一种铁路车辆轮对尺寸动态检测系统的制作方法

本实用新型涉及一种铁路车辆轮对尺寸检测技术。

背景技术：

随着铁路运输向着高速、大密度、重载方向发展，车辆车轮的踏面和轮缘的磨损日益严重，导致车轮的尺寸发生变化，使车轮与钢轨之间的配合关系发生改变，不仅加剧了列车轮对结构部件的伤损，导致较高的铁路运输成本，而且直接影响铁路运输安全；为保证列车运行安全，铁道部门规定运行列车要定期对车轮状态进行检测，以决定车轮的检修或报废。

现有的检测方法需要对轮对连续位置进行多角度测量，多角度测量必然存在多条光线对采集设备进行补偿，而多条光线会对采集设备造成干扰，影响测量精度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有的检测方法由于多条光线会对采集设备造成干扰，影响测量精度的问题，提出了一种铁路车辆轮对尺寸动态检测系统。

本实用新型所述的一种铁路车辆轮对尺寸动态检测系统包括一号相机、二号相机、三号相机、四号相机、一号光源、二号光源、三号光源、四号光源和车轮传感器；

一号相机和二号相机对称设置在一条钢轨的两侧；三号相机和四号相机对称设置在所述一条钢轨的两侧，并且一号相机与三号相机同时位于钢轨的外侧以及一号相机与三号相机分别位于一条枕轨的两侧；

一号光源用于作为一号相机的补偿光源，二号光源用于作为二号相机的补偿光源，三号光源用于作为三号相机的补偿光源，四号光源用于作为四号相机的补偿光源；

一号光源发出光的波长与二号光源发出光的波长不同，三号光源发出光的波长与四号光源发出光的波长不同；

车轮传感器用于在车轮碾压其本身时，获取轮对位置信息，该轮对位置信息同时作为一号光源、二号光源、三号光源和四号光源以及一号相机、二号相机、三号相机和四号相机的触发信号；所述一号相机和二号相机同时拍摄车辆前进方向车辆轮对前方的踏面图像，三号相机和四号相机同时拍摄车辆前进方向车辆轮对后方的踏面图像；

所述车辆轮对前方的踏面图像以及车辆轮对后方的踏面图像分别通过计算机进行处理，进而获取车辆轮对的尺寸数据。

本实用新型利用一号相机和二号相机获取车辆前进方向车辆轮对前方的踏面图像，获取车辆轮对前方的踏面图像通过计算机进行处理，进而获取车辆轮对的尺寸数据；利用三号相机和四号相机获取车辆前进方向车辆轮对后方的踏面图像，获取车辆轮对后方的踏面图像通过计算机进行处理，进而获取车辆轮对的尺寸数据；分别得到的两组车辆轮对的尺寸数据相互印证。

本实用新型的有益效果是由于一号光源发出光的波长与二号光源发出光的波长不同，三号光源发出光的波长与四号光源发出光的波长不同，从而达到多个补偿光源对多个相机进行光源补偿时，不会相互干扰，避免影响测量精度；同时本实用新型能够自动获取车辆轮对的尺寸数据，即完成动态检测。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种铁路车辆轮对尺寸动态检测系统的结构示意图；

图2为具体实施方式一中钢轨内侧相机防护箱及光源防护箱的位置结构实物图；图3为具体实施方式一中除轮对内侧距以外的车辆轮对尺寸数据几何定义示意图；

图4为具体实施方式一中车辆轮对内侧距几何定义示意图；

图5为具体实施方式一中相机获取的图像三维映射关系结构示意图；

图6为具体实施方式一中相机获取的图像在yz平面内映射关系结构示意图；

图7为具体实施方式一中相机获取的图像在xz平面内映射关系结构示意图；

图8为具体实施方式一中对边缘映射在xy平面内的图像进行旋转结构示意图；

图9为具体实施方式一中还原出车轮的边缘图像结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述的一种铁路车辆轮对尺寸动态检测系统包括一号相机1、二号相机2、三号相机3、四号相机4、一号光源5、二号光源6、三号光源7、四号光源8和车轮传感器9；

一号相机1和二号相机2对称设置在一条钢轨的两侧；三号相机3和四号相机4对称设置在所述一条钢轨的两侧，并且一号相机1与三号相机3同时位于钢轨的外侧以及一号相机1与三号相机3分别位于一条枕轨的两侧；

一号光源5用于作为一号相机1的补偿光源，二号光源6用于作为二号相机2的补偿光源，三号光源7用于作为三号相机3的补偿光源，四号光源8用于作为四号相机4的补偿光源；

一号光源5发出光的波长与二号光源6发出光的波长不同，三号光源7发出光的波长与四号光源8发出光的波长不同；

车轮传感器9用于在车轮碾压其本身时，获取轮对位置信息，该轮对位置信息同时作为一号光源5、二号光源6、三号光源7和四号光源8以及一号相机1、二号相机2、三号相机3和四号相机4的触发信号；

