一种列车、在线车轮踏面图像检测装置及探伤系统的制作方法

本发明涉及铁路检测技术领域，特别涉及一种列车、在线车轮踏面图像检测装置及探伤系统。

背景技术：

在铁路的检修维护过程中，对列车车轮的检测是其中重要的一环。

目前，在对车轮的踏面进行检测时，通常是由人工采用相机拍摄车轮踏面图像，得到图像是一张张分离的图像，不便于查看和后续图像处理。

因此，针对上述情况，如何进行车轮踏面图像检测，便于查看和后续图像处理，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种在线车轮踏面图像检测装置，用于实时记录车轮踏面情况，随着车轮的转动，能够拍摄车轮踏面转动一周的图像，从而便于查看和后续图像处理。

本发明还提供了一种应用上述在线车轮踏面图像检测装置的探伤系统。

本发明还提供了一种应用上述在线车轮踏面图像检测装置的列车。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种在线车轮踏面图像检测装置，包括支架机构和安装在其上的图像采集机构；所述图像采集机构能够通过所述支架机构与车轮踏面相对布置。

优选的，所述图像采集机构包括图像采集本体和照明机构。

优选的，所述图像采集本体为相机；所述照明机构包括能够提供均匀光照面的正面光源，所述相机的镜头设置在所述正面光源的中心处。

优选的，所述照明机构还包括侧面光源，所述侧面光源能够提供的光照方向与所述正面光源能够提供的光照方向不同。

优选的，所述照明机构还包括自动旋转机构，所述自动旋转机构能够调整所述侧面光源和所述正面光源之间的夹角。

优选的，所述支架机构包括驱动机构、导向滑筒、推送丝杆和螺母滑销座；

所述驱动机构能够驱动所述推送丝杆旋转；

所述螺母滑销座和所述推送丝杆配合构成丝杆螺母副；

所述导向滑筒套设在所述推送丝杆上，且所述导向滑筒上设置有开槽，所述开槽形成用于限定所述螺母滑销座运动轨迹的导向通道，所述导向通道包括翻转段，所述翻转段具有沿所述推送丝杆轴向的分量，和沿所述推送丝杆周向的分量。

优选的，所述导向通道还包括直线段，所述直线段沿所述推送丝杆的轴向设置。

优选的，所述导向通道包括第一直线段、第二直线段和连接于两者之间的翻转段，其中的所述第一直线段导向所述螺母滑销座的回收位置，所述第二直线段导向所述螺母滑销座的工作位置。

一种探伤系统，包括上述的在线车轮踏面图像检测装置。

一种列车，其上安装有上述的在线车轮踏面图像检测装置。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的在线车轮踏面图像检测装置，用于实时记录车轮踏面情况，随着车轮的转动，能够拍摄车轮踏面转动一周的图像，从而便于查看和后续图像处理；后期处理时借助于图像自动拼接技术，能够将相机拍摄到的所有单张图像自动拼接成一张完整图像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的在线车轮踏面图像检测装置的正面示意图；

图2为本发明实施例提供的在线车轮踏面图像检测装置的背面示意图；

图3为本发明实施例提供的在线车轮踏面图像检测装置的工作示意图。

其中，1为正面光源，2为侧面光源，3为相机，4为自动旋转机构，5为驱动机构，6为导向滑筒，7为推送丝杆，8为螺母滑销座。

具体实施方式

本发明的核心在于公开了一种线车轮踏面图像检测装置，用于实时记录车轮踏面情况，随着车轮的转动，能够拍摄车轮踏面转动一周的图像，从而便于查看和后续图像处理。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3，图1为本发明实施例提供的在线车轮踏面图像检测装置的正面示意图；图2为本发明实施例提供的在线车轮踏面图像检测装置的背面示意图；图3为本发明实施例提供的在线车轮踏面图像检测装置的工作示意图。

本发明实施例提供的在线车轮踏面图像检测装置，其核心改进点在于，包括支架机构和安装在其上的图像采集机构；图像采集机构能够通过支架机构与车轮踏面相对布置，能够获取车轮踏面图像。

需要说明的是，本方案中的支架机构可以直接固定在地面上或者工作台上，此时只需要将车轮架空并驱动其旋转，即可由图像采集机构拍摄得到车轮踏面转动一周的图像；

或者，优选地可固定在车底固定部件上，配合列车牵车机使用，牵车机牵引列车前进时采集车轮整个圆周的图像；

当然，除了以上独立使用的形式，还能够将在线车轮踏面图像检测装置集成在轮辋的探伤系统中，比如安装于在线车轮顶转轮装置(用于顶起车轮和驱动其旋转的设备)上，可以具体为设置在其伸展臂上；

本方案的在线车轮踏面图像检测装置还可以集成在列车上，比如车架，与以上的几种实施方式相比，可以不再局限于进站检修的情况，能够实现在列车行驶过程中的实施观察监测。从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的在线车轮踏面图像检测装置，用于记录车轮踏面情况，随着车轮的转动，能够拍摄车轮踏面转动一周的图像，从而便于查看和后续图像处理；后期处理时借助于图像自动拼接技术，能够将相机拍摄到的所有单张图像自动拼接成一张完整图像。

