轮轴颈的下方，然后顶升机构9将转动机构7以及端部定位机构8向上抬升，从而通过托轮支撑车轮轴颈的两端而将车轮悬空架起，然后托轮转动进而带动车轮自转，位于车轮上方的采集组件10在移动机构4的作用下向下移动到采集位来对转动的车轮进行数据采集。

具体的，所述的顶升机构9包括升降组件和驱动机构，所述的升降组件在车轮轴颈轴向两端分别设置有一个以带动转动机构7的托轮升降，并且所述的驱动机构带动两个升降组件同步动作，使得车轮的轴向两端升降量一致，确保升降的平稳性。

所述的落轮式车轮检测系统还包括电气控制单元，所述的电气控制单元控制落轮式车轮检测系统的顶轴驱动组件、采集组件10和采集组件10定位机构进行动作并接受采集到的数据，具体的，所述的电气控制单元主要由上位机、PLC控制主机、人机界面、变频驱动与步进驱动、UPS不间断电源等组成。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种落轮式车轮检测系统，其特征在于，包括顶轴驱动组件、采集组件和采集组件定位机构，所述的顶轴驱动组件包括驱动车轮转动的转动机构，所述的采集组件包括3D传感器、CCD相机和光源，所述的采集组件定位机构包括移动机构和位置传感器，所述的采集组件由移动机构带动在初始位与采集位之间活动，并且所述的位置传感器用于获取采集组件的到位信息以控制移动机构将采集组件定位移动至采集位。

2.根据权利要求1所述的落轮式车轮检测系统，其特征在于，所述的3D传感器设置有若干个，并且在沿车轮轴向的剖面上间隔分布以覆盖车轮的整个轮辋廓形。

3.根据权利要求1所述的落轮式车轮检测系统，其特征在于，所述3D传感器、CCD相机和光源沿着车轮的周向间隔设置。

4.根据权利要求1所述的落轮式车轮检测系统，其特征在于，所述的采集组件定位机构还包括随采集组件一同移动并用于与车轮接触的弹性到位缓冲装置。

5.根据权利要求1所述的落轮式车轮检测系统，其特征在于，所述的顶轴驱动组件还包括端部定位机构，所述的端部定位机构在车轮轴颈的两端分别设置有一个，用以在车轮轴颈的轴向上对车轮限位。

6.根据权利要求5所述的落轮式车轮检测系统，其特征在于，所述的端部定位机构为沿着车轮轴颈轴向的伸缩机构。

7.根据权利要求1所述的落轮式车轮检测系统，其特征在于，所述的转动机构包括托轮，所述的托轮支撑在车轮轴颈下部以带动车轮转动。

8.根据权利要求7所述的落轮式车轮检测系统，其特征在于，所述转动机构在车轮轴颈轴向两端分别设置有托轮，所述车轮轴颈轴向的每一端分别由两个托轮支撑。

9.根据权利要求8所述的落轮式车轮检测系统，其特征在于，所述的顶轴驱动组件还包括顶升机构，所述的顶升机构带动转动机构上下升降。

10.根据权利要求9所述的落轮式车轮检测系统，其特征在于，所述的顶升机构包括升降组件和驱动机构，所述的升降组件在车轮轴颈轴向两端分别设置有一个以带动转动机构的托轮升降，并且所述的驱动机构带动两个升降组件同步动作。

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