專利名稱：列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及列車輪對(duì)檢測(cè)，具體地說(shuō)是一種列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，可用于對(duì)列車的日常維護(hù)與檢修。
背景技術(shù)：
隨著火車幾次提速，對(duì)列車維護(hù)檢修自動(dòng)化要求越來(lái)越高，為了列車正常運(yùn)行，需要提高火車檢修水平。輪對(duì)的狀態(tài)是客貨列車安全運(yùn)行的關(guān)鍵所在，鐵道技術(shù)管理規(guī)程對(duì)輪對(duì)關(guān)鍵尺寸參數(shù)和列車底部關(guān)鍵零部件的探傷狀態(tài)都有明確規(guī)定，一旦超限，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，將會(huì)造成輪軸斷裂、車輪脫軌等惡性行車事故。
在輪對(duì)關(guān)鍵尺寸參數(shù)檢測(cè)方面，目前車輛檢修部門的檢測(cè)手段大多數(shù)是在列車停止作業(yè)時(shí)用專用檢查工具人工檢測(cè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，檢測(cè)效率低，易出漏檢，不能適應(yīng)鐵路高效運(yùn)營(yíng)的發(fā)展需要。國(guó)內(nèi)對(duì)于輪對(duì)尺寸自動(dòng)檢測(cè)的研究比較晚，各科研院所大都在理論與實(shí)驗(yàn)階段，最近兩年北京、廣州、上海、鄭州、江岸等單位陸續(xù)研制自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，所應(yīng)用的方法分別為光柵檢測(cè)技術(shù)、激光測(cè)距裝置、接觸式高精度測(cè)位移裝置、無(wú)接觸位移檢測(cè)裝置等，但采用以上方式應(yīng)用高精密設(shè)備，造價(jià)高，使用環(huán)境要求苛刻。
在列車輪對(duì)探傷檢測(cè)方面，目前車輛檢修部門列車部件探傷大多采用人工檢測(cè)、超聲波檢測(cè)等手段，容易受人眼分辨能力和易疲勞等主觀因素的影響，并且難以操作，精確度不高，易出漏檢，國(guó)內(nèi)，近年來(lái)，逐漸開(kāi)始研究輪對(duì)在線自動(dòng)探傷裝置，形成了利用渦流傳感器陣列和傳感器跟蹤方式測(cè)量車輪表面缺陷的構(gòu)思，但并沒(méi)有投入實(shí)際運(yùn)用，另外也有利用振動(dòng)加速度法動(dòng)態(tài)測(cè)量踏面擦傷的裝置，但效果并不理想。目前，尚未有一種檢測(cè)項(xiàng)目全面、廣泛適用的在線列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)上述方法存在問(wèn)題，打破傳統(tǒng)測(cè)量方法和工具，提供一種對(duì)行進(jìn)中的列車輪對(duì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)的系統(tǒng)及檢測(cè)的方法，以提高列車檢修的隨機(jī)性和檢修水平。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是利用光學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、測(cè)繪技術(shù)、激光技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制與檢測(cè)、自動(dòng)存儲(chǔ)并打印相關(guān)數(shù)據(jù)及進(jìn)行技術(shù)管理。整個(gè)系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置、現(xiàn)場(chǎng)控制裝置、遠(yuǎn)程傳輸通道和遠(yuǎn)程控制裝置，其中現(xiàn)場(chǎng)控制裝置，用于控制現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置執(zhí)行檢測(cè)任務(wù)，并與遠(yuǎn)程控制裝置保持通信；遠(yuǎn)程控制裝置，用于控制系統(tǒng)的開(kāi)啟、檢測(cè)進(jìn)程，圖像的采集、自動(dòng)存儲(chǔ)、顯示、打印、圖像分析和專家系統(tǒng)故障識(shí)別；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置，在現(xiàn)場(chǎng)控制裝置的控制下完成各項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)，并將輸出的檢測(cè)結(jié)果通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸通道傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制裝置。
