CN203511690U - 一种机车车轮圆度在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机车车轮圆度在线检测装置，包括激光发生器(1)、摄像器(2)，激光发生器(1)、摄像器(2)组成摄像单元，其特征在于：轨道(12)内、外侧的道床区上均安装有摄像单元，车轮检测器(3)安装在轨道内侧靠近摄像器(2)的位置；摄像单元前方轨道(12)侧面安装有接近传感器(4)，摄像单元后方轨道(12)侧面安装有离去传感器(5)；本实用新型测量装置的安装不需要破坏原轨道结构，轨道改造工作量小。

Description

一种机车车轮圆度在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及到一种机车车辆轮对自动检测装置，尤其涉及一种机车车轮圆度在线监测装置。

背景技术

车轮是影响列车安全行驶的一个重要因素。随着列车的不断提速，对车轮几何外形尺寸和内部结构的要求也越来越高。如何对车轮进行定期检测，及时发现变形、磨损、划痕和内部瑕疵等各种异常情况对于确保列车的安全运行是非常必要的。

目前，国内用于车轮外形尺寸的检测的非接触测量系统主要以视觉检测技术为基础构建。作为其前端的图像获取装置，工作于不同波段的CCD摄像机成为首选。CCD摄像机主要用于获取被检测轮对的观测图像，其输出经A/D转换后被送至图像处理计算机，然后利用数字图像处理和模式识别技术对输入的数字图像进行分析、处理，并最终得到所需的测量结果。现有的测量装置有的不能获得完整的车轮外形轮廓，并且需要对铁轨进行改造。而有的测量装置虽然能够获得完整的车轮外形轮廓，但所获得的只是在整个轮周上的一两个位置的信息，远远达不到检测整个轮周外形尺寸的目的，这样造成轮对上非磨损缺陷(比如变形等)可能检测不到，从而影响检测的准确性和可靠性。目前对车辆轮对外形尺寸国内外采用的主要技术有：

1)涡流法：利用涡流检测变换器来实现车轮踏面磨耗的非接触检测。涡流法测量时，对行车速度无限制，但只能检测踏面磨耗。

2)超声遥测法：在车速≤5km/h运行时，遥测传感器组可以测出距车轮各特征表面的距离，分析处理后可以得到车轮直径、轮缘厚度、踏面磨耗及垂直磨耗等参数，但无法得到车轮完整的外形曲线。

3)接触测量法：通过直接测量轮缘高度的变化量来获得车轮外形关键尺寸，这种方式只能检测踏面磨耗，不能获得轮对其他关键外形参数，更不能获得连续的轮对外形曲线。

4)图像测量法：利用测量装置中的摄像机拍摄行进中车轮的外形图像，从图像上直接获取反映车轮外形的轮廓曲线，和进行有关车轮外形尺寸参数和外形曲线的测量。但现有的测量装置从轨道正下方打光，并在正下方拍摄，需使用宽度为轮对踏面宽度的2/5左右特制轨道(钢板)，轮对踏面露出3/5供拍摄，也即轮对踏面约2/5宽的尾部与特制轨道相接触的部位不能被拍摄到，并且由于只有踏面正下方的一个不能获得车轮踏面尾部及轮外侧面的轮廓，也即不能获得完整的车轮外形轮廓。另外，测量装置的安装需要破坏原轨道结构，轨道改造工作量大。特制轨道的宽度仅为轮对踏面宽度的2/5，为防止轮对悬空、出轨，而必须增加紧靠轮对内侧的护轨，因而测量速度大受限制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种机车车轮圆度在线检测装置，该装置能实现对各种机车车辆运行中的轮对外形轮廓及各种尺寸参数的在线动态检测；

