CN113028966A - 车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，包括：将检测设备安装至铁轨两侧，将正常车轮通过测量单元，拟合标准电压曲线；当待测车轮通过时，获取当前过车电压曲线；采用平均抽值法或平均插值法将两个电压曲线进行对比，得到车轮不圆度电压差值，并将其转化为位移差值；将位移差值进行数据拼接，得到车轮不圆度位移差值曲线以及最大数据点；判断最大数据点是否小于预设阈值，若小于，则待测车轮无异常，对标准电压曲线进行加权标定训练，获得新标准电压曲线，迭代执行待测车轮通过检测设备步骤，反之待测车轮异常。该方法消除由于检测设备与车轮轮缘长期接触产生磨损带来的精度影响，提高检测精度的同时增加了检测设备的使用寿命。

Description

车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法

技术领域

本发明涉及列车检测技术领域，特别涉及一种车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法。

背景技术

随着我国铁路运输行业的需求及发展，铁路车辆安全问题尤为重要。铁路车辆在长时间的运行过程中，车轮踏面会产生不均匀磨耗造成车轮不圆，车轮不圆将会使得车辆产生噪声、震动等，影响车辆的平稳性。因此需要定期对车轮进行检修，当轮对磨耗值达到一定值时及时更换车轮，避免发生脱轨等灾难性后果。长期以来，车轮不圆度的检修多采用静态人检的检测方法，即需要将检测装置安装到车轮上并滚动一周，这种方法效率低且检修人员在工作中易疲劳，所以在线动态检测车轮不圆度的方法尤为关键。

目前我国接触式检测方法多采用平行四边形结构，但由于该方法检测面过长，复位弹簧为使检测面在下压后能够快速复位，需要较大的作用力，这不仅会使检测面长此以往形成变形弯矩及磨损降低检测设备的使用寿命，更会影响检测精度。

因此，亟待一种在线动态并联接触式检测方法，提高检测精度的同时解决目前车轮不圆度检测设备使用寿命低的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，该方法提高检测精度的同时增加了检测设备的使用寿命。

为达到上述目的，本发明实施例提出了车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，包括以下步骤：步骤S1，获取多个标准电压曲线，其中,多个标准电压曲线通过正常车轮经过检测设备获取的多个正常电压数据获得；步骤S2，当待测车轮通过检测设备时，获取多个当前电压数据，以得出多个当前过车电压曲线；步骤S3，采用平均抽值法或平均插值法将多个当前过车电压曲线与多个标准电压曲线进行对比，得到车轮不圆度电压差值，并将车轮不圆度电压差值转化为位移差值；步骤S4，将位移差值进行数据拼接，得到车轮不圆度位移差值曲线和车轮不圆度位移差值曲线的最大数据点；步骤S5，判断最大数据点是否小于预设车轮不圆度阈值，若小于，则待测车轮无异常，对多个标准电压曲线进行加权标定训练，获得多个新标准电压曲线，当有新待测车轮需要检测时，迭代执行步骤S2-S5，若大于，则待测车轮异常。

本发明实施例的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，通过采用位移传感器标准曲线与过车曲线对比做差的方法在线动态检测车轮不圆度及擦伤缺陷；同时，在进行过车曲线与标准曲线进行对比时，采用平均抽值法或平均插值法，使得该方法不受车速影响；另外，通过每次过车长期标定训练传感器标准曲线，消除了由于设备与车轮轮缘长期接触产生磨损带来的精度影响，提高检测精度，与此同时，因设备的磨损不影响检测精度，因此不用因设备磨损而更换设备，增加了检测设备的使用寿命。

另外，根据本发明上述实施例的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，检测设备为多个并联的测量单元，每个测量单元中装有一个位移传感器，其中，位移传感器得到的车轮下压位移与测量单元获得的电压变化成正比，当待测车轮发生形变，则位移传感器输出电压值变小。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在进行步骤S1前，对检测设备进行自检，包括以下步骤：检测并记录检测设备输出的初始电压值；每个预设时间间隔，再次检测检测设备输出的电压值，并记录每个预设时间间隔输出的电压值；将每个预设时间间隔输出的电压值与初始电压值进行对比，若两者差值不超过预设阈值，则检测设备自检成功，执行步骤S1，反之，检测设备故障。

