专利名称：车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置及其检测方法
技术领域：
本发明涉及一种车轮探伤装置，具体涉及一种非接触式车轮踏面检测装置。
背景技术：
随着我国铁路事业的发展，列车行驶速度不断提高，车辆运行的安全问题越来越受到人们的重视，同时对列车维护检修自动化要求也越来越高，为了列车正常安全的运行， 需要提高列车的检修效率和质量。在铁路运用中，走形部分尤其是轮对运行状态对列车安全具有重要作用。轮对的踏面缺陷会给列车在运行中带来额外的冲击振动，影响列车与轨道设施的安全与使用寿命。车辆轮对踏面缺陷包括踏面擦伤和踏面剥离。踏面擦伤是由于列车制动力过大、闸瓦抱死车轮等原因，使车轮在钢轨上滑行形成的。与此同时，踏面与闸瓦强烈摩擦产生高温，冷却后，擦伤处表层金属硬脆，在随后的减速制动中，易造成踏面上金属小块脱落或呈片状翘起，形成踏面剥离。在线动态检测是指列车在钢轨上正常运行时进行的实时在线测量。在线检测由于具有测量自动化程度高、不占用机车车辆周转时间和便于存储车轮信息资料等特点，日益受到国内外重视。目前我国轮对踏面缺陷检测大多数还停留在段修状态下由技术人员采用机械式卡尺或者测量尺来测量。采用这些机械器具测量不但工作烦琐，劳动强度大，受周围环境的影响大，还不能消除人为的测量误差，从而测量精度低，测量效率不高。随着我国列车不断提速以及重载列车的增加，轮对的磨耗也日益加快，这样对轮对踏面的检测和维修就提出了更高的要求。如何在不停车的情况下检测车轮踏面缺陷情况，是高速列车和重载列车发展中急需解决的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是目前车轮踏面缺陷需要停车检测、存在人为测量误差、测量效率低，提供一种人为误差小、测量效率高、不需停车就可以检测的车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置及其检测方法。本发明的技术方案是以下述方式实现的一种车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置，包括终端处理单元，还包括设置在钢轨一侧的定位传感器，定位传感器与终端处理单元相连，终端处理单元与设置在钢轨两侧的位移传感器和摄像单元相连。相邻两个位移传感器的距离是车轮周长的1/4，每个位移传感器的一侧设有一个摄像单元。所述定位传感器是电涡流传感器或者光电开关。所述位移传感器是激光位移传感器。所述终端处理单元输出端连有定位报警装置。所述定位传感器、位移传感器和摄像单元粘结在钢轨上，或者定位传感器、位移传感器和摄像单元通过卡块与钢轨相连。如上所述检测装置的检测方法，是按照下述步骤进行的A、定位传感器1测量列车的行驶速度V，当行驶速度V小于设置值Vtl时，定位传感器给终端处理单元一个信号，终端处理单元启动位移传感器；
B、位移传感器检测车轮对踏面的散射光信号，当散射光信号超过设定阈值时，终端处理单元接收位移传感器的信号、启动摄像单元；
C、摄像单元拍摄车轮的踏面缺陷图像，并输送至终端处理单元；
D、终端处理单元根据摄像单元输出的信号，判断踏面缺陷的类型和缺陷大小。所述检测方法还包括下述步骤终端处理单元将计算的缺陷大小与设定缺陷值相比，当计算的缺陷大于设定缺陷值的时候，终端处理单元给定位报警装置一个信号，定位报警装置记录有缺陷的车轮，并发出报警信号。本发明与现有技术相比，具有下述突出优点
