一种基于激光测量技术的车轴尺寸动态检测系统的制作方法

本发明涉及一种铁路车轴尺寸动态检测技术。

背景技术：

随着铁路运输向着高速、大密度、重载方向发展，车轴的磨损日益严重，导致其车轴的尺寸发生变化，使车轮与钢轨之间的配合关系发生改变，不仅加剧了货车车轮对结构部件的伤损，导致较高的铁路运输成本，而且直接影响铁路运输安全；为保证货车运行安全，铁道部门规定运行货车要定期对车轴状态进行检测，以决定车轴的检修或报废。

现有货车车轴尺寸检测系统，通过图像识别技术检测车轴尺寸，设备工作前需要对设备进行标定，而标定过程都是人工检测各项尺寸数据，容易引起检测误差。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的车轴尺寸检测方法容易引起检测误差的问题，提出了一种基于激光测量技术的车轴尺寸动态检测系统。

本发明所述的一种基于激光测量技术的车轴尺寸动态检测系统，该检测系统用于对货车车轴直径进行检测；该检测系统包括激光测距仪、激光信号处理单元、工控机设备和车轮传感器；

激光测距仪竖直设置在铁轨下相邻的两个枕木之间；

车轮传感器设置在铁轨的侧壁上以获取货车的过车信息并发出磁钢信号，同时保证货车优先通过车轮传感器后，再通过激光测距仪；

所述工控机设备包括控制工控机和数据采集工控机；

控制工控机用于接收车轮传感器发出的磁钢信号，并在其接收到磁钢信号后发出控制信号；

激光测距仪用于接收控制工控机发出的控制信号，并在其收到控制信号后开始工作，以在货车的待检测车轴经过激光测距仪时，实时获取激光测距仪与待检测车轴的垂直距离，同时将该垂直距离信息以激光信号的形式发出；

激光信号处理单元用于接收激光测距仪发出的激光信号，并通过该激光信号得出待检测车轴的直径信息，同时将该直径信息发出；

数据采集工控机用于接收控制工控机发出的控制信号，并在其收到控制信号后采集货车的车辆信息，同时对该车辆信息以及激光信号处理单元发出的直径信息进行对应并存储。

本发明的工作原理为：在货车优先经过车轮传感器时，车轮传感器发出磁钢信号传输至控制工控机，控制工控机收到磁钢信号后，发出控制信号分别至激光测距仪和数据采集工控机；激光测距仪收到控制信号以后开始工作，当货车上待检测的车轴经过激光测距仪后，激光测距仪获取到多组其与待检测车轴的垂直距离信息，并将该垂直距离信息以激光信号的形式传输至激光信号处理单元，激光信号处理单元通过内部的算法来计算待检测车轴的直径尺寸；数据采集工控机在接收到控制信号后，开始采集货车的车辆信息，该车辆信息包括车速、车型和过车时刻；并将采集后的货车车辆信息与激光信号处理单元输出的直径尺寸相对应并进行存储。

本发明的有益效果是本发明没有人工标定测量的环节，计算结果更可靠，同时在对直径尺寸进行存储时，其数据均与车辆信息相对应，不会出现只有直径尺寸数据而不知道该直径尺寸数据是属于哪辆货车的情况。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种基于激光测量技术的车轴尺寸动态检测系统的结构示意图；

图2为具体实施方式一所述的一种基于激光测量技术的车轴尺寸动态检测系统控制原理示意图；

图3为具体实施方式二中的激光测距仪的原理结构示意图；

图4为具体实施方式四中激光信号处理单元内部算法原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于激光测量技术的车轴尺寸动态检测系统，该检测系统用于对货车车轴1直径进行检测；该检测系统包括激光测距仪2、激光信号处理单元3、工控机设备4和车轮传感器5；