进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S1中通过数据采集卡获取多个位移传感器的正常电压数据，再将每个位移传感器的电压数据拟合成马鞍状电压曲线作为多个标准电压曲线。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当步骤S3中采用平均抽值法时，平均抽取出多个标准电压曲线和多个当前过车电压曲线的相同数据点，再进行对比做差，得到车轮不圆度电压差值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当步骤S3中采用平均插值法时，对多个当前过车电压曲线通过插值使自身与多个标准电压曲线的数据点相同，再进行对比做差，得到车轮不圆度电压差值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S3中将车轮不圆度电压差值Ln_i或Rn_i转化为位移差值

或

转化关系为

或

其中，L为行车方向左侧位移传感器，R为行车方向右侧位移传感器，n为车轮序号，i为位移传感器标号，i＝1,2,3…m，m为正整数，Lk_i为左侧第i个位移传感器系数，Rk_i右侧第i个位移传感器系数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S4中数据拼接顺序由多个传感器的顺序决定。进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S5中长期加权标定训练的过程为：若当前待测车轮为正常车轮时，则多个标准电压曲线被重新定义，定义为：y_n+1＝y_n*p+y_i*q，其中，y_n+1为新标准电压曲线，y_n为原多个标准电压曲线，y_i为当前待测车轮的多个输出电压曲线，p为原多个标准电压曲线的权重系数，q为当前待测车轮的多个输出电压曲线的权重系数，p+q＝1，p远大于q，p>0，q>0，p远大于q；若当前待测车轮为变形车轮时，p＝1，q＝0

本发明附加的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

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合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检测设备安装示意图；

图2是本发明一个实施例的检测设备检测原理示意图；

图3是本发明一个实施例的车轮踏面擦伤及不圆度检测具体流程示意图；

图4是本发明一个实施例的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法流程图；

图5是本发明一个实施例的传感器输出曲线图。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法。

首先，如图1所示，本发明在结构上使用m个测量单元并联减少检测面长度，避免检测面过长造成检测面弯矩；如图2所示，每个测量单元当中装有一个高精度位移传感器，通过多次正常车轮过车对m个位移传感器输出的电压信号进行大量数据拟合，从而得到各个传感器标准曲线，由于传感器输出值为电压，电压变化与车轮下压位移成正比，当车轮产生形变，传感器输出电压值将会变小，通过过车电压曲线与标准电压曲线做差转换成相对应的位移差值即可判断车轮是否有擦伤及擦伤大小，然后将各传感器位置插值进行拼接即可得到一个车轮不圆度位移差值曲线，以此判断车轮踏面擦伤及不圆度。另外，通过现场测量发现，传感器输出数据具有重复性，即当正常车轮压到同一传感器上时，输出的传感器电压曲线波形大致相同，波形偏差在精度允许的范围之内。不同传感器电压初始值和压的深度不同主要由于每个传感器预压不同，且安装时高度不同，但对测量结果无影响。因此，每个传感器曲线可通过多组过车数据选定一标准曲线，当下次过车时，通过当前各传感器电压曲线与该传感器标准曲线进行对比，即可得到车轮不圆度电压差值。因此，本发明提出车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法包括以下步骤：

首先，如图3所示，在进行步骤S1前，对检测设备进行自检，具体地，检测并记录检测设备输出的初始电压值；在每个预设时间间隔，再次检测检测设备输出的电压值，记录每个预设时间间隔输出的电压值；将每个预设时间间隔输出的电压值与初始电压值进行对比，若两者差值不超过预设阈值，则检测设备自检成功，执行步骤S1，反之，检测设备故障。例如，基于传感器输出电压值检测并记录传感器电压初值，初值即未有车轮压下时传感器输出的电压，并在每间隔一段时间(默认为5分钟，可调)且未过车时检测当前传感器电压输出值并与初值进行对比，若与初值相差超过一定阈值，该阈值本领域技术人员可根据实际情况配置，则检测设备故障，可向平台报错设备故障，更换检测设备；若不超过阈值，则检测设备自检成功，可向平台上传自检成功，再执行步骤S1。

图4是本发明一个实施例的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法流程图。

在步骤S1中，获取多个标准电压曲线，其中,多个标准电压曲线通过正常车轮经过检测设备获取的多个正常电压数据获得。

进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S1中通过数据采集卡获取多个位移传感器的正常电压数据，再将每个位移传感器的电压数据拟合成马鞍状电压曲线作为多个标准电压曲线。

具体地，将检测设备安装至铁轨两侧，正常车轮通过检测设备时，通过高精度数据采集卡获取m个传感器的电压数据，其中，数据采集卡采样频率尽可能大，以保证数据的完整性。如图5示，每个位移传感器采集到的电压数据点可组合成一个马鞍状电压曲线，相同标号为同一位移传感器。当正常车轮压过同一位移传感器输出的电压曲线相同，因此可以通过大量过车数据拟合出各位移传感器标准曲线。

