CN112798604A - 一种车轮踏面缺陷检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于车轮缺陷检测技术领域，公开了一种车轮踏面缺陷检测系统，包括第一图像采集设备、第二图像采集设备和第一传感器；第一图像采集设备采集的图像形成完整车轮踏面的第一图像；第二图像采集设备采集的图像形成完整车轮踏面的第二图像；第一传感器用于触发第一图像采集设备和/或第二图像采集设备进行图像采集；第一图像采集设备的采集方向与第二图像采集设备的采集方向相反，第二图像采集设备针对同一段踏面采集的图像大小不小于第一图像采集设备针对该踏面采集的图像大小。本发明解决了因撒砂管等遮挡部件对踏面图像的影响，实现了车轮的踏面图像全部覆盖，使得最终分析结果更加准确。本发明还公开了一种运用上述检测系统的检测方法。

Description

一种车轮踏面缺陷检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于车轮缺陷检测技术领域，尤其涉及一种车轮踏面缺陷检测系统及检测方法。

背景技术

由于铁路运输的运载量大，安全性高，因此铁路运输是我国主要的交通工具和货运工具。

列车在经过长时间投入使用后，车轮踏面可能会出现缺陷，如果不及时发现和处理缺陷，将会为列车运行造成很大的安全隐患。

目前常见的现有技术是采用单边相机布局的方式拍摄经过列车踏面，以合理布局获得清晰而完整的踏面图像，然后对踏面图像进行分析，最终获得车轮踏面是否存在缺陷的结果。然而，实际车轮前的撒砂管、扫石器等部件会遮挡踏面，因此，由于部分踏面被遮挡，而无法完全捕捉到完整的踏面图像，这样对最终的踏面图像分析形成了障碍。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种车轮踏面缺陷检测系统，利用图像采集设备双向布局的方案，解决了因撒砂管、扫石器等遮挡部件对踏面图像的影响，从而实现了车轮的踏面图像全部覆盖，使得最终分析结果更加准确。本发明还公开了一种车轮踏面缺陷检测方法，解决了踏面缺陷检测不完整的问题。本发明的具体技术方案如下：

