一種列車車輪直徑與圓度磨耗高精度在線檢測方法及其檢測裝置與流程
2023-06-01 02:37:51 1
本發明涉及一種列車安全行駛檢測方法，尤其涉及一種列車車輪直徑與圓度磨耗高精度在線檢測方法及其檢測裝置。
背景技術：
目前業內採用的測量方案大多都是圖像分析。列車經過檢測設備時，對每個車輪進行一次拍照，再根據拍照得到的照片分析和計算列車的車輪直徑數據。
地鐵列車車輪為大直徑圓，且列車在運行時車輪只露出30％的圓周部分，通過這露出的30％的圓周測量整個車輪的直徑。由於圖像傳感器的像素解析度有限，所以圖像處理傳感器的檢測精度受限，導致列車車輪直徑檢測的精度不高，提升空間有限。另外，由於圖像處理傳感器本身的性能限制，每個列車車輪在經過檢測位置時，只能採集1張檢測圖片，所有的車輪直徑信息都是通過這一張圖片上的信息進行提取，所以信息失真率比較高，檢測精度差，檢測結果不穩定。
技術實現要素：
基於此，有必要針對現有技術中的不足，提供一種列車車輪直徑與圓度磨耗高精度在線檢測方法及其檢測裝置。
一種列車車輪直徑與圓度磨耗高精度在線檢測裝置，包括系統控制器、第一雷射位移傳感器、第二雷射位移傳感器、第三雷射位移傳感器、第一車輪傳感器、第二車輪傳感器，所述第二車輪傳感器、第一雷射位移傳感器、第二雷射位移傳感器、第一車輪傳感器及第三雷射位移傳感器沿列車前進方向依次並排設置，第一雷射位移傳感器與第二雷射位移傳感器的間距為l9，第一雷射位移傳感器與第二雷射位移傳感器的中心點為k點，k點與第三雷射位移傳感器的出光孔的水平距離為l6，第三雷射位移傳感器與軌道平面的夾角為θ，所述第一、第二雷射位移傳感器獲取車輪底部輪廓線，所述第三雷射位移傳感器以斜角θ獲取車輪輪廓線。
一種列車車輪直徑與圓度磨耗高精度在線檢測方法，包括如下步驟：
步驟一：將所述的列車車輪直徑與圓度磨耗高精度在線檢測裝置安裝於檢測路段；
步驟二：用一個標準輪對標定初始參數r0、d0；
步驟三：列車車輪直徑與磨耗檢測；
(1)、獲取被測列車車輪輪廓信息，列車經過時，第一車輪傳感器檢測到車輪後，第一雷射位移傳感器、第二雷射位移傳感器共同掃描車輪底部兩段對應且部分重疊輪廓，第三雷射位移傳感器掃描車輪側邊輪廓；
(2)、被測車輪直徑計算，第一雷射位移傳感器、第二雷射位移傳感器所掃描到輪廓的交叉點a點，為列車運行到k點的時刻，提取該時刻第三雷射傳感器50對應輪廓的點b點，計算車輪的圓周半徑r，得出直徑值；
(3)、被測車輪磨耗計算，對第一或第二雷射位移傳感器掃描到被測車輪輪廓進行擬合，尋找到擬合圓的最低點d點，d點與磨耗參考點d0點在垂直方向的高度差為被測車輪圓度磨耗；
步驟四：實時判斷報警。
進一步地，在步驟三中，計算時：
1)、第三雷射位移傳感器50對應的讀數為l3；
2)、l3*sinθ1-l8＝l7，l7為l3讀數點的弦高；
3)、l4＝l6-l3*cosθ；
4)、可以得到方程：r2-l42＝(r-l7)2，解方程可得到r的值；
5)、將4)中r值與標定值r0進行比較，得出差值。
進一步地，所述第一雷射位移傳感器、第二雷射位移傳感器、第三雷射位移傳感器、第一車輪傳感器、第二車輪傳感器均連接於系統控制器上。
進一步地，車輪從第一車輪傳感器的檢測區域離開並進入第二車輪傳感器的檢測區域時，第二車輪傳感器檢測到車輪後，系統控制器控制第一雷射位移傳感器、第二雷射位移傳感器、第三雷射位移傳感器停止數據採集。
進一步地，所述l9的取值為50mm≤l9≤400mm，θ的取值為30°≤θ＜90°，其中l6的取值為200mm≤l6≤770mm。
進一步地，在步驟四中，根據直徑差值、圓度磨耗的大小判斷是否需要報警提示，當所有的參數均沒有超出設定值時，則認定為安全；當其中的一個或一個以上的參數超出設定值時，系統認定存在隱患進行報警。
本發明的有益效果在於：通過標準輪對標定參數，再進行列車車輪檢測，根據第一雷射位移傳感器、第二雷射位移傳感器獲取的車輪底部輪廓，確定車輪中心位置，結合第三雷射位移傳感器獲取的車輪側邊輪廓，以及已知的第三雷射位移傳感器與車輪中心位置的距離，與標定參數對比，綜合計算車輪直徑與圓度磨耗。整個測量過程無需對車輪進行額外定位，測量精度高，較大程度上避免車輪不圓度對檢測結果的影響。
附圖說明
圖1為本發明雷射高精度在線檢測列車車輪直徑與圓度磨耗裝置檢測車輪時的示意圖。
圖2為本發明雷射高精度在線檢測列車車輪直徑與圓度磨耗裝置獲取車輪中心點的示意圖。
圖3為本發明雷射高精度在線檢測列車車輪直徑與圓度磨耗裝置獲取車輪磨耗的示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的技術方案能更清晰地表示出來，下面結合附圖對本發明作進一步說明。
如圖1至圖3所示，本發明提供一種列車車輪直徑與圓度磨耗高精度在線檢測方法，包括系統控制器、第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40、第三雷射位移傳感器50、第一車輪傳感器10、第二車輪傳感器20，所述第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40、第三雷射位移傳感器50、第一車輪傳感器10、第二車輪傳感器20均連接於系統控制器上，所述第二車輪傳感器20、第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40、第一車輪傳感器10及第三雷射位移傳感器50沿列車前進方向依次並排設置。其中，第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40的中心點為k點，兩者沿過k點垂直於鋼軌平面的垂線對稱布設，第三雷射位移傳感器50和鋼軌平面以θ角布設，且θ的取值為30°≤θ＜90°；第一雷射位移傳感器30與第二雷射位移傳感器40的間距為l9，l9的取值為50mm≤l9≤400mm。k點與第三雷射位移傳感器50的出光孔的水平距離為l6，其中l6的取值為200mm≤l6≤770mm，第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40、第三雷射位移傳感器50與鋼軌平面在豎直方向上的間距為l8。
