CN110631506A

CN110631506A - 一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***

Info

Publication number: CN110631506A
Application number: CN201911084683.2A
Authority: CN
Inventors: 杨凯; 梁斌; 高春良; 谢利明; 王峰; 廖伟; 曾先才
Original assignee: CHENGDU TIEAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Chengdu Shengkai Technology Co., Ltd
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2019-12-31

Abstract

本发明公开了一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，包括用于采集车轮踏面轮廓曲线的图像采集装置、用于举升车轮并驱动车轮旋转的顶转轮机构以及用于承载并转移图像采集装置和顶转轮机构的移动平台；所述图像采集装置包括相机以及线光源；所述顶转轮机构包括用于顶升车轮的摆臂以及用于驱使车轮转动的转轮；所述移动平台包括车体，所述车体下方设置有行走轮，车体内部含有控制器；还包括用于对图像采集装置采集到的图像进行分析并输出不圆度计算结果的处理计算机。在线式测量轮对不圆度，避免拆卸轮对的繁重工作；小型化设计，可自由出入检修地沟。移动式测量机构，一套***可覆盖停车场所有轮对。

Description

一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***

技术领域

本发明涉及一种测量火车轮对不圆度的***，尤其是一种不落轮式测量火车轮对不圆度的***。

背景技术

火车行驶一段时间后，车轮踏面会产生不均匀的磨损，当磨损达到一定值时，车轮不圆度将会使车辆产生附加振动、冲击、噪声，影响车辆的平稳性，对火车车行驶安全造成威胁。因此对车轮不圆度要进行定期的检测。

火车车轮不圆度的检测方法主要分为静态检测和动态检测。按检测原理，目前主要的动态检测方法可分为：“振动加速度监测法”，“接触测量法”，“位移测量法”和“图像检测法”。

图像检测法基于结构光原理，通过线光源照射列车车轮踏面，利用相机采集光截线图片，对采集的图片进行处理而获得列车车轮外形。并根据不同位置处光截线的物理信息，进而可以计算出踏面不圆度的参数。

然而现有的基于图像检测法的不圆度检测***一般都是固定安装在铁轨下方，无法实现对不圆度的量化测量。只能定性的判断是否存在车轮不圆现象。这种在线式测量方法受火车通过时姿态的影响，很难做到高精度测量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，采用基于图像检测的方法，能够实现火车轮对不落轮情况下的不圆度测量。整套设备可移动，对静置的火车轮对进行全面、高精度、定量的检测。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，包括用于采集车轮踏面轮廓曲线的图像采集装置、用于举升车轮并驱动车轮旋转的顶转轮机构以及用于承载并转移图像采集装置和顶转轮机构；

所述图像采集装置包括相机以及线光源；

所述顶转轮机构包括用于顶升车轮的摆臂以及用于驱使车轮转动的转轮；

所述移动平台包括用于承载图像采集装置和顶转轮机构的车体，所述车体下方设置有行走轮；

还包括，用于对图像采集装置采集到的图像进行分析并输出不圆度计算结果的处理计算机；设置在移动平台和顶转轮机构之间的升降装置设置在升降装置上用于驱动图像采集装置位移的机械臂；。

本发明的原理在于利用移动平台承载和转移***，利用***中的顶转轮机构将车轮顶起并加以旋转，从而使得图像采集装置能够完整的采集整个车轮踏面的图像。再通过处理计算机对图像进行分析计算出该车轮的不圆度。另外，机械臂可以方便的调节图像采集装置的位置，精确采集车轮踏面图像轮廓曲线。

作为一种改进，所述升降装置包括竖直设置的丝杠，丝杠上设置有与丝杠螺纹配合的滑块；还包括竖直的导向柱，所述滑块穿于导向柱上；所述顶转轮机构固定在导向柱上。通过升降装置改变顶转轮机构竖直方向上的位置，用于适应不同地沟的深度。