激光测距仪2竖直设置在铁轨下相邻的两个枕木之间；

车轮传感器5设置在铁轨的侧壁上以获取货车的过车信息并发出磁钢信号，同时保证货车优先通过车轮传感器后，再通过激光测距仪2；

所述工控机设备4包括控制工控机4-1和数据采集工控机4-2；

控制工控机4-1用于接收车轮传感器5发出的磁钢信号，并在其接收到磁钢信号后发出控制信号；

激光测距仪2用于接收控制工控机4-1发出的控制信号，并在其收到控制信号后开始工作，以在货车的待检测车轴1经过激光测距仪2时，实时获取激光测距仪与待检测车轴1的垂直距离，同时将该垂直距离信息以激光信号的形式发出；

激光信号处理单元3用于接收激光测距仪2发出的激光信号，并通过该激光信号得出待检测车轴1的直径信息，同时将该直径信息发出；

数据采集工控机4-2用于接收控制工控机4-1发出的控制信号，并在其收到控制信号后采集货车的车辆信息，该车辆信息包括车速、车型和过车时刻，同时对该车辆信息以及激光信号处理单元3发出的直径信息进行对应并存储。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于激光测量技术的车轴尺寸动态检测系统进一步限定，在本实施方式中，激光测距仪2包括激光发生器2-1、线性准直物镜2-2、圆柱形物镜2-3、组合物镜2-4和rs-coms2-5；

激光发生器2-1用于发射激光，其发射的激光依次经过线性准直物镜2-2和圆柱形物镜2-3后照射在待检测车轴1上，并在待检测车轴1上发生反射，其反射光经过组合物镜2-4后，被rs-coms2-5接收，rs-coms2-5根据反射光的位置得出检测车轴1至激光发生器2-1的距离。

在本实施方式中，激光测距仪2的测量原理如图3所示，利用三角形测量法检测rs-coms2-5反射光的位置，通过检测该变化就能测量待检测车轴1到激光发生器2-1之间的距离位置；rs-coms2-5是coms的两倍像素宽度，实现了极高的精确度；组合物镜2-4的功能是可将畸变的影响降至最低，最大限度的发挥rs-coms2-5的性能；线性准直物镜2-2的作用是聚焦光点，同时消除不规则的光束；圆柱形物镜2-3用于形成十分规则的椭圆形光点，对精确测量粗糙物体具有至关重要的作用，此外，在整个测量范围内，光点的宽度始终保持不变。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于激光测量技术的车轴尺寸动态检测系统进一步限定，在本实施方式中，该检测系统还包括网络单元6；

所述网络单元6用于将存储于数据采集工控机4-2的直径信息以及对应该直径的车辆信息通过网络发送至铁路局。

在本实施方式中，增设网络单元6，将该车辆信息所包括的车速、车型和过车时刻通过光缆以专线方式就近连入铁路计算机网或数据网，使铁路人员可以随时通过平台查看过车的直径信息。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于激光测量技术的车轴尺寸动态检测系统进一步限定，在本实施方式中，激光信号处理单元3通过以下算法得出待检测车轴1的直径信息；

算法步骤一、建立直角坐标系，以时间为横坐标，以距离为纵坐标，以激光测距仪2实时获取的其与待检测车轴1的垂直距离形成检测车轴截面图，并将该检测车轴截面图放置于第一象限内；

算法步骤二、选取检测车轴截面图的最低点a，读取其坐标为：t2，s2；

算法步骤三，在检测车轴截面图上任取一点，该点区别于检测车轴截面图的最低点，读取其坐标为：t1，s1；

算法步骤四、将最低点和任取的一点连接并做其垂直平分线，最低点和任取的一点连接线与其垂直平分线的交点为b；

算法步骤五、通过公式1、公式2、公式3和公式4获取待检测车轴的直径；

∠β＝∠α公式1

∠α＝arctan(s1-s2)/(t2-t1)公式2

ab＝1/2·(t2-t1)cosα公式3

aq＝2pa＝2ab·sinβ＝(t2-t1)cosα·sinβ公式4

其中，β角为：以圆心p为顶点，以圆心p与a点的连线为一条边，以圆心p与b点的连线为另一条边的角；α角为过a点的弦切角，aq为获取待检测车轴的直径，pa为获取待检测车轴的半径。