基于機(jī)器視覺的鋼軌磨損測量裝置及其打磨策略方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于機(jī)器視覺的鋼軌磨損測量裝置，包括主控制板、電源板、激光控制板和視頻板，電源板用于為主控制板、激光控制板和視頻板提供穩(wěn)定的直流電壓；激光控制板與兩個(gè)大功率激光器電連接；視頻板與兩個(gè)CCD攝像機(jī)電連接；主控制板分別與電源板、激光控制板和視頻板連接，用于控制兩個(gè)大功率激光器的通斷和強(qiáng)度，以及控制兩個(gè)CCD攝像機(jī)的拍攝動(dòng)作。本發(fā)明還提供了一種根據(jù)所述測量裝置進(jìn)行鋼軌磨損的打磨策略方法，根據(jù)計(jì)劃磨削量，計(jì)算合適的鋼軌打磨列車的打磨速度、打磨功率、不同角度電機(jī)分布，對(duì)鋼軌進(jìn)行打磨。本發(fā)明的有益效果：分區(qū)域計(jì)算現(xiàn)場鋼軌的計(jì)劃磨削面積；克服人工和機(jī)械接觸式測量方式勞動(dòng)量大、環(huán)境惡劣、效率低等缺點(diǎn)。
【專利說明】基于機(jī)器視覺的鋼軌磨損測量裝置及其打磨策略方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼軌測量領(lǐng)域，具體涉及一種基于機(jī)器視覺的鋼軌磨損測量裝置及其打磨策略方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鐵路是國家交通運(yùn)輸?shù)拇髣?dòng)脈，承擔(dān)了我國70%以上的客運(yùn)和貨運(yùn)任務(wù)，鋼軌的狀態(tài)是否完好，直接影響著列車能否按規(guī)定的速度安全、平穩(wěn)和不間斷的運(yùn)行。列車的高速、重載、高密度運(yùn)行，加速了鋼軌的磨損。當(dāng)磨損超過一定限度，一方面將改變鋼軌與列車車輪踏面的接觸關(guān)系，增大列車運(yùn)行阻力，進(jìn)一步加快鋼軌的磨損，對(duì)行車安全造成極大的影響；另一方面列車的蛇行運(yùn)動(dòng)加劇，會(huì)發(fā)生劇烈搖擺，嚴(yán)重影響乘客的舒適度。所以需要定期對(duì)鋼軌磨損程度進(jìn)行檢測，適時(shí)安排鋼軌打磨施工，修復(fù)鋼軌廓形，改善輪軌關(guān)系，以保證列車的運(yùn)行穩(wěn)定和安全。
[0003]在鋼軌磨損檢測和打磨量測量技術(shù)方面，常見的鋼軌磨損檢測儀可以分為機(jī)械接觸式、電子式和非接觸光學(xué)式。機(jī)械接觸式鋼軌磨損檢測儀操作比較繁瑣、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、容易損壞；電子式鋼軌磨損檢測儀比機(jī)械接觸式有較大進(jìn)步，但檢測精度不高，還未能實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)檢測；非接觸光學(xué)式鋼軌磨損檢測儀性能比以上兩種更先進(jìn)，檢測精度較高，可以實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)檢測，但是國內(nèi)還沒有生產(chǎn)廠家，主要依賴于從國外進(jìn)口。而國外非接觸光學(xué)檢測系統(tǒng)大部分都安裝在軌檢車上，并要求該檢測系統(tǒng)與軌檢車配套捆綁銷售，這極大提高了設(shè)備的購買成本和維護(hù)成本。目前在我國運(yùn)營鐵路的鋼軌磨損檢測工作主要是由經(jīng)驗(yàn)豐富的工人目測或使用機(jī)械式卡尺檢測，存在著檢測效率低、檢測精度不高等問題，己不能滿足高速鐵路的發(fā)展需要。如何精確而高效地檢測鋼軌磨損是國、內(nèi)外鐵路部門的一個(gè)重要的研究課題。
