列车轮对踏面和轮缘在线高速检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种列车轮对踏面与轮缘在线高速检测系统及其检测方法，检测系统包括：在轨道的外侧依次排布的目标检测装置、测速装置、位置判断装置、图像采集装置以及图像处理装置和控制装置，图像采集装置包括多组线结构光源和高速面阵相机，光平面与轮对相交所形成的交线位于列车喷砂管/刹车装置与铁轨之间，面阵相机的成像视场含盖并稍大于交线区域；检测步骤包括①利用canny边缘检测的方法判断轮对是否有缺陷；②计算缺陷深度从而获得缺陷的大小；③将每幅图像中的光带部分依次拼接成一幅图像。本发明专利技术的有益之处在于：避免了列车喷砂管与刹车装置对检测过程的影响；检测速度快；本系统适用于20km/h~300km/列车在线检测；精度高，可以实现1mm以下缺陷检测；检测结果呈现在一幅图像中，观察方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测系统及其检测方法，具体涉及一种列车轮对踏面与轮缘在线高速检测系统及其检测方法。
技术介绍
轮对是列车最重要的部件之一，轮对的好坏直接影响列 车的行车安全。列车轮对踏面的缺陷包括踏面擦伤和踏面剥离，这些缺陷在列车运行中会带来额外的冲击振动，严重影响列车的行驶安全以及轨道设施的使用寿命，所以如何准确的检测出列车轮对踏面的缺陷是列车发展中急需解决的检测技术问题。近年来，随着我国经济的快速发展，列车行驶速度在逐步提升，伴随着高速和重载的实际情况，列车轮对要承受更大的动态载荷，使得列车轮对极易出现踏面擦伤、剥离等现象，进而导致列车运行品质下降。列车轮对踏面磨损加剧，严重时会导致车轴断裂、崩轮，甚至造成重大事故。目前有很多踏面缺陷的检测方法，其中在专利号为ZL200610155281. 3的专利中，在检测轮对踏面的过程中未考虑喷砂管与刹车装置的影响，结构光组的光平面与轨道平面有夹角和采用线阵相机成像，由于结构光组无法全部覆盖踏面，所以只能检测整个轮对踏面的部分缺陷信息，另外，缺陷信息是通过与无缺陷的图片相比较之后做差所获得的，未考虑机车的震动和偏移，容易造成较大的检测误差。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种更加准确的用于检测列车轮对缺陷的在线检测系统及其检测方法。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案列车轮对踏面和轮缘缺陷在线高速检测系统，其特征在于，包括用于检测列车是否进入检测区域的目标检测装置，用于检测列车运行速度的测速装置，用于判断列车是否到达指定位置的位置判断装置，用于获得列车轮对踏面和轮缘图像信息的图像采集装置，用于处理前述图像采集装置获得的图像信息的图像处理装置，用于接收前述目标检测装置、测速装置和位置判断装置的信息，并根据所得信息对图像采集装置、图像处理装置进行控制的系统控制装置；前述图像采集装置包括多组线结构光源和高速面阵相机；前述线结构光源的光平面位于轨道平面的上方并与轨道平面形成俯角，光平面与轮对相交所形成的交线平行于轨道平面并位于列车喷砂管/刹车装置与轨道之间；前述高速面阵相机位于轨道平面的下方，相机的光轴与轨道平面形成仰角同时与前述光平面形成固定夹角；前述图像采集装置在两条轨道的外侧各设置至少两套。前述的列车轮对踏面和轮缘缺陷在线高速检测系统，其特征在于，前述目标检测装置、位置判断装置和测速装置为霍尔传感器。前述的列车轮对踏面和轮缘缺陷在线高速检测系统，其特征在于，前述高速面阵相机的成像视场可设置，前述成像视场的宽度仅含盖体现轮对踏面和轮缘形状的区域，成像视场的高度仅含盖最大交线区域。前述的列车轮对踏面和轮缘缺陷在线高速检测系统，其 特征在于，前述高速面阵相机的光轴与光平面所成固定夹角的大小在5 20度范围内。利用前述的列车轮对踏面和轮缘缺陷在线高速检测系统检测轮对踏面和轮缘缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤(I)当轮对进入检测区域后，目标检测装置检测到相应信息，系统控制装置接收前述信息、并启动测速装置；(2)当轮对进入测速区间后，测速装置获得轮对的速度信息，系统控制装置接收前述速度信息、并启动图像采集装置；(3)当轮对到达指定的图像采集位置后，位置判断装置检测到轮对的位置信息，系统控制装置接收前述位置信息、并控制图像采集装置对轮对踏面及轮缘进行图像采集，获得一系列的踏面及轮缘图像信息；(4)图像处理装置接收前述图像信息并进行处理和分析，最终显示轮对踏面和轮缘的缺陷信息。