CN110979388A - 一种列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测*** - Google Patents

一种列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测*** Download PDF

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郭其昌
张兆贵
高乐
杜伟
汪项超
邵永发
李加杰
黄立松
金敏
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    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B61K9/12—Measuring or surveying wheel-rims

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，包括采集模块、测速控制模块、电机移动模块和数据处理模块，电机移动模块固定在轨道两侧道床之上，采集模块和测速控制模块安装在电机移动模块上。采集模块在与车轮同步移动过程中采集车轮踏面轮廓，通过测速检测控制最小每隔1mm采集一幅轮廓，采集过程中通过预处理模块对图像进行压缩处理，及时传输至图像处理模块模块；测速控制模块测量车轮速度，提供给电机移动模块；电机移动模块根据测速控制模块的信号及时驱动电机工作，使采集模块及时移动，与车轮行进速度保持一致；数据处理模块处理采集模块压缩后的图像数据，并合成车轮踏面的三维图像、计算不圆度和踏面缺陷。

Description

一种列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***
技术领域
本发明涉及轨道交通车轮在线检测领域，是一种能够准确检测出车轮不圆度和踏面缺陷的***。
背景技术
车轮不圆度及踏面缺陷是引起轮轨振动的主要原因，目前没有很好的运用检测手段。铁路列车，特别是高速动车组列车入库时现有车轮在线检测***不能检测到不圆度和踏面缺陷。人工检修时，不能查看到不圆度，且由于车轮大部分被遮挡，仅能查看到车轮三分之一的区域的踏面缺陷，不仅占用列车停时，且不能查看到车轮全部。
现有非线光源图像直接拍摄方案，不能准确检测到深度信息以及由于图像变形而使图像分析难度加大、检测准确率低，只能提供检修人员人工查看使用，不能自动报警或者自动报警误报率非常高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是：提出了一种列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，能够检测踏面各类缺陷，包括擦伤、剥离、硌伤等；能够定量检测车轮不圆度；能够对各类缺陷、不圆度等进行自动报警，可进行预警、报警闸门设置，准确率高。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，包括采集模块、测速控制模块、电机移动模块和数据处理模块；所述电机移动模块固定在轨道两侧道床之上，所述采集模块和所述测速控制模块安装在所述电机移动模块上；
所述采集模块，根据测速控制模块提供的速度采集车轮踏面轮廓，并将采集的轮廓进行压缩并传输至数据处理模块，多组采集单元同时工作，分别检测同一转向架上的不同车轮；
所述测速控制模块，测量车轮速度，提供给采集模块和电机移动模块；
所述电机移动模块，根据测速控制模块的信号及时驱动电机工作，使采集模块及时移动，与车轮行进速度保持一致；
所述数据处理模块，将采集模块预处理后的数据进行合成，形成车轮踏面三维图像，然后计算不圆度和踏面缺陷大小。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)安装方便；
(2)检测效率高，图形显示的效果良好，能够检测踏面各类缺陷，包括擦伤、剥离、硌伤等；
(3)信息化程度高，可方便的实现数据云存储，有利于数据的共享和分析；能够定量检测车轮不圆度，能够对各类缺陷、不圆度等进行自动报警；
(4)***集成程度较高，智能程度较高，从而降低了人工依赖程度。
(5)准确率高，可进行预警、报警闸门设置。
本发明提高了数据采集模块的集成度，提高了实时检测的效率和准确性，允许列车移动速度达到7.2km/h，并且拥有C扫和3D显示，还拥有云端数据传输功能，有利于数据的共享和再利用。
本发明探伤数据到像素空间的映射采用一对一的方式，即每一个有效数据对应一个像素点，这种对应方式可降低算法的复杂度，有利于提高效率。软件***的数据处理采用多核并行处理架构，但软件同一时刻并行处理的数量不多于工控机内核处理器的数量。该架构模式可解决大数据量与实时处理之间的矛盾。