上述列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述的現(xiàn)場(chǎng)控制裝置主要由可編程控制器PLC組成，該P(yáng)LC輸出的控制信號(hào)連接到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置，控制現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置的傳感器觸發(fā)動(dòng)作以及與遠(yuǎn)程控制裝置之間的通信。
上述列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述的遠(yuǎn)程控制裝置主要由高速圖像處理器、顯示器組成，該高速圖像處理器中固化有完成輪對(duì)尺寸動(dòng)態(tài)檢測(cè)、輔助動(dòng)態(tài)檢測(cè)和列車底部零部件探傷檢測(cè)模塊；該高速圖像處理器接收現(xiàn)場(chǎng)控制裝置發(fā)送的控制信號(hào)，并向現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的信號(hào)及狀態(tài)信號(hào)。
上述列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置包括輪對(duì)內(nèi)距動(dòng)態(tài)測(cè)量單元、輪對(duì)動(dòng)態(tài)尺寸檢測(cè)單元、輔助動(dòng)態(tài)檢測(cè)單元和底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)單元，該四個(gè)單元分別安裝在軌道側(cè)部。
上述列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述的輪對(duì)尺寸動(dòng)態(tài)檢測(cè)模塊包括圖像獲取單元，用于獲取輪對(duì)踏面光截曲線；光截圖像曲線擬合單元，用于對(duì)踏面光截曲線進(jìn)行光截曲線擬合，得到一條反映踏面輪廓的單像素光截曲線；畸變校正單元，用于完成光截曲線從像素到外形實(shí)際尺寸的坐標(biāo)變換；尺寸測(cè)量單元，用于測(cè)量踏面磨耗、輪輞厚度、輪緣高度、輪緣厚度、車輪直徑。
上述列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述的輔助動(dòng)態(tài)檢測(cè)模塊包括車輪計(jì)數(shù)單元，用于完成對(duì)車輪的記錄、顯示和保存；機(jī)車計(jì)數(shù)子單元，用于完成對(duì)機(jī)車數(shù)的記錄、顯示和保存。
上述列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述的列車底部零部件探傷檢測(cè)模塊包括圖像獲取單元，用于采集列車底部零部件的探傷圖像；圖像平滑單元，用于對(duì)采集的底部零部件探傷圖像進(jìn)行消噪和平滑處理；圖像增強(qiáng)單元，用于提高底部零部件探傷圖像的清晰度；
圖像分割單元，用于提取底部零部件探傷圖像邊緣；邊緣曲線擬合單元，用于對(duì)提取的邊緣曲線進(jìn)行擬合；特征提取單元，用于提取探傷圖像部位特征變量；判斷決策單元，用于對(duì)探傷圖像進(jìn)行判斷分類。
本發(fā)明利用上述系統(tǒng)對(duì)進(jìn)行列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)的方法，是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置與遠(yuǎn)程控制裝置中的高速圖像處理器軟件配合完成，即通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的輪對(duì)內(nèi)距測(cè)量單元，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)內(nèi)距的測(cè)量；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置的動(dòng)態(tài)尺寸檢測(cè)單元拍攝踏面輪廓光截圖像，并將該圖像傳輸給高速圖像處理器進(jìn)行圖像處理和檢測(cè)，得到輪對(duì)綜合尺寸參數(shù)；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置的列車底部零部件動(dòng)態(tài)探測(cè)檢測(cè)單元拍攝底部零部件探傷圖像，傳輸給高速圖像處理器進(jìn)行對(duì)該圖像進(jìn)行處理和檢測(cè)，判斷列車底部零部件探傷類型；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的輔助動(dòng)態(tài)檢測(cè)單元，對(duì)機(jī)車、輪對(duì)進(jìn)行計(jì)數(shù)；其中檢測(cè)列車輪對(duì)綜合尺寸參數(shù)和列車底部零部件動(dòng)態(tài)探傷的方法分別為1.