高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统的制作方法

本发明涉及一种在线状态检测系统，具体涉及一种高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统。

背景技术：

运行中的高速铁路客运列车轮对处于滚动运动状态，难于采集车轮表面图像和进行基于图像的在线检测监测，现有技术上无法对其进行基于图像的车轮轮动态检测，以发现非正常状态车轮，以此提高高速铁路列车运行的可靠性。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统，其特征在于，包括：信息处理控制主机、若干图像采集装置与图像采集照明装置、位置检测器、速度检测器对、连接电缆和颜色喷涂装置，信息处理控制主机通过连接电缆连接图像采集装置与图像采集照明装置、位置检测器、速度检测器对、颜色喷涂装置。

前述的高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统，其特征在于，两条轨道上均安装有若干图像采集装置与图像采集照明装置。

前述的高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统，其特征在于，图像采集装置与图像采集照明装置中，每台图像采集照明装置均有自己专用的图像采集照明装置，图像采集装置用于采集运行中车轮表面的图像信息，发送给控制主机；图像采集照明装置用于为图像采集装置工作提供照明的外部环境条件。

前述的高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统，其特征在于，每条轨道上的所有图像采集装置所获取图像能够有裕量地覆盖车轮的全表面。

前述的高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统，其特征在于，一条轨道上的各个图像采集装置之间的间距与车轮直径成比例关系。

前述的高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统，其特征在于，沿列车行进方向，在车轮经过图像装置之前，设有对应位置检测器，至少有一条轨道上设有速度检测器对，车轮最后经过颜色喷涂装置。

前述的高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统，其特征在于，图像采集装置与图像采集照明装置、位置检测器和速度检测器对均安装在无砟轨道路基上。

前述的高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统，其特征在于，轨道为与高速铁路客运列车运行相关的无砟轨道的轨道，车轮为与高速铁路客运列车运行相关的车轮，路基为与高速铁路客运列车运行相关的无砟轨道路基。

前述的高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统，其特征在于，颜色喷涂装置是可控的能够喷涂至少两种颜色涂料的机械。

前述的高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统，其特征在于，信息处理控制主机选用CV-X290型含有多核DSP工业计算机；选用摄像头与图像采集照明装置合为一体的CA-HX500C型彩色工业图像采集装置；位置检测器采用Q45UBB63BC漫反射型超音波传感器模块；每条轨道配5台图像采集装置，按照高速铁路客运列车轮径3.2倍长度设计有效工作范围，采集装置之间的间距设计为车轮直径的0.64倍；车轮沿着前进方向转一周，将按其经过位置的先后次序，顺序地被左右共十台图像采集装置采集。

本发明的有益之处在于：本发明的高速铁路客运列车轮对在线状态检测系统在列车正常运行过程中，根据高速列车在进站和出站时启动和制动阶段的速度特点，利用图像技术对车轮轮对进行动态检测，并对发现的非正常状态车轮喷涂标示。本发明在高速铁路列车正常运行中，对所有轮对外部施行损伤检测监测，提高了探伤的自动化程度和效率，提高了高速铁路列车运行的可靠性。

附图说明

图1是本发明车轮在线检测系统示意图。；

图2是本发明第一位置检测装置与第一位置图像采集装置示意图；

图3是本发明车轮在线检测系统另一角度示意图。

图中附图标记的含义：

1、信息处理控制主机，2、位置检测器，3、图像采集照明装置，4、颜色喷涂装置，5、一根连接电缆，6、轨道，7、车轮，8、轮轴，9、另一根连接电缆，10、图像采集有效范围， 14、路基，19、速度检测器对中的一个速度检测器，20、速度检测器对中的另一个速度检测器，21、第二位置传感器，22、第一位置图像采集装置，23、第二号采集装置，24、最后一个图像采样装置， 26、最后一个位置检测器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1所示，本发明将列车轮对基于图像的在线状态检测系统设置在高铁站内区间，沿列车运动的轨道6定点设置图像采集装置，通过分段采集车轮图像帧的方式使图像完全覆盖轮轨表面状态，再对这些图像加以识别处理后，判断车轮7的当前状态，启动喷涂装置对非正常状态的车轮7喷涂不同颜色作为标记，为进一步的重点检修和维护提供参考。

本发明由信息处理控制主机1、图像采集装置与图像采集照明装置、位置检测器1、速度检测器对、连接电缆和颜色喷涂装置4等主要部分组成。如图1所示，两条轨道上的左、右车轮被分别检测，装置的安装位置对称且所用的器件是对应相同的，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。

信息处理控制主机1用来处理图像信息、位置检测器信息和速度检测器对信息，实现信息通讯等功能，管理整个系统。

附图中，诸如LRC6等标有RC字符记号的装置，皆为图像采集装置与图像采集照明装置。图像采集装置用来采集运行中车轮表面的图像信息，发送给控制主机。图像采集照明装置3用来为图像采集装置工作提供照明的外部环境条件。每台图像采集照明装置均有自己专用的图像采集照明装置。

图像采集有效范围10是通过设计图像采集装置的安装位置使得单次采集图像所覆盖的车轮区域，它使得五个图像采集装置所取图像能够有裕量地覆盖车轮的全表面。

位置检测器，用来检测车轮的通过，启动对应图像采集装置动作。诸如LME6等含有ME字符记号的皆为位置检测器。位置检测器采用超音波传感器，利用传感器对经过铁轨的车轮的垂直反射作用，检测车轮的通过。在安装高度上它应对于应车轮与轨道相接触的位置的探测。

