專利名稱：利用人工視覺方法測(cè)量鐵路車輛車輪滾動(dòng)參數(shù)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于高精密度測(cè)量以操控速度運(yùn)行的鐵路車輛車輪滾動(dòng)參數(shù)的領(lǐng)域。在這些參數(shù)中，最重要的包括如下車輪輪緣的厚度和高度，QR系數(shù)，車輪直徑以及各內(nèi)面間的距離。同樣，根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)得到了對(duì)車輪輪廓形狀各參數(shù)的重視，使有可能與其它標(biāo)準(zhǔn)車輪輪廓圖形進(jìn)行比較，或作任何其它類型的測(cè)量。
本發(fā)明已經(jīng)利用測(cè)量上述參數(shù)的裝置和相應(yīng)的操作方法提供了具體實(shí)施例。
本發(fā)明的裝置可以安裝在任何類型的鐵軌上，使車輛以操控速度運(yùn)行，這樣有可能使位于車庫(kù)內(nèi)或車庫(kù)外的車輪都得測(cè)量。對(duì)在這些鐵軌上運(yùn)行的車輛進(jìn)行測(cè)量和送至車輛維修中心，以便進(jìn)行矯正操作，即對(duì)車輪狀態(tài)所檢測(cè)出的任何故障予以排除。
已有技術(shù)已經(jīng)詳細(xì)論述了無接觸法測(cè)量車輪表面結(jié)構(gòu)各參數(shù)。例如西班牙專利ES-A-499,366描述了一種鐵軌上裝載的活動(dòng)測(cè)量車輛，它裝載著激光光束發(fā)射器和接收器以及用于指示和存儲(chǔ)研究表面測(cè)量數(shù)據(jù)的一些方法；西班牙專利ES-A-2054,398是關(guān)于一種鐵軌上裝載的車輛，用于測(cè)量鐵路軌道幾何參數(shù)，是使用一種著陸高度表和光程測(cè)量表；歐洲專利EP-A-0461,119包括一種表面結(jié)構(gòu)的干涉測(cè)量裝置，它包括至少兩個(gè)激光源，是用來測(cè)量欲研究表面上在一組測(cè)量點(diǎn)上的激光粒子對(duì)的相位差。所有這些測(cè)量系統(tǒng)，都是用于固定表面結(jié)構(gòu)，諸如軌道、隧道口和狹道等，但不像本發(fā)明，它們不能測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體例如車輪的各參數(shù)。同樣，歐洲專利EP-A-0467,984是保護(hù)一種檢測(cè)火車車輪輪廓形狀的設(shè)備，其中有照明裝置、掃描裝置、測(cè)量裝置及數(shù)據(jù)處理器。但是，這項(xiàng)專利的技術(shù)原理不同于本發(fā)明所利用的技術(shù)原理。
因而，本發(fā)明所提出的問題，迄今尚未有與本發(fā)明相同的方法和條件給予研究和解決，也即在本發(fā)明說明出中所描述的裝置和方法都具有新穎性，與現(xiàn)有技術(shù)相比提供了發(fā)明高度。
按照基本內(nèi)容范圍，本發(fā)明的技術(shù)特征在于產(chǎn)生一平面激光光束，使光束射到被測(cè)量的車輪上，測(cè)量是在車輛下部借助于鐵軌，鐵軌是專門設(shè)計(jì)的，用作火車車輪載體，承載于輪緣上或輪的最外部分，具體視測(cè)量車輪直徑或輪廓形狀而定。用這種方法，就有可能攝取由激光光束形成的車輪周圈的投影，在此區(qū)域具有最低的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)速度并可參照負(fù)載的鐵軌形狀。這樣可得到更清晰和較少畸變的高速運(yùn)行車輪的圖象。
