專利名稱：車輪踏面缺陷非接觸式動態(tài)檢測裝置及其檢測方法
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裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國鐵路事業(yè)的發(fā)展，列車行駛速度不斷提高，車輛運行的安全問題越來越受到人們的重視，同時對列車維護檢修自動化要求也越來越高，為了列車正常安全的運行， 需要提高列車的檢修效率和質(zhì)量。在鐵路運用中，走形部分尤其是輪對運行狀態(tài)對列車安全具有重要作用。輪對的踏面缺陷會給列車在運行中帶來額外的沖擊振動，影響列車與軌道設(shè)施的安全與使用壽命。車輛輪對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，踏面與閘瓦強烈摩擦產(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。在線動態(tài)檢測是指列車在鋼軌上正常運行時進行的實時在線測量。在線檢測由于具有測量自動化程度高、不占用機車車輛周轉(zhuǎn)時間和便于存儲車輪信息資料等特點，日益受到國內(nèi)外重視。目前我國輪對踏面缺陷檢測大多數(shù)還停留在段修狀態(tài)下由技術(shù)人員采用機械式卡尺或者測量尺來測量。采用這些機械器具測量不但工作煩瑣，勞動強度大，受周圍環(huán)境的影響大，還不能消除人為的測量誤差，從而測量精度低，測量效率不高。隨著我國列車不斷提速以及重載列車的增加，輪對的磨耗也日益加快，這樣對輪對踏面的檢測和維修就提出了更高的要求。如何在不停車的情況下檢測車輪踏面缺陷情況，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、存在人為測量誤差、測量效率低，提供一種人為誤差小、測量效率高、不需停車就可以檢測的車輪踏面缺陷非接觸式動態(tài)檢測裝置及其檢測方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是以下述方式實現(xiàn)的一種車輪踏面缺陷非接觸式動態(tài)檢測裝置，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。相鄰兩個位移傳感器的距離是車輪周長的1/4，每個位移傳感器的一側(cè)設(shè)有一個攝像單元。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。如上所述檢測裝置的檢測方法，是按照下述步驟進行的A、定位傳感器1測量列車的行駛速度V，當(dāng)行駛速度V小于設(shè)置值Vtl時，定位傳感器給終端處理單元一個信號，終端處理單元啟動位移傳感器；
B、位移傳感器檢測車輪對踏面的散射光信號，當(dāng)散射光信號超過設(shè)定閾值時，終端處理單元接收位移傳感器的信號、啟動攝像單元；
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，判斷踏面缺陷的類型和缺陷大小。所述檢測方法還包括下述步驟終端處理單元將計算的缺陷大小與設(shè)定缺陷值相比，當(dāng)計算的缺陷大于設(shè)定缺陷值的時候，終端處理單元給定位報警裝置一個信號，定位報警裝置記錄有缺陷的車輪，并發(fā)出報警信號。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下述突出優(yōu)點
1.采用非接觸動態(tài)測量的方法本發(fā)明所述的裝置和運行中的車輪沒有直接接觸，避免了測量裝置和列車車輪的磨損，該裝置可以實現(xiàn)長時間列車車輪踏面缺陷的在線動態(tài)檢測。2.實現(xiàn)踏面圓周的全面檢測本發(fā)明利用位移傳感器判斷踏面圓周上缺陷的位置，啟動對應(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量精度，檢測過程中不需要手動，減少了人為誤差。5.位移傳感器檢測列車輪對踏面的散射光信號，當(dāng)散射光信號超過設(shè)定閾值時， 終端處理單元接收定位傳感器的信號、啟動攝像單元；減少了踏面缺陷圖像的拍攝和處理的工作量，可大大提高動態(tài)檢測的響應(yīng)速度。6.根據(jù)激光位移傳感器采集信號，可以檢測輪對踏面磨耗、輪對圓周度及輪對直徑等參數(shù)。另外，若在終端處理輸出端上連接定位報警裝置，當(dāng)終端處理器顯示的缺陷值大于設(shè)定值的時候，定位報警裝置記錄該值，并記錄顯示是哪個特定的車輪存在故障，有利于技術(shù)人員在列車靜止后對車輪進行有針對性的復(fù)檢。終端處理單元自動記錄每個車輪運行情況，能夠為車輪、機車及線路的運行情況分析提供參考。


圖1為車輪踏面缺陷非接觸式動態(tài)檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為實施例1中車輪踏面缺陷非接觸式動態(tài)檢測裝置的原理圖。
圖3為實施例2中車輪踏面缺陷非接觸式動態(tài)檢測裝置的原理圖。
圖4為車輪踏面缺陷在線測量的原理圖。
圖5為輪對踏面缺陷在線檢測裝置現(xiàn)場安裝示意圖。
圖6為輪對踏面缺陷在線檢測圖像采集示意圖。
圖7為位移傳感器缺陷檢測示意圖。
圖8為位移傳感器工作原理示意圖。
圖9為輪對踏面缺陷示意圖。