利用本發(fā)明系統(tǒng)進(jìn)行列車輪對(duì)綜合尺寸參數(shù)檢測(cè)的方法，按如下過(guò)程進(jìn)行(1)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置的輪對(duì)尺寸測(cè)量單元，采用光截圖像法獲取輪對(duì)踏面光截曲線；(2)采用跟蹤蟲模板法對(duì)踏面光截曲線進(jìn)行光截曲線擬合，得到一條反映踏面輪廓的單像素光截曲線；(3)采用非線性模型代替線性模型，完成光截曲線從像素到外形實(shí)際尺寸的坐標(biāo)變換；(4)采用標(biāo)準(zhǔn)的踏面輪廓曲與光截曲線匹配，并按照鐵道部標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量踏面磨耗、輪輞厚度、輪緣高度、輪緣厚度、車輪直徑綜合尺寸參數(shù)。
2.利用本發(fā)明系統(tǒng)進(jìn)行列車底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)的方法，按如下過(guò)程進(jìn)行(1)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的列車底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)單元采集底部零部件的圖像；(2)采用由領(lǐng)域平均和中值濾波組成的復(fù)合濾波器對(duì)拍攝的列車底部零部件圖像進(jìn)行平滑處理；(3)采用區(qū)域模糊增強(qiáng)法對(duì)拍攝的底部零部件探傷圖像進(jìn)行增強(qiáng)，提高圖像清晰度；(4)采用基于巴布小波Bubble的多尺度邊緣提取法提取底部零部件探傷圖像的邊緣；
(5)采用基于邊界斜率探傷圖像形狀分析法對(duì)提取底部零部件探傷圖像的邊緣進(jìn)行邊緣曲線擬合；(6)采用邊界鏈碼計(jì)算的傅立葉系數(shù)作為底部零部件探傷圖像特征變量；(7)采用模糊識(shí)別的方法對(duì)底部零部件探傷圖像部位特征變量進(jìn)行判斷分類，確定探傷類型并測(cè)量探傷尺寸，發(fā)現(xiàn)超限，及時(shí)報(bào)警。
本發(fā)明由于采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置、現(xiàn)場(chǎng)控制裝置、遠(yuǎn)程控制裝置及檢測(cè)模塊相結(jié)合的非接觸式測(cè)量方案，因而具有檢測(cè)功能全面，不與機(jī)車車輛接觸，不占用機(jī)車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、自動(dòng)化程度高，測(cè)量精度高、可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守管理、實(shí)用性強(qiáng)、性價(jià)比高之優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框2為本發(fā)明現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置平面布置3為本發(fā)明后臺(tái)動(dòng)態(tài)輪對(duì)檢測(cè)模塊4為本發(fā)明檢測(cè)輪對(duì)綜合尺寸參數(shù)的過(guò)程5為本發(fā)明檢測(cè)列車底部零部件動(dòng)態(tài)探傷的過(guò)程2中標(biāo)記D1、D2機(jī)車接近傳感器，D3機(jī)車離去傳感器，D4內(nèi)距數(shù)據(jù)發(fā)送傳感器，GD1-GD2光電開(kāi)關(guān)，K1-K6車輪檢測(cè)器，CCD1-CCD6面陣攝像機(jī)，JG1-JG2激光傳感器，LD1-LD6激光線光源，ML1、ML2背景面光源，P1-P2擋光屏。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述參照?qǐng)D1，本發(fā)明主要由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置、現(xiàn)場(chǎng)控制裝置、遠(yuǎn)程傳輸通道和遠(yuǎn)程控制裝置四部分組成。