一种车轮踏面缺陷检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：

第一图像采集设备，所述第一图像采集设备为多个且设置于轨道的长度方向上，多个第一图像采集设备采集的图像形成完整车轮踏面的第一图像；

第二图像采集设备，所述第二图像采集设备为多个且设置于轨道的长度方向上，多个第二图像采集设备采集的图像形成完整车轮踏面的第二图像；以及

第一传感器，所述第一传感器为多个，用于触发第一图像采集设备和/或第二图像采集设备进行图像采集；

其中，第一图像采集设备的采集方向与第二图像采集设备的采集方向相反，第二图像采集设备针对同一段踏面采集的图像大小不小于第一图像采集设备针对该踏面采集的图像大小。

优选的，多个第一图像采集设备与多个第二图像采集设备依次等间距设置。

优选的，多个第一图像采集设备均匀分布，多个第二图像采集设备均匀分布；第一图像采集设备与第二图像采集设备交错布置。

优选的，还包括第二传感器；所述第二传感器的数量与第一图像采集设备和第二图像采集设备的数量和匹配，用于判断第二图像采集设备是否空拍或拍摄区域缺失。

优选的，任意两个相邻的第一图像采集设备之间的距离不大于任意一个第一图像采集设备采集的车轮踏面弧长。

优选的，任意两个相邻的第二图像采集设备之间的距离不大于任意一个第二图像采集设备采集的车轮踏面弧长。

优选的，任意一个第一图像采集设备具有与其配合的第一补光源。

优选的，任意一个第二图像采集设备具有与其配合的第二补光源。

一种列车车轮踏面缺陷检测方法，包括以下步骤：

从列车行驶方向获取完整车轮的第一图像；

背向列车行驶方向获取上述完整车轮的第二图像；

判断第一图像中是否存在遮挡物，判断第二图像中是否存在遮挡物；

获得不存在遮挡物的图像信息为第三图像；

针对第三图像，进行踏面缺陷分析，获得分析结果。

本发明采用固定在线检测列车经过的车轮踏面，在保证检测精度的前提下，利用双向布局的方式，采用二次拍摄，不仅有效捕捉了整个车轮踏面的图像，还保证了图像判断准确性，由此避免了遮挡物对踏面图像分析的干扰；因此，本发明实现了车轮踏面缺陷的实时检测，保证了列车正常行驶安全；并且，本发明能够很好的作用于不同大小的车轮，满足了不同规格车轮踏面检测的需求。

基于此，本发明通过上述系统提出了车轮踏面缺陷检测方法，很好的保证了每一次检测系统工作时，均能活动完整的车轮踏面图像。

附图说明

图1为本发明实施例的一种示意图；

图2为本发明实施例的另一种示意图；

图3为本发明实施例中不同尺寸车轮通过时的状态示意图。

图中：1-第一图像采集设备；2-第二图像采集设备；3-第一传感器；4-车轮。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，一种车轮踏面缺陷检测系统，所述检测系统包括第一图像采集设备1、第二图像采集设备2和第一传感器3；所述第一图像采集设备1为多个且设置于轨道的长度方向上，第一图像采集设备1的采集方向朝向列车的行进方向，多个第一图像采集设备1采集的图像形成完整车轮4踏面的第一图像；所述第二图像采集设备2为多个且设置于轨道的长度方向上，第二图像采集设备2的采集方向背向列车的行进方向，多个第二图像采集设备2采集的图像形成完整车轮4踏面的第二图像；所述第一传感器3为多个，用于触发第一图像采集设备1和/或第二图像采集设备2进行图像采集；第二图像采集设备2针对同一段踏面采集的图像大小不小于第一图像采集设备1针对该踏面采集的图像大小。

具体的，所述检测系统设置于轨道的任意一侧或两侧；在本实施例中，轨道两侧均设有踏面检测系统，下面以设置与轨道一侧的踏面检测系统进行阐述。

实际上，踏面检测系统所在轨道的位置，为踏面检测区，在踏面检测区内，多个第一图像采集设备1和多个第二图像采集设备2并排设置，当列车通过时，车轮4经第一传感器3触发第一图像采集设备1和第二图像采集设备2进行拍照，由此获得踏面图像；第一图像采集设备1和第二图像采集设备2能够将其采集的分段踏面图像传递至外部计算机内，通过计算机运算，获得两副完整的车轮4踏面图像，即第一图像和第二图像。

需要说明的是，一般来说，部分车轮4的两侧同时存在撒砂管和闸瓦，当存在撒砂管的车轮4通过时，第一图像包含撒砂管，由此影响第一图像的踏面缺陷判断。而该车轮4另一侧闸瓦遮挡踏面的低点实际上是踏面的可拍摄区域，因此，第二图像中，并未包含撒砂管；由此，计算机可通过判断图像信息是否包含撒砂管，由此确定可用于踏面缺陷分析的图像为第三图像；从而以第三图像进行准确的踏面缺陷分析。如此确保了工作人员能够精确判断车轮4踏面是否存在缺陷。

此外，在本实施例中，第一图像采集设备1和第二图像采集设备2为成对设置；在另外的一些实施例中，基于第二图像采集设备2针对同一段踏面采集的图像大小不小于第一图像采集设备1针对该踏面采集的图像大小，第一图像采集设备1的数量大于第二图像采集设备2的数量，由此以第一图像采集设备1的数量为准，在满足整个车轮4踏面图像获取的基础上，相应的减少设备成本；相应的，在一些实施例中，以第二图像采集设备2的数量为准，此时第二图像采集设备2针对同一段踏面采集的图像大小不大于第一图像采集设备1针对该踏面采集的图像大小。