本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案为一种机车车轮圆度在线检测装置，包括激光发生器、摄像器，激光发生器、摄像器组成摄像单元，与激光发生器、摄像器，其特征在于：所述的轨道内、外侧的道床区上均安装有摄像单元，车轮检测器安装在轨道内侧靠近摄像器的位置；摄像单元前方轨道侧面安装有接近传感器，摄像单元后方轨道侧面安装有离去传感器；车轮检测器、接近传感器、离去传感器均与数据处理及控制设备相连；所述的摄像单元前方的轨道两旁道床区外、车厢厢体的高度范围内安装有与数据处理及控制设备相连的判向及计轴计辆传感器；所述的轨道外侧的道床区上前后相距小于车轮周长的距离内安装有二个摄像单元；激光发生器和摄像器安装在同一个开关罩保护机构内。

进一步地，所述的位移传感器通过夹持机构夹持在轨道侧面上。

进一步地，所述的接近传感器、离去传感器通过夹持机构夹持在轨道侧面上。

本实用新型的有益效果是：

(1)轨道内外两侧均分布有摄像单元，从两侧方向对轮对进行激光投射及拍摄，能获得完整的车轮外形轮廓曲线及各种尺寸参数，测量精度高。不需要改造轨道，既安装使用方便，又使得测量时对列车的速度限制小，允许列车通过速度达到30km/h，实现动态检测。采用车轮检测器及接近、离去传感器数据处理及控制设备对摄像单元进行全自动控制，可实现全天候自动检测、自动数据记录，完全不需要人工的干预。

(2)上述的轨道外侧的道床区上前后相距小于车轮周长的距离内安装有二个摄像单元，两个摄像单元之间的轨道内侧安装有非接触式的位移传感器，该位移传感器与数据处理及控制设备连接。

(3)该位移传感器用来测量每个车轮通过时的轨面沉降位移，并结合两个摄像单元得到的投射图像，据此可以得到轮对圆周三个点的坐标，从而计算出轮对的直径。

附图说明

图1是本实用新型实施例在线动态检测装置总体安装布局俯视示意图。

图2是本实用新型实施例的轮对、激光发生器、摄像器和位移传感器的侧视放大示意图。

图3是本实用新型实施例增加了光路转折机构后的轮对、一个摄像单元及光路转折机构的侧视放大示意图。

图4是本实用新型实施例内外侧激光发生器的激光束投射到车辆轮对上形成投射图像的放大示意图。

图5是图1的A-A视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

图1-5示出，本实用新型的工作原理和过程是：当有列车通过，接近传感器检测有轮对通过，数据处理及控制设备接收到接近传感器传来的信号，启动摄像单元和车轮检测器工作。激光器发出激光束。随后当车轮通过车轮检测器，车轮检测器检测到有轮对通过时，发出车轮到达信号及车轮速度信号给数据处理及控制设备，该设备根据车轮检测器、摄像器的位置及车轮速度计算出摄像器的延时拍摄时刻，该拍摄时刻能保证激光束的投射方向刚好与车轮半径一致。在拍摄时刻轨道两侧的摄像器被触发，从两侧方向同步进行拍摄；所得的图像即为激光束沿车轮径向投射到被测车轮踏面及轮缘、轮箍上，在轮对上形成的外形轮廓投射图像。由于拍摄成像时间很短，在一定的列车速度(1-30km/h)内，列车轮对的转速可以忽略不计，摄像器可以拍到激光束在轮对上形成的清晰、相对静止的投射图像。内外侧摄像单元拍得的投射图像送入数据处理及控制设备进行一系列的分析、校正处理，可得被测轮对的完整外形轮廓曲线及轮缘厚度、轮缘高度、轮箍/轮辋厚度、QR系数、轮对内侧距等车轮外形关键尺寸参数。当数据处理及控制设备延时一定时刻后，均未收到离去传感器发来的有车轮通过的信号，则判定列车已经离去，数据处理及控制设备发出检测结束信号，该设备使所有的摄像单元和车轮检测器断电，本实用新型完成通过列车的所有轮对的检测。

本实用新型所述的机车车轮圆度在线检测装置，包括轨道12附近安装的由激光发生器1、摄像器2组成的摄像单元，与激光发生器1、摄像器2相连的数据处理及控制设备，轨道12内、外侧的道床区上均安装有摄像单元，车轮检测器3安装在轨道内侧靠近摄像器2的位置；摄像单元前方轨道12侧面安装有接近传感器4，摄像单元后方轨道12侧面安装有离去传感器5；车轮检测器3、接近传感器4、离去传感器5均与数据处理及控制设备相连。

