城轨列车车轮直径的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种城轨列车车轮直径的检测方法，包括如下步骤：在轨道内侧依次布设至少三个传感器Sn，其中n为传感器的标识，n≥3；通过所述传感器获取被探测车轮在探测点的坐标；将所述坐标变换至以标准车轮的圆心为原点的大地坐标系下；在变换后的大地坐标系下，提取有效数据点，得到轮缘部分数据点，建立轮缘轮廓线；对所述轮缘轮廓线上提取轮缘最低点；根据所述轮缘最低点，求取车轮的直径。采用本发明专利技术，具有测量原理简单、计算速度快、测量结果准确的特点。

Method for measuring wheel diameter of urban rail train

The invention discloses a city rail train wheel diameter detection method, which comprises the following steps: in the medial orbit are sequentially arranged at least three sensors Sn, n sensor identification, n = 3; detected in wheel coordinate detection points through the sensor acquisition; converting the coordinates to standard wheels the center for the origin of the geodetic coordinate system; in the transformed geodetic coordinate system, data extraction, data points set up by flange part, rim contour line; the lowest point on the rim flange contour line extraction; according to the rim lows, calculate the diameter of the wheel. The invention has the advantages of simple measuring principle, fast calculation speed and accurate measurement result.

【技术实现步骤摘要】
城轨列车车轮直径的检测方法
本专利技术属于轨道车辆在线监测
，具体涉及一种城轨列车车轮直径的检测方法。
技术介绍
城轨交通系统中，轮对是列车走行结构中极其重要的部件，它承载着列车的全部动、静载荷，是影响列车安全运行的重要因素。列车在长时间的运行过程中，车轮的磨耗会越来越严重，车轮直径不断减小，当同轴的两个车轮车轮直径相差较大时，列车会倾向车轮直径较小的一侧，进而加剧该车轮的磨耗，导致列车运行的安全性下降。因此，车轮直径对列车的安全运行影响重大，对列车车轮直径进行检测是十分必要的。目前，我国车轮直径的检测仍然依赖于传统的人工检测技术，利用特制的测量工具对车轮直径进行测量，该方法不仅劳动强度大，测量精度也受人为因素的影响。近年来，对于车轮直径的自动检测技术的研究，国内一般采用图像法对车轮直径进行测量，如成都主导科技公司研制的LY系列轮对动态检测系统、广州复旦奥特公司研制的AUT-3500轮对尺寸在线监测系统。以上方法存在精度不高，并且容易受外界光线和轮对表面状态(污物等)的干扰。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于：提供一种城轨列车车轮直径的检测方法，具有测量原理简单、计算速度快、测量结果准确的特点。为实现上述目的，本专利技术按以下技术方案予以实现的：本专利技术所述城轨列车车轮直径的检测方法，包括如下步骤：在轨道内侧依次布设至少三个传感器Sn，其中n为传感器的标识，n≥3；通过所述传感器获取被探测车轮在探测点的坐标；将所述坐标变换至以标准车轮的圆心为原点的大地坐标系下；在变换后的大地坐标系下，提取有效数据点，得到轮缘部分数据点，建立轮缘轮廓线；对所述轮缘轮廓线上提取轮缘最低点；根据所述轮缘最低点，求取车轮的直径。进一步地，所述将所述坐标变换至以标准车轮的圆心为原点的大地坐标系下的步骤，具体为：所述传感器Sn分别获取的探测点的坐标所在的坐标系为On-XnYnZn；以标准车轮的圆心为原点的大地坐标系为O-XYZ；所述传感器Sn在On-XnYnZn坐标系下，其输出的坐标值为(xn,yn,0)，根据如下公式(1)进行转换至大地坐标系O-XYZ的坐标点(xpn,ypn,zpn)：进一步地，所述其为坐标系On-XnYnZn沿Z轴逆时针旋转βn角度，后沿X轴顺时针旋转(π/2+αn)角度，再绕Y轴旋转π得到的旋转矩阵；[anbncn]T为传感器自身坐标系On-XnYnZn与大地坐标系O-XYZ之间原点的平移矩阵，βn为传感器Sn与铅垂线的夹角，αn为传感器Sn与沿轨道方向的纵向水平线夹角。进一步地，所述提取有效数据点的步骤，具体如下：获取车轮右端面的横坐标，并根据右端面横坐标值建立滤窗对有效的数据点进行提取。