高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統的製作方法

2023-04-25 02:49:26

本發明涉及一種在線狀態檢測系統，具體涉及一種高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統。

背景技術：

運行中的高速鐵路客運列車輪對處於滾動運動狀態，難於採集車輪表面圖像和進行基於圖像的在線檢測監測，現有技術上無法對其進行基於圖像的車輪輪動態檢測，以發現非正常狀態車輪，以此提高高速鐵路列車運行的可靠性。

技術實現要素：

為解決現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統。

為了實現上述目標，本發明採用如下的技術方案：

高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統，其特徵在於，包括：信息處理控制主機、若干圖像採集裝置與圖像採集照明裝置、位置檢測器、速度檢測器對、連接電纜和顏色噴塗裝置，信息處理控制主機通過連接電纜連接圖像採集裝置與圖像採集照明裝置、位置檢測器、速度檢測器對、顏色噴塗裝置。

前述的高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統，其特徵在於，兩條軌道上均安裝有若干圖像採集裝置與圖像採集照明裝置。

前述的高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統，其特徵在於，圖像採集裝置與圖像採集照明裝置中，每臺圖像採集照明裝置均有自己專用的圖像採集照明裝置，圖像採集裝置用於採集運行中車輪表面的圖像信息，發送給控制主機；圖像採集照明裝置用於為圖像採集裝置工作提供照明的外部環境條件。

前述的高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統，其特徵在於，每條軌道上的所有圖像採集裝置所獲取圖像能夠有裕量地覆蓋車輪的全表面。

前述的高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統，其特徵在於，一條軌道上的各個圖像採集裝置之間的間距與車輪直徑成比例關係。

前述的高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統，其特徵在於，沿列車行進方向，在車輪經過圖像裝置之前，設有對應位置檢測器，至少有一條軌道上設有速度檢測器對，車輪最後經過顏色噴塗裝置。

前述的高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統，其特徵在於，圖像採集裝置與圖像採集照明裝置、位置檢測器和速度檢測器對均安裝在無砟軌道路基上。

前述的高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統，其特徵在於，軌道為與高速鐵路客運列車運行相關的無砟軌道的軌道，車輪為與高速鐵路客運列車運行相關的車輪，路基為與高速鐵路客運列車運行相關的無砟軌道路基。

前述的高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統，其特徵在於，顏色噴塗裝置是可控的能夠噴塗至少兩種顏色塗料的機械。

前述的高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統，其特徵在於，信息處理控制主機選用CV-X290型含有多核DSP工業計算機；選用攝像頭與圖像採集照明裝置合為一體的CA-HX500C型彩色工業圖像採集裝置；位置檢測器採用Q45UBB63BC漫反射型超音波傳感器模塊；每條軌道配5臺圖像採集裝置，按照高速鐵路客運列車輪徑3.2倍長度設計有效工作範圍，採集裝置之間的間距設計為車輪直徑的0.64倍；車輪沿著前進方向轉一周，將按其經過位置的先後次序，順序地被左右共十臺圖像採集裝置採集。

本發明的有益之處在於：本發明的高速鐵路客運列車輪對在線狀態檢測系統在列車正常運行過程中，根據高速列車在進站和出站時啟動和制動階段的速度特點，利用圖像技術對車輪輪對進行動態檢測，並對發現的非正常狀態車輪噴塗標示。本發明在高速鐵路列車正常運行中，對所有輪對外部施行損傷檢測監測，提高了探傷的自動化程度和效率，提高了高速鐵路列車運行的可靠性。

附圖說明

圖1是本發明車輪在線檢測系統示意圖。；

圖2是本發明第一位置檢測裝置與第一位置圖像採集裝置示意圖；

圖3是本發明車輪在線檢測系統另一角度示意圖。

圖中附圖標記的含義：

1、信息處理控制主機，2、位置檢測器，3、圖像採集照明裝置，4、顏色噴塗裝置，5、一根連接電纜，6、軌道，7、車輪，8、輪軸，9、另一根連接電纜，10、圖像採集有效範圍， 14、路基，19、速度檢測器對中的一個速度檢測器，20、速度檢測器對中的另一個速度檢測器，21、第二位置傳感器，22、第一位置圖像採集裝置，23、第二號採集裝置，24、最後一個圖像採樣裝置， 26、最後一個位置檢測器。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。