其中，現(xiàn)場(chǎng)控制裝置主要由可編程控制器PLC組成，主要控制現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置的傳感器的觸發(fā)動(dòng)作以及與遠(yuǎn)程控制中心保持通信，即接收控制信號(hào)，發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)器件檢測(cè)信號(hào)及狀態(tài)信號(hào)；遠(yuǎn)程傳輸通道主要由視頻線、電源線、通信線和控制線組成，實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)和控制信號(hào)在現(xiàn)場(chǎng)控制中心和遠(yuǎn)程控制中心之間可靠傳輸。遠(yuǎn)程控制裝置主要由高速圖像處理器、顯示器和打印機(jī)組成，該高速圖像處理器中固化有完成輪對(duì)尺寸動(dòng)態(tài)檢測(cè)、輔助檢測(cè)和列車底部零部件探傷檢測(cè)的后臺(tái)動(dòng)態(tài)輪檢測(cè)模塊，主要負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的啟/?？刂?，檢測(cè)與否控制及檢測(cè)進(jìn)程控制以及圖像的采集、自動(dòng)存儲(chǔ)、顯示、打印、圖像分析和專家系統(tǒng)故障識(shí)別等操作；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置主要由輪對(duì)動(dòng)態(tài)尺寸檢測(cè)單元、輔助動(dòng)態(tài)檢測(cè)單元和底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)單元組成，主要負(fù)責(zé)完成輪對(duì)動(dòng)態(tài)踏面光截圖像、輪對(duì)內(nèi)距測(cè)量和底部零部件圖像的獲取、車輪檢測(cè)、機(jī)車計(jì)數(shù)功能。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置完成的各項(xiàng)檢測(cè)是在現(xiàn)場(chǎng)控制裝置的控制下進(jìn)行，檢測(cè)的結(jié)果通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸通道傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制裝置。
所述的后臺(tái)動(dòng)態(tài)輪檢測(cè)模塊包括輪對(duì)動(dòng)態(tài)尺寸檢測(cè)模塊、輔助動(dòng)態(tài)檢測(cè)模塊、列車底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)模塊。該輪對(duì)動(dòng)態(tài)尺寸檢測(cè)模塊，首先對(duì)獲得的踏面圖像進(jìn)行圖像處理、然后進(jìn)行尺寸檢測(cè)，自動(dòng)測(cè)量出輪緣厚度、輪緣高度、踏面磨耗、車輪直徑的尺寸，結(jié)果自動(dòng)保存數(shù)據(jù)庫(kù)中。該輔助動(dòng)態(tài)檢測(cè)模塊，一方面對(duì)機(jī)車計(jì)數(shù)、車輪計(jì)數(shù)的結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。該列車底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)模塊，對(duì)獲取的底部零部件，包括制動(dòng)梁及支柱園銷、下拉圓銷、固定支點(diǎn)圓銷、開(kāi)口園銷、輪對(duì)、下拉桿、閘瓦、閘瓦插銷、枕簧、軸承圖像通過(guò)圖像處理、特征提取、識(shí)別等步驟，自動(dòng)定量測(cè)量探傷尺寸、判別缺陷類型，發(fā)現(xiàn)尺寸超過(guò)鐵道部的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)報(bào)警，測(cè)量和判別結(jié)果自動(dòng)保存到缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)。
參照?qǐng)D2，本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如下(1)輪對(duì)動(dòng)態(tài)尺寸檢測(cè)單元該輪對(duì)動(dòng)態(tài)尺寸檢測(cè)單元由三組面陣攝像機(jī)、三組激光線光源、三組車輪檢測(cè)器組成，列車輪對(duì)尺寸檢測(cè)單元的三組面陣攝像機(jī)分別為第一組面陣CCD1、CCD2，第二組面陣CCD3、CCD4，第三組面陣CCD5、CCD6，這三組面陣分別位于軌道外側(cè)，與光入射面成一定夾角，并固定在支架上，并對(duì)應(yīng)在激光線光源LD1-LD6照射到相應(yīng)檢測(cè)輪對(duì)的踏面上。車輪檢測(cè)器k1-k3安裝在鐵軌的一側(cè)，車輪檢測(cè)器k4-k6安裝在鐵軌的另一側(cè)，該k1-k6與現(xiàn)場(chǎng)可編程控制器PLC相連，PLC控制k1-k6的觸發(fā)，使遠(yuǎn)程控制裝置中的高速圖像處理器觸發(fā)，由三組面陣攝像機(jī)采集的輪對(duì)踏面光截圖像，被保存在高速圖像處理器中，由高速圖像處理器中固化的后臺(tái)輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)模塊對(duì)獲取的輪對(duì)踏面光截圖像進(jìn)行處理并測(cè)量，得出測(cè)量輪緣厚度、輪緣高度、踏面磨耗、車輪直徑的尺寸。