按照本發(fā)明，一種用于測(cè)量車輪滾動(dòng)參數(shù)的裝置，包含有一鋼板，在其上測(cè)量車輪運(yùn)轉(zhuǎn)情況；一安全護(hù)軌(護(hù)欄)，它與所說的鋼板相互作用以防車輪出軌；一車輪位置傳感器，當(dāng)車輪處于測(cè)量適合位置時(shí)它會(huì)發(fā)出一種信號(hào)；一激光發(fā)生器，當(dāng)它被所說的信號(hào)激活起動(dòng)時(shí)便投射出一平面激光光束于車輪上；一帶有鏡頭和濾光片的攝象機(jī)，它能攝取平面激光光束產(chǎn)生的影象；一照明和攝取影象用的控制器，它通過車輪位置傳感器使影象獲得同步化；以及一高分辨率人工視覺電子設(shè)備，它對(duì)上述攝象機(jī)攝取的影象進(jìn)行分析并將得到的測(cè)量結(jié)果傳送至中心控制計(jì)算機(jī)，進(jìn)行處理和顯示圖象。
由激光平面光束產(chǎn)生的影象，可以是以鋼板為基準(zhǔn)的車輪輪廓圖，在此情況下，所說的影象是借助于內(nèi)部反光鏡或者與上述激光發(fā)生器相互作用的其它激光發(fā)生器而獲得的。在另一實(shí)施例中，由激光平面光束所產(chǎn)生的影象也可以是在車輪上形成的一條線，它代表車輪的直徑。
根據(jù)本發(fā)明，測(cè)量車輪輪廓形狀及各內(nèi)面間距離的設(shè)備，和測(cè)量車輪直徑的設(shè)備，可以設(shè)置于同一單元裝置內(nèi)。另一種測(cè)量車輪輪廓形狀及各內(nèi)面間距離的設(shè)備，和測(cè)量車輪直徑的設(shè)備，也可以是彼此分開和獨(dú)立起作用。
對(duì)要測(cè)量的所有車輪來說，除了中心控制計(jì)算機(jī)是共用的之外，本發(fā)明裝置的其余元件，即對(duì)應(yīng)于每一車輪的元件，與其相對(duì)(位置上的)車輪的元件是重復(fù)的。
而且，利用本發(fā)明的裝置，本發(fā)明還提供了一種測(cè)量車輪滾動(dòng)參數(shù)的方法，即對(duì)以操控速度運(yùn)動(dòng)的安裝在鐵路車輛上車輪滾動(dòng)參數(shù)，用人工視覺方法測(cè)量過程，其特征在于為了測(cè)量車輪輪廓形狀，使車輪滾動(dòng)，將車輪的最外部分放置于鋼板上，以此使車輪位置傳感器激活，引起激光發(fā)生器發(fā)射出平面激光光束于車輪上，和借助于反射鏡或其它激光發(fā)生器產(chǎn)生一種相應(yīng)于車輪輪廓的影像，該影象用攝相機(jī)攝取，然后傳送到人工視覺電子分析設(shè)備；在該分析設(shè)備中得到的車輪輪廓形狀參數(shù)與測(cè)量結(jié)果，再被傳送到中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，即將其與相對(duì)位置上車輪的參數(shù)對(duì)比處理并得到車輪測(cè)量報(bào)告，最后將得到的結(jié)果轉(zhuǎn)變成圖象顯示于監(jiān)視器上。
另一種測(cè)量滾動(dòng)參數(shù)的方法，即利用本發(fā)明的裝置，對(duì)以操控速度運(yùn)動(dòng)的安裝在鐵路車輛車輪上的車輪滾動(dòng)參數(shù)，用人工視覺方法測(cè)量過程，其特征在于為了測(cè)量車輪直徑，使車輪滾動(dòng)，輪緣放置于鋼板上，以此車輪位置傳感器被激活，引起激光發(fā)生器發(fā)射出平面激光光束到車輪上，和投射到車輪上產(chǎn)生一種代表車輪直徑的線形影象；用攝象機(jī)攝取此影象并傳送到人工視覺電子分析設(shè)備；在上述分析設(shè)備中得到的車輪直徑測(cè)量結(jié)果，再發(fā)送到中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理并產(chǎn)生車輪測(cè)量報(bào)告，最后將得到的結(jié)果轉(zhuǎn)變成目視圖象顯示于監(jiān)視器上。
測(cè)量車輪輪廓與各內(nèi)面間距離，以及測(cè)量車輪直徑，還可以采用組成同一裝置的一些測(cè)量組件。作為另一實(shí)施例，還有可能用于測(cè)量車輪輪廓與各內(nèi)面間距離，及用于測(cè)量車輪直徑，其辦法是利用這樣一些測(cè)量組件，它們成為彼此能單獨(dú)起作用的兩個(gè)裝置的一部分。