由于多个第一图像采集设备1拍摄的踏面图像能够整合为完整的车轮4踏面图像，因此，第二图像也应当为完整的车轮4踏面图像；在本实施例中，任意一个第二图像采集设备2拍摄的某一段踏面，其所包含的弧长等于第一图像采集设备1拍摄的该段踏面的弧长，因此，第二图像能够在经过计算机处理后，获得与第一图像匹配的完整踏面图像。当然，若第二图像所包含的踏面弧长大于第一图像采集设备1拍摄的该段踏面的弧长，也能够很好的实现两个图像的匹配。在本实施例中，第一传感器3为压力传感器，第一图像采集设备1和第二图像采集设备2均为照相机。

在一些实施例中，多个第一图像采集设备与多个第二图像采集设备依次等间距设置。

在该实施例中，第一图像采集设备1和第二图像采集设备2分别工作，当全部第一图像采集设备1完成图像采集任务后，列车才会通过第二图像采集设备2所属区域。在这种实施例中，多个第一传感器3分别电性连接一个第一图像采集设备1或第二图像采集设备2，即第一图像采集设备1和第二图像采集设备2为单独拍照。对于第一图像采集设备1来说，第一传感器3位于其对应的第一图像采集设备1的后方1/4车轮4周围处；对于第二图像采集设备2来说，第一传感器3位于其对应的第二图像采集设备2的前方1/4车轮4周围处；在另外一些实施例中，由于最末端的第一图像采集设备1和最前端的第二图像采集设备2可共用一个第一传感器3。如图1所示，第一图像采集设备1和第二图像采集设备2的数量为4个，因此，第一传感器3的数量为8个。

在本实施例，多个第一图像采集设备1均匀分布，多个第二图像采集设备2均匀分布；第一图像采集设备1与第二图像采集设备2交错布置。

如图2所示，第一图像采集设备1和第二图像采集设备2所拍摄的踏面弧长为车轮4周长的1/8，其中部各具有4个错位布置的第一图像采集设备1和第二图像采集设备2。在这样的布局中，能够很好的满足针对不同尺寸车轮4的踏面检测。需要说明的是，本实施例以车轮4国标尺寸的最大直径为设计基准，因此无论是何种尺寸的车轮4，都适用于本实施例的检测系统。需要说明的是，第一图像采集设备1和第二图像采集设备2交错布置的方式，可以以整套设备相互交错的方式进行，也可以以部分设备交错的方式进行，图2所示的示意图为后者。

在本实施例中，任意一个第一传感器3可触发全部第一图像采集设备1和全部第二图像采集设备2同时拍摄，由此实现对小尺寸车轮4的踏面检测。在本实施例中，第一传感器3的位置位于同时拍摄同一个车轮4的第一图像采集设备1和第二图像采集设备2的连线的中部。

当然，一个第一传感器3可触发一个第一图像采集设备1和一个第二图像采集设备2同时拍摄，也可以实现小尺寸车轮4的踏面检测。但是，在这种实施例中，针对小尺寸车轮4，容易出现空拍，或拍摄不完全的情况，如此最终形成的踏面图像将不完整。

如图2所示，为了更好的使用本实施例，还包括第二传感器；所述第二传感器的数量与第一图像采集设备1和第二图像采集设备2的数量和匹配，用于判断第二图像采集设备2是否空拍或拍摄区域缺失。

当任意一个第一传感器3可触发全部图像采集设备同时拍摄时，必定有第一图像采集设备1和第二图像采集设备2出现空拍或拍摄区域，此时，利用第二传感器，可以检测第一图像采集设备1和/或第二图像采集设备2是否需要进行拍摄，此时，可以避免计算机接收空白图像或不完整的图像，由此降低计算机的运算难度。

在本实施例中，第二传感器可以为感光传感器，能够判断第一图像采集设备1或第二图像采集设备2所拍摄的图像是否为完全包括其拍摄的某段踏面。当列车经过时，触动第一传感器3，由第二传感器获得车轮4通过的信号，此时第二传感器触发，由此实现第一图像采集设备1或第二图像采集设备2的拍摄；由此，能够很好的同时满足针对不同尺寸车轮4的踏面检测。