(2)輪對(duì)內(nèi)距測(cè)量單元該輪對(duì)內(nèi)距測(cè)量單元由一組激光位移傳感器、一組光電開(kāi)關(guān)、一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送器組成。一組激光位移傳感器JG1-JG2分別位于軌道內(nèi)側(cè)，一組光電開(kāi)關(guān)GD1、GD2分別位于軌道外側(cè)，數(shù)據(jù)發(fā)送器D4位于鐵軌內(nèi)側(cè)，現(xiàn)場(chǎng)可編程控制器PLC控制光電開(kāi)關(guān)與激光位移傳感器，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)GD1、GD2檢測(cè)到列車通過(guò)時(shí)，激光位移傳感器JG1-JG2開(kāi)始工作，測(cè)量輪對(duì)內(nèi)距，該內(nèi)距數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)送器D4傳送到遠(yuǎn)程控制裝置中的高速圖像處理器進(jìn)行保存。
(3)輔助檢測(cè)單元該輔助檢測(cè)單元由機(jī)車接近傳感器D1、D2，機(jī)車離去傳感器D3、車輪檢測(cè)器K1-K6組成。該D1、D2、D3分別安裝在檢測(cè)區(qū)域的前部和后部，實(shí)現(xiàn)機(jī)車計(jì)數(shù)；通過(guò)車輪檢測(cè)器k1-k6觸發(fā)脈沖個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)計(jì)數(shù)。
(4)列車底部關(guān)鍵零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)單元該列車底部關(guān)鍵零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)單元的組成與輪對(duì)動(dòng)態(tài)尺寸檢測(cè)單元相同。三組面陣攝像機(jī)采集的底部關(guān)鍵零部件的制動(dòng)梁及支柱園銷、下拉圓銷、固定支點(diǎn)圓銷、開(kāi)口園銷、輪對(duì)、下拉桿、閘瓦、閘瓦插銷、枕簧、軸承等動(dòng)態(tài)探傷圖像，并將這些圖像保存在高速圖像處理器中，由高速圖像處理器對(duì)這些圖像進(jìn)行處理并測(cè)量，自動(dòng)判別缺陷類型。
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置設(shè)置的擋光屏P1-P2和背景光源ML1-ML2，主要是為了消除環(huán)境光的干擾，減少圖像背景光照不均勻程度。
參考圖3，本發(fā)明固化在高速圖像處理器中的后臺(tái)輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)模塊按照檢測(cè)功能劃分為輪對(duì)尺寸動(dòng)態(tài)檢測(cè)模塊、輔助動(dòng)態(tài)檢測(cè)模塊和列車底部零部件探傷檢測(cè)模塊。其中尺寸動(dòng)態(tài)檢測(cè)模塊由圖像獲取單元、光截圖像曲線擬合單元、畸變校正單元、尺寸測(cè)量單元組成。該圖像獲取單元，用于獲取輪對(duì)踏面光截曲線；該光截圖像曲線擬合單元，用于對(duì)踏面光截曲線進(jìn)行曲線擬合，得到一條反映踏面輪廓的單像素光截曲線；該畸變校正單元，用于完成光截曲線從像素到外形實(shí)際尺寸的坐標(biāo)變換；該尺寸測(cè)量單元，用于測(cè)量踏面磨耗、輪輞厚度、輪緣高度、輪緣厚度和車輪直徑。
輔助動(dòng)態(tài)檢測(cè)模塊由車輪計(jì)數(shù)單元和機(jī)車計(jì)數(shù)單元組成。該車輪計(jì)數(shù)單元和機(jī)車計(jì)數(shù)單元主要完成車輪和機(jī)車數(shù)目的記錄、顯示和保存。