現(xiàn)在參照附圖對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述，其中對(duì)一種裝置作為本發(fā)明的實(shí)施例，做圖示說明。
圖1表示本發(fā)明裝置用于測(cè)量車輪輪廓形狀；該圖分解成兩部分，右邊部分是通過滾動(dòng)的車輪輪緣拍攝的車輪視圖，而左邊部分是取其一個(gè)內(nèi)面拍攝的車輪視圖。
圖2表示本發(fā)明裝置用于測(cè)量車輪的直徑，以及圖3是表示本發(fā)明的完整測(cè)量裝置的簡(jiǎn)圖。
首先請(qǐng)參閱圖1，該圖指出，為了測(cè)量車輪輪廓(同時(shí)對(duì)相對(duì)位置上的車輪進(jìn)行同樣的測(cè)量)，本發(fā)明的裝置包括一特殊設(shè)計(jì)的車輪滾動(dòng)載體或鋼板2，被測(cè)量的車輪1的最外部分是在該鋼板2上滾動(dòng)，鋼板具有一預(yù)防脫軌的護(hù)軌3。因而，需要進(jìn)行分析的滾動(dòng)區(qū)域應(yīng)保持無障礙，這個(gè)自由區(qū)域至少等于75mm，輪緣寬度135mm。在鋼板2的一邊設(shè)有一車輪位置傳感器9，當(dāng)車輪經(jīng)過時(shí)，該傳感器9便將信號(hào)傳給激光束發(fā)生器5，該激光發(fā)生器5便被激活并發(fā)射出一種平面激光束光束到車輪上。借助于一內(nèi)部照明用反射鏡7，或者借助于另外的激光發(fā)生器，該激光光束便產(chǎn)生一種車輪陰影輪廓，該輪廓影象，被裝有鏡頭和濾光器的攝象機(jī)6攝取，并被傳送到欲進(jìn)行分析的高分辨率人工視覺電子設(shè)備11，如圖3所示。輪廓影象的位置是相對(duì)于固定部件2和3，使有可能通過計(jì)算兩個(gè)車輪的值而得到車輪各內(nèi)面間距離DCI。
本發(fā)明的裝置，如圖2所示，是用于測(cè)量車輪直徑的，它在基本內(nèi)容上不同于圖1中所示的裝置，圖1中的裝置是垂直拍攝影象的。在圖2的裝置中，車輪1滾動(dòng)是通過其輪緣并由鋼板2和護(hù)軌3來制導(dǎo)。也如圖1所示，車輪位置傳感器9會(huì)在車輪通過時(shí)發(fā)出信號(hào)，以此激活激光發(fā)生器5，激光發(fā)生器5便發(fā)射出一種平面激光光束到車輪上，在車輪上便產(chǎn)生一條線12。這條線的影象被攝象機(jī)6拍攝之并由人工視覺電子設(shè)備11進(jìn)行分析。
本發(fā)明的測(cè)量裝置，以其完整的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖示于圖3。滾壓的鋼板2是用作攝相機(jī)6和激光發(fā)生器5的載體。用于照相和攝取影象的控制器10，是用來使輪位傳感器9獲取影象同步進(jìn)行。這些影象然后由視覺設(shè)備系統(tǒng)11分析，將測(cè)量車輪輪廓形狀參數(shù)和測(cè)量車輪的直徑一樣，結(jié)果傳送到中心控制計(jì)算機(jī)8，上述信息數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)處理并產(chǎn)生車輛的測(cè)量報(bào)告，最后結(jié)果被轉(zhuǎn)變成目視信息顯示于監(jiān)視器13上。
一控制室，是用于遮罩控制器10和人工視覺設(shè)備11以及系統(tǒng)的其他組件(SIC)。
在圖3中的完整設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖中，由MD指示的部分是用于測(cè)量車輪直徑的，而用MP標(biāo)準(zhǔn)的部分是用于測(cè)量車輪輪廓形狀及其各內(nèi)面間距離的。
