一种基于激光测距的城轨车辆受电弓滑板磨耗检测系统的制作方法

本实用新型涉及受电弓滑板磨耗检测技术领域，特别是一种基于激光测距的城轨车辆受电弓滑板磨耗检测系统。

背景技术：

目前，常用的受电弓滑板磨耗检测主要有人工检测和自动检测两大类，其中自动检测有基于光纤维的检测技术、基于超声波的检测技术以及基于图像处理的检测技术等。人工检测受电弓滑板磨耗的方法：机车驶进机务段后停车、降弓、断电，工作人员登上车顶，用专用的量具测量受电弓滑板的磨耗，观察有无异常磨损等。这种方法效率低、精度低、准确性差，存在人为因素的影响和安全隐患，不适应电气化铁路的迅速发展。

自动化检测受电弓滑板磨耗的技术中，基于光纤维检测技术的检测装置安装在运行的电力机车上，由光纤内埋式磨耗传感器、编码器、空气隔离的光电信号数据传输通道、解码器、执行机构等部分组成。将光纤内埋式磨耗传感器嵌于碳滑板、铝包边碳滑板或粉末冶金滑板内，当受电弓滑板受到接触网的大硬点冲击作用而产生磨耗或沟槽时，传感器给出相应的磨耗信号。该技术的缺点是，需对车辆与受电弓进行改造、投资成本太高。基于超声波的检测技术的检测装置采用架设的超声波传感器发送超声波，通过空气传输并送到被测物上，然后超声波反射返回到传感器上，根据超声波的传输时间与当时的波速，经计算后获得滑板厚度。该技术的缺点是超声波传感器本身特性受外界环境影响太大，且声波纺锤形发射的原理，导致该设备磨耗测量精度不够，且不能在雨雾天气正常使用。基于图像处理的检测技术的检测装置为CCD摄像机，使用CCD摄像机对运行中的机车车辆的受电弓进行摄像，对拍摄的图像进行图像处理，通过图像处理可测量出滑板残余厚度并观测受电弓变形、弓头打痕、阶梯状磨、缺口及翘曲等异常现象。图像处理技术的缺点是需修建一个遮光棚，入库速度必须低于15km/h，列车通过间隔必须大于4分钟。此外，受光照条件的影响图像处理误差较大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种稳定性好、能满足实际测量中的高精度及实时性要求的基于激光测距的城轨车辆受电弓滑板磨耗检测系统。

实现本实用新型目的的技术解决方案：一种基于激光测距的城轨车辆受电弓滑板磨耗检测系统，包括列车位置与车号识别部分、激光传感器采集数据部分；

所述车号识别部分包括第一车轮轴位传感器、第二车轮轴位传感器、车号识别天线和安装在列车上的车标；所述激光传感器采集数据部分包括第一激光传感器、第二激光传感器，该两个激光传感器设置于同一水平面且间隔50厘米，安装在轨道中心线的正上方，且该两个激光传感器所在直线垂直于轨道中心线；

所述第一车轮轴位传感器、车号识别天线、第一激光传感器和第二激光传感器分别沿列车行进方向顺次设置。

进一步地，所述列车位置与车号识别部分，具体如下：

当第一车轮轴位传感器检测到列车的驶入后，发送列车驶入的信号；当安装在列车上的车标从车号识别天线上方经过时，车号识别装置读取车标中存储的车号信息，获取经过的车辆信息；当第二车轮轴位传感器检测到列车的驶出后，发送列车驶出的信号。

进一步地，所述激光传感器采集数据部分，具体如下：

所述第一激光传感器、第二激光传感器均采用OPTIMESS高速2D激光测距传感器，第一激光传感器和第二激光传感器安装在接触线的上方，对经过的受电弓滑板接触面进行扫描测量，得到多条滑板剖面的线轮廓。

进一步地，该系统还包括上位机及数据入库部分，具体如下：

将列车位置与车号识别部分采集的车号信息和激光传感器采集数据部分采集的受电弓滑板信息存储在上位机中，经上位机通过多个轮廓线拟合出滑板的接触面形状，并计算出碳滑板的磨耗值，然后将计算出的磨耗值和车号信息一起存入数据库中。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：(1)激光传感器的采样频率高，测量过程中，允许列车通过的速度较高；(2)基于三角测距原理的激光传感器在采集数据时受外界环境的影响较小，对温度、光照不敏感，整个测量系统鲁棒性好；(3)激光传感器测距的标准差为0.2mm，能满足铁道部对磨耗检测精度技术指标的要求。