前述的检测轮对踏面和轮缘缺陷的方法，其特征在于，在前述步骤(4)中，图像处理装置处理图像信息的方法为(一)判断图像中的轮对是否存在缺陷利用canny边缘检测的方法得到交线的上下单像素边缘，同时设定一个第一阈值，将像素点与其之前的像素点做差，当差值大于第一阈值则判定轮对此处存在缺陷，反之则不存在缺陷；(二)、计算缺陷的大小①、以踏面与线结构光源交点作为单像素边缘的基准点，设定一个第二阈值，将分开踏面与轮缘的估算位置的前后数个单像素点与基准点做差，差值小于等于第二阈值时，即确定这个像素点是区分踏面与轮缘的分界点，同时得到轮缘的实际像素个数A ;②、拟合踏面区域的点，得到一条直线，拟合点p(x，y)与对应的实际测量点q(x, y)的偏差为r(x, y), r (x, y) =p (x, y) -q (x, y)，交线所在位置的切平面与光平面的夹角为Θ，则缺陷深度d为d=r (X，y) Xtan Θ ；③、根据轮缘与踏面长度所成的比例，计算出未发生磨损的轮缘的理论像素个数B，B与A做差即得到轮缘的磨损量；(三)生成结果图将每幅图像中的光带部分提取出来，按照顺序拼接成一幅图像，并将轮对的缺陷部分用不同于背景的颜色表示出来。前述的检测轮对踏面和轮缘缺陷的方法，其特征在于，前述做差的两个像素点中间相隔四个像素点。本专利技术的有益之处在于图像采集装置的光平面与轮对相交所形成的交线位于列车喷砂管/刹车装置与铁轨之间，解决了列车喷砂管/刹车装置对检测系统的检测方向和范围的影响问题；线结构光源的光平面与轮对相交所成的交线平行于轨道平面，并且线结构光源横向的长度覆盖了轮对的踏面和轮缘，真正实现踏面和轮缘无遗漏的全部检测；高速面阵相机的成像视场的宽度仅含盖体现轮对踏面和轮缘形状的区域、高度仅含盖最大交线区域，因交线区域以外的部分未采集到图像中，所以大大提高了图像处理装置的运算速度及工作效率，本系统可适用于20km/tT300km/h列车的在线高速检测；利用本专利技术的方法计算踏面缺陷的深度，无需考虑机车的震动和偏移，大大减小了检测的误差；每幅图像中的光带部分被提取出来，并按照顺序拼接成一幅图像，轮对的缺陷部分也同时被拼接在了前述的图像中，更方便观察检测结果。附图说明图I是本专利技术的列车轮对缺陷在线检测系统的总体布局的俯视 图2是图I中的列车轮对缺陷在线检测系统的右视图；图3是线结构光源的光平面与交线所在切平面以及喷砂管/刹车装置的相对位置示意图；图中附图标记的含义1_轮对，2-轨道，3-目标检测装置，4-位置判断装置，5-线结构光源，6-高速面阵相机，7-测速装置，8-光平面，9-切平面，10-喷砂管，Θ -夹角，箭头表示列车行驶方向。具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。参照图1，本专利技术的列车轮对缺陷在线高速检测系统，包括用于检测列车是否进入检测区域的目标检测装置3，用于检测列车运行速度的测速装置7，用于判断列车是否到达指定位置的位置判断装置4，用于获得列车轮对I的踏面和轮缘图像信息的图像采集装置，对图像采集装置获得的图像信息进行处理的图像处理装置(未图示)以及接收目标检测装置3、测速装置7、位置判断装置4传来的信息并对图像采集装置发出控制命令的系统控制装置(未图示)。该在线检测系统的总体布局详述如下在轨道2的外侧靠近轨道2的位置、沿轨道2延伸方向依次排布有目标检测装置3，测速装置7，位置判断装置4，图像采集装置。目标检测装置3最先检测到是否有列车进入检测区域，测速装置7检测列车进入检测区域后的运行速度是否能满足图像采集装置采集到有效而且完整的图像信息，当列车进入检测区域并行使到指定的图像采集位置后，位置判断装置4发出信号给系统控制装置，进而启动图像采集装置进行图像的采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
列车轮对踏面和轮缘缺陷在线高速检测系统，其特征在于，包括：用于检测列车是否进入检测区域的目标检测装置，用于检测列车运行速度的测速装置,用于判断列车是否到达指定位置的位置判断装置，用于获得列车轮对踏面和轮缘图像信息的图像采集装置，用于处理上述图像采集装置获得的图像信息的图像处理装置，用于接收上述目标检测装置、测速装置和位置判断装置的信息，并根据所得信息对图像采集装置、图像处理装置进行控制的系统控制装置；上述图像采集装置包括：多组线结构光源和高速面阵相机；上述线结构光源的光平面位于轨道平面的上方并与轨道平面形成俯角，光平面与轮对相交所形成的交线平行于轨道平面并位于列车喷砂管/刹车装置与轨道之间；上述高速面阵相机位于轨道平面的下方，相机的光轴与轨道平面形成仰角、同时与上述光平面形成固定夹角；上述图像采集装置在两条轨道的外侧各设置至少两套。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐贵力，祁晓鹏，程月华，姚恩涛，李开宇，王平，郭瑞鹏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：