摄像单元前方的轨道12两旁道床区外、车箱箱体的高度范围内安装有与数据处理及控制设备相连的判向及计轴计辆传感器6。

判向及计轴计辆传感器6采用一前一后安装的两对对射光电开关，当有机车车辆通过检测区域时，先后挡断两支对射光电开关，数据处理及控制设备检测得到一组具有时序的脉冲信号，据此可以判断出机车车辆运行方向；同时根据脉冲数目可以实现车辆计数。再结合车轮检测器的脉冲信号可实现每节车厢的轮对轴的计数即计轴。

轨道12外侧的道床区上前后相距小于车轮周长的距离内安装有二个摄像单元，两个摄像单元之间的轨道内侧安装有非接触式的位移传感器7，该位移传感器7与数据处理及控制设备连接。激光发生器1、摄像器2均安装在箱盖可开合的保护箱9、10内，该箱盖的开合机构与数据处理及控制设备相连。

位移传感器7通过夹持机构11夹持在轨道12侧面。接近传感器4、离去传感器5也通过夹持机构11夹持在轨道12侧面上。

图3示出，本实用新型装置在实施时，还可在摄像单元中增加光路转折机构14，即摄像器2获取的图像是由光路转换后的影像。这样可调整激光发生器与摄像器的相对位置，便于安装。

内外侧激光发生器6的激光束可以如图4所示相互重叠位于一个平面上；也可以不重叠，但应保证激光束沿轮对径向延长线指向轮对13踏面的圆心，也即激光束是沿踏面的径向投射到轮对13上。由于轮对13的轮缘在运行中不会受到磨损，其形状保持不变。因此，可将外侧拍摄到的踏面投射图像与内侧拍摄到的另一位置的轮缘投射图像，合成一个完整的踏面及轮缘投射图像。

激光发生器1和摄像器2也可以安装在同一个开关罩保护机构9或10内。为了获得更多的外形轮廓曲线，可沿轨道安装多个摄像单元，使得数据处理设备进行更完善的综合分析和处理，提高测量准确度。本实用新型实施时，摄像器2获得的大量图像数据进行分析、校正处理的校正参数可通过标定机构进行标定后，消除装置的安装、机械误差。

本实用新型的接近、离去传感器和车轮检测器均可直接采用各种现有的非接触式位移传感器，如电涡流式位移传感器、光电位移传感器。

尽管已经结合实施例对本实用新型进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解地是，本实用新型并非仅限于特定实施例，相反，在没有超出本申请精神和实质的各种修正，变形和替换都落入到本申请的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种机车车轮圆度在线检测装置，包括激光发生器(1)、摄像器(2)，激光发生器(1)、摄像器(2)组成摄像单元，其特征在于： 

轨道(12)内、外侧的道床区上均安装有摄像单元，车轮检测器(3)安装在轨道内侧靠近摄像器(2)的位置；摄像单元前方轨道(12)侧面安装有接近传感器(4)，摄像单元后方轨道(12)侧面安装有离去传感器(5)；车轮检测器(3)、接近传感器(4)、离去传感器(5)均与数据处理及控制设备相连；所述的摄像单元前方的轨道(12)两旁道床区外、车厢厢体的高度范围内安装有与数据处理及控制设备相连的判向及计轴计辆传感器(6)；所述的轨道(12)外侧的道床区上前后相距小于车轮周长的距离内安装有二个摄像单元；激光发生器(1)和摄像器(2)安装在同一个开关罩保护机构内。 

2.如权利要求1所述的机车车轮圆度在线检测装置，其特征在于：位移传感器(7)通过夹持机构(11)夹持在轨道(12)侧面上。 

3.如权利要求1所述的机车车轮圆度在线检测装置，其特征在于：所述的接近传感器(4)、离去传感器(5)通过夹持机构(11)夹持在轨道(12)侧面上。 

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