專利名稱：機車輪對全周外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置的制作方法
機車輪對全周外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置本發(fā)明涉及機車車輛輪對自動檢測裝置，尤其涉及一種機車輪對全周外形尺寸在 線動態(tài)檢測裝置。車輪是影響列車安全行駛的一個重要因素。隨著列車的不斷提速，對車輪幾何外 形尺寸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的要求也越來越高。如何對車輪進行定期檢測，及時發(fā)現(xiàn)變形、磨損、劃 痕和內(nèi)部瑕疵等各種異常情況對于確保列車的安全運行是非常必要的。目前，國內(nèi)用于車輪外形尺寸的檢測的非接觸測量系統(tǒng)主要以視覺檢測技術(shù)為基 礎構(gòu)建。作為其前端的圖像獲取裝置，工作于不同波段的CCD攝像機成為首選。CCD攝像 機主要用于獲取被檢測輪對的觀測圖像，其輸出經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后被送至圖像處理計算機，然 后利用數(shù)字圖像處理和模式識別技術(shù)對輸入的數(shù)字圖像進行分析、處理，并最終得到所需 的測量結(jié)果?，F(xiàn)有的測量裝置有的不能獲得完整的車輪外形輪廓，并且需要對鐵軌進行改 造。而有的測量裝置雖然能夠獲得完整的車輪外形輪廓，但所獲得的只是在整個輪周上的 一兩個位置的信息，遠遠達不到檢測整個輪周外形尺寸的目的，這樣造成輪對上非磨損缺 陷(比如變形等)可能檢測不到，從而影響檢測的準確性和可靠性。中國專利號ZL200620021237. 3公布了一種“機車車輛輪對外形尺寸在線動態(tài)檢 測裝置”，在軌道的內(nèi)外側(cè)的道床區(qū)上均安裝有攝像單元，車輪檢測器安裝軌道內(nèi)側(cè)靠近攝 像器的位置。其優(yōu)點是能實現(xiàn)對各種機車車輛運行中的輪對外形輪廓及各種尺寸參數(shù)的在 線動態(tài)檢測，測量數(shù)據(jù)全面準確；使用時無需改造現(xiàn)有鋼軌結(jié)構(gòu)，測量時允許列車通過速度 達到30km/h，實現(xiàn)動態(tài)檢測。其不足之處在于雖然能夠獲得完整的車輪外形輪廓，但所獲得 的只是在整個輪周上的一兩個位置的信息，遠遠達不到檢測整個輪周外形尺寸的目的，這 樣造成輪對上非磨損缺陷(比如變形等)可能檢測不到，從而影響檢測的準確性和可靠性。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種無需改造現(xiàn)有鋼軌結(jié)構(gòu)，被檢測列車的通過 速度不超過30km/h，能實現(xiàn)對各種機車車輛運行中的輪對全周外形輪廓及各種尺寸參數(shù)在 線動態(tài)檢測，測量數(shù)據(jù)全面準確的機車輪對全周外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種機車輪對全周外形尺寸 在線動態(tài)檢測裝置，包括接近傳感器、離去傳感器、攝像單元、列車速度檢測單元、數(shù)據(jù)處理 控制設備，還包括時間基準單元，時間基準單元包括復數(shù)個時間基準傳感器，時間基準傳感 器沿軌道的長度方向安裝在軌道外側(cè)，時間基準傳感器與數(shù)據(jù)處理控制設備連接；攝像單 元由安裝在軌道附近的面陣激光發(fā)生器和面陣CCD像感器組成。作為本發(fā)明的改進，攝像單元裝在組成軌道的兩條單軌的外側(cè)和內(nèi)側(cè)；在每條單 軌的外側(cè)裝有兩組攝像單元，兩組攝像單元之間的距離小于車輪的周長，該兩組攝像單元 之間的區(qū)域為檢測區(qū)；在每條單軌的內(nèi)側(cè)裝有兩組攝像單元，兩組攝像單元之間的距離小于車輪的周長；每條單軌外側(cè)安裝的攝像單元位置與內(nèi)側(cè)安裝的攝像單元的位置相對應。本發(fā)明的進一步改進是，所述的接近傳感器安裝在檢測區(qū)機車進入方向的前方軌 道的側(cè)面，所述的離去傳感器安裝在檢測區(qū)機車離去方向的后方軌道的側(cè)面；接近傳感器、 離去傳感器分別與數(shù)據(jù)處理控制設備連接。