齿轨轮摩擦磨损的检测方法与流程

本发明涉及山地齿轨列车齿轨轮摩擦磨损检测，具体涉及一种齿轨轮摩擦磨损的检测方法。

背景技术：

1、在轨道交通行业中，齿轨轮是轨道车辆结构中关键的部件之一，需要通过齿轨轮实现与线路齿轨的啮合，从而实现轨道车辆在轨道上的运行。由于齿轨轮和线路齿轨在啮合的过程中存在较大摩擦力，齿轨轮和线路齿轨容易发生严重磨损，导致齿轨列车安全运行与经济运行的问题日益突出，齿轨轮摩擦磨损检测的准确性便尤为重要，因此需要一种山地齿轨列车齿轨轮摩擦磨损的检测方法。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了齿轨轮摩擦磨损的检测方法，包括以下步骤：

2、s1、扫描枪固定，转动齿轨轮，扫描枪扫描获得齿轨轮轮廓面的三维点云采样；

3、s2、将密集在同一区域的点进行均匀分散排布，获得齿轨轮轮廓的展开平面，提取一个完整周期的展开平面数据；

4、 s3、将展开平面数据与标准件点云对比，形成齿轨轮摩擦磨损的判定结果p1；

5、s4、获取用于齿轨轮摩擦磨损检测的图像数据集以及检测模型m1；

6、s5、将待检测的齿轨轮的可见光图像送入检测模型中，通过磨损检测与评价系统对齿轨轮摩擦磨损进行检测与评价，获得检测结果p2；

7、s6、综合判定结果p1和检测结果p2，完成齿轨轮的摩擦磨损检测与评价。

8、优选的，所述步骤s1具体为：所述扫描枪为激光线探测扫描枪，扫描时齿轨轮匀速转动，每次扫描n个点，连续扫描完成多个圆周周期。

9、优选的，所述步骤s2具体为：通过傅里叶变换方法确定展开面的主频振幅，展开面的主频振幅对应扫描的圆周周期；通过窗口裁剪展开平面数据，再进行傅里叶变换处理，对比出最大主频振幅，以确定此时窗口裁剪的展开平面数据对应多个完整圆周周期，进而提取单个完整周期的轮廓展开平面数据。

10、优选的，所述步骤s4具体步骤为：

11、s41、收集各个工况下齿轨轮的图像以及不同使用时间段的齿轨轮图像；

12、s42、对每个收集的图像进行标注处理，即进行一次标定，以确定齿轨轮磨损的位置；

13、s43、将标注完成的图像采用卷积神经网络进行模型训练，获得检测模型m1。

14、优选的，磨损检测与评价系统包括齿轨轮图像获取模块、齿轨轮图像处理模块、齿轨轮数据增强模块、齿轨轮识别模型训练模块以及数据交互模块；

15、所述齿轨轮图像获取模块使用可见光相机获取齿轨轮图像，并将图像按照年月日时分秒+三位数的时间戳编码的规则命名；

16、所述齿轨轮图像处理模块对获取到的齿轨轮图像进行处理，处理内容包括齿轨轮数据增广和齿轨轮数据增强，通过齿轨轮数据增广将后期验证成功了的用于实际检验的图像进行保留，进而增加模型优化再训练时的数据集数量，以增加齿轨轮数据集；

17、通过齿轨轮数据增强模块对齿轨轮图像进行磨斑数据的增强，以增加磨斑数据集；

18、所述齿轨轮识别模型训练模块对检测模型m1进行训练；

19、所述数据交互模块实现相机、计算机与检测系统、健康管理系统的数据通讯与输出功能。

20、优选的，所述齿轨轮摩擦磨损检测与评价的内容包括摩擦磨损点数量、单个摩擦磨损点面积、摩擦发生的位置以及摩擦磨损类型。

21、优选的，所述摩擦磨损点数量根据检测模型m1获得的摩擦磨损点数量进行求和计算得到。

22、优选的，所述单个摩擦磨损点的面积计算步骤为：

23、a1、计算边界像素总数，按照逆时针方向对目标区域进行八邻域边界跟踪，获得一组有序的边界点，边界点的标号为逆时针方向从小到大，最大标号即为图像的边界像素总数；

24、a2、计算边界内像素总数，按照边界点排序由小到大，依次判断每个边界点的前向矢量与后向矢量，如果当前边界点满足其右侧像素是边界内点的条件，则计算当前边界点与相邻下一个边界点之间的像素个数，即xi+1-xi-1。其中，xi为当前边界点的列值，xi+1为与当前边界点相邻的下一个边界点的列值；