进一步地，根据变换后的大地坐标系下对应的横坐标，对满足条件的x轴方向的坐标值求平均作为车轮右端面的x轴坐标X；提取满足公式(2)的点|xi-xi-1|≤ξ(2)式中：xi为变换后数据点的x轴坐标，ξ为传感器在x轴方向上的分辨率；根据坐标X的值建立(X-a,X+b)的滤窗，滤除X轴坐标值不在该范围内的点，得到有效的数据点，进而得到轮缘轮廓线；其中，a为(35,40)中的任一实数，b为(0,5)中的任一实数。进一步地，对所述轮缘轮廓线上提取轮缘最低点的步骤，具体如下：根据所述有效的数据点，提取z轴坐标最小的点，即轮缘最低点，并根据该点的索引得到其x、y轴坐标值，从而得到传感器Sn探测到轮缘最低点为pn(xpn,ypn,zpn)。进一步地，所述求取车轮的直径的步骤，具体如下：根据所述轮缘最低点坐标pn(xpn,ypn,zpn)，根据由P1P2P3共面，得到所在面平面方程：A1x+B1y+C1z+D1＝0(3)其中，由P1、P2、P3都在所求圆面上，三点到圆心的距离相等，可得方程组：对式(4)进行化简得到下式：其中：联立式(3)和(5)：将上述方程组用矩阵形式表示：对式(6)求解，得到圆心坐标(x0,y0,z0)：其中，根据几何关系，求得车轮轮缘顶点圆的半径Rw：轮缘顶点圆半径减去轮缘高得到车轮半径，从而得到轮径D：D＝2(Rw-H)其中，H为轮缘高。进一步地，所述传感器Sn在同一条直线上，并且平行于轨道延伸方向。进一步地，所述传感器Sn与轨道的相对安装距离ln,ln≥300mm。进一步地，所述传感器为激光位移传感器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)采用三维空间变换技术，消除了因车轮与轨道不完全平行而引起的误差，提高了车轮直径的测量精度；(2)由传感器自动获取车轮轮缘的相应坐标，通过相应算法处理，获得所测车轮的直径，操作简单、计算速度快；(3)具有在线非接触式测量等优点，为实现车轮直径在线测量提供了一种精确度更高的解决方案。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：图1是本专利技术所述的城轨列车车轮直径的检测方法的流程图；图2是本专利技术所述的城轨列车车轮直径的检测方法的传感器安装示意图；图3是本专利技术所述的城轨列车车轮直径的检测方法的传感器布设图；图4是本专利技术所述的城轨列车车轮直径的检测方法的传感器安装侧视图；图5是本专利技术所述的城轨列车车轮直径的检测方法的传感器安装A向视图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1～图5所示，本专利技术所述的城轨列车车轮直径的检测方法，是通过三维坐标变换将传感器探测到数据点转换到以标准轮对轮心为原点的大地坐标系中，提取轮缘部分有效数据点，得到车轮轮缘的轮廓线，根据得到的轮缘轮廓线，利用几何关系得到轮缘最低点并求取车轮直径。下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，以三个传感器为例。结合图1～5，一种城轨列车车轮直径的检测方法，包括以下步骤：步骤1：传感器布设，沿着列车前进方向，在轨道内侧依次安装三个激光位移传感器，记为传感器S1、S2、S3，三个传感器在同一条直线上且平行于轨道延伸方向，激光位移传感器S1、S2、S3与铅垂线的夹角分别为β1、β2、β3，与沿轨道方向的纵向水平线夹角分别为α1、α2、α3，与轨道的相对安装距离分别为l1、l2、l3；其中采用的传感器为激光位移传感器，并且根据我们国家的相关标准，与轨道的相对安装距离不小于300mm，避免被行驶中的轮子碰到。步骤2：传感器数据获取及三维坐标变换，三个激光位移传感器同时探测车轮得到探测点坐标后，通过三维坐标变换将传感器的输出点都转换到以标准车轮的圆心为原点的大地坐标系下，传感器数据获取及三维坐标变换，具体如下：激光位移传感器S1、S2、S3分别对应坐标系O1-X1Y1Z1、O2-X2Y2Z2、O3-X3Y3Z3，以标准轮对圆心为原点的大地坐标系为O-XYZ；对激光位移传感器S1，在O1-X1Y1Z1坐标系下，传感器输出的坐标值为(x1,y1,0)，根据式(1)进行转换，转换到大地坐标系O-XYZ的坐标点(xp1,yp1,zp1)：其中：为坐标系O1-X1Y1Z1沿Z轴逆时针旋转β1角度，后沿X轴顺时针旋转(π/2+α1)角度，再绕Y轴旋转π得到的旋转矩阵；[a1b1c1]T为传感器自身坐标系O1-X1Y1Z1与大地坐标系O-XYZ之间原点的平移矩阵；对于激光位移传感器S2，在O2-X2Y本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种城轨列车车轮直径的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：在轨道内侧依次布设至少三个传感器Sn，其中n为传感器的标识，n≥3；通过所述传感器获取被探测车轮在探测点的坐标；将所述坐标变换至以标准车轮的圆心为原点的大地坐标系下；在变换后的大地坐标系下，提取有效数据点，得到轮缘部分数据点，建立轮缘轮廓线；对所述轮缘轮廓线上提取轮缘最低点；根据所述轮缘最低点，求取车轮的直径。

