專利名稱：車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輪探傷裝置，具體涉及一種非接觸式車輪踏面檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的發(fā)展，列車行駛速度不斷提高，車輛運(yùn)行的安全問題越來越受到人們的重視，同時(shí)對(duì)列車維護(hù)檢修自動(dòng)化要求也越來越高，為了列車正常安全的運(yùn)行， 需要提高列車的檢修效率和質(zhì)量。在鐵路運(yùn)用中，走形部分尤其是輪對(duì)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)列車安全具有重要作用。輪對(duì)的踏面缺陷會(huì)給列車在運(yùn)行中帶來額外的沖擊振動(dòng)，影響列車與軌道設(shè)施的安全與使用壽命。車輛輪對(duì)踏面缺陷包括踏面擦傷和踏面剝離。踏面擦傷是由于列車制動(dòng)力過大、閘瓦抱死車輪等原因，使車輪在鋼軌上滑行形成的。與此同時(shí)，踏面與閘瓦強(qiáng)烈摩擦產(chǎn)生高溫，冷卻后，擦傷處表層金屬硬脆，在隨后的減速制動(dòng)中，易造成踏面上金屬小塊脫落或呈片狀翹起，形成踏面剝離。在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)是指列車在鋼軌上正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的實(shí)時(shí)在線測(cè)量。在線檢測(cè)由于具有測(cè)量自動(dòng)化程度高、不占用機(jī)車車輛周轉(zhuǎn)時(shí)間和便于存儲(chǔ)車輪信息資料等特點(diǎn)，日益受到國(guó)內(nèi)外重視。目前我國(guó)輪對(duì)踏面缺陷檢測(cè)大多數(shù)還停留在段修狀態(tài)下由技術(shù)人員采用機(jī)械式卡尺或者測(cè)量尺來測(cè)量。采用這些機(jī)械器具測(cè)量不但工作煩瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，受周圍環(huán)境的影響大，還不能消除人為的測(cè)量誤差，從而測(cè)量精度低，測(cè)量效率不高。隨著我國(guó)列車不斷提速以及重載列車的增加，輪對(duì)的磨耗也日益加快，這樣對(duì)輪對(duì)踏面的檢測(cè)和維修就提出了更高的要求。如何在不停車的情況下檢測(cè)車輪踏面缺陷情況，是高速列車和重載列車發(fā)展中急需解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是目前車輪踏面缺陷需要停車檢測(cè)、存在人為測(cè)量誤差、測(cè)量效率低，提供一種人為誤差小、測(cè)量效率高、不需停車就可以檢測(cè)的車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是以下述方式實(shí)現(xiàn)的一種車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，包括終端處理單元，還包括設(shè)置在鋼軌一側(cè)的定位傳感器，定位傳感器與終端處理單元相連，終端處理單元與設(shè)置在鋼軌兩側(cè)的位移傳感器和攝像單元相連。相鄰兩個(gè)位移傳感器的距離是車輪周長(zhǎng)的1/4，每個(gè)位移傳感器的一側(cè)設(shè)有一個(gè)攝像單元。所述定位傳感器是電渦流傳感器或者光電開關(guān)。所述位移傳感器是激光位移傳感器。所述終端處理單元輸出端連有定位報(bào)警裝置。所述定位傳感器、位移傳感器和攝像單元粘結(jié)在鋼軌上，或者定位傳感器、位移傳感器和攝像單元通過卡塊與鋼軌相連。如上所述檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，是按照下述步驟進(jìn)行的A、定位傳感器1測(cè)量列車的行駛速度V，當(dāng)行駛速度V小于設(shè)置值Vtl時(shí)，定位傳感器給終端處理單元一個(gè)信號(hào)，終端處理單元啟動(dòng)位移傳感器；
B、位移傳感器檢測(cè)車輪對(duì)踏面的散射光信號(hào)，當(dāng)散射光信號(hào)超過設(shè)定閾值時(shí)，終端處理單元接收位移傳感器的信號(hào)、啟動(dòng)攝像單元；
C、攝像單元拍攝車輪的踏面缺陷圖像，并輸送至終端處理單元；
D、終端處理單元根據(jù)攝像單元輸出的信號(hào)，判斷踏面缺陷的類型和缺陷大小。所述檢測(cè)方法還包括下述步驟終端處理單元將計(jì)算的缺陷大小與設(shè)定缺陷值相比，當(dāng)計(jì)算的缺陷大于設(shè)定缺陷值的時(shí)候，終端處理單元給定位報(bào)警裝置一個(gè)信號(hào)，定位報(bào)警裝置記錄有缺陷的車輪，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下述突出優(yōu)點(diǎn)