具體實施例方式實施例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。列車行走的時候鋼軌都是成對設(shè)置的，所述鋼軌一側(cè)設(shè)置定位傳感器1是指成對設(shè)置的鋼軌中，其中一條鋼軌的一個側(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是兩個電渦流傳感器或兩個光電開關(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，本實施例中相鄰兩個位移傳感器2 的距離是車輪周長的1/4，每個位移傳感器2 —側(cè)設(shè)有一個攝像單元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)車輪駛過的時候，每個位移傳感器2 檢測車輪19的1/4圓周，同時，每個攝像頭記錄車輪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，可以將兩個位移傳感器6之間的距離設(shè)為車輪周長的1/3或1/2或者等于整個周長的距離，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)探測輪對踏面散射光信號判斷與輪對踏面之間的距離。正常情況下，激光位移傳感器與輪對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候，激光位移傳感器與輪對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檢測到。得到輪對19踏面和激光位移傳感器2之間的距離，、時刻對應(yīng)測量值為Ltl，、時刻對應(yīng)測量值為L1，踏面沒有缺陷時相鄰時刻、和、對應(yīng)測量值 L0和L1的差小于設(shè)定閾值Δ Lth,當(dāng)激光位移傳感器2相鄰時刻、和t2對應(yīng)測量值L1和L2 的差A(yù)L大于設(shè)定閾值A(chǔ)Lth時，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踏面沒有缺陷的測量值相比較，通過激光位移傳感器2 —系列測量值中差值最大的可計算得到對應(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態(tài)檢測裝置，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態(tài)檢測裝置，其特征在于相鄰兩個位移傳感器(2)的距離是車輪周長的1/4，每個位移傳感器(2)的一側(cè)設(shè)有一個攝像(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態(tài)檢測裝置，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態(tài)檢測裝置，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態(tài)檢測裝置，其特征在于所述終端處理單元(3 )輸出端連有定位報警裝置(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態(tài)檢測裝置，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之一所述檢測裝置的檢測方法，其特征在于是按照下述步驟進行的A、定位傳感器(1)測量列車的行駛速度V，當(dāng)行駛速度V小于設(shè)置值Vtl時，定位傳感器 (1)給終端處理單元(3)—個信號，終端處理單元(3)啟動位移傳感器(2)；B、位移傳感器(2)檢測車輪對踏面的散射光信號，當(dāng)散射光信號超過設(shè)定閾值時，終端處理單元(3)接收位移傳感器(2)的信號、啟動攝像單元(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，判斷踏面缺陷的類型和缺陷大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測方法，其特征在于還包括下述步驟終端處理單元(3)將計算的缺陷大小與設(shè)定缺陷值相比，當(dāng)計算的缺陷大于設(shè)定缺陷值的時候，終端處理單元 (3 )給定位報警裝置(5 ) 一個信號，定位報警裝置(5 )記錄有缺陷的車輪，并發(fā)出報警信號。
全文摘要
本發(fā)明公開一種車輪踏面缺陷非接觸式動態(tài)檢測裝置及其檢測方法，該檢測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1.采用非接觸動態(tài)測量的方法，在線動態(tài)檢測，2.實現(xiàn)踏面圓周的全面檢測，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)類型計算相應(yīng)的缺陷參數(shù)，4.人為誤差小。
文檔編號G01N21/88GK102501887SQ20111036199
公開日2012年6月20日 申請日期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 申請人:鄭州輕工業(yè)學(xué)院