在另外一些实施例中，第二传感器可用于提前判断其所匹配的第一图像采集设备1或第二图像采集设备2在拍摄图像时，是否会包含撒砂管，如果包含撒砂管，则相应的避免第一图像采集设备1或第二图像采集设备2进行拍摄。

为了更好的使用本实施例，任意两个相邻的第一图像采集设备1之间的距离不大于任意一个第一图像采集设备1采集的车轮4踏面弧长；任意两个相邻的第二图像采集设备2之间的距离不大于任意一个第二图像采集设备2采集的车轮4踏面弧长。

在本实施例中，第一图像采集设备1和第二图像采集设备2的距离设置原理相同，下面以第一图像采集设备1进行说明。

若任意两个相邻的第一图像采集设备1之间的距离小于任意一个第一图像采集设备1采集的车轮4踏面弧长，此时当车轮4完整旋转一周后，多个第一图像采集设备1所拍摄的对应一端踏面的集合，将不能组合为完整的车轮4踏面，也就是说，会存在缺失，如果实际如此布局，则需要设置更多的第一图像采集设备1，用以补充拍摄所缺失的某段或多段踏面，如此不仅增加设备预算，还会增加大量的计算机运算。

若任意两个相邻的第一图像采集设备1之间的距离等于任意一个第一图像采集设备1采集的车轮4踏面弧长，此时分段车轮4踏面分别由多个第一图像采集设备1拍摄后，刚好能够集成完成的车轮4踏面。为了方便阐述技术方案，本实施例采用此技术方案。

若任意两个相邻的第一图像采集设备1之间的距离大于任意一个第一图像采集设备1采集的车轮4踏面弧长，此时分段车轮4踏面分别由多个第一图像采集设备1拍摄后，后一个第一图像采集设备1拍摄的踏面会覆盖上一个第一图像采集设备1拍摄的踏面，此时，在经过计算机运算后，能够复原为完整的车轮4踏面；此外，该技术方案还能够相应的减少第一图像采集设备1的数量。

在此基础上，需要说明的是，如图2和图3所示，由于任意两个相邻的第一图像采集设备1之间的距离不大于任意一个第一图像采集设备1采集的车轮4踏面弧长，因此，经过工作人员对设备进行有限次调整后，可以确保当前一个第一图像采集设备1能够实现其所拍图像全部为踏面时，后一个第二图像采集设备2必定存在拍摄缺失。同理于第二图像采集设备2。

为了更好的使用本实施例，任意一个第一图像采集设备1具有与其配合的第一补光源；任意一个第二图像采集设备2具有与其配合的第二补光源。

在本实施例中，第一补光源能够为对应的第一图像采集设备1提供良好的拍摄环境，同样的，第二补光源能够为对应的第二图像采集设备2提供良好的拍摄环境，由此提高第一图像采集设备1和第二图像采集设备2的拍摄质量。

在本实施例中，使用上述检测系统进行车轮4踏面缺陷检测，一种列车车轮4踏面缺陷检测方法包括以下步骤：

S101、从列车行驶方向获取完整车轮4的第一图像；

S201、背向列车行驶方向获取上述完整车轮4的第二图像；

S301、判断第一图像中是否存在遮挡物，判断第二图像中是否存在遮挡物；

S401、获得不存在遮挡物的图像信息为第三图像；

S501、针对第三图像，进行踏面缺陷分析，获得分析结果。

其中，S101和S201两个步骤可以合二为一。

需要说明是，第一图像是经过多个第一图像采集设备1分别对同一个车轮4对应一段踏面所拍摄的图像传递至外部计算机后，经外部计算机运算处理所得；同理于第二图像。

在本实施例中，计算机通过多个第一图像设备1拍摄的图像集成一个方向的完整车轮4的第一图像，通过多个第二图像设备2拍摄的图像集成另一个方向的完整车轮4的第二图像；从而计算机判断第一图像和第二图像是否包含阻挡物；若第一图像包含阻挡物，则将第二图像作为第三图像进行踏面缺陷分析；若第二图像包含阻挡物，则将第一图像作为第三图像进行踏面缺陷分析。