1.采用非接触动态测量的方法本发明所述的装置和运行中的车轮没有直接接触，避免了测量装置和列车车轮的磨损，该装置可以实现长时间列车车轮踏面缺陷的在线动态检测。2.实现踏面圆周的全面检测本发明利用位移传感器判断踏面圆周上缺陷的位置，启动对应的摄像单元，减少了摄像单元工作的次数，提高了摄像单元使用效率。3.根据纹理特征能够区分踏面缺陷的类型一擦伤或剥离，根据类型计算相应的缺陷参数。4.通过提高面阵摄像单元分辨率可以提高踏面缺陷的测量精度，检测过程中不需要手动，减少了人为误差。5.位移传感器检测列车轮对踏面的散射光信号，当散射光信号超过设定阈值时， 终端处理单元接收定位传感器的信号、启动摄像单元；减少了踏面缺陷图像的拍摄和处理的工作量，可大大提高动态检测的响应速度。6.根据激光位移传感器采集信号，可以检测轮对踏面磨耗、轮对圆周度及轮对直径等参数。另外，若在终端处理输出端上连接定位报警装置，当终端处理器显示的缺陷值大于设定值的时候，定位报警装置记录该值，并记录显示是哪个特定的车轮存在故障，有利于技术人员在列车静止后对车轮进行有针对性的复检。终端处理单元自动记录每个车轮运行情况，能够为车轮、机车及线路的运行情况分析提供参考。
图1为车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置的结构示意图。
图2为实施例1中车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置的原理图。
图3为实施例2中车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置的原理图。
图4为车轮踏面缺陷在线测量的原理图。
图5为轮对踏面缺陷在线检测装置现场安装示意图。
图6为轮对踏面缺陷在线检测图像采集示意图。
图7为位移传感器缺陷检测示意图。
图8为位移传感器工作原理示意图。
图9为轮对踏面缺陷示意图。
具体实施例方式实施例1 如图1和图2所示，本发明包括终端处理单元3，还包括设置在钢轨一侧的定位传感器1，定位传感器1与终端处理单元3相连，终端处理单元3与设置在钢轨两侧的位移传感器2和摄像单元4相连。列车行走的时候钢轨都是成对设置的，所述钢轨一侧设置定位传感器1是指成对设置的钢轨中，其中一条钢轨的一个侧面设有定位传感器1，所述钢轨两侧设置位移传感器2和摄像单元4是指两条钢轨20的外侧面均设有位移传感器 2和摄像单元4，对于其中任一条钢轨，位移传感器2和摄像单元4位于钢轨20的一侧。所述定位传感器1是两个电涡流传感器或两个光电开关，所述位移传感器2是激光位移传感器。通过定位传感器1检测列车的行驶速度，通过位移传感器2根据车轮踏面散射光信号判断踏面圆周上踏面缺陷的位置，通过摄像单元4拍摄缺陷的图像，将数据传输到终端处理器3。钢轨20两侧的位移传感器2和摄像单元4，分别记录两边车轮19的踏面缺陷。位移传感器2、定位传感器1、摄像单元4可以粘结在钢轨20上，也可以通过卡块M固定在钢轨外侧，钢轨20下面设有枕木25。受摄像单元4、位移传感器2工作范围的限制，本实施例中相邻两个位移传感器2 的距离是车轮周长的1/4，每个位移传感器2 —侧设有一个摄像单元4。如图4所示，把车轮19的圆周均分为4部分，分别为AB、BC、⑶和DA，当车轮驶过的时候，每个位移传感器2 检测车轮19的1/4圆周，同时，每个摄像头记录车轮19的1/4之间圆周的踏面信息。若选择摄像单元4的拍摄范围较宽、位移传感器2的工作范围也很宽的情况下，可以将两个位移传感器6之间的距离设为车轮周长的1/3或1/2或者等于整个周长的距离，以满足摄像单元能够完整的拍摄车轮踏面圆周为准。如图5、图6、图7、图8和图9所示，激光位移传感器2工作原理如下激光位移传感器2发出激光线，根据探测轮对踏面散射光信号判断与轮对踏面之间的距离。正常情况下，激光位移传感器与轮对踏面之间距离变化小于设定阈值，当有踏面缺陷沈存在的时候，激光位移传感器与轮对踏面之间距离变化大于设定阈值。激光位移传感器安装角度及间隔距离已知，激光位移传感器2发射出的激光线与钢轨20之间的夹角为，激光线经踏面散射之后被位移传感器2检测到。得到轮对19踏面和激光位移传感器2之间的距离，、时刻对应测量值为Ltl，、时刻对应测量值为L1，踏面没有缺陷时相邻时刻、和、对应测量值 L0和L1的差小于设定阈值Δ Lth,当激光位移传感器2相邻时刻、和t2对应测量值L1和L2 的差AL大于设定阈值ALth时，发出触发电平触发摄像单元4拍摄车轮19踏面缺陷图像， 传送到终端处理单元3，经图像处理及纹理分析判断踏面缺陷的类型(擦伤或剥离)，得到踏面缺陷的面积大小。如果踏面缺陷为擦伤，与车轮19踏面没有缺陷的测量值相比较，通过激光位移传感器2 —系列测量值中差值最大的可计算得到对应擦伤深度参数
