专利名称：利用人工视觉方法测量铁路车辆车轮滚动参数的装置和方法
技术领域：
本发明是关于高精密度测量以操控速度运行的铁路车辆车轮滚动参数的领域。在这些参数中，最重要的包括如下车轮轮缘的厚度和高度，QR系数，车轮直径以及各内面间的距离。同样，根据本发明，已经得到了对车轮轮廓形状各参数的重视，使有可能与其它标准车轮轮廓图形进行比较，或作任何其它类型的测量。
本发明已经利用测量上述参数的装置和相应的操作方法提供了具体实施例。
本发明的装置可以安装在任何类型的铁轨上，使车辆以操控速度运行，这样有可能使位于车库内或车库外的车轮都得测量。对在这些铁轨上运行的车辆进行测量和送至车辆维修中心，以便进行矫正操作，即对车轮状态所检测出的任何故障予以排除。
已有技术已经详细论述了无接触法测量车轮表面结构各参数。例如西班牙专利ES-A-499,366描述了一种铁轨上装载的活动测量车辆，它装载着激光光束发射器和接收器以及用于指示和存储研究表面测量数据的一些方法；西班牙专利ES-A-2054,398是关于一种铁轨上装载的车辆，用于测量铁路轨道几何参数，是使用一种着陆高度表和光程测量表；欧洲专利EP-A-0461,119包括一种表面结构的干涉测量装置，它包括至少两个激光源，是用来测量欲研究表面上在一组测量点上的激光粒子对的相位差。所有这些测量系统，都是用于固定表面结构，诸如轨道、隧道口和狭道等，但不像本发明，它们不能测量运动物体例如车轮的各参数。同样，欧洲专利EP-A-0467,984是保护一种检测火车车轮轮廓形状的设备，其中有照明装置、扫描装置、测量装置及数据处理器。但是，这项专利的技术原理不同于本发明所利用的技术原理。
因而，本发明所提出的问题，迄今尚未有与本发明相同的方法和条件给予研究和解决，也即在本发明说明出中所描述的装置和方法都具有新颖性，与现有技术相比提供了发明高度。
按照基本内容范围，本发明的技术特征在于产生一平面激光光束，使光束射到被测量的车轮上，测量是在车辆下部借助于铁轨，铁轨是专门设计的，用作火车车轮载体，承载于轮缘上或轮的最外部分，具体视测量车轮直径或轮廓形状而定。用这种方法，就有可能摄取由激光光束形成的车轮周圈的投影，在此区域具有最低的瞬时运动速度并可参照负载的铁轨形状。这样可得到更清晰和较少畸变的高速运行车轮的图象。
按照本发明，一种用于测量车轮滚动参数的装置，包含有一钢板，在其上测量车轮运转情况；一安全护轨(护栏)，它与所说的钢板相互作用以防车轮出轨；一车轮位置传感器，当车轮处于测量适合位置时它会发出一种信号；一激光发生器，当它被所说的信号激活起动时便投射出一平面激光光束于车轮上；一带有镜头和滤光片的摄象机，它能摄取平面激光光束产生的影象；一照明和摄取影象用的控制器，它通过车轮位置传感器使影象获得同步化；以及一高分辨率人工视觉电子设备，它对上述摄象机摄取的影象进行分析并将得到的测量结果传送至中心控制计算机，进行处理和显示图象。
由激光平面光束产生的影象，可以是以钢板为基准的车轮轮廓图，在此情况下，所说的影象是借助于内部反光镜或者与上述激光发生器相互作用的其它激光发生器而获得的。在另一实施例中，由激光平面光束所产生的影象也可以是在车轮上形成的一条线，它代表车轮的直径。
根据本发明，测量车轮轮廓形状及各内面间距离的设备，和测量车轮直径的设备，可以设置于同一单元装置内。另一种测量车轮轮廓形状及各内面间距离的设备，和测量车轮直径的设备，也可以是彼此分开和独立起作用。
对要测量的所有车轮来说，除了中心控制计算机是共用的之外，本发明装置的其余元件，即对应于每一车轮的元件，与其相对(位置上的)车轮的元件是重复的。
而且，利用本发明的装置，本发明还提供了一种测量车轮滚动参数的方法，即对以操控速度运动的安装在铁路车辆上车轮滚动参数，用人工视觉方法测量过程，其特征在于为了测量车轮轮廓形状，使车轮滚动，将车轮的最外部分放置于钢板上，以此使车轮位置传感器激活，引起激光发生器发射出平面激光光束于车轮上，和借助于反射镜或其它激光发生器产生一种相应于车轮轮廓的影像，该影象用摄相机摄取，然后传送到人工视觉电子分析设备；在该分析设备中得到的车轮轮廓形状参数与测量结果，再被传送到中心计算机进行处理，即将其与相对位置上车轮的参数对比处理并得到车轮测量报告，最后将得到的结果转变成图象显示于监视器上。