參照圖1所示，本發明將列車輪對基於圖像的在線狀態檢測系統設置在高鐵站內區間，沿列車運動的軌道6定點設置圖像採集裝置，通過分段採集車輪圖像幀的方式使圖像完全覆蓋輪軌表面狀態，再對這些圖像加以識別處理後，判斷車輪7的當前狀態，啟動噴塗裝置對非正常狀態的車輪7噴塗不同顏色作為標記，為進一步的重點檢修和維護提供參考。

本發明由信息處理控制主機1、圖像採集裝置與圖像採集照明裝置、位置檢測器1、速度檢測器對、連接電纜和顏色噴塗裝置4等主要部分組成。如圖1所示，兩條軌道上的左、右車輪被分別檢測，裝置的安裝位置對稱且所用的器件是對應相同的，即LME1 、LME2、LME3、LME4、LME5、LME6、RME0、RME1、RME2、RME3、RME4、RME5、RME6是完全相同的器件。LRC1、LRC2、LRC3、LRC4、LRC5、RRC1、RRC2、RRC3、RRC4、RRC5是完全相同的器件。

信息處理控制主機1用來處理圖像信息、位置檢測器信息和速度檢測器對信息，實現信息通訊等功能，管理整個系統。

附圖中，諸如LRC6等標有RC字符記號的裝置，皆為圖像採集裝置與圖像採集照明裝置。圖像採集裝置用來採集運行中車輪表面的圖像信息，發送給控制主機。圖像採集照明裝置3用來為圖像採集裝置工作提供照明的外部環境條件。每臺圖像採集照明裝置均有自己專用的圖像採集照明裝置。

圖像採集有效範圍10是通過設計圖像採集裝置的安裝位置使得單次採集圖像所覆蓋的車輪區域，它使得五個圖像採集裝置所取圖像能夠有裕量地覆蓋車輪的全表面。

位置檢測器，用來檢測車輪的通過，啟動對應圖像採集裝置動作。諸如LME6等含有ME字符記號的皆為位置檢測器。位置檢測器採用超音波傳感器，利用傳感器對經過鐵軌的車輪的垂直反射作用，檢測車輪的通過。在安裝高度上它應對於應車輪與軌道相接觸的位置的探測。

速度檢測器對由RME0和RME1構成。速度檢測器與位置檢測器檢測原理與方法完全相同，但速度檢測的功能是提供相鄰的兩次有效探測，通過計算兩次有效探測的時間間隔計算出列車的行進速度。其中RME1既用來檢測位置也用來檢測速度，具有雙重功能。

圖像採集裝置與圖像採集照明裝置、位置檢測器和速度檢測器對均安裝在無砟軌道路基14上。

一根連接電纜5、另一根連接電纜9是用來連接圖像採集裝置與採集照明裝置、位置檢測器、速度檢測器對和信息處理控制主機1等彼此之間的電纜線。

軌道、車輪、輪軸8和路基14分別為與高速鐵路客運列車運行相關的無砟軌道的軌道、車輪、車輪的輪軸8和無砟軌道路基14。

顏色噴塗裝置4是可控的能夠分別噴塗紅、黃顏色塗料的機械。圖1、圖2所示為其示意安裝位置。

本發明的工作原理是：系統設備的分布如圖1、圖2和圖3所示。每條軌道由5臺圖像採集裝置與圖像採集照明裝置組成。沿列車行進方向，在車輪經過圖像裝置之前，設有對應位置檢測器。位置檢測器用來檢測車輪的通過，啟動對應圖像採集裝置動作。右側軌道設有速度檢測器對。車輪最後經過噴塗機械裝置。所有這些設備彼此之間及其與信息處理控制主機1之間通過電纜連接。

系統可以設置在停車位置車尾最後一組輪對之後，稱為進站監測方式；也可以設置在停車位置車頭最前一組輪對之前，稱為出站檢測方式；也可以採用進、出站組合起來檢測等方式；如圖1和圖3所示，系統沿列車運行前進方向順序布置。本發明同時檢測兩條軌道上的輪對，每條軌道配5臺圖像採集裝置，按照高速鐵路客運列車輪輪徑的長度設計裝置有效工作範圍，圖像採集裝置之間的間距與車輪直徑成一定的比例關係。車輪沿著行進方向轉一周，將按其經過位置的先後次序，按照圖1所示自下而上或按照圖3所示從左往右，順序地被5臺圖像採集裝置採集，但在同一位置採集左、右車輪圖像同時進行。