附图说明

图1是本实用新型基于激光测距的城轨车辆受电弓滑板磨耗检测系统的侧视图。

图2是本实用新型基于激光测距的城轨车辆受电弓滑板磨耗检测系统的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

结合图1～2，本实用新型基于激光测距的城轨车辆受电弓滑板磨耗检测系统，包括列车位置与车号识别部分、激光传感器采集数据部分；

所述车号识别部分包括第一车轮轴位传感器、第二车轮轴位传感器、车号识别天线和安装在列车上的车标；所述激光传感器采集数据部分包括第一激光传感器、第二激光传感器，该两个激光传感器设置于同一水平面且间隔50厘米，安装在轨道中心线的正上方，且该两个激光传感器所在直线垂直于轨道中心线；

所述第一车轮轴位传感器、车号识别天线、第一激光传感器和第二激光传感器分别沿列车行进方向顺次设置。

进一步地，当第一车轮轴位传感器检测到列车的驶入后，发送列车驶入的信号；当安装在列车上的车标从车号识别天线上方经过时，车号识别装置就读取车标中存储的车号信息，获取经过的车辆信息；当第二车轮轴位传感器检测到列车的驶出后，发送列车驶出的信号。

进一步地，所述第一激光传感器、第二激光传感器均采用OPTIMESS高速2D激光测距传感器，第一激光传感器和第二激光传感器安装在接触线的上方，对经过的受电弓滑板接触面进行扫描测量，得到多条滑板剖面的线轮廓。由于高速2D激光传感器扫描的线宽为670mm，而滑板的长度为1050mm，所以需要装上两个高速2D激光传感器以扫描出滑板完整的剖面轮廓。

进一步地，将列车位置与车号识别部分采集的车号信息和高速2D激光传感器采集数据部分采集的受电弓滑板信息存储在上位机中，上位机程序对这些数据进行处理，通过多个轮廓线拟合出滑板的接触面形状，并计算出碳滑板的磨耗值，然后将计算出的磨耗值和车号等信息一起存入数据库中。

本实用新型基于激光测距的城轨车辆受电弓滑板磨耗检测系统的工作过程为：列车沿行驶方向前进，当第一车轮轴位传感器检测到列车的到来时，发出列车到来的信号至上位机，上位机程序控制开启车号识别天线，并控制高速2D激光传感器开始采集数据；列车行驶至车号识别天线上方时，车号识别天线控制读取车标中的车号信息，并将车号信息发送至上位机；当列车行驶至位置1，即行驶至受电弓前滑板前端到达第一激光传感器和第二激光传感器正下方时，开始采集滑板的轮廓线数据，列车行驶至位置2，即行驶至受电弓前滑板后端到达第一激光传感器和第二激光传感器正下方时，采集最后一条有效的滑板轮廓线数据，列车行驶在其他位置时，在高速2D激光传感器测量范围内的只有接触线，所以在其他位置时，高速2D激光传感器采集的数据为接触线的轮廓线。当列车行驶至第二车轮轴位传感器时，发出列车驶出的信号至上位机，上位机程序控制关闭车号识别天线，并控制高速2D激光传感器结束采集数据；数据采集完成之后，上位机程序将高速2D激光传感器采集的轮廓线融合在一起，得出滑板接触面的形状，从而计算出滑板的磨耗值；计算过程结束之后，上位机程序将车号信息与滑板磨耗值存入数据库，等待下一次列车的到来。

综上所述，本实用新型基于激光测距的检测技术的检测装置为激光线扫描传感器，在机车通过时，传感器根据三角测距原理测出受电弓顶部到激光线扫描传感器之间的距离，将扫描的数据处理之后可以得到滑板的磨耗曲线。激光线扫描传感器的扫描频率高，可以适用于机车以较快速度通过的场合，测量精度高、稳定性好。同时，外界光照及温度等因素对于激光线扫描传感器的性能基本没有影响。