作为一种改进，所述顶转轮机构包括底座，所述底座上设置有左右两组顶转装置；每组顶转装置包括前后设置的两根水平的转轴；还包括前后两根摆臂，所述前后两根摆臂分别套于前后两根转轴上并可绕转轴旋转；所述摆臂上端设置有转轮；还包括驱动摆臂旋转的驱动装置。驱动装置驱动两个摆臂相对旋转一定角度后会使得转轮的位置升高从而将车轮顶起，另外转轮通过电机驱动转动，利用其与车轮之间的摩擦力带动车轮转动，从而完成车轮整个踏面轮廓曲线的图像采集。左右两组顶转装置对应轮对上的两个车轮，同时将两个车轮顶离轨道并驱使旋转。

作为一种优选，所述驱动装置为油缸，所述油缸两端分别与两根摆臂的下端连接。油缸的伸缩可以带动摆臂下端相互靠近或者分开，从而带动摆臂上端分合，使得两根摆臂的动作一致，两个转轮的高度一致，避免倾斜。

作为一种改进，所述相机的镜头中轴线与线光源射出的光线呈10～30°夹角，且光源处于垂直发射姿态，相机处于斜向拍摄姿态。

作为一种改进，还包括设置在地沟端头的提升平台；所述提升平台包括立柱以及能沿立柱升降的平台本体，所述平台本体利用电机驱动。用于将移动平台以及移动平台上的设备在地面和地沟之间进行转移，进一步实现在不同地沟之间穿梭。

作为一种改进，所述移动平台为自动引导运输车；所述自动引导运输车包括机械***、动力***、控制***；所述机械***包括车体、行走轮、转向装置、制动装置；所述动力***包括电机及电池组；所述控制***包括驱动控制装置、转向控制装置、制动控制装置。

作为一种优选，所述移动平台采用SLAM定位导航。SLAM(simultaneouslocalization and mapping)，即时定位与地图构建。指的是将一个移动平台放入未知环境中的未知位置，让移动平台一边移动一边描绘出此环境的地图，同时通过测量自身与地图中相关标识物的距离，定位移动平台在地图中的位置。该方法可在没有外界导引线或定位标的情况下，实现按虚拟路径导航或者虚拟定位标停止。

作为一种改进，所述处理计算机设置在移动平台上，并安装有无线传输***。处理计算机不仅用于控制整个***的动作，处理和分析图像采集装置采集的图像，还是接受外部命令的通信装置。通过无线传输***接受外部指令，执行内置于处理计算机中的指令集，用于完成测量工作。

本发明的有益之处在于：

1.***检测不圆度时，不需要落轮，并且本***可以量化检测不圆度的阶数；

2.***覆盖700～900mm的全轮径范围；

3.移动式测量，可以覆盖全列车所有轮对，甚至覆盖全停车场所有列车；并且不需要启动列车，在列车静置时检测；

4.整个停车场只需配置1套***，投资低、管理成本低；

5.小型化设计，非工作期间不占用地沟空间，不影响正常人工作业。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中顶转轮机构顶升车轮的示意图

图3为本发明使用流程图。

图中标记：1移动平台、2图像采集装置、3顶转轮机构、4处理计算机、5机械臂、6车轮、7升降装置、21相机、22线光源、31转轮、32摆臂、33油缸、34转轴、35底座。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图2所示，本发明包括用于采集车轮踏面轮廓曲线的图像采集装置2、用于举升车轮6并驱动车轮6旋转的顶转轮机构3以及用于承载并转移图像采集装置2和顶转轮机构3的移动平台1；

所述图像采集装置2包括相机21以及线光源22；

所述顶转轮机构3包括用于顶升车轮6的摆臂32以及用于驱使车轮6转动的转轮31；

所述移动平台1包括用于承载图像采集装置和顶转轮机构的车体，所述车体下方设置有行走轮；

还包括用于对图像采集装置2采集到的图像进行分析并输出不圆度计算结果的处理计算机4。

移动平台1采用轮式自动引导运输车，所述自动引导运输车包括机械***、动力***、控制***；所述机械***包括车体、车轮、转向装置、制动装置；所述动力***包括电机及电池组；所述控制***包括驱动控制装置、转向控制装置、制动控制装置。本实施例中采用SLAM定位导航。由于自动引导运输车为现有技术，本申请中不再赘述。但可以预料的是，本申请的移动平台1并不限于自动引导运输车，只要具有运输能力并且能够自动寻址的运输工具均能够实现移动平台的功能。移动平台1仅是一个装运其他设备的工具，只要能将图像采集装置和顶转轮机构运输到地沟并在地沟能运动即可。