在其他的实施例中，采用另一种方法进行车轮4踏面缺陷检测，一种列车车轮4踏面缺陷检测方法，包括以下步骤：

S102、提前判断从列车行驶方向获取的图像信息是否包含阻挡物；

S202、提前判断背向列车行驶方向获取的图像信息是或否包含阻挡物；

S302、在两个方向中，选取不包含阻挡物一个方向，获得完整车轮的第三图像；

S402、对第三图像进行踏面缺陷分析，获得分析结果。

其中，S102和S202两个步骤可以合二为一。

在该实施例中，第二传感器提前检测列车经过时，第一图像设备1或第二图像设备2将拍摄而成的图像是否包含撒砂管。令第一图像设备1拍摄列车行驶方向的车轮4侧，第二图像设备2拍摄列车去时方向的车轮4侧；当配合第一图像设备1的第二传感器提前探测后，该方向拍摄的图像包含撒砂管，则第一图像设备1不运行，由第二图像设备2拍摄，直接由计算机集成完整车轮4的第三图像，并进行踏面缺陷分析。

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 (9)

1.一种车轮踏面缺陷检测系统，其特征在于，包括：

第一图像采集设备，所述第一图像采集设备为多个且设置于轨道的长度方向上，多个第一图像采集设备采集的图像形成完整车轮踏面的第一图像；

第二图像采集设备，所述第二图像采集设备为多个且设置于轨道的长度方向上，多个第二图像采集设备采集的图像形成完整车轮踏面的第二图像；以及

第一传感器，所述第一传感器为多个，用于触发第一图像采集设备和/或第二图像采集设备进行图像采集；

其中，第一图像采集设备的采集方向与第二图像采集设备的采集方向相反，第二图像采集设备针对同一段踏面采集的图像大小不小于第一图像采集设备针对该踏面采集的图像大小。

2.如权利要求1所述的一种列车车轮踏面缺陷检测系统，其特征在于，多个第一图像采集设备与多个第二图像采集设备依次等间距设置。

3.如权利要求1所述的一种列车车轮踏面缺陷检测系统，其特征在于，多个第一图像采集设备均匀分布，多个第二图像采集设备均匀分布；第一图像采集设备与第二图像采集设备交错布置。

4.如权利要求2或3所述的一种列车车轮踏面缺陷检测系统，其特征在于，还包括第二传感器；所述第二传感器的数量与第一图像采集设备和第二图像采集设备的数量和匹配，用于判断第二图像采集设备是否空拍或拍摄区域缺失，或提前判断拍摄后的图像是否包含阻挡物。

5.如权利要求1所述的一种列车车轮踏面缺陷检测系统，其特征在于，任意两个相邻的第一图像采集设备之间的距离不大于任意一个第一图像采集设备采集的车轮踏面弧长。

6.如权利要求1所述的一种列车车轮踏面缺陷检测系统，其特征在于，任意两个相邻的第二图像采集设备之间的距离不大于任意一个第二图像采集设备采集的车轮踏面弧长。

7.如权利要求1所述的一种列车车轮踏面缺陷检测系统，其特征在于，任意一个第一图像采集设备具有与其配合的第一补光源。

8.如权利要求1所述的一种列车车轮踏面缺陷检测系统，其特征在于，任意一个第二图像采集设备具有与其配合的第二补光源。

9.一种列车车轮踏面缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

从列车行驶方向获取完整车轮的第一图像；

背向列车行驶方向获取上述完整车轮的第二图像；

判断第一图像中是否存在遮挡物，判断第二图像中是否存在遮挡物；

获得不存在遮挡物的图像信息为第三图像；

针对第三图像，进行踏面缺陷分析，获得分析结果。

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