本發(fā)明的更進一步的改進是，數(shù)據(jù)處理控制設備包括測速模塊、輪緣和踏面全周 距離圖像生成模塊、輪緣和踏面三維重建模塊以及輪對數(shù)據(jù)分析和管理模塊。本發(fā)明的另一個改進是，面陣激光發(fā)生器和面陣CCD像感器安裝在保護箱內(nèi)，保 護箱的箱蓋開合機構(gòu)與控制設備連接。本發(fā)明的有益效果是，由面陣激光發(fā)生器和面陣CXD像感器組成攝像單元，使得 所采集的圖像更加精確。在前后攝像單元之間分布有時間基準單元，可以精確控制圖像采 集時間，從而獲得反映輪對瞬時觀測結(jié)果的一個圖像序列。通過對該圖像序列的分析處理， 結(jié)合對應的時間標簽信息，利用三角測量原理可確定整個輪周各個觀測點位置的輪緣和踏 面的三維信息，從而獲得所測量的車輪全周外形關(guān)鍵尺寸參數(shù)。這樣得到的測量結(jié)果更加 科學全面，不僅檢測了車輪的磨損情況，而且對車輪變形、損耗、缺陷情況有了更為詳細準 確的測量。另外，通過增加時間基準單元中可以同時檢測車輪通過的時間和位移的時間基 準傳感器，本發(fā)明可以多次測量車輪通過時的位移，并結(jié)合軌道外側(cè)的兩個攝像單元得到 的投射圖像，據(jù)此可以得到輪對圓周三個點的坐標，從而計算出多組輪對的直徑，這樣比現(xiàn) 有方法得到的結(jié)果更加準確可靠。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1是本發(fā)明機車輪對全周外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置實施例安裝位置示意圖。圖2是本發(fā)明機車輪對全周外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置實施例的輪對、面陣激光 發(fā)生器和面陣CCD像感器的相對位置圖。圖中，Jl J8-面陣激光發(fā)生器，Cl C8-面陣CXD像感器，Tl T4-時間基準 傳感器，Ml-接近傳感器，Ml-離去傳感器，1-軌道，2-速度檢測傳感器，3-保護箱，8-輪對。圖1、圖2是一種機車輪對全周外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置，包括接近傳感器、離 去傳感器、八組攝像單元、列車速度檢測單元、數(shù)據(jù)處理控制設備，還包括時間基準單元，時 間基準單元由4個時間基準傳感器Tl T4組成，4個時間基準傳感器沿軌道的長度方向 安裝在軌道1的外側(cè)，時間基準傳感器Tl T4與數(shù)據(jù)處理控制設備連接，時間基準傳感器 Tl T4通過檢測車輪位置觸發(fā)圖像采集信號，與攝像單元配合完成車輪圖像采集。在組成軌道的2條單軌兩側(cè)分別安裝了八組攝像單元，每組攝像單元由一臺面陣 激光發(fā)生器和一臺面陣CXD像感器組成，其中，面陣激光發(fā)生器Jl和面陣CXD像感器Cl組 成了第一組攝像單元，面陣激光發(fā)生器J2和面陣CXD像感器C2組成了第二組攝像單元，面 陣激光發(fā)生器J3和面陣CXD像感器C3組成了第三組攝像單元，面陣激光發(fā)生器J4和面陣 CXD像感器C4組成了第四組攝像單元，面陣激光發(fā)生器J5和面陣CXD像感器C6組成了第 六組攝像單元，面陣激光發(fā)生器J7和面陣CXD像感器C7組成了第七組攝像單元，面陣激光
4發(fā)生器J8和面陣CXD像感器C8組成了第八組攝像單元。八組攝像單元分別安裝在組成軌道的兩條單軌的外側(cè)和內(nèi)側(cè)。在上面一條單軌的外側(cè)裝有第一組攝像單元和第二組攝像單元，第一組攝像單元 和第二組攝像單元之間的距離小于車輪的周長；在上面一條單軌的內(nèi)側(cè)裝有第三組攝像單 元和第四組攝像單元，第三組攝像單元和第四組攝像單元之間的距離小于車輪的周長，其 中，裝在外側(cè)的第一組攝像單元的安裝位置與裝在內(nèi)側(cè)的第三組攝像單元的安裝位置相對 應，第二組攝像單元位置與第四組攝像單元位置相對應。