另一种测量滚动参数的方法，即利用本发明的装置，对以操控速度运动的安装在铁路车辆车轮上的车轮滚动参数，用人工视觉方法测量过程，其特征在于为了测量车轮直径，使车轮滚动，轮缘放置于钢板上，以此车轮位置传感器被激活，引起激光发生器发射出平面激光光束到车轮上，和投射到车轮上产生一种代表车轮直径的线形影象；用摄象机摄取此影象并传送到人工视觉电子分析设备；在上述分析设备中得到的车轮直径测量结果，再发送到中心计算机进行处理并产生车轮测量报告，最后将得到的结果转变成目视图象显示于监视器上。
测量车轮轮廓与各内面间距离，以及测量车轮直径，还可以采用组成同一装置的一些测量组件。作为另一实施例，还有可能用于测量车轮轮廓与各内面间距离，及用于测量车轮直径，其办法是利用这样一些测量组件，它们成为彼此能单独起作用的两个装置的一部分。
现在参照附图对本发明做更详细的描述，其中对一种装置作为本发明的实施例，做图示说明。
图1表示本发明装置用于测量车轮轮廓形状；该图分解成两部分，右边部分是通过滚动的车轮轮缘拍摄的车轮视图，而左边部分是取其一个内面拍摄的车轮视图。
图2表示本发明装置用于测量车轮的直径，以及图3是表示本发明的完整测量装置的简图。
首先请参阅图1，该图指出，为了测量车轮轮廓(同时对相对位置上的车轮进行同样的测量)，本发明的装置包括一特殊设计的车轮滚动载体或钢板2，被测量的车轮1的最外部分是在该钢板2上滚动，钢板具有一预防脱轨的护轨3。因而，需要进行分析的滚动区域应保持无障碍，这个自由区域至少等于75mm，轮缘宽度135mm。在钢板2的一边设有一车轮位置传感器9，当车轮经过时，该传感器9便将信号传给激光束发生器5，该激光发生器5便被激活并发射出一种平面激光束光束到车轮上。借助于一内部照明用反射镜7，或者借助于另外的激光发生器，该激光光束便产生一种车轮阴影轮廓，该轮廓影象，被装有镜头和滤光器的摄象机6摄取，并被传送到欲进行分析的高分辨率人工视觉电子设备11，如图3所示。轮廓影象的位置是相对于固定部件2和3，使有可能通过计算两个车轮的值而得到车轮各内面间距离DCI。
本发明的装置，如图2所示，是用于测量车轮直径的，它在基本内容上不同于图1中所示的装置，图1中的装置是垂直拍摄影象的。在图2的装置中，车轮1滚动是通过其轮缘并由钢板2和护轨3来制导。也如图1所示，车轮位置传感器9会在车轮通过时发出信号，以此激活激光发生器5，激光发生器5便发射出一种平面激光光束到车轮上，在车轮上便产生一条线12。这条线的影象被摄象机6拍摄之并由人工视觉电子设备11进行分析。
本发明的测量装置，以其完整的设计简图示于图3。滚压的钢板2是用作摄相机6和激光发生器5的载体。用于照相和摄取影象的控制器10，是用来使轮位传感器9获取影象同步进行。这些影象然后由视觉设备系统11分析，将测量车轮轮廓形状参数和测量车轮的直径一样，结果传送到中心控制计算机8，上述信息数据由计算机处理并产生车辆的测量报告，最后结果被转变成目视信息显示于监视器13上。
一控制室，是用于遮罩控制器10和人工视觉设备11以及系统的其他组件(SIC)。
在图3中的完整设计简图中，由MD指示的部分是用于测量车轮直径的，而用MP标准的部分是用于测量车轮轮廓形状及其各内面间距离的。
本发明装置的操作方法，可以由前面附图中所述而推知，实质内容在于，一轮位探测系统(位置传感器9)，对通过的车辆的每个车轮激活起动，由摄象机6摄取相应影象，摄象机装有滤光器，滤光器具有与发生器5产生的激光波长有相同的频率，因而可消除环境中光的影响。对摄象机所摄取的影象进行分析，和由高分辨率的视觉设备11在几何学上进行实时修正，这样便有可能得到一高精密度的测量结果。本发明还有可能用于测量具有车辆的轮距为1800mm的车辆通行速度。
由上述情况可知，本发明的装置是两个不同的部分组成，其中第一部分是由测量车轮轮廓形状的设备组成，而第二部分是由测量车轮直径的设备形成，这两部分可以合成一个单一的装置，或者作成另外一种，彼此分开可进行单独操作。
前面对本发明的描述，是根据本发明目前优选的说明性实施例。但是本领域的专业人员都会知道，对上述装置还有可能作某些形式和细节的改变，例如在组件安排方面，但都不脱离本发明范围。因而，本发明的目的在于仅由权项所主张的保护范围来排除其他形式的变化。
权利要求
