结构光视觉传感步进驱动型轮对测量方法及测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种结构光视觉传感步进驱动型轮对测量方法及测量装置，该方法以步进驱动系统控制轮对转动，应用结构光和视觉传感技术，完成铁路车辆轮对几何尺寸、踏面擦伤和剥离的自动检测；该装置由基座和安装于其上的龙门架结构、立臂支撑结构组成，上述的基座上安装有步进电机驱动轮系统和进出轮装置；龙门架上安装有结构光视觉传感器，该装置可在一个工位上同时完成轮对所有几何参数的非接触全自动测量，不仅测量精度高，而且运行可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铁路车辆轮对的测量方法及测量装置；具体涉及采用结构光视觉传感步进驱动型轮对测量方法及测量装置
技术介绍
车辆轮对是铁路机车上重要的可互换部件，其技术状态直接影响到车辆的运行安全和速度。在轮对的检修过程中，每天都要从机车上拆下大量的轮对，需要检测的轮对参数多达十几个，如轮缘厚度、轮辋宽度、轮径和踏面磨耗等，不仅要求测量精度高，而且还需要及时对一些参数状况进行诊断。这些都是直接影响车辆运行的重要参数，必须及时、准确地加以检测和诊断，这些测量参数也是作为研究铁路车辆动力学、车辆稳定性和曲线导向等问题的前提。轮轨经过一段时间磨损后，每个轮对踏面特征均会发生变化，如车轮直径、轮缘厚度、轮辋厚度、踏面剥离及擦伤等，并且难以找到其规律，一直是铁路系统要解决的测量难题。特别是由于刹车以及轮对与钢轨面在转弯时的相对滑动等因素造成的踏面擦伤和剥离，使得踏面滚动圆呈弦缺状，给车辆运行中带来额外的冲击振动，严重影响列车与轨道设施的安全与使用寿命，检测时必须指出其数量和精确位置。目前，影响我国铁路车辆提速的重要原因之一就是车辆轮对的检测技术落后，工作效率低，无法快速、精确地检测出轮对状态。当前，国内对车辆轮对的检测和诊断基本上靠人工完成，检测过程中的车轮旋转和轮对参数记录也是靠手工完成。人工测量不仅烦琐、劳动强度大(两个人测量一组轮对需20分钟)，而且测量工具落后(卡钳、直尺等)。长期、大量的重复性手工作业使得工人极易产生疲劳，加上目测的准确性和人眼调节的实时性等问题，使得测量出的数据误差较大，检测精度不能得到保障，工作效率低。为了适应车辆工业生产的需要，使车辆轮对参数检测自动化，人们试图采用机械、激光、视觉等传感技术以及伺服控制等技术，进行轮对检测的研究。轮对外形的特殊性主要在于踏面平坦处与陡峭处之间的最大斜度差可达70多度，不同位置处的测量精度要求基本相同，但是若用传统的平移式线性位移测量方法，由于角度方向的间隙，一般很难保证较高的精度要求。目前，国内外对于轮对参数的检测基本上局限于轮对外形轮廓的检测和数据处理。如广泛使用的滚轮爬行式测量方法，通过机械滚轮与轮对踏面接触，测量滚轮包络线得到踏面外形尺寸。但是由于导轮的磨耗、测量误差和定位误差等问题，使得该方法有时仍无法满足高精度要求。虽然国内也有一些轮对自动测量装置，但基本上都是接触式测量或带有复杂机械运动机构的非接触式测量，测量方法存在的主要问题是产生的测量误差较大，可靠性和测量精度还有待进一步提高。国外对于轮对的测量多采用超声波检测法、光栅式线性位移法或视觉传感法，并通过数据的平滑处理得到轮对外形曲线。然而以上方法每次只能测量轮对的某一截面方向尺寸，无法在一个工位上同时完成所有参数的自动检测，并且对于严重影响车辆性能的轮对踏面擦伤往往难以测量，也无法具备较强的故障诊断功能。因此，由于轮对结构的复杂性及参数的多样化、踏面擦伤和剥离的不规则性，再加上检测工艺过程的严格性，使得利用常规的检测方法在信息特征提取和分析上仍存在一些缺陷。近年来我国工业的巨大进步和市场的开放，给高科技在铁路系统的应用带来了前所未有的机遇。国际著名公司纷纷把目光瞄向中国这个正在开发的大市场，如拥有高速列车的日本、法国、德国和美国都在我国设立了办事机构，以推销他们的产品包括轮对检测装置。但是国外进口设备不仅价格昂贵，而且多采用传统视觉、位移测量或激光扫描测距方法，多数设备不具有诊断轮对踏面擦伤及剥离的功能，只局限于轮对外形尺寸的测量。另外，国外的铁路系统与我国铁路系统有差别，轮对所用材料、规范及轮对外形尺寸也有所不同，因此目前利用进口设备来检测我国的铁路车辆轮对时机还未成熟。但是国外先进技术的飞速进步，对我国民族工业的发展提出了更高更严格的要求。本专利技术针对铁路部门的迫切需求，有效利用先进的结构光视觉传感技术，并融合步进电动机驱动技术，在国内外率先提出结构光视觉传感步进驱动型轮对测量法并成功研制出基于结构光视觉传感步进驱动轮技术的铁路货车轮对测量装置，该装置可在一个工位上同时完成轮对所有几何参数的非接触全自动测量，不仅测量精度高，而且运行可靠。