列車底部零部件探傷檢測(cè)模塊由圖像獲取單元、圖像平滑單元、圖像增強(qiáng)單元、圖像分割單元、邊緣曲線擬合單元、特征提取單元、判斷決策單元組成。該圖像獲取單元，用于采集列車底部零部件的探傷圖像；該圖像平滑單元，用于對(duì)采集的底部零部件探傷圖像進(jìn)行消噪和平滑處理；該圖像增強(qiáng)單元，用于提高底部零部件探傷圖像的清晰度；該圖像分割單元，用于提取底部零部件探傷圖像邊緣；該邊緣曲線擬合單元，用于對(duì)提取的邊緣曲線進(jìn)行擬合；該特征提取單元，用于提取探傷圖像部位特征變量；該判斷決策單元，用于對(duì)探傷圖像進(jìn)行判斷分類。
本發(fā)明的檢測(cè)內(nèi)容主要是對(duì)輪對(duì)內(nèi)距動(dòng)態(tài)測(cè)量、輪對(duì)綜合尺寸動(dòng)態(tài)測(cè)量、列車底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)、輔助動(dòng)態(tài)檢測(cè)。其中輪對(duì)內(nèi)距動(dòng)態(tài)測(cè)量是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置的輪對(duì)內(nèi)距測(cè)量單元，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)內(nèi)距的測(cè)量。輪對(duì)綜合尺寸參數(shù)檢測(cè)的過(guò)程如圖4所示，列車底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)的過(guò)程如圖5所示。
參照?qǐng)D4，本發(fā)明輪對(duì)綜合尺寸參數(shù)的檢測(cè)過(guò)程分為圖像獲取、光截圖像曲線擬合、畸變校正、尺寸測(cè)量四個(gè)步驟，其中圖像獲取，是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置的輪對(duì)尺寸測(cè)量單元，采用光截圖像法獲取輪對(duì)踏面光截曲線。該光截圖像法的原理為激光線光源沿輪對(duì)踏面法線方向照射在車輪表面，形成從輪緣到踏面的光截曲線-反映車輪外形尺寸的截面，軌道外側(cè)與光入射面成一定夾角的高速面陣攝像機(jī)拍攝在車輪上形成的光截曲線。
光截圖像曲線擬合，是采用跟蹤蟲模板法對(duì)踏面光截曲線進(jìn)行擬合，得到一條反映踏面輪廓的單像素光截曲線。該跟蹤蟲模板方法為定義一個(gè)矩形平均窗口，通常整個(gè)窗口具有相同的權(quán)值，最近2個(gè)或幾個(gè)邊界點(diǎn)定義了當(dāng)前的邊界方向，跟蹤蟲背部以當(dāng)前邊界為中心，以當(dāng)前邊界方向?yàn)檩S，隨后跟蹤蟲向任何一邊轉(zhuǎn)1個(gè)角度，在跟蹤蟲位于最高平均梯度位置時(shí)，可以從其前部選擇1個(gè)點(diǎn)作為下一個(gè)邊界點(diǎn)，經(jīng)過(guò)跟蹤蟲模板處理后，光截曲線圖像可轉(zhuǎn)換為單像素二值圖像。
畸變校正，是采用非線性模型代替線性模型，完成光截曲線從像素到外形實(shí)際尺寸的坐標(biāo)變換。
尺寸測(cè)量，是采用標(biāo)準(zhǔn)踏面輪廓曲線和光截圖像匹配，按照鐵道部的《中華人民共和國(guó)鐵道部鐵路列車輪對(duì)和滾動(dòng)軸承組裝及檢修規(guī)則》測(cè)量踏面磨耗、輪輞厚度、輪緣高度、輪緣厚度、車輪直徑。
參考圖5，本發(fā)明底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)的過(guò)程分為圖像獲取、圖像平滑、圖像增強(qiáng)、圖像分割、邊緣曲線擬合、特征提取、判斷決策七個(gè)步驟，其中圖像獲取，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的列車底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)單元采集底部零部件的圖像，包括制動(dòng)梁及、支柱園銷、下拉園銷、固定支點(diǎn)園銷、開(kāi)口銷、下拉桿、閘瓦、閘瓦插銷、枕簧、軸承、軸端螺栓、標(biāo)志板以及滾動(dòng)軸承端蓋、交叉桿、車鉤鉤尾扁銷及螺栓軸母、車鉤鉤尾框托板及其螺栓螺母、踏面的圖像；圖像平滑，采用由領(lǐng)域平均和中值濾波組成的復(fù)合濾波器對(duì)采集的零部件圖像進(jìn)行消噪和平滑處理，即先做鄰域平均處理，濾除粗大噪音，如散粒類噪聲，然后用中值濾波做平滑處理，有效的保護(hù)圖像邊緣的細(xì)節(jié)。
圖像增強(qiáng)，采用區(qū)域模糊增強(qiáng)法，提高圖像的清晰度。該區(qū)域模糊增強(qiáng)法原理為根據(jù)列車輪對(duì)圖像的模糊特征，將圖像中像素的灰度等級(jí)作為模糊特征，采用模糊增強(qiáng)法實(shí)現(xiàn)圖像的模糊增強(qiáng)，并且采用灰度線性變化對(duì)灰度閾值進(jìn)行合理選擇，可以提高圖像的清晰度。
圖像分割，采用基于巴布小波Bubble的多尺度法提取探傷圖像邊緣，該方法是利用巴布小波Bubble函數(shù)構(gòu)造的小波基，提取探傷圖像邊緣，提取邊緣效果較好。