在步骤S2中，当待测车轮通过检测设备时，获取多个当前电压数据，以得出多个当前过车电压曲线。

在步骤S3中，采用平均抽值法或平均插值法将多个当前过车电压曲线与多个标准电压曲线进行对比，得到车轮不圆度电压差值，并将车轮不圆度电压差值转化为位移差值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当步骤S3中采用平均抽值法时，平均抽取出多个标准电压曲线和多个当前过车电压曲线的相同数据点，再进行对比做差，得到车轮不圆度电压差值；当采用平均插值法时，对多个当前过车电压曲线通过插值使自身与多个标准电压曲线的数据点相同，再进行对比做差，得到车轮不圆度电压差值。

具体地，当下次过车时，获取多个当前电压数据，将多个当前电压数据拟合成多个当前过车电压曲线，通过多个当前过车电压曲线与多个标准电压曲线进行对比做差，可得到车轮不圆度电压差值Ln_i或Rn_i，其中，L为行车方向左侧测量单元中的位移传感器，R为行车方向右侧测量单元中的位移传感器；n为车轮序号；i为位移传感器标号，i＝1,2,3…m。

进一步地，由于每次过车车速可能不同，当前过车数据与标准数据经过同一位移传感器时采集的数据点可能不同，在两曲线对比做差时，可采用平均抽值法或平均插值法使得两曲线数据点相同，使得该方法不受车速影响。其中，平均抽值法为将两组数据平均取出相同数据点，例如：图5的标准曲线①号传感器采集到5000个点，当前过车数据采集到3421个点，此时可将两组数据都平均取出1000个点，即3421÷1000＝3.421，则可以每3个点或4个点取一个点。再进行相减得出电压差值Ln_i或Rn_i；平均插值法为将过车数据曲线通过插值使得其与标准曲线数据点相同，例如：图5的标准曲线①号传感器采集到Y个点，本次过车数据采集到X个点，则在本次过车曲线中插入Y-X个点，再进行相减得出电压差值Ln_i或Rn_i。从而本发明实施例不受车速影响，车辆以不同车速匀速通过设备均可进行检测。

进一步地，步骤S3中将车轮不圆度电压差值Ln_i或Rn_i转化为位移差值

或

转化关系为

或

其中，Lk_i为左侧第i个位移传感器系数，Rk_i右侧第i个位移传感器系数，该系数大小为所使用的位移传感器输出电压差值与位移关系的比例系数。

在步骤S4中，将位移差值进行数据拼接，得到车轮不圆度位移差值曲线和车轮不圆度位移差值曲线的最大数据点。

举例而言，将m个位移传感器位移差值数据按顺序拼接到一起，即可得到一个车轮不圆度位移差值曲线Ln_i或Rn_i，n为车轮序号，接下来，在一个车轮不圆度位移差值曲线Ln_i或Rn_i的数据点中找出最大值，即可得到一个车轮不圆度位移差值的最大值D_max，将D_max作为衡量车轮不圆度的指标。

在步骤S5中，判断最大数据点是否小于预设车轮不圆度阈值，若小于，则待测车轮无异常，对多个标准电压曲线进行加权标定训练，获得多个新标准电压曲线，当有新待测车轮需要检测时，迭代执行步骤S2-S5，若大于，则待测车轮异常。

具体地，当D_max≥预设车轮不圆度阈值时，则平台告警提示某号地铁左(右)侧第i(i＝1,2,3…m，m为正整数)号车轮异常，请及时处理；当D_max＜车轮不圆度阈值时，则平台展示某号地铁车轮无异常。从而可实现形变车轮定位、形变车轮擦伤深度及不圆度数据显示。

进一步地，本发明实施例为消除设备测量单元长期与车轮轮缘接触产生磨耗带来的测量误差，对每个位移传感器的标准曲线进行长期加权标定训练，具体地过程为：即一次过车后，逐一检测每个车轮，若当前待测车轮为正常车轮时，则多个标准电压曲线被重新定义，定义为：y_n+1＝y_n*p+y_i*q，其中，y_n+1为新标准电压曲线，y_n为原多个标准电压曲线，y_i为当前待测车轮的多个输出电压曲线，p为原多个标准电压曲线的权重系数，q为当前待测车轮的多个输出电压曲线的权重系数，p+q＝1，p>0，q>0，p远大于q，例如，p＝0.99，q＝0.01。若当前待测车轮为形变车轮，则p＝1，q＝0。从而可以消除由于检测设备与车轮轮缘长期接触产生磨损带来的精度影响，提高检测精度。此外，设备的磨损不影响检测精度，因此不用因设备磨损而更换设备，增加了检测设备的使用寿命。