[0004]在鋼軌打磨策略方面，隨著全路大量配備先進(jìn)的鋼軌打磨列車，鋼軌打磨作業(yè)效率明顯提升，但鋼軌打磨列車的打磨作業(yè)完全依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)，一般可以憑經(jīng)驗(yàn)從模式庫中選擇以往用過的模式作業(yè)，經(jīng)驗(yàn)豐富的可以現(xiàn)編模式試作業(yè)。鋼軌打磨作業(yè)沒有明確的工藝標(biāo)準(zhǔn)，主觀性、隨意性很大,作業(yè)質(zhì)量不穩(wěn)定。高速鐵路的打磨主要通過增加打磨遍數(shù)來滿足質(zhì)量要求，大量存在不必要的打磨，既增加了鋼軌打磨的成本，又縮短了鋼軌的使用壽命。因此，開展鋼軌打磨技術(shù)研究、制定鋼軌打磨工藝標(biāo)準(zhǔn)，是鐵路鋼軌修理工作中的一個(gè)重要的研究課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于機(jī)器視覺的鋼軌磨損測量裝置及其打磨策略方法。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]基于機(jī)器視覺的鋼軌磨損測量裝置，包括主控制板、電源板、激光控制板和視頻板，電源板用于為主控制板、激光控制板和視頻板提供穩(wěn)定的直流電壓；激光控制板與兩個(gè)大功率激光器電連接；視頻板與兩個(gè)CCD攝像機(jī)電連接；主控制板分別與電源板、激光控制板和視頻板連接，用于控制兩個(gè)大功率激光器的通斷和強(qiáng)度，以及控制兩個(gè)CCD攝像機(jī)的拍攝動(dòng)作。
[0008]按上述方案，所述兩個(gè)大功率激光器分別安裝在被測鋼軌的左右兩側(cè)，兩個(gè)大功率激光器投射到被測鋼軌上的線束位于同一平面，且均與被測鋼軌的廓型曲線垂直。
[0009]按上述方案，所述兩個(gè)CXD攝像機(jī)對(duì)應(yīng)設(shè)于兩個(gè)大功率激光器的旁邊，且每個(gè)CXD攝像機(jī)的光軸分別與同側(cè)的大功率激光器的光軸成45°~60°夾角，以清楚完整的拍攝鋼軌廓形曲線。
[0010]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述測量裝置進(jìn)行鋼軌磨損的打磨策略方法，包括以下步驟:
[0011]I)利用測量裝置對(duì)鋼軌打磨前的既有鋼軌廓形進(jìn)行測量，選擇打磨后的基準(zhǔn)廓形，將鋼軌的既有鋼軌廓形與基準(zhǔn)廓形之間的面積差值設(shè)為打磨斷面的計(jì)劃磨削量；
[0012]2)利用鋼軌打磨列車對(duì)鋼軌進(jìn)行打磨，根據(jù)計(jì)劃磨削量，結(jié)合鋼軌打磨列車的單遍最大磨削量，計(jì)算打磨遍數(shù)，打磨遍數(shù)為計(jì)劃磨削量除以單遍最大磨削量進(jìn)行向上取整的整數(shù)；打磨遍數(shù)確定后，分配鋼軌打磨列車的初始打磨量；
[0013]3)根據(jù)初始打磨量，在鋼軌打磨列車的打磨速度范圍12~18km/h內(nèi)，選擇鋼軌打磨列車的打磨速度V ；
[0014]4)根據(jù)本發(fā)明測量裝置所測的鋼軌廓形面積數(shù)據(jù)，將鋼軌斷面廓形劃分為內(nèi)側(cè)、頂面和外側(cè)3個(gè)區(qū)域，不同區(qū)域?qū)?yīng)不同的計(jì)劃磨削量，根據(jù)不同磨削量計(jì)算不同角度下鋼軌打磨列車的電機(jī)分布個(gè)數(shù)，鋼軌打磨列車的電機(jī)分布個(gè)數(shù)按照電機(jī)總個(gè)數(shù)和角度的比例分布；
[0015]5)根據(jù)鋼軌打磨列車作業(yè)過程中，相同工況的N個(gè)砂輪的鋼軌斷面總磨削量Λ S與打磨功率F之間的關(guān)系式計(jì)算鋼軌打磨列車的打磨功率F ;
[0016]6)根據(jù)計(jì)劃磨削量，選擇鋼軌打磨列車的打磨速度、打磨功率、電機(jī)分布個(gè)數(shù)，輸出打磨策略，利用鋼軌打磨列車對(duì)鋼軌進(jìn)行打磨，將計(jì)劃磨削量準(zhǔn)確地打磨完成，既不過多打磨，也不欠打磨，使打磨后的鋼軌廓形與基準(zhǔn)廓形一致。
[0017]按上述方案，所述步驟I)中測量裝置對(duì)鋼軌打磨前的既有鋼軌廓形進(jìn)行測量時(shí)，測量裝置的大功率激光器緊靠鋼軌內(nèi)側(cè)，測量裝置通過一條水平連接桿與被測鋼軌對(duì)面的另一鋼軌相連，將測量裝置平衡的安置在被測鋼軌上。
[0018]按上述方案，所述步驟5)中相同工況的N個(gè)砂輪的鋼軌斷面總磨削量Λ S與打磨功率F的關(guān)系式滿足:

【權(quán)利要求】