图像采集装置2包括相机21以及线光源22，并且相机21的镜头主轴线与线光源22射出的光线呈10～30°夹角，且光源处于垂直发射姿态，相机处于斜向拍摄姿态。光源采用波长为650nm线型结构光，相机镜头前方设置650±10nm的窄带滤光片，以适像技能完全捕捉投影到车轮踏面上的轮廓曲线，最大可能避免外界环境光的干扰。图像采集装置2基于光截图像采集原理，通过线光源照射列车车轮6踏面，利用相机21采集包含光截线投影到车轮踏面上的轮廓曲线的图片，对采集的图片进行处理而获得列车车轮6外形。通过转动车轮6，实现对整个车轮6的圆周方向上的轮廓曲线的采集，整理圆周方向上所有轮廓曲线的物理信息，进而计算出车轮的不圆度数值。本实施例中，通过调节车轮的转动速度以及图像采集装置的采样频率，调整获取踏面轮廓曲线的数量。本实施例中，踏面轮廓曲线的数量不低于72条，或每间隔5°采集一条轮廓曲线。图像采集的步骤如下：

1.使用顶转轮机构将车轮顶起。

2.投射线光源，采集包含踏面轮廓曲线的光截线图片。

3.旋转车轮，采集车轮不同位置的光截线图片。

为了方便调整图像采集装置2的位置，还包括安装在升降装置上用于驱动图像采集装置2位移的机械臂5。本实施例中采用多自由度的机械臂5，如ABB的6自由度机械臂，可将图像采集装置2送至距离轮对踏面300～400mm处。

处理计算机4选用嵌入式工控机，最好设置在移动平台1上。处理计算机4用于对图像进行分析并输出不圆度结果，其具体的计算过程如下。

1.相机标定，进行角点检测，计算像素点和物理点的对应关系；

2.标定激光面，求激光面方程：

Ax+By+Cz+D＝0；

3.根据像素点和物理点的对应关系和激光面方程，计算标定参数；

4.提取光截线中心像素点；

5.根据像素坐标和标定参数，求出光截线的物理坐标；

6.求车轮圆周的所有光截线的物理坐标；

7.根据所有曲线的物理信息求车轮不圆度。

另外，处理计算机还控制整个***的所有动作，如移动平台、机械臂以及图像采集装置等。处理计算机上集成有无线传输***，如WIFI可以实现无线通信，用于接收命令。而处理计算机内部存储有指令集，可以根据远程命令进行一系列控制动作用于完成检测。

顶转轮机构3包括底座35，所述底座35上设置有左右两组顶转装置以应对同一车轴的两个车轮。每组顶转轮装置包括前后设置的两根水平的转轴34；还包括前后两根摆臂32，所述前后两根摆臂32分别套于前后两根转轴34上并可绕转轴34旋转；所述摆臂32上端设置有转轮31；还包括驱动摆臂32旋转的驱动装置。驱动装置为油缸33，所述油缸33两端分别与两根摆臂32的下端连接。为了驱动转轮31转动，可以预见的是还包括驱动转轮31的伺服电机。而转轮31的表面也应当足够的粗糙，可以产生足够的摩擦力用以驱动车轮6转动。当然摆臂32也可以采用其他方式用以驱动，只要能够让摆臂32旋转一定角度使得转轮31升高5～10mm将车轮6顶离轨道即可。

移动平台1与顶转轮机构3之间设置的升降装置7，用以将顶转轮机构3举升到合适的高度。本实施例中，升降装置7包括竖直设置的丝杠，丝杠上设置有与丝杠螺纹配合的滑块。还包括竖直的导向柱，所述滑块穿于导向柱上。丝杠由步进电机驱动旋转，从而带动滑块升降。顶转轮机构固定在滑块上，从而也实现升降。