技术实现思路
本专利技术针对现测量方法所存在的技术问题，提供一种基于结构光视觉传感步进驱动技术的轮对测量方法，采用激光器发射出的结构光作为辅助光源对轮对测量位置进行扫描，根据CCD摄像机的光电特性及光谱响应特性，并充分利用结构光的光束强度，以CCD摄像机作为视觉传感器，将轮对外形特征信号变成在CCD的图像位置电信号，再经图像处理处理，转换为与轮对外形特征有关的电压输出信号。此信号在计算机中经过数值分析转换为轮对外形特征信号。结构光视觉传感系统所获取的信息量大，精度高，可获得轮对精确的外形信息，测量方法具有智能化特点，可完成轮对所有几何参数的非接触自动检测，检测实时性能好、精度高。在测量轮对的过程中，采用步进电动机通过精密机械传动装置驱动轮对旋转。步进电机由工业计算机控制，从而可精确控制轮对的旋转速度和旋转量。在旋转过程中，结构光视觉传感系统与步进电机协调同步工作，从而完成在轮对旋转过程中连续多帧图像的拍摄，动态实时地测出轮对圆周上各点的外形特征数据，提高了测量效率本专利技术的目的还在于提供结构光视觉传感步进驱动型方法使用的轮对测量装置。本专利技术提供的结构光视觉传感步进驱动型轮对测量方法，包括以下步骤(1)先检测标准轮对，然后使用进出轮装置将轮对平稳送入检测装置；(2)采用步进电动机驱动轮系统驱动轮对旋转；(3)在旋转过程中，结构光视觉传感器与步进电机驱动轮系统协调同步工作，完成在轮对旋转过程中连续多帧图像的拍摄，动态实时地测出轮对圆周上各点的外形特征数据；(4)以非接触式视觉传感器CCD摄像机作为视觉传感器，将轮对外形特征信号变成在CCD的图像位置电信号，经图像处理，转换为与轮对外形特征有关的电压输出信号，此信号在计算机中经过数值分析转换为轮对外形特征信号；(5)输出测量结果；(6)使用进出轮装置将轮对平稳送出检测装置。上述结构光视觉传感器中的激光器产生结构光并作为测量轮对的辅助光源，对工件进行扫描。上述结构光视觉传感器中的非接触式视觉传感器CCD摄像机，从不同方位对轮对进行立体视觉检测，对轮对的几何尺寸、踏面擦伤和剥离进行非接触自动测量。上述步进电机驱动轮系统由工业计算机控制，并通过精密机械传动副驱动轮对平稳转动，精确地控制轮对的旋转速度和旋转量。上述的结构光视觉传感器由激光器和非接触式视觉传感器CCD摄像机组成，与步进电机驱动轮系统相结合，在精确控制轮对转动速度和转动量的情况下，结合结构光视觉传感器对轮对实现在线测量。本专利技术提供的结构光视觉传感步进驱动型轮对测量装置，由基座和安装于其上的龙门架结构、立臂支撑结构组成，上述的基座上安装有步进电机驱动轮系统和进出轮装置；龙门架上安装有结构光视觉传感器。上述结构光视觉传感器安装有激光器和非接触式视觉传感器CCD摄像机。上述非接触式视觉传感器CCD摄像机中安装有与结构光波长相同的滤光系统。上述步进电机驱动轮系统由步进电动机通过联轴器、连接杆、减速机带动驱动轮，驱动轮作为测量轮对的基准。上述的进出轮装置包括顶块和液压缸，其中顶块安装在液压缸上部。本专利技术能够完成测量的轮对参数及达到的技术指标(包括左轮和右轮)如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构光视觉传感步进驱动型轮对测量方法，其特征在于包括以下步骤：（１）先检测标准轮对，然后使用进出轮装置将轮对平稳送入检测装置；（２）采用步进电动机驱动轮系统驱动轮对旋转；（３）在旋转过程中，结构光视觉传感器与步进电机驱动轮系统协调同步工作，完成在轮对旋转过程中连续多帧图像的拍摄，动态实时地测出轮对圆周上各点的外形特征数据；（４）以非接触式视觉传感器ＣＣＤ摄像机作为视觉传感器，将轮对外形特征信号变成在ＣＣＤ的图像位置电信号，经图像处理，转换为与轮对外形特征有关的电压输出信号，此信号在计算机中经过数值分析转换为轮对外形特征信号；（５）输出测量结果；（６）使用进出轮装置将轮对平稳送出检测装置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高向东，杨雪荣，陈章兰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]