权利要求
1.一种车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置，包括终端处理单元(3)，其特征在于还包括设置在钢轨一侧的定位传感器(1 )，定位传感器(1)与终端处理单元(3)相连，终端处理单元(3)与设置在钢轨两侧的位移传感器(2)和摄像单元(4)相连。
2.根据权利要求1所述车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置，其特征在于相邻两个位移传感器(2)的距离是车轮周长的1/4，每个位移传感器(2)的一侧设有一个摄像(4)单兀。
3.根据权利要求1所述的车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置，其特征在于所述定位传感器(1)是电涡流传感器或者光电开关。
4.根据权利要求1所述的车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置，其特征在于所述位移传感器(3)是激光位移传感器。
5.根据权利要求1所述的车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置，其特征在于所述终端处理单元(3 )输出端连有定位报警装置(5 )。
6.根据权利要求广5之一所述的车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置，其特征在于 所述定位传感器(1)、位移传感器(2)和摄像单元(4)粘结在钢轨上，或者定位传感器(1)、 位移传感器(2)和摄像单元(4)通过卡块与钢轨相连。
7.如权利要求广4之一所述检测装置的检测方法，其特征在于是按照下述步骤进行的A、定位传感器(1)测量列车的行驶速度V，当行驶速度V小于设置值Vtl时，定位传感器 (1)给终端处理单元(3)—个信号，终端处理单元(3)启动位移传感器(2)；B、位移传感器(2)检测车轮对踏面的散射光信号，当散射光信号超过设定阈值时，终端处理单元(3)接收位移传感器(2)的信号、启动摄像单元(4)；C、摄像单元(4)拍摄车轮的踏面缺陷图像，并输送至终端处理单元(3)；D、终端处理单元(3)根据摄像单元(4)输出的信号，判断踏面缺陷的类型和缺陷大小。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于还包括下述步骤终端处理单元(3)将计算的缺陷大小与设定缺陷值相比，当计算的缺陷大于设定缺陷值的时候，终端处理单元 (3 )给定位报警装置(5 ) 一个信号，定位报警装置(5 )记录有缺陷的车轮，并发出报警信号。
全文摘要
本发明公开一种车轮踏面缺陷非接触式动态检测装置及其检测方法，该检测装置包括终端处理单元，还包括设置在钢轨一侧的定位传感器，定位传感器与终端处理单元相连，终端处理单元与设置在钢轨两侧的位移传感器和摄像单元相连。本发明下述突出优点1.采用非接触动态测量的方法，在线动态检测，2.实现踏面圆周的全面检测，3.根据纹理特征能够区分踏面缺陷的类型—擦伤或剥离，根据类型计算相应的缺陷参数，4.人为误差小。
文档编号G01N21/88GK102501887SQ20111036199
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者任宇芬, 张志峰, 朱祥, 李俊丰, 杨坤, 薛人中 申请人:郑州轻工业学院