同樣，在下面一條單軌的外側(cè)裝有 第七組攝像單元和第八組攝像單元，第七組攝像單元和第八組攝像單元之間的距離小于車 輪的周長；在下面一條單軌的內(nèi)側(cè)裝有第五組攝像單元和第六組攝像單元，第五組攝像單 元和第六組攝像單元之間的距離小于車輪的周長，同上面一條單軌一樣，安裝在內(nèi)側(cè)的攝 像單元與安裝在外側(cè)的攝像單元位置相對應。如圖3所示，在每組攝像單元中，面陣激光發(fā)生器產(chǎn)生平行線狀激光，面陣CXD像 感器與時間基準單元配合完成機車輪對的圖像采集。本實施例的數(shù)據(jù)處理控制設備包括測速模塊、輪緣和踏面全周距離圖像生成模 塊、輪緣和踏面三維重建模塊以及輪對數(shù)據(jù)分析和管理模塊。由面陣激光發(fā)生器和面陣CCD 像感器所采集的到的圖像是通過輪緣和踏面三維重建模塊生成輪對全周三維形狀，從而完 成輪對外形尺寸的在線檢測。接近傳感器Ml安裝在第一組攝像單元(面陣激光發(fā)生器Jl和面陣CXD像感器 Cl)和第二組攝像單元(面陣激光發(fā)生器J2和面陣C⑶像感器以)之間的檢測區(qū)機車進入 方向的前方軌道的側(cè)面，離去傳感器M2安裝在檢測區(qū)機車離去方向的后方軌道的側(cè)面；接 近傳感器Ml、離去傳感器M2分別與數(shù)據(jù)處理控制設備連接。在上面一條單軌的內(nèi)側(cè)還安裝 了一對速度檢測傳感器2，其組成的速度檢測單元通過速度傳感器2對機車通過的速度進 行檢測。每組攝像單元中的面陣激光發(fā)生器和面陣CCD像感器是安裝在保護箱3內(nèi)，保護 箱3的箱蓋開合機構(gòu)與控制設備連接。僅在接近傳感器Ml檢到有車輛通過時，由控制設備 將箱蓋打開，當判定列車已離去時，將箱蓋關(guān)閉。這樣可使設備的抗惡劣環(huán)境能力強，使用 壽命長，可靠性高。本實施例中的接近傳感器Ml、離去傳感器M2、速度檢測傳感器2和時間基準傳感 器Tl T4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。本實施例工作原理當有列車通過，接近傳感器Ml檢測有輪對通過，數(shù)據(jù)處理控制設備接收到接近傳 感器Ml傳來的信號，啟動攝像單元和時間基準單元工作。面陣激光發(fā)生器發(fā)出激光束。隨 后，當安裝在軌道內(nèi)側(cè)的速度檢測傳感器2和安裝在軌道外側(cè)的時間基準傳感器Tl T4 檢測到有輪對通過時，發(fā)出車輪到達信號及車輪速度信號給數(shù)據(jù)處理控制設備，數(shù)據(jù)處理 控制設備根據(jù)速度檢測傳感器2、時間基準傳感器Tl T4、面陣CCD攝像器的位置及車輪 速度計算出攝像器的延時拍攝時刻，該拍攝時刻能保證面陣激光發(fā)生器所發(fā)出激光束的投 射方向與標定時標準投影方向一致。一旦到達拍攝時刻，軌道兩側(cè)的面陣CCD像感器被觸 發(fā)，從兩側(cè)方向同步進行拍攝；所得的圖像即為激光束投射到被測車輪踏面及輪緣、輪箍上，在輪對上形成的外形輪廓投射圖像。在列車速度為l_30km/h的范圍之內(nèi)，考慮到拍攝 成像時間很短，列車輪對的轉(zhuǎn)速可以忽略不計，面陣CCD像感器可以捕捉到面陣激光束在 輪對上形成的清晰、相對靜止的投射圖像。通過設在一條單軌內(nèi)外側(cè)兩組攝像單元間的時 間基準傳感器Tl T4控制拍攝時間，當列車以l-30km/h的范圍之內(nèi)的速度通過輪對檢測 裝置時，可以獲得反映輪對瞬時觀測結(jié)果的一個圖像序列。通過對該圖像序列的分析處理， 找到圖像各像素在不同采樣時刻像素值的極大值。這樣，結(jié)合對應的時間標簽信息，利用三 角測量原理可確定整個輪周各個觀測點位置的輪緣和踏面的三維信息，從而獲得所測量的 車輪外形關(guān)鍵尺寸參數(shù)。當數(shù)據(jù)處理控制設備延時一定時刻后，均未收到離去傳感器發(fā)來 的有車輪通過的信號，則判定列車已經(jīng)離去，數(shù)據(jù)處理控制設備發(fā)出檢測結(jié)束信號，該設備 使所有的攝像單元、速度檢測傳感器和時間基準傳感器斷電，由此完成通過列車的所有輪 對的一次檢測。 另外，軌道外側(cè)兩個攝像單元之間的時間基準傳感器Tl T4也可以用來測量每 個車輪通過時的位置，這個信息再結(jié)合軌道外側(cè)兩個攝像單元得到的投射圖像，據(jù)此可以 得到輪對圓周三個點的坐標，從而計算出輪對的一組直徑值，整個時間基準單元可以得到 多組測量結(jié)果，從而可以更準確的估算出輪徑。