根据本发明实施例提出的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，通过采用位移传感器标准曲线与过车曲线对比做差的方法在线动态检测车轮不圆度及擦伤缺陷；同时，在进行过车曲线与标准曲线进行对比时，采用平均抽值法或平均插值法，使得该方法不受车速影响；另外，通过每次过车长期标定训练传感器标准曲线，消除了由于设备与车轮轮缘长期接触产生磨损带来的精度影响，提高检测精度，与此同时，因设备的磨损不影响检测精度，因此不用因设备磨损而更换设备，增加了检测设备的使用寿命。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，获取多个标准电压曲线，其中,所述多个标准电压曲线通过正常车轮经过检测设备获取的多个正常电压数据获得；

步骤S2，当待测车轮通过所述检测设备时，获取多个当前电压数据，以得出多个当前过车电压曲线；

步骤S3，采用平均抽值法或平均插值法将所述多个当前过车电压曲线与所述多个标准电压曲线进行对比，得到车轮不圆度电压差值，并将所述车轮不圆度电压差值转化为位移差值；

步骤S4，将所述位移差值进行数据拼接，得到车轮不圆度位移差值曲线和所述车轮不圆度位移差值曲线的最大数据点；

步骤S5，判断所述最大数据点是否小于预设车轮不圆度阈值，若小于，则所述待测车轮无异常，对所述多个标准电压曲线进行加权标定训练，获得多个新标准电压曲线，当有新待测车轮需要检测时，迭代执行所述步骤S2-S5，若大于，则所述待测车轮异常。

2.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，其特征在于，所述检测设备为多个并联的测量单元，每个测量单元中装有一个位移传感器。

3.根据权利要求2所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，其特征在于，位移传感器得到的车轮下压位移与测量单元获得的电压变化成正比，当待测车轮发生形变，则所述位移传感器输出电压值变小。

4.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，其特征在于，在进行步骤S1前，对所述检测设备进行自检，包括以下步骤：

检测并记录所述检测设备输出的初始电压值；

每个预设时间间隔，再次检测所述检测设备输出的电压值，并记录每个预设时间间隔输出的电压值；

将所述每个预设时间间隔输出的电压值与所述初始电压值进行对比，若两者差值不超过预设阈值，则所述检测设备自检成功，执行所述步骤S1，反之，所述检测设备故障。

5.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，其特征在于，所述步骤S1中通过数据采集卡获取多个位移传感器的正常电压数据，再将每个位移传感器的电压数据拟合成马鞍状电压曲线作为所述多个标准电压曲线。

6.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，其特征在于，当所述步骤S3中采用平均抽值法时，平均抽取出所述多个标准电压曲线和所述多个当前过车电压曲线的相同数据点，再进行对比做差，得到所述车轮不圆度电压差值。

7.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，其特征在于，当所述步骤S3中采用平均插值法时，对所述多个当前过车电压曲线通过插值使自身与所述多个标准电压曲线的数据点相同，再进行对比做差，得到所述车轮不圆度电压差值。

8.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，其特征在于，所述步骤S3中将所述车轮不圆度电压差值Ln_i或Rn_i转化为位移差值

或

转化关系为

或

其中，L为行车方向左侧位移传感器，R为行车方向右侧位移传感器，n为车轮序号，i为位移传感器标号，i＝1,2,3…m，m为正整数，Lk_i为左侧第i个位移传感器系数，Rk_i右侧第i个位移传感器系数。

9.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，其特征在于，所述步骤S4中数据拼接顺序由所述多个位移传感器的顺序决定。

10.根据权利要求1所述的车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测方法，其特征在于，所述步骤S5中长期加权标定训练的过程为：

若当前待测车轮为正常车轮时，则所述多个标准电压曲线被重新定义，定义为：y_n+1＝y_n*p+y_i*q，其中，y_n+1为新标准电压曲线，y_n为原多个标准电压曲线，y_i为所述当前待测车轮的多个输出电压曲线，p为所述原多个标准电压曲线的权重系数，q为所述当前待测车轮的多个输出电压曲线的权重系数，p+q＝1，p>0，q>0，p远大于q；

若当前待测车轮为变形车轮时，p＝1，q＝0。

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