一种动态图像车轮不圆度监测方法技术

本发明专利技术涉及一种动态图像车轮不圆度监测方法，它包括了主机部分和动态测量装置部分。其中主机部分包括了图像处理系统，动态测量装置部分包括了图像采集系统、目标跟随系统。图像采集系统包括两台线性激光光源和两台高速摄像机。目标跟随系统包括了一台线性激光光源、一台高速摄像机、电机控制系统。本发明专利技术能够使图像处理系统设置为采集数据模式可进行无人化操作；通过自动化测量，测量时间短，数据稳定；轮对不圆度最终测量误差在0.3mm以内。

【技术实现步骤摘要】
一种动态图像车轮不圆度监测方法
本专利技术涉及一种通过图像监测的方法对车轮不圆度进行测量；其基本原理为通过使用线性激光光源照射在列车两侧车轮踏面，一组激光光源打在两侧车轮中间的车轴上，通过高速摄像机连续拍摄，最后对拍摄到的图像进行图像处理从而获得列车车轮外形的情况，通过列车车轮外形的情况识别出轮缘顶点的坐标，进而计算出踏面的不圆度大小。
技术介绍
车轮圆度的监测方法主要分为静态监测和动态监测。静态监测需要在列车停止或车轮拆卸的情况下进行，不仅占用列车的周转时间，且速度慢，不准确，劳动强度大；动态监测不仅可以实现对轮对的在线监测，而且自动化程度高，不占用车辆周转时间，便于存储信息资料，目前国内对车辆圆度的监测方法多数还是静态监测，而在德国、英国、荷兰等国家，动态监测方法已经得到了广泛的应用。动态监测的监测系统可采用地面载式和地面式。车载式监测系统通过监测车轴振动的加速度来间接获得踏面外形参数。需要在每根车轴上安装传感器，既不方便也不经济，通常不被采用；地面式监测系统将车轮外形测量系统安装在线路上，适用于监测运行中的机车车辆，在国外被广泛应用。按照监测原理来说，目前主要的动态监测方法可分为：监测轮轨作用时产生的振动的“振动加速度监测法”，接触监测踏面偏心距的“接触监测法”。这些方法各有其优缺点以及适用的环境。振动加速度监测法：当列车在轨道上运行时，由于轮轨间的相互作用，轨道会发生振动，当车轮不圆时振动还会增大。振动加速度法利用这一特点，采集整列列车经过监测点时轨道的振动状况，并通过分析，提取出存在缺陷的车轮信息。该方法的优点是安装方便，性能稳定，监测比较准确，可监测中高速列车。该方法存在的不足主要有：在监测时，由于轮轨间本来就存在由于踏面的粗糙和轨道的凹凸引起的转动振动，所以数据处理时需要选择适当的方法剔除转动振动的影响；由于振动加速度的大小与速度的大小有关，所以需要建立完善的速度变化曲线；传感器间安装距离固定，不适用于监测不同半径的车轮，而且对列车速度要求也比较高。接触测量法：当列车车轮出现不圆时，车轮半径就会发生变化，使得整个圆周内车轮半径不同，但由于不圆的仅仅是踏面部分，而轮缘是始终保持不变的。所以，可以通过监测轮缘高度的变化来判断车轮踏面的缺陷情况。当轮缘高度几乎无变化时，车轮为完好车轮；当轮缘高度在整个圆周方位内出现波动时，则车轮存在不圆度；当轮缘高度在小范围内出现变化时，则车轮存在擦伤。接触测量法就是基于这个原理。接触测量法的原理简单，安装方便，可以直接监测车轮踏面半径的变化，不需要繁复的数据处理过程，且测量准确，不易造成漏检。但由于监测系统装置的结构特征，使得需要列车缓慢通过监测点才能正确的监测出车轮的缺陷信息，这对于车轮的在线监测来说不易实现；并且装置结构的特殊性有一定的几率容易产生事故。针对日趋频繁的车轮圆度监测及车轮多边形问题日益增多的现状，“振动加速度监测法”的最低监测速度和最高监测速度分别为30km/h和100km/h，不能完全监测我国的各型列车，“接触测量法”虽然可以很好的满足我国车轮不圆度分级标准的数据要求，但是监测速度太低，监测装置的特殊性带来的安全隐患也不太符合车轮在线监测的目的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题：针对现有测量方法以及测量精度，提供了一种基于图像处理与电机控制系统配合监测轮对踏面不圆度的方案。通过该方案，可以达到精度高的要求和使用方便的目的。为了解决上述的技术问题，本专利技术采用了以下的技术方案：一种动态图像车轮不圆度监测方法，其特征在于：它包括了主机部分和动态测量装置部分两部分；其中，主机部分包括了图像处理系统；动态测量装置部分包括了图像采集系统和目标跟随系统。图像采集系统包括两台线性激光光源和两台高速摄像机。目标跟随系统包括了一台线性激光光源、一台高速摄像机、电机控制系统。主机部分和动态测量装置部分分别安放在不同地方。主机部分的图像处理系统的主机部署在设备机柜之中，可以通过远程连接或者设备直接对图像处理系统进行操作及设置。动态测量装置部分部署在轮对不圆度测量区域的两轨内侧。主机部分和动态测量装置部分之间依靠若干数据线及网线进行通信连接及数据传输。动态测量装置部分的目标跟随系统的电机控制系统安装在两轨内侧面，可以沿着钢轨的方向进行行走。动态测量装置部分的图像采集系统安装在电机控制系统之上，可以随着电机控制系统移动而移动。当列车经过该轮对不圆度动态监测装置时，目标跟随系统中的一台线性光源和一台高速摄像机开始识别，直到轮对的轮轴经过时，通过线性光源反馈到摄像机的数据识别轮轴并判断圆心位置，通过判断圆心位置来引导电机控制系统跟随轮对的移动而同时移动。与此同时，图像采集系统的两台线性激光光源分别安装在电机控制系统的两侧(两轨内侧)，同时照在轮对的两侧车轮上，并且线性激光光源过圆心；图像采集系统的两台高速摄像机分别获取两侧的打在轮对两侧车轮上的激光光源数据，并将其传输给图像处理系统。当图像采集系统在与其中一个轮对跟进采集数据时，判断轮对的一圈数据采集结束之后，将信息反馈给电机控制系统，电机控制系统控制电机开始对接下一个轮对的轮轴，采集下一个轮对车轮不圆度的相关数据，以此类推。在监测轮对两侧车轮不圆度数据时，主机部分的图像处理系统通过动态测量装置部分的图像采集系统经过数据线及网线反馈的数据，识别轮对左右两车轮的轮缘顶点位置，计算左右两轮轮缘顶点的坐标和传感器之间的关系，以求得轮对两侧车轮的不圆度大小。有益效果：本专利技术具有工作原理简单、操作简单的特点，当图像处理系统设置为采集数据模式可进行无人化操作；自动化测量，数据稳定，测量时间短；轮对不圆度测量误差在0.3mm以内。附图说明为了更好的说清楚本专利技术实施例的装置和方法，下面对本专利技术实施例中描述需要使用的的附图进行简要介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图的原理获得其他的设计方案。图1所示为本专利技术实施例主机部分和动态测量装置部分的示意图；图2所示为本专利技术实施例动态测量装置部分和测量轮对的示意图；图3所示为本专利技术实施例主机部分的示意图；图4所示为本专利技术实施例动态测量装置部分的示意图；图5所示为本专利技术实施例测量轮对示意图；图6所示为本专利技术实施例目标跟随系统识别圆心原理示意图；图7所示为本专利技术实施例测量原理流程示意图；图8所示为本专利技术实施例数据坐标系转换示意图；图9所示为本专利技术实施例测量数据示意图；图10所示为本专利技术实施例整体示意图。图例说明1、动态测量装置部分2、主机部分3、目标跟随系统4、图像采集系统5、图像处理系统6、电机控制系统7、目标跟随系统的线性光源和高速摄像机8、图像采集系统的线性光源和高速摄像机9、轮对轮轴10、轮对轮缘顶点11、轮轴最底部数据点12、轮轴最上部数据点13、轮轴圆心具体实施方式下面，将结合本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种列车轮对不圆度动态监测方法，其特征在于：它包括了动态测量装置部分(1)和主机部分(2)两部分；其中，主机部分(2)包括了图像处理系统(5)；动态测量装置部分(1)包括了图像采集系统(4)和目标跟随系统(3)。图像采集系统(4)包括两台线性激光光源和两台高速摄像机(8)。目标跟随系统(3)包括了一台线性激光光源和一台高速摄像机(7)、电机控制系统(6)。/n