提升平台包括立柱以及能沿立柱升降的平台本体，所述平台本体利用电机驱动。提升平台设置在地沟的端头。由于地沟与地面之间具有一定落差，而本申请中选用的移动平台为轮式自动引导运输车，因此需要对其在地沟和地面之间进行转运。

如图所示，本发明的工作流程如下：

1.收纳的时候整个***处于待机状态，同时为***充电。因此移动平台上配备有可充电的蓄电池。

2.接受指令。移动平台上配备有无线通信***，可以接受远程指令。

3.通过提升平台驶入地沟。平台本***于地面处等候，当移动平台驶入平台本体后，平台本体下降至地沟底部。

4.移动平台驶至车轴下方，并定位车轴。

5.驻车。

6.升降装置将转轮送至车轮下方。油缸收缩，驱动摆臂将转轮举升，从而将车轮举升离轨道。

7.机械臂将图像采集装置送至指定位置。

8.开启相机和线光源。

9.电机驱动转轮旋转，从而带动车轮旋转。

10.车轮旋转一圈以上后停止，最好车轮旋转明显超过一圈后停止。

11.将相机采集到的图像传输至处理计算机，传输方式有线和无线均可。

12.关闭相机和线光源。

13.收回机械臂。

14.油缸伸出，转轮下降，将车轮放置轨道上。

15.升降装置下降，顶转轮机构回位。

16.移动平台移动至下一轴，直到整车检测完毕。

17.通过提升平台回到地面。

18.继续待机充电或者进行下一次检测。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，其特征在于：包括用于采集车轮踏面轮廓曲线的图像采集装置、用于举升车轮并驱动车轮旋转的顶转轮机构以及用于承载并转移图像采集装置和顶转轮机构的移动平台；

所述图像采集装置包括相机以及线光源；

所述移动平台包括车体，所述车体下方设置有行走轮。

2.根据权利要求1所述的一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，其特征在于：还包括设置在移动平台和顶转轮机构之间的升降装置；所述升降装置包括竖直设置的丝杠，丝杠上设置有与丝杠螺纹配合的滑块；还包括竖直的导向柱，所述滑块穿于导向柱上；所述顶转轮机构固定在导向柱上。

3.根据权利要求1所述的一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，其特征在于：所述顶转轮机构包括底座，所述底座上设置有左右两组顶转装置；每组顶转装置包括前后设置的两根水平的转轴；还包括前后两根摆臂，所述前后两根摆臂分别套于前后两根转轴上并可绕转轴旋转；所述摆臂上端设置有转轮；还包括驱动摆臂旋转的驱动装置。

4.根据权利要求3所述的一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，其特征在于：所述驱动装置为油缸，所述油缸两端分别与两根摆臂的下端连接。

5.根据权利要求1所述的一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，其特征在于：所述相机的镜头中轴线与线光源射出的光线呈10～30°夹角。

6.根据权利要求1所述的一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，其特征在于：还包括设置在地沟端头的提升平台；所述提升平台包括立柱以及能沿立柱升降的平台本体，所述平台本体利用电机驱动。

7.根据权利要求1所述的一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，其特征在于：所述移动平台为自动引导运输车；所述自动引导运输车包括机械***、动力***、控制***；所述机械***包括车体、行走轮、转向装置、制动装置；所述动力***包括电机及电池组；所述控制***包括驱动控制装置、转向控制装置、制动控制装置。

8.根据权利要求7所述的一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，其特征在于：所述移动平台采用SLAM定位导航。

9.根据权利要求1所述的一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，其特征在于：还包括用于对图像采集装置采集到的图像进行分析并输出不圆度计算结果的处理计算机；所述处理计算机设置在移动平台上，并安装有无线传输***。

10.根据权利要求1所述的一种不落轮式轮对多阶不圆度测量***，其特征在于：还包括设置在升降装置上用于驱动图像采集装置位移的机械臂。