附图说明
图1是本发明检测***的现场布局图。
图2是本发明检测***的采集模块组成示意图。
图3是本发明检测***的工作流程图。
其中，1为电机移动模块，2为采集模块，3为测速控制模块，4为轨枕，5为钢轨，6为需要检测的轮对；21为工作台，22为线激光源，23为数据压缩预处理电路板，24为高性能相机，25为外罩；图1中，列车从左向右通过。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明检测***的现场布局图，所述检测***包括采集模块、测速控制模块、电机移动模块和数据处理模块，电机移动模块固定在轨道两侧道床之上，采集模块和所述测速控制模块安装在所述电机移动模块上；本实施例的检测***安装在列车入库咽喉要道，列车一次性通过检测，即可检测出车轮不圆度和踏面缺陷大小。
所述采集模块，根据测速控制模块提供的速度采集车轮踏面轮廓，并将采集的轮廓进行压缩并传输至数据处理模块，多组采集单元同时工作，分别检测同一转向架上的不同车轮；
所述测速控制模块，测量车轮速度，提供给采集模块和电机移动模块；
所述电机移动模块，根据测速控制模块的信号及时驱动电机工作，使采集模块及时移动，与车轮行进速度保持一致；
所述数据处理模块，将采集模块预处理后的数据进行合成，形成车轮踏面三维图像，然后计算不圆度和踏面缺陷大小。
如图2所示，本发明检测***的采集模块组成示意图，所述采集模块为激光三角采集及预处理模块,包括工作台、高性能相机、线激光源、外罩和数据压缩预处理电路板以及固定在驱动杆上的结构件，当列车车轮行进至与采集模块的激光束匹配，即激光线经过车轮的圆心时，采集模块开始采集激光车轮轮缘顶部至轮辋外侧的轮廓，根据测速控制单元的信号最小每隔1mm采集一幅轮廓图像，采集到的大量轮廓图像经过预处理压缩后传至数据处理模块。
线激光源包括所有能在车轮上形成图像轮廓并能被相机识别对比度的线光源，例如红光激光源、蓝光激光源等；外罩开有与线激光源相匹配的透明窗口。
测速控制模块包括测速传感器、测速控制电路板，测速控制电路板将车轮速度信息传递给采集模块和电机移动模块。
电机移动模块包括电机、4m长驱动杆，根据测速控制模块的信号及时驱动电机工作，移动采集模块，使采集模块采集的轮廓与车轮运动一致，确保采集模块采集图像准确。
数据处理模块包括数据处理电路板、工业计算机、软件***，将采集模块传输过来压缩图像合成重现车轮踏面三维图像，并计算出不圆度、踏面缺陷的深度及大小，并根据设定的闸门，对超限的不圆度及踏面缺陷进行报警。
如图3所示，本实施例的列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测方法工作原理为：使用列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，检测***的电机移动模块固定在轨道两侧道床之上，检测***的采集模块和测速控制模块安装在电机移动模块上，具体步骤：
采集步骤：根据检测***的测速控制模块提供的速度采集车轮踏面轮廓，并将采集的轮廓进行压缩并传输至检测***的数据处理模块，多组采集单元同时工作，分别检测同一转向架上的不同车轮；
测速控制步骤：测量车轮速度，提供给检测***的采集模块和电机移动模块；
电机移动步骤：根据检测***的测速控制模块的信号及时驱动电机工作，使检测***的采集模块及时移动，与车轮行进速度保持一致；
数据处理步骤：将检测***的采集模块预处理后的数据进行合成，形成车轮踏面三维图像，然后计算不圆度和踏面缺陷大小。
采集步骤为激光三角采集及预处理，当列车车轮行进至与采集所需的激光束匹配，即激光线经过车轮的圆心时，开始采集激光车轮轮缘顶部至轮辋外侧的轮廓，根据测速控制单元的信号最小每隔1mm采集一幅轮廓图像，采集到的大量轮廓图像经过预处理压缩后进行数据处理；
数据处理步骤将采集步骤传输过来的压缩图像合成重现车轮踏面三维图像，并计算出不圆度、踏面缺陷的深度及大小，并根据设定的闸门，对超限的不圆度及踏面缺陷进行报警。
具体过程为：
1当列车到来时，测速控制模块检测到列车速度和车轮位置信息，并实时传送给采集模块和移动电机模块。
2采集模块根据速度模块提供的速度按照每隔1mm的采样速率进行采集车轮踏面轮廓，同时电机模块及时移动采集模块，使采集模块采集的轮廓与车轮运动一致。
3采集模块在采集过程中及时将采集到轮廓进行压缩并传输至处理计算机模块。
4处理计算机将采集模块预处理后的数据进行合成，形成车轮踏面三维图像，然后计算不圆度和踏面缺陷大小。
5整个***与用户网络***连接，用户可在各个终端浏览***形成的三维图像和踏面缺陷及不圆度的数据和报警信息。
以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明涉及的技术若未详细说明则均可通过现有的技术加以实现。

