專利名稱：機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(tài)檢測裝置的制作方法
機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(tài)檢測裝置 本發(fā)明涉及一種機車車輛輪對自動檢測裝置，尤其涉及一種基于圖像檢測技術的非接觸式機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(tài)檢測裝置。鐵路系統(tǒng)中，火車輪對的質(zhì)量是影響安全運行的一個重要因素，特別是在火車提速以后，對車輪的外形幾何尺寸精度要求更高。在緊急制動時，輪對與鋼軌的沖撞及相對滑動會造成踏面擦傷或剝離(即疤痕，在外力作用下金屬表皮的一種脫落并產(chǎn)生凹坑的現(xiàn)象)，而剝離會嚴重影響列車和軌道設施的安全與使用壽命，因此輪對需要定期檢測，對于磨損超限的輪對需要加修或報廢。目前，車輛檢修部門對運行列車車輪踏面缺陷的檢查仍然是在列車停止時通過列檢人員的肉眼觀測或車輛運行時聽音檢查來掌握，勞動強度大，占用機車周轉(zhuǎn)時間，無法及時了解車輪在運行中的質(zhì)量狀況。而對車輪踏面的自動無損檢測中，主要利用視覺或者超聲檢測技術，其自動化程度高、檢測結果重復性好、準確度和效率也較高。在這里，超聲檢測技術雖然可以檢測內(nèi)部缺陷，因而受到較多關注，但就表面缺陷檢測而言，超聲技術在以下幾個方面不如視覺檢測首先踏面超聲檢測裝置安裝時需要嵌入鐵軌中，因此需要對鐵軌進行改造；其次，就表面缺陷檢測精度而言，超聲檢測技術的檢測精度要弱于基于視覺的檢測精度；第三，我國目前使用的列車車輪踏面超聲檢測裝置多依賴進口，設備價格昂貴； 最后，超聲檢測技術仍然是一種接觸式檢測方法，其裝置本身存在磨損問題，維護費用非常高。因此，需要設計一種以視覺檢測技術為基礎的非接觸測量系統(tǒng)。在以視覺檢測技術為基礎的非接觸測量系統(tǒng)中，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果。在現(xiàn)有的視覺檢測方案中，有的是需要將車輪拆分，利用機械設備支撐輪對軸部，使其能原地轉(zhuǎn)動，并用步進電機控制其轉(zhuǎn)速進行離線檢測。有的雖然能進行在線檢測，但由于采用了面陣CCD 像感器，受到采樣頻率與數(shù)據(jù)帶寬的限制，只能將列車通過檢測區(qū)的速度限定為時速不超過30km/h的低速運行，這樣同樣限制了視覺檢測的應用范圍，并且面陣CXD像感器在行方向上的維數(shù)通常不如線陣(XD，因此測量精度上也不如采用線陣CXD像感器的方案所能達到的精度。本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(tài)檢測裝置，該裝置能實現(xiàn)對各種機車車輛運行中的輪對踏面上各種擦傷、剝離、裂紋等表面缺陷進行在線動態(tài)檢測；使用時無需對現(xiàn)有鋼軌結構進行改造，測量時允許列車通過速度達到 100km/h,實現(xiàn)動態(tài)檢測；可全天候無人值守自動檢測，檢測精度達到0. 5mm。為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是，一種機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(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，攝像單元由安裝在軌道外側(cè)的相互成一定角度的紅色LED光源和線陣 CXD像感器組成。作為優(yōu)選，攝像單元裝在組成軌道的兩條單軌的外側(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，兩組攝像單元之間的區(qū)域為檢測區(qū)。作為優(yōu)選，線陣CXD像感器的鏡頭前安裝有濾光片。作為優(yōu)選，列車速度檢測單元包括安裝在檢測區(qū)內(nèi)軌道內(nèi)側(cè)的復數(shù)個速度檢測傳感器，所述的速度檢測傳感器與數(shù)據(jù)處理控制設備連接。作為優(yōu)選，接近傳感器安裝在檢測區(qū)的前方軌道的側(cè)面，所述的離去傳感器安裝在檢測區(qū)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。