本發(fā)明裝置的操作方法，可以由前面附圖中所述而推知，實(shí)質(zhì)內(nèi)容在于，一輪位探測(cè)系統(tǒng)(位置傳感器9)，對(duì)通過的車輛的每個(gè)車輪激活起動(dòng)，由攝象機(jī)6攝取相應(yīng)影象，攝象機(jī)裝有濾光器，濾光器具有與發(fā)生器5產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)有相同的頻率，因而可消除環(huán)境中光的影響。對(duì)攝象機(jī)所攝取的影象進(jìn)行分析，和由高分辨率的視覺設(shè)備11在幾何學(xué)上進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，這樣便有可能得到一高精密度的測(cè)量結(jié)果。本發(fā)明還有可能用于測(cè)量具有車輛的輪距為1800mm的車輛通行速度。
由上述情況可知，本發(fā)明的裝置是兩個(gè)不同的部分組成，其中第一部分是由測(cè)量車輪輪廓形狀的設(shè)備組成，而第二部分是由測(cè)量車輪直徑的設(shè)備形成，這兩部分可以合成一個(gè)單一的裝置，或者作成另外一種，彼此分開可進(jìn)行單獨(dú)操作。
前面對(duì)本發(fā)明的描述，是根據(jù)本發(fā)明目前優(yōu)選的說明性實(shí)施例。但是本領(lǐng)域的專業(yè)人員都會(huì)知道，對(duì)上述裝置還有可能作某些形式和細(xì)節(jié)的改變，例如在組件安排方面，但都不脫離本發(fā)明范圍。因而，本發(fā)明的目的在于僅由權(quán)項(xiàng)所主張的保護(hù)范圍來排除其他形式的變化。
權(quán)利要求
1.一種利用人工視覺方法測(cè)量以操控速度運(yùn)行的鐵路車輛車輪滾動(dòng)參數(shù)的裝置，在其中曾對(duì)各參數(shù)中的車輪輪緣厚度和高度、QR系數(shù)、車輪直徑以及各內(nèi)面間的距離進(jìn)行了測(cè)量，并在其中產(chǎn)生了車輪輪廓形狀某些參數(shù)的重現(xiàn)，其特征在于該裝置包含有一鋼板2，它是用于被測(cè)量的車輪1在該鋼板上運(yùn)行；一護(hù)軌3，該護(hù)軌與鋼板一起相互作用以防車輪脫軌；一車輪位置傳感器9，當(dāng)車輪處于適合的測(cè)量位置時(shí)，該傳感器會(huì)發(fā)生信號(hào)；一激光發(fā)生器5，當(dāng)它受到所說的信號(hào)激活起動(dòng)時(shí)，便發(fā)射出一平面激光光束到車輪上，一帶有鏡頭和濾光器的攝象機(jī)6，它能攝取平面激光光束所產(chǎn)生的影象；一用于照明和攝取影象的控制器10，它通過車輪位置傳感器9使獲取影象同步化；一高分辨率人工視覺電子設(shè)備11，它對(duì)攝象機(jī)攝取的影象進(jìn)行分析，并將得到的測(cè)量結(jié)果傳送至中心控制計(jì)算機(jī)8，在此處進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)變成目視圖象顯示于監(jiān)視器13上。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于由平面激光光束產(chǎn)生的影象，為車輪1的輪廓圖象4，是借助于內(nèi)部照明反射鏡7或與激光發(fā)生器5相互作用的其它激光發(fā)生器完成的。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于由平面激光光束產(chǎn)生的影象為一種車輪1上的線條12，它代表車輪的直徑。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于測(cè)量車輪1輪廓形狀的設(shè)備和測(cè)量車輪直徑的設(shè)備，是裝設(shè)在同一單元裝置的內(nèi)部。
5.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于測(cè)量車輪1輪廓形狀的設(shè)備和測(cè)量車輪直徑的設(shè)備為各自獨(dú)立的，能夠彼此單獨(dú)起作用。
6.如權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于相應(yīng)于每一欲測(cè)車輪的測(cè)量裝置所有元件，在相對(duì)位置上的車輪也重復(fù)另設(shè)一套，只有計(jì)算機(jī)8為整個(gè)裝置共用的，這樣便有可能設(shè)計(jì)車輪各內(nèi)面間的距離。
