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1. (WO2019024147) STRUCTURED LIGHT BASED WHEEL MULTIPLE PARAMETER ONLINE MEASUREMENT SYSTEM AND MEASUREMENT METHOD THEREOF
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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7  

附图

0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010  

说明书

发明名称 : 基于结构光的车轮多参数在线测量系统及其测量方法

技术领域

[0001]
本发明涉及一种车轮在线测量系统及其测量方法,尤其涉及一种基于结构光的车轮多参数在线测量系统及其测量方法。

背景技术

[0002]
列车在车轮通过弯道或道岔时,车轮轮缘部分与钢轨内侧面发生摩擦造成轮缘磨耗。另外,列车运行过程中,车轮踏面常因制动或空转打滑等原因产生局部擦伤。而踏面磨耗和轮缘磨耗会导致车轮外形尺寸发生改变,极大影响着乘坐舒适性和运行稳定性。当车轮的磨耗量超过一定限度时,存在引发重大行车事故的隐患。因此,车轮的外形尺寸是衡量轮对技术状态的重要指标。
[0003]
目前国内一般采用样板目测检查车轮尺寸,或者使用专用轮箍尺寸检测量具进行人工测量。这些检测方式在测量过程中需对车轮进行精确定位,具有效率低下、可靠性差、测量精度低、占用机车周转时间长等静态检测无法克服的缺点,不能真正的为地铁列车轮对的检修提供可靠的依据信息,而且无法及时了解车轮在运行中的质量状况,必然出现磨耗过度的车轮仍在继续使用的情况,存在行车安全隐患。另外,现有的检测技术,通过采用图像分析进行轮对变形判断,该技术方案容易受环境光干扰较大,并不能达到全天候工作的状态。
[0004]
发明内容
[0005]
为此,本发明的目的在于提供一种基于结构光的车轮多参数在线测量系统及其测量方法,以解决目前车轮在线测量系统可靠性差及测量精度低的问题。
[0006]
为实现上述目的,本发明主要采用以下技术方案:
[0007]
一种基于结构光的车轮多参数在线测量系统,包括系统控制器、车轮传感器、第一车轮在线测量装置及第二车轮在线测量装置,所述车轮传感器、第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置均连接于系统控制器上;且车轮传感器、第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置沿列车前进方向依次并 排设置;
[0008]
所述第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置均包括有踏面结构光单元、剖面结构光单元及二维图像传感器,所述剖面结构光单元、踏面结构光单元及二维图像传感器沿同一条钢轨外侧排列;
[0009]
所述踏面结构光单元发射出n条线激光,其中,n≥2,所述n条线激光投射到车轮上时,形成n条车轮踏面轮廓曲线;所述剖面结构光单元发射出m条线激光,其中,m≥1,所述m条线激光投射到车轮上时,形成m条车轮剖面轮廓曲线;m条车轮剖面轮廓曲线与n条车轮踏面轮廓曲线相交于踏面轮廓线距内侧面60~80mm的缓变区域;且所述的n条车轮踏面轮廓曲线与m条车轮剖面轮廓曲线均位于所述二维图像传感器的成像范围内。
[0010]
进一步地,所述线激光由激光发射装置发射而成,所述激光发射装置包括线激光光源、分光器及反射镜,所述分光器及反射镜将所述线激光光源分为具有特定角度关系的多条线激光。
[0011]
进一步地,所述线激光由激光发射装置发射而成,所述激光发射装置包括一个线激光光源与一个二元光学分束器,所述二元光学分束器将所述线激光光源分为具有特定角度关系的多条线激光。
[0012]
进一步地,所述线激光由激光发射装置发射而成,所述激光发射装置包括多个线激光光源,多个所述线激光光源呈特定角度安装并发射出构成有一定角度关系的多条线激光。
[0013]
进一步地,所述第一车轮在线测量装置的剖面结构光单元与第二车轮在线测量装置的剖面结构光单元出射的线激光数量相等,且对应的每一对线激光都投射到同一车轮剖面圆。
[0014]
一种基于结构光的车轮多参数在线测量方法,包括以下步骤:
[0015]
步骤一、安装与标定:
[0016]
(1)将所述的基于结构光的车轮多参数在线测量系统安装于检测路段;
[0017]
(2)标定结构光参数;
[0018]
步骤二、列车车轮参数检测:
[0019]
(1)获取被测列车车轮轮廓信息:列车经过时,车轮传感器检测到车轮后, 第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置同时工作,记第一、第二车轮在线测量装置的剖面结构光单元的m条线激光在车轮上的剖面轮廓分别为lp 1-1、lp 1-2、……、lp 1-m、lp 2-1、lp 2-2、……、lp 2-m,第一车轮在线测量装置的踏面结构光单元的n 1条线激光在车轮上的踏面轮廓分别为lt 1-1、lt 1-2、……、lt 1-n1,第二车轮在线测量装置的踏面结构光单元的n 2条线激光在车轮上的踏面轮廓分别为lt 2-1、lt 2-2、……、lt 2-n2,两个二维图像传感器在k个时刻分别拍摄k组车轮底部两段剖面结构光与踏面结构光轮廓图像P 1-1与P 2-1、P 1-2与P 2-2、……、P 1-k与P 2-k,其中,k为自然数;
[0020]
(2)第一组三维轮廓图像重建:根据第一组两个二维图像传感器拍摄的图像P 1-1与P 2-1,与步骤一第(2)步中标定的结构光参数,将P 1-1与P 2-1进行三维图像重建,得到三维重建后的踏面结构光轮廓lt’ 1-1、lt’ 1-2、……、lt’ 1-n1、lt’ 2-1、lt’ 2-2、……、lt’ 2-n2与三维重建后的剖面结构光轮廓lp’ 1-1、lp’ 1-2、……、lp’ 1-m、lp’ 2-1、lp’ 2-2、……、lp’ 2-m
[0021]
(3)第一组被测车轮轮廓参数计算:对第一组三维重建后的踏面结构光轮廓lt’ 1-1、lt’ 1-2、……、lt’ 1-n1、lt’ 2-1、lt’ 2-2、……、lt’ 2-n2进行处理,合成一条车轮踏面曲线lt’,根据所述踏面曲线lt’,按定义计算出第一组车轮轮缘高与轮缘厚;或者对所有n 1+n 2条重建后的踏面轮廓分别处理,得到n 1+n 2个车轮轮缘高与轮缘厚数值,剔除误差较大的轮缘高与轮缘厚数值之后,对剩下的车轮轮缘高与轮缘厚数值取平均值,计算出第一组的车轮轮缘高与轮缘厚;
[0022]
(4)第一组被测车轮直径计算:根据第一组三维图像重建后的m对剖面结构光轮廓lp’ 1-1与lp’ 2-1、lp’ 1-2与lp’ 2-2、……、lp’ 1-m与lp’ 2-m,拟合出m个圆C 1、C 2、……、C m,根据拟合圆方程得出m个直径D 1、D 2、……、D m;根据轮廓曲线lt’,将所述m个拟合圆直径D 1、D 2、……、D m修正到滚动圆上,获得m个滚动圆直径值D 1’、D 2’、……、D m’,剔除误差较大滚动圆直径值后再取平均,得到第一组的车轮直径值D;
[0023]
(5)当k大于1时,对剩下k-1组图像P 1-2与P 2-2、……、P 1-k与P 2-k,重复步骤(2)~(4),计算出k-1组车轮轮缘高、轮缘厚与直径值;对k组车轮轮缘高、轮缘 厚与直径值,剔除误差较大的值后分别取平均,得到最终的被测轮轮缘高、轮缘厚与直径值;
[0024]
(6)踏面擦伤与剥离识别:当轮对不存在擦伤或剥离时,k个时刻三维图像重建后所有剖面结构光轮廓都是连续缓变的弧线,当其中一条剖面结构光轮廓出现突变时,根据突变类型,判断擦伤或者剥离;
[0025]
步骤三、实时判断报警:根据步骤二中测得的车轮直径、轮缘高、轮缘厚与标准值进行比较,求出差值;根据直径差值、轮缘高差值、轮缘厚差值的大小判断是否需要报警提示;根据是否存在擦伤与剥离判断是否需要报警提示,当所有的参数均没有超出设定值以及不存在擦伤与剥离时,则认定为安全;当其中的一个或一个以上的参数超出设定值时,或者存在擦伤与剥离时,系统认定存在隐患进行报警提示。
[0026]
进一步地,在步骤一中,所述检测路段布置有多套所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统,列车经过检测区域时,多套所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统依次对车轮不同区域进行拍摄,车轮在检测区域滚动一周后,对多套基于结构光的车轮多参数在线测量系统的图片进行三维重建与图像拼接,得到列车车轮完整轮廓。
[0027]
本发明的有益效果在于:采用踏面结构光单元与剖面结构光单元在车轮上投影出车轮剖面轮廓与踏面轮廓,两个二维探测器拍摄两副图像、经过三维重建后即可获得相对应的两部分车轮踏面与剖面轮廓信息,根据两幅图像即可获得车轮直径、轮缘高、轮缘厚;通过两个或多个二维图像传感器拍摄多幅图像,可以提高系统可靠性与测量精度;采用主动方式投射线激光形成车轮剖面轮廓与踏面轮廓,受外界环境光影响较小;根据同一个圆上两段剖面结构光轮廓拟合圆求出车轮直径,无需对车轮进行精确定位。