作為優(yōu)選，數(shù)據(jù)處理控制設備包括測速模塊、校準模塊、踏面全周圖像生成模塊以及踏面數(shù)據(jù)分析和管理模塊。作為優(yōu)選，LED光源、線陣CCD像感器分別安裝在保護箱內(nèi)，所述保護箱的箱蓋開合機構與數(shù)據(jù)處理控制設備連接。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是在前后攝像單元之間分布有測速單元， 可以精確控制線陣CCD像感器的圖像采集速度，從而獲得反映輪對踏面表面特性的全周圖像。由于線陣CCD在行方向上維數(shù)通常比面陣CCD的維數(shù)高，所以采用線陣CCD獲得圖像更加精細，獲得的檢測結果也更加精確。另外，線陣CCD的行采樣頻率遠大于面陣CCD，并且所需要的數(shù)據(jù)帶寬也小于面陣(XD，所以在采集時可以連續(xù)采集，更適于在線檢測運動物體，本發(fā)明測量時允許列車通過速度達到100km/h，檢測精度達到0. 5mm。下面結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)明機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(tài)檢測裝置實施例的布置示意圖。圖2是本發(fā)明機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(tài)檢測裝置實施例的紅色LED光源、線陣CCD像感器和輪對的相對位置示意圖。圖中，LEDl LED4-紅色LED光源，Cl C4-線陣CCD像感器，Sl S4-速度檢測傳感器，Ml-接近傳感器，M2-離去傳感器，1-軌道，2-保護箱，7-輪對。圖1是一種機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(tài)檢測裝置，包括接近傳感器、離去傳感器、四組攝像單元、列車速度檢測單元和數(shù)據(jù)處理控制設備。每組攝像單元由紅色 LED光源和線陣CXD像感器組成，紅色LED光源和線陣CXD像感器相互成一定角度并安裝在軌道外側(cè)(見圖幻。線陣CXD像感器與列車速度檢測單元配合，通過調(diào)節(jié)采樣行頻完成機車輪對踏面的圖像采集，為了避免受到環(huán)境光和踏面表面反光的影響，線陣CCD像感器的鏡頭前安裝有濾光片。上述四組攝像單元分別是第一組攝像單元由紅色LED光源LEDl 和線陣CXD像感器Cl組成、第二組攝像單元由紅色LED光源LED2和線陣CXD像感器C2組成、第三組攝像單元由紅色LED光源LED3和線陣CXD像感器C3組成、第四組攝像單元由紅色LED光源LED4和線陣CXD像感器C4組成。數(shù)據(jù)處理控制設備包括測速模塊、校準模塊、踏面全周圖像生成模塊以及踏面數(shù)據(jù)分析和管理模塊。圖1中，將四組攝像單元裝在組成軌道的兩條單軌的外側(cè)，在每條單軌的外側(cè)各裝有兩組攝像單元。其中上面一條單軌的外側(cè)安裝了第一組攝像單元(紅色LED光源LEDl 和線陣CXD像感器Cl)及第二組攝像單元(紅色LED光源LED2和線陣CXD像感器C2)，第一組攝像單元與第二組攝像單元之間的距離小于車輪的周長，兩組攝像單元之間的區(qū)域為檢測區(qū)。同樣，在下面一條單軌的外側(cè)裝有第三組攝像單元(紅色LED光源LED3和線陣 CXD像感器Ο)及第四組攝像單元(紅色LED光源LED4和線陣CXD像感器C4)，第一組攝像單元與第二組攝像單元之間的距離同樣小于車輪的周長。如圖2所示，在檢測區(qū)內(nèi)，車輪前方和后方各有一組攝像單元，各負責采集半周車輪圖像，兩組圖像相結合完成車輪全周圖像的采集，通過數(shù)據(jù)處理控制設備中踏面全周圖像生成模塊生成校準后的踏面全周圖像，利用踏面圖像分析軟件完成在線檢測踏面表面缺陷。圖1中，列車速度檢測單元由4個速度檢測傳感器Sl S4構成的，4個速度檢測傳感器全部安裝在其中一條單軌的2組攝像單元之間區(qū)域內(nèi)的軌道內(nèi)側(cè)，4個速度檢測傳感器與數(shù)據(jù)處理控制設備連接，通過數(shù)據(jù)處理控制設備中的測速模塊檢測列車速度。為了保證速度檢測單元的精度，采用光電傳感器與DSP采集信號的方式進行數(shù)據(jù)處理。接近傳感器Ml安裝在檢測區(qū)的前方軌道的側(cè)面，離去傳感器M2安裝在檢測區(qū)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。