鉴于轨道车辆中车轮的安装结构特点，外界自然光照不一定能够满足其踏面图像采集的需要。因此，作为优选，图像采集机构包括图像采集本体和照明机构，以满足包括夜间行驶等各种不同条件下的照明需要，从而可以实现对车辆踏面图像的不间断采集。

在本方案提供的具体实施例中，图像采集本体为相机3，安装在支架上，具有给车轮踏面拍照的作用，能够采集车轮踏面的静态图像信息。当然，图像采集本体还可以采用摄像机，能够采集车轮踏面的动态图像信息；本领域技术人员根据实际需要，还可以采用其他形式采集图像信息，比如借助射线或者声波的勘查设备。

由于车轮踏面的不规则性，光源作用在车轮踏面时产生不均匀光照，拍摄得到的图像质量差，无法进行图像处理。相机布局不当，会造成拍摄的图像产生严重畸变，导致后续图像处理困难。

为了解决上述问题，照明机构包括能够提供均匀光照面的正面光源1(主光源)，相机3的镜头设置在正面光源1的中心处。其结构可以参照图1和图2所示，方形的正面光源1安装在相机3的四周，固定在支架上。正面光源1发散出的光照具有很强的均匀性。将相机3设置于正面光源1中心位置的布局方式，使拍摄到的图像畸变最小，有利于后续图像处理。

鉴于车轮踏面具有一定的弧度，由于光照反射作用，轮缘根部反射的光照无法进入相机，所以拍摄的轮缘根部不清晰。进一步的，照明机构还包括侧面光源2，侧面光源2能够提供的光照方向与正面光源1能够提供的光照方向不同，用于照射轮缘根部。其结构可以参照图1和图2所示，侧面光源2安装在支架上，位于正面光源1的外侧，对正面光源1起到辅助光照的作用。通过以上两个光源的布局，正面光源1和侧面光源2作用在车轮踏面时，产生均匀光照，克服了由于车轮踏面外形不规则带来的光照不均匀影响。正面光源1和侧面光源2可以为但不限于矩形。需要说明的是，为了方便说明，本申请中的各个实施例以矩形为例进行说明，正面光源1和侧面光源2的形状还可以是圆形、环形或弧形等。正面光源1和侧面光源2可以与相机3整合安装或分体安装。

在本方案提供的具体实施例中，照明机构还包括自动旋转机构4，自动旋转机构4能够调整侧面光源2和正面光源1之间的夹角。作为优选，侧面光源2与正面光源1两者间的夹角范围是0～90°。自动旋转机构4包括微型电机、旋转轴承以及附属机构，用于将侧面光源2旋转到指定位置。当图像检测模块由自动推送装置推送到检测位置后，自动旋转机构4开始旋转动作，并带动侧面光源2转动，根据实际检测需要，侧面光源转动到最佳检测位置。

为了进一步优化上述的技术方案，支架机构包括驱动机构5、导向滑筒6、推送丝杆7和螺母滑销座8，构成自动推送装置；

驱动机构5能够驱动推送丝杆7旋转；

螺母滑销座8和推送丝杆7配合构成丝杆螺母副；

导向滑筒6套设在推送丝杆7上，且导向滑筒6上设置有开槽，该开槽形成用于限定螺母滑销座8运动轨迹的导向通道，该导向通道包括翻转段，该翻转段具有沿推送丝杆7轴向的分量，和沿推送丝杆7周向(垂直于其轴向)的分量，其结构可以参照图2中导向滑筒6开槽中间的倾斜段所示。可以理解的是，推送丝杆7的一端作为功能模块的回收位置(即螺母滑销座8的回收位置)，即图中推送丝杆7的左端；推送丝杆7的一端作为功能模块的工作位置(即螺母滑销座8的工作位置)，即图中的推送丝杆7的右端。导向通道用于引导螺母滑销座8在回收位置和工作位置之间的转移，其引导方向为由推送丝杆7的一端至另外一端。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的自动推送装置，检测设备的功能模块安装在螺母滑销座8上，该螺母滑销座8在推送丝杆7的作用下实现前进后退运动，同时螺母滑销座8又与导向滑筒6配合，该导向滑筒6的开槽形式决定了螺母滑销座8的运动轨迹，在开槽形成的导向通道的翻转段内，螺母滑销座8沿推送丝杆7的轴向前进或者后退的同时，还能够沿推送丝杆7的周向运动，即利用导向滑筒6的异型导向开槽实现了前进后退和姿态的自动翻转动作，安装在螺母滑销座8上的功能模块就实现了按照导向滑筒6结构规定的方向运动，从而能够适应在紧张复杂空间内工作位置和回收位置的转换。

另一方面，在螺母滑销座8和推送丝杆7配合构成的丝杆螺母副基础上，通过导向滑筒6的异型导向开槽实现前进后退和姿态的自动翻转动作，这种方式与现有技术中通过多个自由度控制相比，结构要简单很多，空间占用很小，成本也更低。