【技术特征摘要】
1.一种列车轮对不圆度动态监测方法，其特征在于：它包括了动态测量装置部分(1)和主机部分(2)两部分；其中，主机部分(2)包括了图像处理系统(5)；动态测量装置部分(1)包括了图像采集系统(4)和目标跟随系统(3)。图像采集系统(4)包括两台线性激光光源和两台高速摄像机(8)。目标跟随系统(3)包括了一台线性激光光源和一台高速摄像机(7)、电机控制系统(6)。


2.一种如权力要求1所述的列车轮对不圆度动态监测方法，其特征在于，主机部分(2)和动态测量装置部分(1)分别安放在不同地方。主机部分(2)的图像处理系统(5)的主机部署在设备机柜之中，可以通过远程连接或者设备直接对图像处理系统(5)进行操作及设置。动态测量装置部分(1)部署在轮对不圆度测量区域的两轨内侧。主机部分(2)和动态测量装置部分(1)之间依靠若干数据线及网线进行通信连接及数据传输。动态测量装置部分(1)的目标跟随系统(3)的电机控制系统(6)安装在两轨内侧面，可以沿着钢轨的方向进行行走。动态测量装置部分(1)的图像采集系统(4)安装在电机控制系统(6)之上，可以随着电机控制系统(6)移动而移动。


3.一种如权力要求1所述的列车轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚培，张宏宇，杜少飞，
申请(专利权)人：成都安科泰丰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51