所述一号相机1和二号相机2同时拍摄车辆前进方向车辆轮对前方的踏面图像，三号相机3和四号相机4同时拍摄车辆前进方向车辆轮对后方的踏面图像；

所述车辆轮对前方的踏面图像以及车辆轮对后方的踏面图像分别通过计算机进行处理，进而获取车辆轮对的尺寸数据。

在本实施方式中，考虑到左右两个轮对尺寸可能不同，在另一条钢轨上同样增设4个相机以及对应的补偿光源。

在本实施方式中，计算机将一号相机1和二号相机2同时拍摄车辆前进方向车辆轮对前方的踏面图像进行拟合，其中，二号相机2拍摄的踏面图像如图3所示，一号相机1拍摄的踏面图像如图4所示；计算机具体的拟合算法是将结构光测量法与空间坐标变换法相结合；结构光测量法是将光线投射到被测物上，以光学三角原理为基础，根据光线产生的形变，解调出被测物的三维信息；坐标变换法是指将世界坐标系、相机坐标系、图像平面坐标系转换成计算机内部数字图像所用的坐标系，通过坐标变换，将所有坐标系下的数据变换到计算机坐标系中，利有计算机程序计算轮对各尺寸数据。由于水平面xz与光源之间存在夹角，与相机之间存在夹角，投影在xy平面内的边缘图像与真实边缘存在三维映射关系；为便于相关计算，将其分解为平面xz和yz内的映射关系，具体见图7；

1、yz平面内：

边缘真实高度与边缘投影在xy平面内的高度存在以下关系:

故对边缘图像的高度以cos^-1α为因子进行缩放；具体见图8

2、xz平面内：

由于相机与xy平面存在夹角，与xz平面平行，故可将其转换为在xz平面内绕y轴的旋转；

边缘真实宽度与边缘投影在xy平面内的宽度存在以下关系:

故对边缘图像的宽度以cos^-1α为因子进行缩放，具体见图9；

由于xz平面内的旋转会映射为xy平面内的旋转，但不改变其高度(即图像y坐标不变)，故可对边缘映射在xy平面内的图像进行旋转，再对其高度进行缩放，具体见图8；

最后还原出车轮的边缘图像，详见图9，即得出车辆轮对尺寸。

在本实施方式中，该动态检测系统还包括相机防护箱10；

所述一号相机1、二号相机2、三号相机3和四号相机4分别设置在相机防护箱10中。

在本实施方式中，该动态检测系统还包括光源防护箱11；

所述一号光源5、二号光源6、三号光源7和四号光源8分别设置在光源防护箱11中；通过设置相机防护箱10以及光源防护箱11，使得该动态检测系统具有抗雾雨雪、沙尘及阳光干扰功能。在雾雨雪、沙尘及强烈阳光条件下，系统能正常进行检测。

在本实施方式中，车辆轮对的尺寸数据包括轮缘厚度、轮缘高度、轮缘垂直磨耗是否超限、车轮直径、轮对内侧距、踏面圆周磨耗以及轮辋厚度；如图5所示，轮缘厚度是指以踏面滚动圆为基准，测量距踏面滚动圆d5处圆周上任意一点轮缘外侧面至轮辋内侧面的距离，即图5中的d1，其中，踏面滚动圆是指距轮辋内侧面d0处的车轮踏面圆周，d0等于70mm，d5等于12mm；轮缘高度是指轮缘顶点到踏面滚动圆的垂直距离，即图5中的d3；轮缘垂直磨耗是否超限是指距车轮踏面滚动圆d5处所测得的车轮轮缘厚度d1不大于距车轮踏面滚动圆d6处所测得的车轮轮缘厚度d2，其中，d6等于15mm，即d1小于等于d2时，轮缘垂直磨耗超限；轮辋厚度是指轮辋内侧面和内径面交线到踏面滚动圆的径向距离，即图5中的d4；踏面圆周磨耗是指车轮踏面滚动圆处的磨损程度；车轮直径是指以踏面滚动圆为基准，测量同意车轮沿圆周任一两等分处车径的直径，其平均值为车轮直径；如图6所示，轮对内侧距是指在轮对任一车轮的圆周任意三等分处，以轮辋内侧面距轮缘顶部45mm处为测量点，测量的两车轮轮辋内侧面之间的距离，即图6中的l。

本实施方式所述的一种铁路车辆轮对尺寸动态检测系统能够自动检测货车车轮轮缘厚度、轮缘高度、轮缘垂直磨耗、车轮直径、轮对内侧距、踏面圆周磨耗、轮辋厚度；具有测绘车轮踏面截面曲线并与标准曲线对比的功能；增设报警器以及相应的阈值后，具有对车轮轮缘厚度、轮缘垂直磨耗、轮对内侧距、踏面圆周磨耗、轮辋厚度超限自动实时报警功能；其中轮辋厚度按两级报警。