7.一種用人工視覺測(cè)量在操控速度運(yùn)行下安裝鐵路車輛車輪滾動(dòng)參數(shù)的方法，其中是使用權(quán)利要求1至6中一項(xiàng)或一項(xiàng)以上所述的裝置，其特征在于為了測(cè)量車輪1的輪廓形狀和各內(nèi)面間的距離，使車輪運(yùn)行，是以其最外部在鋼板2上運(yùn)行，以此使輪位傳感器9被激活，起動(dòng)激光發(fā)生器5發(fā)射出平面激光光束到車輪上和借助于反射鏡7和其它激光發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)于車輪輪廓形狀4的影象；該影象由攝象機(jī)6攝取并使送至電子分析設(shè)備11；以及在該分析設(shè)備中所得到的測(cè)量結(jié)果和車輪輪形狀參數(shù)，被送至計(jì)算機(jī)8進(jìn)行處理并產(chǎn)生車輪測(cè)量報(bào)告，使得到的結(jié)果轉(zhuǎn)變成目視信號(hào)顯示于監(jiān)視器上。
8.一種用人工視覺方法測(cè)量的操控速度運(yùn)行的鐵路車輛車輪滾動(dòng)參數(shù)的方法，其中是使用權(quán)利要求1至6中一項(xiàng)或一項(xiàng)以上所述的裝置，其特征在于為了測(cè)量車輪1的直徑，使車輪通過其輪緣在鋼板2上運(yùn)行，以此使輪位傳感器9激活，起動(dòng)激光發(fā)生器5發(fā)射出一平面激光光束至車輪上，并在車輪上產(chǎn)生相應(yīng)于車輪直徑的一種線形影象；該影象攝象機(jī)6攝取并傳送至電子分析設(shè)備11；在該分析設(shè)備中得到的車輪直徑測(cè)量結(jié)果，被傳送至計(jì)算機(jī)8進(jìn)行處理并產(chǎn)生車輪測(cè)量報(bào)告，得到的結(jié)果被轉(zhuǎn)變成目視信號(hào)顯示于監(jiān)視器13上。
9.如權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于對(duì)車輪輪廓的測(cè)量，對(duì)各輪緣間距離的測(cè)量以及對(duì)車輪直徑的測(cè)量，是利用形成單一裝置一部分的一些組件完成。
10.如權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于對(duì)車輪輪廓形狀的測(cè)量、對(duì)各輪緣間距離的測(cè)量以及對(duì)車輪直徑的測(cè)量，是利用形成兩個(gè)獨(dú)立裝置的一部分的測(cè)量組件完成的，這兩個(gè)獨(dú)立裝置能夠彼此單獨(dú)起作用。
全文摘要
一種利用人工方法測(cè)量鐵路車輛車輪滾動(dòng)參數(shù)的裝置及方法，該裝置包含有滾壓鋼板2及其護(hù)軌、一輪位傳感器9、一激光發(fā)生器5、一攝象機(jī)6、一用于照明和攝取影象的控制器10、視覺電子設(shè)備11、一控制計(jì)算機(jī)8及一監(jiān)視器13。一內(nèi)部照明反射鏡與激光發(fā)生器作用而獲得車輪輪廓圖象。其方法在于使車輪在鋼板上運(yùn)行、激活輪位傳感器、激光發(fā)生器發(fā)射出激光光束到車輪上及產(chǎn)生相應(yīng)于車輪輪廓或其直徑的影象，攝取影象并將其送至分析設(shè)備，將分析結(jié)果傳送至計(jì)算機(jī)處理并以目視信號(hào)顯示于監(jiān)視器上。
文檔編號(hào)B61K9/00GK1149126SQ96106579
公開日1997年5月7日 申請(qǐng)日期1996年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月29日
發(fā)明者安格爾·路易斯·山切茨·瑞韋爾塔, 卡洛斯·耶維爾·格梅茨·格梅茨 申請(qǐng)人:塔爾格，S·A·