【技术特征摘要】
1.一种城轨列车车轮直径的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：在轨道内侧依次布设至少三个传感器Sn，其中n为传感器的标识，n≥3；通过所述传感器获取被探测车轮在探测点的坐标；将所述坐标变换至以标准车轮的圆心为原点的大地坐标系下；在变换后的大地坐标系下，提取有效数据点，得到轮缘部分数据点，建立轮缘轮廓线；对所述轮缘轮廓线上提取轮缘最低点；根据所述轮缘最低点，求取车轮的直径。2.根据权利要求1所述的城轨列车车轮直径的检测方法，其特征在于：所述将所述坐标变换至以标准车轮的圆心为原点的大地坐标系下的步骤，具体为：所述传感器Sn分别获取的探测点的坐标所在的坐标系为On-XnYnZn；以标准车轮的圆心为原点的大地坐标系为O-XYZ；所述传感器Sn在On-XnYnZn坐标系下，其输出的坐标值为(xn,yn,0)，根据如下公式(1)进行转换至大地坐标系O-XYZ的坐标点(xpn,ypn,zpn)：3.根据权利要求2所述的城轨列车车轮直径的检测方法，其特征在于：所述其为坐标系On-XnYnZn沿Z轴逆时针旋转βn角度，后沿X轴顺时针旋转(π/2+αn)角度，再绕Y轴旋转π得到的旋转矩阵；[anbncn]T为传感器自身坐标系On-XnYnZn与大地坐标系O-XYZ之间原点的平移矩阵，βn为传感器Sn与铅垂线的夹角，αn为传感器Sn与沿轨道方向的纵向水平线夹角。4.根据权利要求2所述的城轨列车车轮直径的检测方法，其特征在于：所述提取有效数据点的步骤，具体如下：获取车轮右端面的横坐标，并根据右端面横坐标值建立滤窗对有效的数据点进行提取。5.根据权利要求4所述的城轨列车车轮直径的检测方法，其特征在于：根据变换后的大地坐标系下对应的横坐标，对满足条件的x轴方向的坐标值求平均作为车轮右端面的x轴坐标X；提取满足公式(2)的点|xi-xi-1|≤ξ(2)式中：xi为变换后数据点的x轴坐标，ξ为传感器在x轴方向上的分辨率；根据坐标X的值建立(X-a,X+b)的滤窗，滤除X轴坐标值不在该范围内的点，得到有效的数据点，进而得到轮缘轮廓线；其中，a为(35,40)中的任一实数，b为(0,5)中的任一实数。6.根据权利要求5所述的城轨列车车轮直径的检测方法，其特征在于：对所述轮缘轮廓线上提取轮缘最低点的步骤，具体如下：根据所述有效的数据点，提取z轴坐标最小的点，即轮缘最低点，并根据该点的索引得到其x、y轴坐标值，从而得到传感器Sn探测到轮缘最低点为pn(xpn,ypn,zpn)。7.根据权利要求6所述的城轨列车车轮直径的检测方法，其特征在于：所述求取车轮的直径的步骤，具体如下：根据所述轮缘最低点坐标pn(xpn,ypn,zpn)，根据由P1P2P3共面，得到所在面平面方程：A1x+B1y+C1z+D1＝0(3)其中，

【专利技术属性】
技术研发人员：苏钊颐，
申请(专利权)人：广州地铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44