為了使紅色LED光源和線陣CXD像感器得到保護，每組攝像單元的紅色LED光源、 線陣CCD像感器均安裝在箱蓋可開合的保護箱2內(nèi)，保護箱2的箱蓋開合機構與數(shù)據(jù)處理控制設備相連，僅在接近傳感器檢測到有車輛通過時，保護箱的箱蓋才會打開，當判定列車已離去時，即將箱蓋關閉。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。一共用4個保護箱分別裝有4組攝像單元。本實施例采用線陣CXD采集圖像，由于線陣CXD在行方向上維數(shù)通常比面陣CXD 的維數(shù)高，所獲得圖像更加精細，可以獲得更精確的檢測結果。另外，線陣CCD的行采樣頻率遠大于面陣(XD，并且所需要的數(shù)據(jù)帶寬也小于面陣(XD，所以在采集時可以連續(xù)采集， 更適于在線檢測運動物體，本實施例測量時允許列車通過速度達到100km/h，檢測精度達到 0. 5mmο
權利要求
1.一種機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(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，所述攝像單元由安裝在軌道外側(cè)的相互成一定角度的紅色LED光源和線陣CXD像感器組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述的攝像單元裝在組成軌道的兩條單軌的外側(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，兩組攝像單元之間的區(qū)域為檢測區(qū)。
3.根據(jù)權利要求2所述的機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述的線陣CCD像感器的鏡頭前安裝有濾光片。
4.根據(jù)權利要求3所述的機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述列車速度檢測單元包括安裝在檢測區(qū)內(nèi)軌道內(nèi)側(cè)的復數(shù)個速度檢測傳感器，所述的速度檢測傳感器與數(shù)據(jù)處理控制設備連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(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)的前方軌道的側(cè)面，所述的離去傳感器安裝在檢測區(qū)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。
6.根據(jù)權利要求1所述的機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(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、校準模塊、踏面全周圖像生成模塊以及踏面數(shù)據(jù)分析和管理模塊。
7.根據(jù)權利要求1所述的機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述的LED光源、線陣CCD像感器分別安裝在保護箱內(nèi)，所述保護箱的箱蓋開合機構與數(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踏面表面缺陷在線動態(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，攝像單元由安裝在軌道外側(cè)的相互成一定角度的紅色LED光源和線陣CCD像感器組成。本發(fā)明采用線陣CCD采集圖像，由于線陣CCD在行方向上維數(shù)通常比面陣CCD的維數(shù)高，所獲得圖像更加精細，獲得的檢測結果也更加精確。另外，線陣CCD的行采樣頻率遠大于面陣CCD，并且所需要的數(shù)據(jù)帶寬也小于面陣CCD，所以在采集時可以連續(xù)采集，更適于在線檢測運動物體，本發(fā)明測量時允許列車通過速度達到100km/h，檢測精度達到0.5mm。
文檔編號B61K9/00GK102167059SQ201010575920
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權日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