1.采用非接觸動(dòng)態(tài)測(cè)量的方法本發(fā)明所述的裝置和運(yùn)行中的車輪沒有直接接觸，避免了測(cè)量裝置和列車車輪的磨損，該裝置可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間列車車輪踏面缺陷的在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)。2.實(shí)現(xiàn)踏面圓周的全面檢測(cè)本發(fā)明利用位移傳感器判斷踏面圓周上缺陷的位置，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的攝像單元，減少了攝像單元工作的次數(shù)，提高了攝像單元使用效率。3.根據(jù)紋理特征能夠區(qū)分踏面缺陷的類型一擦傷或剝離，根據(jù)類型計(jì)算相應(yīng)的缺陷參數(shù)。4.通過提高面陣攝像單元分辨率可以提高踏面缺陷的測(cè)量精度，檢測(cè)過程中不需要手動(dòng)，減少了人為誤差。5.位移傳感器檢測(cè)列車輪對(duì)踏面的散射光信號(hào)，當(dāng)散射光信號(hào)超過設(shè)定閾值時(shí)， 終端處理單元接收定位傳感器的信號(hào)、啟動(dòng)攝像單元；減少了踏面缺陷圖像的拍攝和處理的工作量，可大大提高動(dòng)態(tài)檢測(cè)的響應(yīng)速度。6.根據(jù)激光位移傳感器采集信號(hào)，可以檢測(cè)輪對(duì)踏面磨耗、輪對(duì)圓周度及輪對(duì)直徑等參數(shù)。另外，若在終端處理輸出端上連接定位報(bào)警裝置，當(dāng)終端處理器顯示的缺陷值大于設(shè)定值的時(shí)候，定位報(bào)警裝置記錄該值，并記錄顯示是哪個(gè)特定的車輪存在故障，有利于技術(shù)人員在列車靜止后對(duì)車輪進(jìn)行有針對(duì)性的復(fù)檢。終端處理單元自動(dòng)記錄每個(gè)車輪運(yùn)行情況，能夠?yàn)檐囕?、機(jī)車及線路的運(yùn)行情況分析提供參考。


圖1為車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為實(shí)施例1中車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置的原理圖。
圖3為實(shí)施例2中車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置的原理圖。
圖4為車輪踏面缺陷在線測(cè)量的原理圖。
圖5為輪對(duì)踏面缺陷在線檢測(cè)裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖。
圖6為輪對(duì)踏面缺陷在線檢測(cè)圖像采集示意圖。
圖7為位移傳感器缺陷檢測(cè)示意圖。
圖8為位移傳感器工作原理示意圖。
圖9為輪對(duì)踏面缺陷示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括終端處理單元3，還包括設(shè)置在鋼軌一側(cè)的定位傳感器1，定位傳感器1與終端處理單元3相連，終端處理單元3與設(shè)置在鋼軌兩側(cè)的位移傳感器2和攝像單元4相連。列車行走的時(shí)候鋼軌都是成對(duì)設(shè)置的，所述鋼軌一側(cè)設(shè)置定位傳感器1是指成對(duì)設(shè)置的鋼軌中，其中一條鋼軌的一個(gè)側(cè)面設(shè)有定位傳感器1，所述鋼軌兩側(cè)設(shè)置位移傳感器2和攝像單元4是指兩條鋼軌20的外側(cè)面均設(shè)有位移傳感器 2和攝像單元4，對(duì)于其中任一條鋼軌，位移傳感器2和攝像單元4位于鋼軌20的一側(cè)。所述定位傳感器1是兩個(gè)電渦流傳感器或兩個(gè)光電開關(guān)，所述位移傳感器2是激光位移傳感器。通過定位傳感器1檢測(cè)列車的行駛速度，通過位移傳感器2根據(jù)車輪踏面散射光信號(hào)判斷踏面圓周上踏面缺陷的位置，通過攝像單元4拍攝缺陷的圖像，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端處理器3。鋼軌20兩側(cè)的位移傳感器2和攝像單元4，分別記錄兩邊車輪19的踏面缺陷。位移傳感器2、定位傳感器1、攝像單元4可以粘結(jié)在鋼軌20上，也可以通過卡塊M固定在鋼軌外側(cè)，鋼軌20下面設(shè)有枕木25。受攝像單元4、位移傳感器2工作范圍的限制，本實(shí)施例中相鄰兩個(gè)位移傳感器2 的距離是車輪周長(zhǎng)的1/4，每個(gè)位移傳感器2 —側(cè)設(shè)有一個(gè)攝像單元4。如圖4所示，把車輪19的圓周均分為4部分，分別為AB、BC、⑶和DA，當(dāng)車輪駛過的時(shí)候，每個(gè)位移傳感器2 檢測(cè)車輪19的1/4圓周，同時(shí)，每個(gè)攝像頭記錄車輪19的1/4之間圓周的踏面信息。若選擇攝像單元4的拍攝范圍較寬、位移傳感器2的工作范圍也很寬的情況下，可以將兩個(gè)位移傳感器6之間的距離設(shè)為車輪周長(zhǎng)的1/3或1/2或者等于整個(gè)周長(zhǎng)的距離，以滿足攝像單元能夠完整的拍攝車輪踏面圓周為準(zhǔn)。如圖5、圖6、圖7、圖8和圖9所示，激光位移傳感器2工作原理如下激光位移傳感器2發(fā)出激光線，根據(jù)探測(cè)輪對(duì)踏面散射光信號(hào)判斷與輪對(duì)踏面之間的距離。正常情況下，激光位移傳感器與輪對(duì)踏面之間距離變化小于設(shè)定閾值，當(dāng)有踏面缺陷沈存在的時(shí)候，激光位移傳感器與輪對(duì)踏面之間距離變化大于設(shè)定閾值。