机车轮对磨耗光电在线检测系统

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文初，国际上就开始了自动检测在线车轮缺陷的超声方法的研究。这一阶段的主要研究尚处于实验室内，采用的方法是压电超声法。20世纪80年代中期，德国利用电磁超声技术研制成功车轮踏面裂纹探伤装置。该全自动探伤装置实现了运行机车车轮的动态探伤。80年代末期，美国也研制出类似的电磁超声探伤装置。另外，80年代初，国际上还出现了振动加速度法动态测量踏面擦伤的装置，但检测结果受测量条件影响，效果并不理想。和国际先进水平相比较，我国的轮对踏面缺陷在线检测水平尚处于比较落后的阶段。在我国，近年来，才逐渐开始研究车轮在线自动探伤装置，形成了利用【1】【3

2、】涡流传感器阵列和传感器跟踪方式测量车轮表面缺陷的构思，但并没有投入实际运用，另外最近国内有人提出平行四边形检测踏面缺陷的动态检测方法,参见文献[6]、[9]。对于轮对的尺寸参数，以上方法都不能很好的解决，而尺寸参数是轮对参数的一个重要组成部分。随着光电测量技术的发展，这一技术逐渐应用到铁路检测领域。在尺寸检测方面，光电测量法检测项目全面，不仅能测车轮外形关键尺寸，还能获得车轮完整的断面曲线，而且检测精度高，自动化程度高，是一种先进的非接触式外形尺寸测量技术，日益受到国内外的广泛关注，引导着车轮外形尺寸动态检测的方向。轮缘几何参数的测量是利用线结构光测量原理

3、和光电图像检测方法检测，解决了轮缘厚度、踏面磨耗这一关键技术难点。轮对尺寸参数是利用基于激光三角法测量原理的激光位移传感器来检测，踏面缺陷参数的测量是利用激光位移传感器和图像处理相结合的方法来检测，其测量精度达到车辆段修要求的技术指标。参见文献[45]～[50]。以美国IMAGEMAP和德国FRAUNHOFER的技术为代表。由于CCD图像技术响应速度快、动态范围大、可靠性高、不需要复杂的机械机构，是目前国内外轮对尺寸参数在线检测的主要方法，德国、日本、美国、加拿大、澳大利亚、罗马尼亚、南非等国近10年来已有实际应用。我国近年来也开展了较多基于CCD检测技术的

4、研究，并已在轮对静态检测中取得较大成绩。但在在线检测方面起步较晚，其中，北京交通大学光电检测技术研究所的邵双运等基于结构光视觉测量原理，实现了运行中轮辋厚度和轮缘厚度两个几何尺寸参数的在线检测；中国科学院光电技术研究所的任宏伟等对图像处理算法进行了优化，使低速运行时轮对几何参数的平均测量误差小于0.5mm；哈尔滨铁路局的赖冰凌等实现了轮缘高度、轮缘宽度、车轮直径等几何参数的在线检测；西南交通大学基于引进德国技术研制的轮对在线检测系统已获得实际应用。以上国内外研究均为将CCD图像检测法用于尺寸参数的在线检测，适应的车辆运行速度一般为5-25km/h，但美国IM

5、AGEMAP公司研究的系统可适应100km/h的速度。光电图像检测方法的优点如下：2杭州电子科技大学硕士学位论文①非接触检测。由于采用光电检测技术和摄像技术，因此，可以对运动中的工件进行动态检测。检测过程中与被测工件不接触，使被测件材质的适应范围宽，无划伤被测表面、变形及磨损误差等问题，满足国际规定的形位误差条件。②多功能检测。通过摄像或扫描的方法获得的测量图像中包含被测工件的几个几何量信息，因此，对复杂的工件进行一次性检测就可获得全部的测量数据。③高效的数据处理。微电子技术、半导体超大集成器件的发展，特别是计算机技术的成熟，数据的采集和处理实现了自动化。同

6、时，随着图像处理技术的不断完善，计算机辅助测试的功能更加强大，图像测量技术得到更加广泛的应用。文献[22]、[23]中指出，光电检测系统可以快速获取大量视觉数据，而且易于自动处理，也易于同设计信息以及加工控制信息集成。一般而言，典型的光电检测系统由三部分组成：图像的获取，图像数据的处理以及结果显示、输出。图像获取装置设备包括光源、摄像机等；图像处理设备包括相应的硬件和软件系统；输出设备包括显示器，存储器和控制器等。近年来，国外主要应用这种理论开发出的车轮外形检测装置有：日本于20世纪90年代末研制的“车轮踏面形状自动测定装置”，由细带状激光束、CCD、车轮检

7、测器、同步检测传感器及遮光板组成。激光束照射范围为通过的一个车轮。测量时光电传感器跟踪车轮轮缘，2台CCD高速拍摄车轮被照部分散射光图像，计算机进行滤波和细化处理，提取图像中心线并计算车轮尺寸。澳大利亚于20世纪90年代末研制出的“车轮实时跟踪检测装置”，该装置能检测车轮断面形状、踏面磨耗及列车以30km/h速度行驶时车轮受冲击的偏移角度。机车进入检测区时，光发射器光源被切断，此时激光闪光单元发光，照射车轮，CCD摄像。从而完成图像的采集工作，经过相应的图像处理和计算得到所需测量的几何参数。德【1】国铁路于80年代末期研制成功轮对自动诊断装置，当列车以小于5

8、km/h的速度运行时，其装置能够自动测量车轮断面的几