速度检测器对由RME0和RME1构成。速度检测器与位置检测器检测原理与方法完全相同，但速度检测的功能是提供相邻的两次有效探测，通过计算两次有效探测的时间间隔计算出列车的行进速度。其中RME1既用来检测位置也用来检测速度，具有双重功能。

图像采集装置与图像采集照明装置、位置检测器和速度检测器对均安装在无砟轨道路基14上。

一根连接电缆5、另一根连接电缆9是用来连接图像采集装置与采集照明装置、位置检测器、速度检测器对和信息处理控制主机1等彼此之间的电缆线。

轨道、车轮、轮轴8和路基14分别为与高速铁路客运列车运行相关的无砟轨道的轨道、车轮、车轮的轮轴8和无砟轨道路基14。

颜色喷涂装置4是可控的能够分别喷涂红、黄颜色涂料的机械。图1、图2所示为其示意安装位置。

本发明的工作原理是：系统设备的分布如图1、图2和图3所示。每条轨道由5台图像采集装置与图像采集照明装置组成。沿列车行进方向，在车轮经过图像装置之前，设有对应位置检测器。位置检测器用来检测车轮的通过，启动对应图像采集装置动作。右侧轨道设有速度检测器对。车轮最后经过喷涂机械装置。所有这些设备彼此之间及其与信息处理控制主机1之间通过电缆连接。

系统可以设置在停车位置车尾最后一组轮对之后，称为进站监测方式；也可以设置在停车位置车头最前一组轮对之前，称为出站检测方式；也可以采用进、出站组合起来检测等方式；如图1和图3所示，系统沿列车运行前进方向顺序布置。本发明同时检测两条轨道上的轮对，每条轨道配5台图像采集装置，按照高速铁路客运列车轮轮径的长度设计装置有效工作范围，图像采集装置之间的间距与车轮直径成一定的比例关系。车轮沿着行进方向转一周，将按其经过位置的先后次序，按照图1所示自下而上或按照图3所示从左往右，顺序地被5台图像采集装置采集，但在同一位置采集左、右车轮图像同时进行。

当没有列车通过时，速度检测器对处于工作状态，位置检测器和图像采集与图像采集照明装置处于待机状态。当速度较快的非停站列车通过时，系统测速后将判断为非目标列车放行不检测。

进站、出站时的列车速度较低，当被检测轮对进入工作区后，来到的列车首先被速度检测器对（速度检测器对中的一个速度检测器19、速度检测器对中的另一个速度检测器20）检测到，系统开始进入检测工作状态。如图3所示，车轮到达第一位置检测器时，第一位置图像采集装置被启动开始连续采集图像并将图像信息传递至控制主机；当车轮到达第二位置传感器21时，第二位置检测器21发出到达信号，第二号采集装置23开始图像采集，同时前面第一位置图像采集装置22完成本次工作转为待机状态；类似地，当后面的位置检测器检测到信号后，其对应的图像采集装置开始图像采集，同时其前面图像采集装置转为待机状态，以此类推。当车轮行进到最后一个位置检测器位置26时，最后一个图像采样装置24进入待机状态，一组轮对的图像采集过程至此结束。几个图像采集装置顺序作业，将一周的车轮表面分段摄取图像帧，全部图像覆盖全轮表面。因此主机可依据采集出来的图像对车轮表面的状态进行完整全面的识别处理。为了改善采集环境，每个图像采集装置配置采集照明灯一台。图像经主机智能识别处理后，给出车轮状态的判断。判断分为“正常”、“有故障”、“需立即处理”三类。当判断结果为正常类状态时，轮对喷涂装置不动作不对车轮做任何标示；当判断结果为非正常类状态时，系统将启动轮对喷涂装置，在该车轮上喷涂表征非正常状态类型的颜色涂料。对于“有故障”和“需立即处理”的两类结果，车轮分别被对应喷涂“有故障”黄色和“需立即处理”红色涂料，作为被进一步重点检查和识别处理的标记。

本发明的实现方案之一是：系统建设选用出站检测方式。信息处理控制主机1选用CV-X290型含有多核DSP工业计算机；选用摄像头与图像采集照明装置合为一体的CA-HX500C型彩色工业图像采集装置；位置检测器采用Q45UBB63BC漫反射型超音波传感器模块。每条轨道配5台图像采集装置，按照高速铁路客运列车轮径3.2倍长度设计有效工作范围，采集装置之间的间距设计为车轮直径的0.64倍。车轮沿着前进方向转一周，将按其经过位置的先后次序，顺序地被左右共十台图像采集装置采集。系统主要设备为1台CA-HX500C主机、10套CA-HX500C图像采集装置、13套Q45UBB63BC超声波传感器模块、2台机械喷涂装置和接线电缆等。

当速度传感器检测到有列车通过时，系统首先对列车速度加以判断，如果列车速度大于10千米/小时，判断为不停站仅过站的列车，不进行检测；如果列车速度小于10千米/小时，则系统开始检测工作，对每个车轮进行图像采集和分析。当检测结果为“需立即处理”时，启动喷涂装置，在车轮上喷射红色涂料；当检测结果为“有故障”时，在车轮上喷射黄色涂料；当检测结果为“正常”时，不做任何处理。静止的列车属检测对象之外。

本发明在高速铁路列车正常运行中，依次对列车内的所有轮对实施检测分析，提高了轮对探伤工作的工作效率、提高了高铁运营维护的自动化程度和可靠性，减轻了轮对维护工人的劳动强度。本系统若以无线或有线网络传输方式将信息发送至列车控制中心，将大幅提高控制中心对每列列车轮对状态的全面掌控的能力。本发明也适用于除高速铁路客运列车之外的轨道交通车辆。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。