Claims (10)

1.一种列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，其特征在于：包括采集模块、测速控制模块、电机移动模块和数据处理模块；所述电机移动模块固定在轨道两侧道床之上，所述采集模块和所述测速控制模块安装在所述电机移动模块上；
所述采集模块，根据测速控制模块提供的速度采集车轮踏面轮廓，并将采集的轮廓进行压缩并传输至数据处理模块，多组采集单元同时工作，分别检测同一转向架上的不同车轮；
所述测速控制模块，测量车轮速度，提供给采集模块和电机移动模块；
所述电机移动模块，根据测速控制模块的信号及时驱动电机工作，使采集模块及时移动，与车轮行进速度保持一致；
所述数据处理模块，将采集模块预处理后的数据进行合成，形成车轮踏面三维图像，然后计算不圆度和踏面缺陷大小。
2.根据权利要求1所述的列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，其特征在于：所述采集模块为激光三角采集及预处理模块,包括工作台、高性能相机、线激光源、外罩和数据压缩预处理电路板以及固定在驱动杆上的结构件，当列车车轮行进至与采集模块的激光束匹配，即激光线经过车轮的圆心时，采集模块开始采集激光车轮轮缘顶部至轮辋外侧的轮廓，根据测速控制单元的信号最小每隔1mm采集一幅轮廓图像，采集到的大量轮廓图像经过预处理压缩后传至数据处理模块。
3.根据权利要求2所述的列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，其特征在于：所述线激光源包括所有能在车轮上形成图像轮廓并能被相机识别对比度的线光源，所述外罩上开有透明窗口。
4.根据权利要求3所述的列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，其特征在于：所述线激光源包括红光激光源、蓝光激光源等所有颜色的线激光源。
5.根据权利要求1所述的列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，其特征在于：所述测速控制模块包括测速传感器、测速控制电路板，测速控制电路板将车轮速度信息传递给采集模块和电机移动模块。
6.根据权利要求1所述的列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，其特征在于：所述电机移动模块包括电机和驱动杆，根据测速控制模块的信号及时驱动电机工作，移动采集模块，使采集模块采集的轮廓与车轮运动一致，确保采集模块采集图像准确。
7.根据权利要求1所述的列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，其特征在于：所述数据处理模块包括数据处理电路板、工业计算机、软件***，将采集模块传输过来的压缩图像合成重现车轮踏面三维图像，并计算出不圆度、踏面缺陷的深度及大小，并根据设定的闸门，对超限的不圆度及踏面缺陷进行报警。
8.根据权利要求1所述的列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，其特征在于：***与用户网络***连接，用户可在各个终端浏览***形成的三维图像和踏面缺陷及不圆度的数据和报警信息。
9.一种列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测方法，使用列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测***，检测***的电机移动模块固定在轨道两侧道床之上，检测***的采集模块和测速控制模块安装在电机移动模块上，其特征在于，具体步骤为：
采集步骤：根据检测***的测速控制模块提供的速度采集车轮踏面轮廓，并将采集的轮廓进行压缩并传输至检测***的数据处理模块，多组采集单元同时工作，分别检测同一转向架上的不同车轮；
测速控制步骤：测量车轮速度，提供给检测***的采集模块和电机移动模块；
电机移动步骤：根据检测***的测速控制模块的信号及时驱动电机工作，使检测***的采集模块及时移动，与车轮行进速度保持一致；
数据处理步骤：将检测***的采集模块预处理后的数据进行合成，形成车轮踏面三维图像，然后计算不圆度和踏面缺陷大小。
10.根据权利要求9所述的列车车轮踏面缺陷及不圆度三维图像通过式检测方法，其特征在于：采集步骤为激光三角采集及预处理，当列车车轮行进至与采集所需的激光束匹配，即激光线经过车轮的圆心时，开始采集激光车轮轮缘顶部至轮辋外侧的轮廓，根据测速控制单元的信号最小每隔1mm采集一幅轮廓图像，采集到的大量轮廓图像经过预处理压缩后进行数据处理；
数据处理步骤将采集步骤传输过来的压缩图像合成重现车轮踏面三维图像，并计算出不圆度、踏面缺陷的深度及大小，并根据设定的闸门，对超限的不圆度及踏面缺陷进行报警。
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