1.一种利用人工视觉方法测量以操控速度运行的铁路车辆车轮滚动参数的装置，在其中曾对各参数中的车轮轮缘厚度和高度、QR系数、车轮直径以及各内面间的距离进行了测量，并在其中产生了车轮轮廓形状某些参数的重现，其特征在于该装置包含有一钢板2，它是用于被测量的车轮1在该钢板上运行；一护轨3，该护轨与钢板一起相互作用以防车轮脱轨；一车轮位置传感器9，当车轮处于适合的测量位置时，该传感器会发生信号；一激光发生器5，当它受到所说的信号激活起动时，便发射出一平面激光光束到车轮上，一带有镜头和滤光器的摄象机6，它能摄取平面激光光束所产生的影象；一用于照明和摄取影象的控制器10，它通过车轮位置传感器9使获取影象同步化；一高分辨率人工视觉电子设备11，它对摄象机摄取的影象进行分析，并将得到的测量结果传送至中心控制计算机8，在此处进行处理和转变成目视图象显示于监视器13上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于由平面激光光束产生的影象，为车轮1的轮廓图象4，是借助于内部照明反射镜7或与激光发生器5相互作用的其它激光发生器完成的。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于由平面激光光束产生的影象为一种车轮1上的线条12，它代表车轮的直径。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的装置，其特征在于测量车轮1轮廓形状的设备和测量车轮直径的设备，是装设在同一单元装置的内部。
5.如权利要求1至3中任何一项所述的装置，其特征在于测量车轮1轮廓形状的设备和测量车轮直径的设备为各自独立的，能够彼此单独起作用。
6.如权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于相应于每一欲测车轮的测量装置所有元件，在相对位置上的车轮也重复另设一套，只有计算机8为整个装置共用的，这样便有可能设计车轮各内面间的距离。
7.一种用人工视觉测量在操控速度运行下安装铁路车辆车轮滚动参数的方法，其中是使用权利要求1至6中一项或一项以上所述的装置，其特征在于为了测量车轮1的轮廓形状和各内面间的距离，使车轮运行，是以其最外部在钢板2上运行，以此使轮位传感器9被激活，起动激光发生器5发射出平面激光光束到车轮上和借助于反射镜7和其它激光发生器产生相应于车轮轮廓形状4的影象；该影象由摄象机6摄取并使送至电子分析设备11；以及在该分析设备中所得到的测量结果和车轮轮形状参数，被送至计算机8进行处理并产生车轮测量报告，使得到的结果转变成目视信号显示于监视器上。
8.一种用人工视觉方法测量的操控速度运行的铁路车辆车轮滚动参数的方法，其中是使用权利要求1至6中一项或一项以上所述的装置，其特征在于为了测量车轮1的直径，使车轮通过其轮缘在钢板2上运行，以此使轮位传感器9激活，起动激光发生器5发射出一平面激光光束至车轮上，并在车轮上产生相应于车轮直径的一种线形影象；该影象摄象机6摄取并传送至电子分析设备11；在该分析设备中得到的车轮直径测量结果，被传送至计算机8进行处理并产生车轮测量报告，得到的结果被转变成目视信号显示于监视器13上。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于对车轮轮廓的测量，对各轮缘间距离的测量以及对车轮直径的测量，是利用形成单一装置一部分的一些组件完成。
10.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于对车轮轮廓形状的测量、对各轮缘间距离的测量以及对车轮直径的测量，是利用形成两个独立装置的一部分的测量组件完成的，这两个独立装置能够彼此单独起作用。
全文摘要
一种利用人工方法测量铁路车辆车轮滚动参数的装置及方法，该装置包含有滚压钢板2及其护轨、一轮位传感器9、一激光发生器5、一摄象机6、一用于照明和摄取影象的控制器10、视觉电子设备11、一控制计算机8及一监视器13。一内部照明反射镜与激光发生器作用而获得车轮轮廓图象。其方法在于使车轮在钢板上运行、激活轮位传感器、激光发生器发射出激光光束到车轮上及产生相应于车轮轮廓或其直径的影象，摄取影象并将其送至分析设备，将分析结果传送至计算机处理并以目视信号显示于监视器上。
文档编号B61K9/00GK1149126SQ96106579
公开日1997年5月7日 申请日期1996年6月24日 优先权日1995年6月29日
发明者安格尔·路易斯·山切茨·瑞韦尔塔, 卡洛斯·耶维尔·格梅茨·格梅茨 申请人:塔尔格，S·A·