本發明還提供一種列車車輪直徑與圓度磨耗高精度在線檢測方法，用於在線檢測列車車輪直徑與圓度磨耗，其包括以下步驟：
步驟一：將所述的列車車輪直徑與圓度磨耗高精度在線檢測裝置安裝於檢測路段；
步驟二：用一個標準輪對標定初始參數；
(1)、獲取標準輪廓信息r0、d0，標準輪對經過時，第一車輪傳感器10檢測到標準輪對後，系統控制器控制第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40、第三雷射位移傳感器50開始同步採集數據，其中，第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40共同掃描標準車輪底部兩段對應且部分重疊輪廓，第三雷射位移傳感器50掃描標準車輪側邊輪廓，標準輪對從第一車輪傳感器10的檢測區域離開並進入第二車輪傳感器20的檢測區域時，第二車輪傳感器20檢測到標準輪對後，系統控制器控制第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40、第三雷射位移傳感器50停止數據採集。
(2)、標準車輪直徑計算，第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40所掃描到標準車輪輪廓的交叉點a0點，為標準車輪運行到k點的時刻，提取該時刻第三雷射傳感器50對應標準車輪輪廓的點b0點，計算標準車輪的圓周半徑，計算時：
1)、第三雷射位移傳感器50對應的讀數(即第三雷射位移傳感器50與車輪輪廓之間的間距)為l30；
2)、由於l8已知，l70＝l30*sinθ-l8，l70即為l30讀數點的弦高；
3)、由於l6已知，l40＝l6-l30*cosθ；
4)、可以得到方程：r02-l402＝(r0-l70)2，解此方程即可得到標準車輪r0的值。
(3)、磨耗參考點選取，對第一雷射位移傳感器30掃描到標準車輪輪廓進行擬合，尋找到擬合圓的最低點d0點，記為磨耗參考點。
步驟三：列車車輪直徑與磨耗檢測；
(1)、獲取被測列車車輪輪廓信息，列車經過時，第一車輪傳感器10檢測到車輪後，系統控制器控制第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40、第三雷射位移傳感器50開始同步採集數據，其中，第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40共同掃描車輪底部兩段對應且部分重疊輪廓，第三雷射位移傳感器50掃描車輪側邊輪廓，車輪從第一車輪傳感器10的檢測區域離開並進入第二車輪傳感器20的檢測區域時，第二車輪傳感器20檢測到車輪後，系統控制器控制第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40、第三雷射位移傳感器50停止數據採集。
(2)、被測車輪直徑計算，第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40所掃描到輪廓的交叉點a點，為列車運行到k點的時刻，提取該時刻第三雷射傳感器50對應輪廓的點b點，計算車輪的圓周半徑，計算時：
1)、第三雷射位移傳感器50對應的讀數(即第三雷射位移傳感器50與車輪輪廓之間的間距)為l3；
2)、由於l8已知，l3*sinθ1-l8＝l7，l7即為l3讀數點的弦高；
3)、由於l6已知，l6-l3*cosθ＝l4；
4)、可以得到方程：r2-l42＝(r-l7)2，解此方程即可得到r的值；
5)、將4)中r值與標定值r0進行比較，得出直徑差值。
(3)、被測車輪磨耗計算，對第一雷射位移傳感器30或第二雷射位移傳感器40掃描到被測車輪輪廓進行擬合，尋找到擬合圓的最低點d點，d點與磨耗參考點d0點在垂直方向的高度差即為被測車輪圓度磨耗。
步驟四、實時判斷報警，根據直徑差值、圓度磨耗的大小判斷是否需要報警提示，當所有的參數均沒有超出設定值時，則認定為安全；當其中的一個或一個以上的參數超出設定值時，系統認定存在隱患進行報警。
本發明的有益效果在於：通過標準輪對標定參數，再進行列車車輪檢測，根據第一雷射位移傳感器30、第二雷射位移傳感器40獲取的車輪底部輪廓，確定車輪中心位置，結合第三雷射位移傳感器50獲取的車輪側邊輪廓，以及已知的第三雷射位移傳感器50與車輪中心位置的距離，與標定參數對比，綜合計算車輪直徑與圓度磨耗。整個測量過程無需對車輪進行額外定位，測量精度高，較大程度上避免車輪不圓度對檢測結果的影響。
以上所述實施例僅表達了本發明的一種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。