當沒有列車通過時，速度檢測器對處於工作狀態，位置檢測器和圖像採集與圖像採集照明裝置處於待機狀態。當速度較快的非停站列車通過時，系統測速後將判斷為非目標列車放行不檢測。

進站、出站時的列車速度較低，當被檢測輪對進入工作區後，來到的列車首先被速度檢測器對（速度檢測器對中的一個速度檢測器19、速度檢測器對中的另一個速度檢測器20）檢測到，系統開始進入檢測工作狀態。如圖3所示，車輪到達第一位置檢測器時，第一位置圖像採集裝置被啟動開始連續採集圖像並將圖像信息傳遞至控制主機；當車輪到達第二位置傳感器21時，第二位置檢測器21發出到達信號，第二號採集裝置23開始圖像採集，同時前面第一位置圖像採集裝置22完成本次工作轉為待機狀態；類似地，當後面的位置檢測器檢測到信號後，其對應的圖像採集裝置開始圖像採集，同時其前面圖像採集裝置轉為待機狀態，以此類推。當車輪行進到最後一個位置檢測器位置26時，最後一個圖像採樣裝置24進入待機狀態，一組輪對的圖像採集過程至此結束。幾個圖像採集裝置順序作業，將一周的車輪表面分段攝取圖像幀，全部圖像覆蓋全輪表面。因此主機可依據採集出來的圖像對車輪表面的狀態進行完整全面的識別處理。為了改善採集環境，每個圖像採集裝置配置採集照明燈一臺。圖像經主機智能識別處理後，給出車輪狀態的判斷。判斷分為「正常」、「有故障」、「需立即處理」三類。當判斷結果為正常類狀態時，輪對噴塗裝置不動作不對車輪做任何標示；當判斷結果為非正常類狀態時，系統將啟動輪對噴塗裝置，在該車輪上噴塗表徵非正常狀態類型的顏色塗料。對於「有故障」和「需立即處理」的兩類結果，車輪分別被對應噴塗「有故障」黃色和「需立即處理」紅色塗料，作為被進一步重點檢查和識別處理的標記。

本發明的實現方案之一是：系統建設選用出站檢測方式。信息處理控制主機1選用CV-X290型含有多核DSP工業計算機；選用攝像頭與圖像採集照明裝置合為一體的CA-HX500C型彩色工業圖像採集裝置；位置檢測器採用Q45UBB63BC漫反射型超音波傳感器模塊。每條軌道配5臺圖像採集裝置，按照高速鐵路客運列車輪徑3.2倍長度設計有效工作範圍，採集裝置之間的間距設計為車輪直徑的0.64倍。車輪沿著前進方向轉一周，將按其經過位置的先後次序，順序地被左右共十臺圖像採集裝置採集。系統主要設備為1臺CA-HX500C主機、10套CA-HX500C圖像採集裝置、13套Q45UBB63BC超聲波傳感器模塊、2臺機械噴塗裝置和接線電纜等。

當速度傳感器檢測到有列車通過時，系統首先對列車速度加以判斷，如果列車速度大於10千米/小時，判斷為不停站僅過站的列車，不進行檢測；如果列車速度小於10千米/小時，則系統開始檢測工作，對每個車輪進行圖像採集和分析。當檢測結果為「需立即處理」時，啟動噴塗裝置，在車輪上噴射紅色塗料；當檢測結果為「有故障」時，在車輪上噴射黃色塗料；當檢測結果為「正常」時，不做任何處理。靜止的列車屬檢測對象之外。

本發明在高速鐵路列車正常運行中，依次對列車內的所有輪對實施檢測分析，提高了輪對探傷工作的工作效率、提高了高鐵運營維護的自動化程度和可靠性，減輕了輪對維護工人的勞動強度。本系統若以無線或有線網絡傳輸方式將信息發送至列車控制中心，將大幅提高控制中心對每列列車輪對狀態的全面掌控的能力。本發明也適用於除高速鐵路客運列車之外的軌道交通車輛。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和優點。本行業的技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本發明，凡採用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍內。