邊緣曲線擬合，采用基于邊界斜率探傷圖像形狀分析法，對(duì)提取的邊緣曲線進(jìn)行擬合。該基于邊界斜率探傷圖像形狀分析法的原理是利用探傷圖像邊界曲線法向矢量的變化規(guī)律，通過(guò)特征映射，將形狀曲線的擬合轉(zhuǎn)化為邊界曲線特征斜率的直線擬合；特征提取，采用邊界鏈碼計(jì)算傅立葉系數(shù)，由傅立葉系數(shù)提取形狀特征變量，為判斷決策提供有效的特征。
判斷決策，采用模糊識(shí)別的方法確定探傷類型。該方法的原理是首先利用模糊理論建立形狀特征變量的隸屬度函數(shù)，然后利用提取的形狀特征變量匹配分類，確定探傷類型。
權(quán)利要求
1.一種列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，包括現(xiàn)場(chǎng)控制裝置，用于控制現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置執(zhí)行檢測(cè)任務(wù)，并與遠(yuǎn)程控制裝置保持通信；遠(yuǎn)程控制裝置，用于控制系統(tǒng)的開(kāi)啟、檢測(cè)進(jìn)程，圖像采集、自動(dòng)存儲(chǔ)、顯示、打印、圖像分析和專家系統(tǒng)故障識(shí)別；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置，在現(xiàn)場(chǎng)控制裝置的控制下完成各項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)，并將輸出的檢測(cè)結(jié)果通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸通道傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于現(xiàn)場(chǎng)控制裝置主要由可編程控制器PLC組成，該P(yáng)LC輸出的控制信號(hào)連接到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置，控制現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置的傳感器觸發(fā)動(dòng)作以及與遠(yuǎn)程控制裝置之間的通信。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置包括輪對(duì)內(nèi)距動(dòng)態(tài)測(cè)量單元、輪對(duì)動(dòng)態(tài)尺寸檢測(cè)單元、輔助動(dòng)態(tài)檢測(cè)單元和底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)單元，該四個(gè)單元分別安裝在列車軌道的側(cè)面。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于遠(yuǎn)程控制裝置主要由高速圖像處理器、顯示器組成，該高速圖像處理器中固化有完成輪對(duì)尺寸動(dòng)態(tài)測(cè)量、輔助檢測(cè)和列車底部零部件探傷檢測(cè)模塊；該高速圖像處理器接收現(xiàn)場(chǎng)控制裝置發(fā)送的控制信號(hào)，并向現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的信號(hào)及狀態(tài)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于尺寸動(dòng)態(tài)檢測(cè)模塊包括圖像獲取單元，用于獲取輪對(duì)踏面光截曲線；光截圖像曲線擬合單元，用于對(duì)踏面光截曲線進(jìn)行光截曲線擬合，得到一條反映踏面輪廓的單像素光截曲線；畸變校正單元，用于完成光截曲線從像素到外形實(shí)際尺寸的坐標(biāo)變換；尺寸測(cè)量單元，用于測(cè)量踏面磨耗、輪輞厚度、輪緣高度、輪緣厚度、車輪直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于輔助動(dòng)態(tài)檢測(cè)模塊包括車輪計(jì)數(shù)單元，用于完成對(duì)車輪的記錄、顯示和保存；機(jī)車計(jì)數(shù)單元，用于完成對(duì)機(jī)車數(shù)的記錄、顯示和保存。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于列車底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)模塊包括圖像獲取單元，用于采集列車底部零部件的探傷圖像；圖像平滑單元，用于對(duì)采集的底部零部件探傷圖像進(jìn)行消噪和平滑處理；圖像增強(qiáng)單元，用于提高底部零部件探傷圖像的清晰度；圖像分割單元，用于提取底部零部件探傷圖像邊緣；邊緣曲線擬合單元，用于對(duì)提取的邊緣曲線進(jìn)行擬合；特征提取單元，用于提取探傷圖像部位特征變量；判斷決策單元，用于對(duì)探傷圖像進(jìn)行判斷分類。