25、a3、面积计算：边界像素点一半在图像内部，一半在图像外部，面积的测量值为：

26、面积 =（边界像素总数/2 + 边界内像素总数） *像素当量。

27、优选的，检测摩擦磨损发生位置。若摩擦磨损发生位置在齿轨轮靠近轮心处，则采用小比例系数；若摩擦磨损发生在距离轮心较远处，则采用大比例系数。

28、优选的，摩擦磨损类型的判断方法步骤为：

29、b1，获取经过模型m1的检测图像，其图像信息包含锚框尺寸、锚框坐标点、锚框编号、图片名称；

30、b2、将锚框内图像进行二次标定，作为输入数据送入卷积神经网络中进行训练，得到磨损类别识别模型m2；

31、b3、将输入图像送入磨损类别识别模型，得到磨损类别；根据磨损不同，赋予不同的类型。

32、本发明具有的有益效果为：本发明通过先确定齿轨轮是否发生磨损获得结果p1，再对磨损进行类别判断获得结果p2，通过两个结果完成对山地齿轨轮列车齿轨轮的摩擦磨损检测与评价。同时本发明两段检测的方式，能够实现满足实时性的要求，确保齿轨轮的磨损情况未发生改变。

技术特征：

1.齿轨轮摩擦磨损的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的齿轨轮摩擦磨损的检测方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：所述扫描枪为激光线探测扫描枪，扫描时齿轨轮匀速转动，每次扫描n个点，连续扫描完成多个圆周周期。

3.根据权利要求2所述的齿轨轮摩擦磨损的检测方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：通过傅里叶变换方法确定展开面的主频振幅，展开面的主频振幅对应扫描的圆周周期；通过窗口裁剪展开平面数据，再进行傅里叶变换处理，对比出最大主频振幅，以确定此时窗口裁剪的展开平面数据对应多个完整圆周周期，进而提取单个完整周期的轮廓展开平面数据。

4.根据权利要求1所述的齿轨轮摩擦磨损的检测方法，其特征在于，所述步骤s4具体步骤为：

5.根据权利要求1所述的齿轨轮摩擦磨损的检测方法，其特征在于：磨损检测与评价系统包括齿轨轮图像获取模块、齿轨轮图像处理模块、齿轨轮数据增强模块、齿轨轮识别模型训练模块以及数据交互模块；

6.根据权利要求1所述的齿轨轮摩擦磨损的检测方法，其特征在于：所述齿轨轮摩擦磨损检测与评价的内容包括摩擦磨损点数量、单个摩擦磨损点面积、摩擦发生的位置以及摩擦磨损类型。

7.根据权利要求6所述的齿轨轮摩擦磨损的检测方法，其特征在于：所述摩擦磨损点数量根据检测模型m1获得的摩擦磨损点数量进行求和计算得到。

8.根据权利要求6所述的齿轨轮摩擦磨损的检测方法，其特征在于，所述单个摩擦磨损点的面积计算步骤为：

9.根据权利要求6所述的齿轨轮摩擦磨损的检测方法，其特征在于：检测摩擦磨损发生位置，

10.根据权利要求6所述的齿轨轮摩擦磨损的检测方法，其特征在于，摩擦磨损类型的判断方法步骤为：

技术总结
本发明提出了齿轨轮摩擦磨损的检测方法，步骤为：S1、扫描枪固定，转动齿轨轮，扫描枪扫描获得齿轨轮轮廓面的三维点云采样；S2、将密集在同一区域的点进行均匀分散排布，获得齿轨轮轮廓展开平面，提取一个完整周期的展开平面数据；S3、将展开平面数据与标准件点云对比，形成齿轨轮摩擦磨损的判定结果P1；S4、获取用于齿轨轮摩擦磨损检测的图像数据集以及检测模型M1；S5、将待检测的齿轨轮的可见光图像送入检测模型中，通过磨损检测与评价系统对齿轨轮摩擦磨损进行检测与评价，获得检测结果P2；S6、综合判定结果P1和检测结果P2，完成齿轨轮的摩擦磨损检测与评价。本发明能够实时准确的检测出齿轨轮的摩擦磨损情况，并能够对摩擦磨损情况进行评价。

技术研发人员：庄明,杜伟霞,周平,郝树营,白永平,陈清建,尚勤
受保护的技术使用者：四川省机械研究设计院（集团）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4