專利名稱：機(jī)車車輛輪對(duì)外形尺寸在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到一種機(jī)車車輛輪對(duì)自動(dòng)檢測(cè)裝置，尤其涉及一種基于圖像測(cè)量技術(shù)的機(jī)車車輛輪對(duì)外形輪廓及外形關(guān)鍵尺寸在線動(dòng)態(tài)自動(dòng)檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
輪對(duì)是機(jī)車走行系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，輪對(duì)外形關(guān)鍵尺寸直接關(guān)系到行車安全。鐵路提速的大發(fā)展以及機(jī)車車輛的高密度運(yùn)行，加快了輪對(duì)的磨損速度。因此為避免出現(xiàn)外形尺寸超限的車輪還在繼續(xù)投入使用的情況，確保列車行駛的安全，需要對(duì)輪對(duì)外形尺寸的進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。目前對(duì)車輛輪對(duì)外形尺寸國(guó)內(nèi)外采用的主要技術(shù)有1)接觸測(cè)量法通過(guò)直接測(cè)量輪緣高度的變化量來(lái)獲得車輪外形關(guān)鍵尺寸，這種方式只能檢測(cè)踏面磨耗，不能獲得輪對(duì)其他關(guān)鍵外形參數(shù)，更不能獲得連續(xù)的輪對(duì)外形曲線。
2)渦流法利用渦流檢測(cè)變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)車輪踏面磨耗的非接觸檢測(cè)。渦流法測(cè)量時(shí)，對(duì)行車速度無(wú)限制，但只能檢測(cè)踏面磨耗。
3)超聲遙測(cè)法在車速≤5km/h運(yùn)行時(shí)，遙測(cè)傳感器組可以測(cè)出距車輪各特征表面的距離，分析處理后可以得到車輪直徑、輪緣厚度、踏面磨耗及垂直磨耗等參數(shù)，但無(wú)法得到車輪完整的外形曲線。
4)圖像測(cè)量法利用測(cè)量裝置中的攝像機(jī)拍攝行進(jìn)中車輪的外形圖像，從圖像上直接獲取反映車輪外形的輪廓曲線，和進(jìn)行有關(guān)車輪外形尺寸參數(shù)和外形曲線的測(cè)量。但現(xiàn)有的測(cè)量裝置從軌道正下方打光，并在正下方拍攝，需使用寬度為輪對(duì)踏面寬度的2/5左右特制軌道(鋼板)，輪對(duì)踏面露出3/5供拍攝，也即輪對(duì)踏面約2/5寬的尾部與特制軌道相接觸的部位不能被拍攝到，并且由于只有踏面正下方的一個(gè)不能獲得車輪踏面尾部及輪外側(cè)面的輪廓，也即不能獲得完整的車輪外形輪廓。另外，測(cè)量裝置的安裝需要破壞原軌道結(jié)構(gòu)，軌道改造工作量大。特制軌道的寬度僅為輪對(duì)踏面寬度的2/5，為防止輪對(duì)懸空、出軌，而必須增加緊靠輪對(duì)內(nèi)側(cè)的護(hù)軌，因而測(cè)量速度大受限制。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種機(jī)車車輛輪對(duì)外形尺寸在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，該裝置能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)車車輛運(yùn)行中的輪對(duì)外形輪廓及各種尺寸參數(shù)的在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)；使用時(shí)不需對(duì)現(xiàn)有鋼軌結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，測(cè)量時(shí)允許列車通過(guò)速度達(dá)到30km/h，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)；可全天候無(wú)人值守自動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)精度高。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題，所采用的技術(shù)方案為一種機(jī)車車輛輪對(duì)外形尺寸在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，包括軌道附近安裝的由激光發(fā)生器、攝像器組成的攝像單元，與激光發(fā)生器、攝像器相連的數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是軌道內(nèi)、外側(cè)的道床區(qū)上均安裝有攝像單元，車輪檢測(cè)器(3)安裝在軌道內(nèi)側(cè)靠近攝像器的位置；攝像單元前方軌道側(cè)面安裝有接近傳感器，而其后方軌道側(cè)面安裝有離去傳感器；車輪檢測(cè)器、接近傳感器、離去傳感器均與數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備相連。