8.一種利用權(quán)利要求1的系統(tǒng)進(jìn)行列車輪對(duì)綜合尺寸參數(shù)檢測(cè)的方法，按如下過(guò)程進(jìn)行(1)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置的輪對(duì)尺寸測(cè)量單元，采用光截圖像法獲取輪對(duì)踏面光截曲線；(2)采用跟蹤蟲模板法對(duì)踏面光截曲線進(jìn)行光截曲線擬合，得到一條反映踏面輪廓的單像素光截曲線；(3)采用非線性模型代替線性模型，完成光截曲線從像素到外形實(shí)際尺寸的坐標(biāo)變換；(4)采用標(biāo)準(zhǔn)的踏面輪廓曲線與光截曲線匹配，并按照鐵道部標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量踏面磨耗、輪輞厚度、輪緣高度、輪緣厚度、車輪直徑綜合尺寸參數(shù)。
9.一種利用權(quán)利要求1的系統(tǒng)進(jìn)行列車底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)的方法，按如下過(guò)程進(jìn)行(1)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的列車底部零部件動(dòng)態(tài)探傷檢測(cè)單元采集底部零部件的圖像；(2)采用由領(lǐng)域平均和中值濾波組成的復(fù)合濾波器對(duì)拍攝的列車底部零部件探傷圖像進(jìn)行平滑處理；(3)采用區(qū)域模糊增強(qiáng)法對(duì)拍攝的底部零部件探傷圖像進(jìn)行增強(qiáng)，提高圖像清晰度；(4)采用基于巴布小波Bubble的多尺度邊緣提取法提取底部零部件探傷圖像的邊緣；(5)采用基于邊界斜率探傷圖像形狀分析法對(duì)提取底部零部件探傷圖像探傷部位進(jìn)行邊緣曲線擬合；(6)采用邊界鏈碼計(jì)算傅立葉系數(shù)，由傅立葉系數(shù)提取形狀特征變量，作為底部零部件探傷圖像特征變量；(7)采用模糊識(shí)別的方法對(duì)底部零部件探傷圖像部位特征變量進(jìn)行判斷分類，確定探傷類型并測(cè)量探傷尺寸，發(fā)現(xiàn)超限，及時(shí)報(bào)警。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，主要解決列車的安全行駛問(wèn)題。整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)控制裝置、遠(yuǎn)程控制裝置、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置，該現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置在現(xiàn)場(chǎng)控制裝置的控制下完成各項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)，并將輸出的檢測(cè)結(jié)果通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸通道傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制裝置進(jìn)行處理和參數(shù)測(cè)量；遠(yuǎn)程控制裝置固化有后臺(tái)輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)軟件，控制系統(tǒng)的開(kāi)啟、檢測(cè)進(jìn)程，圖像采集、輪對(duì)尺寸自動(dòng)測(cè)量和專家系統(tǒng)故障識(shí)別、自動(dòng)存儲(chǔ)、顯示、打?。滑F(xiàn)場(chǎng)控制裝置控制現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置執(zhí)行檢測(cè)任務(wù)，并與遠(yuǎn)程控制裝置保持通信。本發(fā)明具有檢測(cè)功能全面，不與機(jī)車車輛接觸，自動(dòng)化程度和測(cè)量精度高、可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守管理、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B61K9/00GK1843822SQ20061004277
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月30日
發(fā)明者王侃偉, 方宗德 申請(qǐng)人:西安英卓電子科技有限公司