如图3所示，在线车轮踏面图像检测装置有两个位置，一是图像检测装置工作位，二是图像检测装置零位(即回收位置)。这样一来就可以进行工作位置和零位的转换，即应用时将功能模块转换到工作位置，进行检测作业；而在不工作时转换到回收位置，从而实现良好的收藏保护。自动推送装置可以采用直线丝杆螺母副，安装在其他辅助机构(如伸展臂上)，具有将正面光源1、侧面光源2、相机3推送至检测工作位自动定位和自动回收的功能。

为了满足不同的空间和使用要求，导向滑筒6的导向通道还包括直线段，该直线段沿推送丝杆7的轴向设置。即螺母滑销座8在上述的直线段内只是沿直线前进或者后退，并不进行姿态的自动翻转动作。

在本方案提供的具体实施例中，导向滑筒6的导向通道包括第一直线段、第二直线段和连接于两者之间的翻转段，其中的第一直线段导向螺母滑销座8的回收位置，第二直线段导向螺母滑销座8的工作位置，其结构可以参照图2所示。即螺母滑销座8带着其上的功能模块在经过上述导向通道时，在第一直线段内只是沿直线前进，然后在翻转段内沿直线前进或者后退的同时进行姿态翻转，最终经过第二直线段沿直线前进至工作位置。

当然，本领域技术人员能够具体的空间和使用要求，对导向滑筒6的开槽形式进行相应的调整，包括采用直线段和翻转段的不同形式配合，各段的长度调节，以及翻转段内能够导向的翻转角度。

作为优选，导向滑筒6为与推送丝杆7同轴设置的圆筒，便于加工。螺母滑销座8的销钉卡在导向滑筒6的开槽内，其结构采用类似凸轮原理。

为了进一步优化上述的技术方案，导向滑筒6可拆卸套设在推送丝杆7上，从而可以根据实际情况更换，提高本装置的适用性。

在本方案提供的具体实施例中，驱动机构5为驱动电机，其具有精度较高、响应速度快的优点。当然，还可以采用其他机构驱动推送丝杆7的旋转，在此不再赘述。本发明实施例提供的自动推送装置，还包括设置在螺母滑销座8回收位置的防护装置(图中未示出)，作为功能模块的收藏回收保护罩。这样一来，功能模块在应用时行进到工作位(图3中右侧实线位置)，不工作时收回到保护罩内(图3中左侧虚线位置)。从而可实现对功能模块良好的收藏保护，提高了使用寿命。

在本方案提供的具体实施例中，功能模块为相机模块，可以应用于火车车轮检测设备，将上述自动推送装置附装到检测设备(RSD伸展臂)之上应用，同时不影响既有检测设备的使用要求，而且也可实现良好的收藏保护。本发明实施例提供的在线车轮踏面图像检测装置，还包括自动拼接机构，自动拼接机构与图像采集机构通讯连接，能够将相机3拍摄的所有单张图像自动拼接成一张完整图像。

下面结合具体工作过程对本方案做进一步介绍：

作为初始状态，图像检测装置不工作处于图中的零位位置上，当图像检测装置工作时，自动推送装置将检测装置推送至工作位。图像检测装置在工作位时，侧面光源2通过自动旋转机构4展开到检测位。正面光源1和侧面光源2作用在车轮踏面并在踏面上产生均匀光照。当列车车轮转动，相机3拍摄车轮踏面转动一周的图像。同时图像自动拼接软件将拍摄到的所有踏面图像自动拼接成车轮踏面展开图。

本发明实施例还提供了一种探伤系统，其核心改进点在于，包括上述的在线车轮踏面图像检测装置。优选的，图像检测装置安装在在线车轮顶转轮装置上，该顶转轮装置由伸缩臂、液压举升、液压转轮单元等组成，适应不同车型车底空间，能顶升各型动车组在线轮对并按系统要求的转速旋转轮对。

本发明实施例还提供了一种列车，其核心改进点在于，其上安装有上述的在线车轮踏面图像检测装置。

综上所述，本发明实施例提供的在线车轮踏面图像检测装置，用于实时记录车轮踏面情况，随着车轮的转动，能够拍摄车轮踏面转动一周的图像，从而便于查看和后续图像处理；后期处理时借助于图像自动拼接技术，能够将相机拍摄到的所有单张图像自动拼接成一张完整图像。本发明还提供了一种应用上述在线车轮踏面图像检测装置的探伤系统和列车。

本方案提供的在线车轮踏面图像检测装置的主要优点包括：

1.图像自动拼接，能够将相机3拍摄的所有单张图像自动拼接成一张完整图像。

2.图像检测模块能够通过自动推送装置将图像检测装置自动定位和自动回收。

3.两个光源的布局，正面光源1和侧面光源2作用在车轮踏面时，产生均匀光照，克服了由于车轮踏面外形不规则带来的光照不均匀影响。

4.相机布局，相机3位于正面光源1的中心位置，使拍摄到的图像畸变最小，有利于后续图像处理。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。