本實(shí)用新型的工作原理和過(guò)程是當(dāng)有列車通過(guò)，接近傳感器檢測(cè)有輪對(duì)通過(guò)，數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備接收到接近傳感器傳來(lái)的信號(hào)，啟動(dòng)攝像單元和車輪檢測(cè)器工作。激光器發(fā)出激光束。隨后當(dāng)車輪通過(guò)車輪檢測(cè)器，車輪檢測(cè)器檢測(cè)到有輪對(duì)通過(guò)時(shí)，發(fā)出車輪到達(dá)信號(hào)及車輪速度信號(hào)給數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備，該設(shè)備根據(jù)車輪檢測(cè)器、攝像器的位置及車輪速度計(jì)算出攝像器的延時(shí)拍攝時(shí)刻，該拍攝時(shí)刻能保證激光束的投射方向剛好與車輪半徑一致。在拍攝時(shí)刻軌道兩側(cè)的攝像器被觸發(fā)，從兩側(cè)方向同步進(jìn)行拍攝；所得的圖像即為激光束沿車輪徑向投射到被測(cè)車輪踏面及輪緣、輪箍上，在輪對(duì)上形成的外形輪廓投射圖像。由于拍攝成像時(shí)間很短，在一定的列車速度(1-30km/h)內(nèi)，列車輪對(duì)的轉(zhuǎn)速可以忽略不計(jì)，攝像器可以拍到激光束在輪對(duì)上形成的清晰、相對(duì)靜止的投射圖像。內(nèi)外側(cè)攝像單元拍得的投射圖像送入數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備進(jìn)行一系列的分析、校正處理，可得被測(cè)輪對(duì)的完整外形輪廓曲線及輪緣厚度、輪緣高度、輪箍/輪輞厚度、QR系數(shù)、輪對(duì)內(nèi)側(cè)距等車輪外形關(guān)鍵尺寸參數(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備延時(shí)一定時(shí)刻后，均未收到離去傳感器發(fā)來(lái)的有車輪通過(guò)的信號(hào)，則判定列車已經(jīng)離去，數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備發(fā)出檢測(cè)結(jié)束信號(hào)，該設(shè)備使所有的攝像單元和車輪檢測(cè)器斷電，本實(shí)用新型完成通過(guò)列車的所有輪對(duì)的檢測(cè)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是軌道內(nèi)外兩側(cè)均分布有攝像單元，從兩側(cè)方向?qū)唽?duì)進(jìn)行激光投射及拍攝，能獲得完整的車輪外形輪廓曲線及各種尺寸參數(shù)，測(cè)量精度高。不需要改造軌道，既安裝使用方便，又使得測(cè)量時(shí)對(duì)列車的速度限制小，允許列車通過(guò)速度達(dá)到30km/h，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)。采用車輪檢測(cè)器及接近、離去傳感器數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備對(duì)攝像單元進(jìn)行全自動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)全天候自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)數(shù)據(jù)記錄，完全不需要人工的干預(yù)。
上述的攝像單元前方的軌道兩旁道床區(qū)外、車廂廂體的高度范圍內(nèi)安裝有判向及計(jì)軸計(jì)輛傳感器。通過(guò)該傳感器可以方便地對(duì)記錄成像的輪對(duì)進(jìn)行記數(shù)與標(biāo)記，分析處理更方便。
上述的軌道外側(cè)的道床區(qū)上前后相距小于車輪周長(zhǎng)的距離內(nèi)安裝有二個(gè)攝像單元，兩個(gè)攝像單元之間的軌道內(nèi)側(cè)安裝有非接觸式的位移傳感器，該位移傳感器與數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備連接。
該位移傳感器用來(lái)測(cè)量每個(gè)車輪通過(guò)時(shí)的軌面沉降位移，并結(jié)合兩個(gè)攝像單元得到的投射圖像，據(jù)此可以得到輪對(duì)圓周三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，從而計(jì)算出輪對(duì)的直徑。
上述的激光發(fā)生器、攝像器均安裝在箱蓋可開(kāi)合的保護(hù)箱內(nèi)，該箱蓋的開(kāi)合機(jī)構(gòu)與數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備相連。在沒(méi)有車輛輪對(duì)通過(guò)時(shí)，控制器控制開(kāi)合機(jī)構(gòu)使箱蓋閉合；而僅在接近傳感器檢到有車輛通過(guò)時(shí)，箱蓋才打開(kāi)；數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備根據(jù)離去傳感器的信號(hào)，判定列車已離去時(shí)，將箱蓋關(guān)閉。這樣可使本實(shí)用新型的激光器和攝像器得到保護(hù)，抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高。
上述的位移傳感器通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)持在軌道側(cè)面上。
上述的接近傳感器、離去傳感器通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)夾持在軌道側(cè)面上。
位移傳感器、接近傳感器和離去傳感器均用夾持機(jī)構(gòu)夾裝在鋼軌上，這樣安裝既方便又不破壞軌道結(jié)構(gòu)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置總體安裝布局俯視示意圖。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的輪對(duì)、激光發(fā)生器、攝像器和位移傳感器的側(cè)視放大示意圖。
圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例增加了光路轉(zhuǎn)折機(jī)構(gòu)后的輪對(duì)、一個(gè)攝像單元及光路轉(zhuǎn)折機(jī)構(gòu)的側(cè)視放大示意圖。
圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例內(nèi)外側(cè)激光發(fā)生器的激光束投射到車輛輪對(duì)上形成投射圖像的放大示意圖。
圖5是圖1的A-A視圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例圖1、2、4、5示出，本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
為一種機(jī)車車輛輪對(duì)外形尺寸在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，包括軌道12附近安裝的由激光發(fā)生器1、攝像器2組成的攝像單元，與激光發(fā)生器1、攝像器2相連的數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備，軌道12內(nèi)、外側(cè)的道床區(qū)上均安裝有攝像單元，車輪檢測(cè)器3安裝在軌道內(nèi)側(cè)靠近攝像器2的位置；攝像單元前方軌道12側(cè)面安裝有接近傳感器4，攝像單元后方軌道12側(cè)面安裝有離去傳感器5；車輪檢測(cè)器3、接近傳感器4、離去傳感器5均與數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備相連。
攝像單元前方的軌道12兩旁道床區(qū)外、車箱箱體的高度范圍內(nèi)安裝有與數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備相連的判向及計(jì)軸計(jì)輛傳感器6。
判向及計(jì)軸計(jì)輛傳感器6采用一前一后安裝的兩對(duì)對(duì)射光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)有機(jī)車車輛通過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)，先后擋斷兩支對(duì)射光電開(kāi)關(guān)，數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備檢測(cè)得到一組具有時(shí)序的脈沖信號(hào)，據(jù)此可以判斷出機(jī)車車輛運(yùn)行方向；同時(shí)根據(jù)脈沖數(shù)目可以實(shí)現(xiàn)車輛計(jì)數(shù)。再結(jié)合車輪檢測(cè)器的脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)每節(jié)車廂的輪對(duì)軸的計(jì)數(shù)即計(jì)軸。
軌道12外側(cè)的道床區(qū)上前后相距小于車輪周長(zhǎng)的距離內(nèi)安裝有二個(gè)攝像單元，兩個(gè)攝像單元之間的軌道內(nèi)側(cè)安裝有非接觸式的位移傳感器7，該位移傳感器7與數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備連接。激光發(fā)生器1、攝像器2均安裝在箱蓋可開(kāi)合的保護(hù)箱9、10內(nèi)，該箱蓋的開(kāi)合機(jī)構(gòu)與數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備相連。
位移傳感器7通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)11夾持在軌道12側(cè)面。接近傳感器4、離去傳感器5也通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)11夾持在軌道12側(cè)面上。
圖3示出，本實(shí)用新型裝置在實(shí)施時(shí)，還可在攝像單元中增加光路轉(zhuǎn)折機(jī)構(gòu)14，即攝像器2獲取的圖像是由光路轉(zhuǎn)換后的影像。這樣可調(diào)整激光發(fā)生器與攝像器的相對(duì)位置，便于安裝。
內(nèi)外側(cè)激光發(fā)生器6的激光束可以如圖4所示相互重疊位于一個(gè)平面上；也可以不重疊，但應(yīng)保證激光束沿輪對(duì)徑向延長(zhǎng)線指向輪對(duì)13踏面的圓心，也即激光束是沿踏面的徑向投射到輪對(duì)13上。由于輪對(duì)13的輪緣在運(yùn)行中不會(huì)受到磨損，其形狀保持不變。因此，可將外側(cè)拍攝到的踏面投射圖像與內(nèi)側(cè)拍攝到的另一位置的輪緣投射圖像，合成一個(gè)完整的踏面及輪緣投射圖像。
激光發(fā)生器1和攝像器2也可以安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)罩保護(hù)機(jī)構(gòu)9或10內(nèi)。為了獲得更多的外形輪廓曲線，可沿軌道安裝多個(gè)攝像單元，使得數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行更完善的綜合分析和處理，提高測(cè)量準(zhǔn)確度。本實(shí)用新型實(shí)施時(shí)，攝像器2獲得的大量圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、校正處理的校正參數(shù)可通過(guò)標(biāo)定機(jī)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)定后，消除裝置的安裝、機(jī)械誤差。