激光位移傳感器安裝角度及間隔距離已知，激光位移傳感器2發(fā)射出的激光線與鋼軌20之間的夾角為，激光線經(jīng)踏面散射之后被位移傳感器2檢測(cè)到。得到輪對(duì)19踏面和激光位移傳感器2之間的距離，、時(shí)刻對(duì)應(yīng)測(cè)量值為L(zhǎng)tl，、時(shí)刻對(duì)應(yīng)測(cè)量值為L(zhǎng)1，踏面沒有缺陷時(shí)相鄰時(shí)刻、和、對(duì)應(yīng)測(cè)量值 L0和L1的差小于設(shè)定閾值Δ Lth,當(dāng)激光位移傳感器2相鄰時(shí)刻、和t2對(duì)應(yīng)測(cè)量值L1和L2 的差A(yù)L大于設(shè)定閾值A(chǔ)Lth時(shí)，發(fā)出觸發(fā)電平觸發(fā)攝像單元4拍攝車輪19踏面缺陷圖像， 傳送到終端處理單元3，經(jīng)圖像處理及紋理分析判斷踏面缺陷的類型(擦傷或剝離)，得到踏面缺陷的面積大小。如果踏面缺陷為擦傷，與車輪19踏面沒有缺陷的測(cè)量值相比較，通過激光位移傳感器2 —系列測(cè)量值中差值最大的可計(jì)算得到對(duì)應(yīng)擦傷深度參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，包括終端處理單元(3)，其特征在于還包括設(shè)置在鋼軌一側(cè)的定位傳感器(1 )，定位傳感器(1)與終端處理單元(3)相連，終端處理單元(3)與設(shè)置在鋼軌兩側(cè)的位移傳感器(2)和攝像單元(4)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于相鄰兩個(gè)位移傳感器(2)的距離是車輪周長(zhǎng)的1/4，每個(gè)位移傳感器(2)的一側(cè)設(shè)有一個(gè)攝像(4)單兀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于所述定位傳感器(1)是電渦流傳感器或者光電開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于所述位移傳感器(3)是激光位移傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于所述終端處理單元(3 )輸出端連有定位報(bào)警裝置(5 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求廣5之一所述的車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于 所述定位傳感器(1)、位移傳感器(2)和攝像單元(4)粘結(jié)在鋼軌上，或者定位傳感器(1)、 位移傳感器(2)和攝像單元(4)通過卡塊與鋼軌相連。
7.如權(quán)利要求廣4之一所述檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于是按照下述步驟進(jìn)行的A、定位傳感器(1)測(cè)量列車的行駛速度V，當(dāng)行駛速度V小于設(shè)置值Vtl時(shí)，定位傳感器 (1)給終端處理單元(3)—個(gè)信號(hào)，終端處理單元(3)啟動(dòng)位移傳感器(2)；B、位移傳感器(2)檢測(cè)車輪對(duì)踏面的散射光信號(hào)，當(dāng)散射光信號(hào)超過設(shè)定閾值時(shí)，終端處理單元(3)接收位移傳感器(2)的信號(hào)、啟動(dòng)攝像單元(4)；C、攝像單元(4)拍攝車輪的踏面缺陷圖像，并輸送至終端處理單元(3)；D、終端處理單元(3)根據(jù)攝像單元(4)輸出的信號(hào)，判斷踏面缺陷的類型和缺陷大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測(cè)方法，其特征在于還包括下述步驟終端處理單元(3)將計(jì)算的缺陷大小與設(shè)定缺陷值相比，當(dāng)計(jì)算的缺陷大于設(shè)定缺陷值的時(shí)候，終端處理單元 (3 )給定位報(bào)警裝置(5 ) 一個(gè)信號(hào)，定位報(bào)警裝置(5 )記錄有缺陷的車輪，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種車輪踏面缺陷非接觸式動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法，該檢測(cè)裝置包括終端處理單元，還包括設(shè)置在鋼軌一側(cè)的定位傳感器，定位傳感器與終端處理單元相連，終端處理單元與設(shè)置在鋼軌兩側(cè)的位移傳感器和攝像單元相連。本發(fā)明下述突出優(yōu)點(diǎn)1.采用非接觸動(dòng)態(tài)測(cè)量的方法，在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)，2.實(shí)現(xiàn)踏面圓周的全面檢測(cè)，3.根據(jù)紋理特征能夠區(qū)分踏面缺陷的類型—擦傷或剝離，根據(jù)類型計(jì)算相應(yīng)的缺陷參數(shù)，4.人為誤差小。
文檔編號(hào)G01N21/88GK102501887SQ20111036199
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者任宇芬, 張志峰, 朱祥, 李俊豐, 楊坤, 薛人中 申請(qǐng)人:鄭州輕工業(yè)學(xué)院