權(quán)利要求
1.一種機車輪對全周外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置，包括接近傳感器、離去傳感器、攝像 單元、列車速度檢測單元和數(shù)據(jù)處理控制設備，其特征在于還包括時間基準單元，所述的 時間基準單元包括復數(shù)個時間基準傳感器，時間基準傳感器沿軌道的長度方向安裝在軌道 外側(cè)，時間基準傳感器與數(shù)據(jù)處理控制設備連接；所述的攝像單元由安裝在軌道附近的面 陣激光發(fā)生器和面陣CXD像感器組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機車輪對全周外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置，其特征在于所 述的攝像單元安裝在組成軌道的兩條單軌的外側(cè)和內(nèi)側(cè)；在每條單軌的外側(cè)裝有兩組攝像 單元，兩組攝像單元之間的距離小于車輪的周長，該兩組攝像單元之間的區(qū)域為檢測區(qū)；在 每條單軌的內(nèi)側(cè)裝有兩組攝像單元，兩組攝像單元之間的距離小于車輪的周長；每條單軌 外側(cè)安裝的攝像單元位置與內(nèi)側(cè)安裝的攝像單元的位置相對應。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機車輪對全周外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置，其特征在于所 述的接近傳感器安裝在檢測區(qū)機車進入方向的前方軌道的側(cè)面，所述的離去傳感器安裝在 檢測區(qū)機車離去方向的后方軌道的側(cè)面；接近傳感器、離去傳感器分別與數(shù)據(jù)處理控制設 備連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機車輪對全周外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置，其特征在于所 述的數(shù)據(jù)處理控制設備包括測速模塊、輪緣和踏面全周距離圖像生成模塊、輪緣和踏面三 維重建模塊以及輪對數(shù)據(jù)分析和管理模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機車輪對全周外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置，其特征在于所 述的面陣激光發(fā)生器和面陣CCD像感器安裝在保護箱內(nèi)，保護箱的箱蓋開合機構(gòu)與數(shù)據(jù)處 理控制設備連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機車輪對全周外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置，包括接近傳感器、離去傳感器、攝像單元、列車速度檢測單元、數(shù)據(jù)處理控制設備，還包括時間基準單元，時間基準單元包括復數(shù)個時間基準傳感器，時間基準傳感器沿軌道的長度方向安裝在軌道外側(cè)，時間基準傳感器與數(shù)據(jù)處理控制設備連接；攝像單元由安裝在軌道附近的面陣激光發(fā)生器和面陣CCD像感器組成。本發(fā)明的將面陣激光發(fā)生器和面陣CCD像感器組成攝像單元，使得所采集的圖像更加精確；在前后攝像單元之間分布有時間基準單元，可以精確控制圖像采集時間，通過對圖像序列的分析處理，從而獲得所測量的車輪全周外形關(guān)鍵尺寸參數(shù)，對車輪變形、磨損、損耗、缺陷情況有了更為詳細準確的測量。
文檔編號G01B11/00GK102060037SQ201010575899
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者汪增福, 鄭志剛 申請人:安徽科富光電裝備有限公司