本實(shí)用新型的接近、離去傳感器和車輪檢測(cè)器均可直接采用各種現(xiàn)有的非接觸式位移傳感器，如電渦流式位移傳感器、光電位移傳感器。
權(quán)利要求1.一種機(jī)車車輛輪對(duì)外形尺寸在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，包括軌道(12)附近安裝的激光發(fā)生器(1)、攝像器(2)，激光發(fā)生器(1)、攝像器(2)組成攝像單元，與激光發(fā)生器(1)、攝像器(2)相連的數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備，其特征在于所述的軌道(12)內(nèi)、外例的道床區(qū)上均安裝有攝像單元，車輪檢測(cè)器(3)安裝在軌道內(nèi)側(cè)靠近攝像器(2)的位置；攝像單元前方軌道(12)側(cè)面安裝有接近傳感器(4)，攝像單元后方軌道(12)側(cè)面安裝有離去傳感器(5)；車輪檢測(cè)器(3)、接近傳感器(4)、離去傳感器(5)均與數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)車車輛輪對(duì)外形尺寸在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的攝像單元前方的軌道(12)兩旁道床區(qū)外、車廂廂體的高度范圍內(nèi)安裝有與數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備相連的判向及計(jì)軸計(jì)輛傳感器(6)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)車車輛輪對(duì)外形尺寸在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的軌道(12)外側(cè)的道床區(qū)上前后相距小于車輪周長(zhǎng)的距離內(nèi)安裝有二個(gè)攝像單元，兩個(gè)攝像單元之間的軌道內(nèi)側(cè)安裝有非接觸式的位移傳感器(7)，該位移傳感器(7)與數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備連接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)車車輛輪對(duì)外形尺寸在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的激光發(fā)生器(1)、攝像器(2)均安裝在箱蓋可開(kāi)合的保護(hù)箱(9、10)內(nèi)，該箱蓋的開(kāi)合機(jī)構(gòu)與數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備相連。
5.如權(quán)利要求3所述的一種機(jī)車車輛輪對(duì)外形尺寸在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的位移傳感器(7)通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)(11)夾持在軌道(12)側(cè)面上。
6如權(quán)利要求1述的一種機(jī)車車輛輪對(duì)外形尺寸在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的接近傳感器(4)、離去傳感器(5)通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)(11)夾持在軌道(12)側(cè)面上。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種機(jī)車車輛輪對(duì)外形尺寸在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，軌道內(nèi)、外側(cè)的道床區(qū)上均安裝有攝像單元，車輪檢測(cè)器安裝在軌道內(nèi)側(cè)靠近攝像器的位置；攝像單元前方軌道側(cè)面安裝有接近傳感器，攝像單元后方軌道側(cè)面安裝有離去傳感器；車輪檢測(cè)器、接近傳感器、離去傳感器均與數(shù)據(jù)處理及控制設(shè)備相連。該裝置能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)車車輛運(yùn)行中的輪對(duì)外形輪廓及各種尺寸參數(shù)的在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)；使用時(shí)不需對(duì)現(xiàn)有鋼軌結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，測(cè)量時(shí)允許列車通過(guò)速度達(dá)到30km/h，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)；可全天候無(wú)人值守自動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)精度高。
文檔編號(hào)B61K9/12GK2910707SQ200620034700
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者王黎, 王澤勇, 高曉蓉, 趙全軻, 張渝, 彭建平 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)