1.基于機(jī)器視覺的鋼軌磨損測量裝置，其特征在于:包括主控制板、電源板、激光控制板和視頻板，電源板用于為主控制板、激光控制板和視頻板提供穩(wěn)定的直流電壓；激光控制板與兩個(gè)大功率激光器電連接；視頻板與兩個(gè)CCD攝像機(jī)電連接；主控制板分別與電源板、激光控制板和視頻板連接，用于控制兩個(gè)大功率激光器的通斷和強(qiáng)度，以及控制兩個(gè)CCD攝像機(jī)的拍攝動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的鋼軌磨損測量裝置，其特征在于:所述兩個(gè)大功率激光器分別安裝在被測鋼軌的左右兩側(cè)，兩個(gè)大功率激光器投射到被測鋼軌上的線束位于同一平面，且均與被測鋼軌的廓型曲線垂直。
3.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的鋼軌磨損測量裝置，其特征在于:所述兩個(gè)CCD攝像機(jī)對(duì)應(yīng)設(shè)于兩個(gè)大功率激光器的旁邊，且每個(gè)CCD攝像機(jī)的光軸分別與同側(cè)的大功率激光器的光軸成45°~60°夾角。
4.采用權(quán)利要求1所述的測量裝置進(jìn)行鋼軌磨損的打磨策略方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)利用測量裝置對(duì)鋼軌打磨前的既有鋼軌廓形進(jìn)行測量，選擇打磨后的基準(zhǔn)廓形，將鋼軌的既有鋼軌廓形與基準(zhǔn)廓形之間的面積差值設(shè)為打磨斷面的計(jì)劃磨削量； 2)利用鋼軌打磨列車對(duì)鋼軌進(jìn)行打磨，根據(jù)計(jì)劃磨削量，結(jié)合鋼軌打磨列車的單遍最大磨削量，計(jì)算打磨遍數(shù)，打磨遍數(shù)為計(jì)劃磨削量除以單遍最大磨削量進(jìn)行向上取整的整數(shù)；打磨遍數(shù)確定后，分配鋼軌打磨列車的初始打磨量； 3)根據(jù)初始打磨量，在鋼軌打磨列車的打磨速度范圍12~18km/h內(nèi)，選擇鋼軌打磨列車的打磨速度V ; 4)根據(jù)本發(fā)明測量裝置所測的鋼軌廓形面積數(shù)據(jù)，將鋼軌斷面廓形劃分為內(nèi)側(cè)、頂面和外側(cè)3個(gè)區(qū)域，不同區(qū)域?qū)?yīng)不同的計(jì)劃磨削量，根據(jù)不同磨削量計(jì)算不同角度下鋼軌打磨列車的電機(jī)分布個(gè)數(shù)，鋼軌打磨列車的電機(jī)分布個(gè)數(shù)按照電機(jī)總個(gè)數(shù)和角度的比例分布； 5)根據(jù)鋼軌打磨列車作業(yè)過程中，相同工況的N個(gè)砂輪的鋼軌斷面總磨削量ΛS與打磨功率F之間的關(guān)系式計(jì)算鋼軌打磨列車的打磨功率F ； 6)根據(jù)計(jì)劃磨削量，選擇鋼軌打磨列車的打磨速度、打磨功率、電機(jī)分布個(gè)數(shù)，利用鋼軌打磨列車對(duì)鋼軌進(jìn)行打磨，將計(jì)劃磨削量準(zhǔn)確地打磨完成，既不過多打磨，也不欠打磨，使打磨后的鋼軌廓形與基準(zhǔn)廓形一致。
5.如權(quán)利要求4所述的打磨策略方法，其特征在于:所述步驟I)中測量裝置對(duì)鋼軌打磨前的既有鋼軌廓形進(jìn)行測量時(shí)，測量裝置的大功率激光器緊靠鋼軌內(nèi)側(cè)，測量裝置通過一條水平連接桿與被測鋼軌對(duì)面的另一鋼軌相連，將測量裝置平衡的安置在被測鋼軌上。
6.如權(quán)利要求4所述的打磨策略方法，其特征在于:所述步驟5)中相同工況的N個(gè)砂輪的鋼軌斷面總磨削量Λ S與打磨功率F的關(guān)系式滿足:
VP
其中，Λ S—鋼軌斷面總磨削量，單位mm2，Stl—基準(zhǔn)磨削量，單位mm2，P—打磨功率，單位:百分比，F(xiàn)tl—基準(zhǔn)打磨功率，N—砂輪個(gè)數(shù)，V—打磨速度，單位km/h，Vtl—基準(zhǔn)作業(yè)速度，單位km/h。
7.如權(quán)利要求6所述的打磨策略方法，其特征在于:所述鋼軌打磨列車為GMC96X型鋼軌打磨列車，基準(zhǔn)打磨功率Ptl為76%?77%，基準(zhǔn)作業(yè)速度Vtl為15km/h。
【文檔編號(hào)】B24B49/02GK104180767SQ201310196977
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】華長權(quán), 熊伶俐, 桂衛(wèi)東, 李京蔚, 尹勇, 王峰 申請(qǐng)人:武漢鐵路局武漢大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)用檢修段, 武漢理工大學(xué)