附图说明

[0028]
图1为本发明基于结构光的车轮多参数在线测量系统的第一实施例的构成示意图;
[0029]
图2为图1所示的基于结构光的车轮多参数在线测量系统的分布示意图;
[0030]
图3为图1中踏面结构光单元的激光线的构成方式示意图;
[0031]
图4为图1中第一车轮在线测量装置的一剖面轮廓曲线与两踏面轮廓曲线的结构示意图;
[0032]
图5为本发明实施例一中将拟合圆直径D 1修正到滚动圆的原理图;
[0033]
图6为本发明实施例二中剖面结构光单元的五条线激光构成方式示意图;
[0034]
图7为本发明实施例二中的剖面结构光单元的线激光投射到车轮上时,形成的五条车轮剖面轮廓曲线的结构示意图;
[0035]
图8为本发明实施例二中的踏面结构光单元的线激光投射到车轮上时,形成的九条车轮剖面轮廓曲线的结构示意图;
[0036]
图9为发明实施例二中的剖面结构光单元的线激光及踏面结构光单元的线激光同时投射到车轮上时,形成的五条车轮剖面轮廓曲线与九条车轮剖面轮廓曲线的结构示意图;
[0037]
图10为本发明的实施例一、实施例二中均设有多套所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统时的分布示意图。

具体实施方式

[0038]
为了使本发明的技术方案能更清晰地表示出来,下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0039]
第一实施例:
[0040]
如图1至图5所示,其为本发明提供的基于结构光的车轮多参数在线测量系统的第一实施例;所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统包括系统控制器(图未示)、车轮传感器10、第一车轮在线测量装置20、第二车轮在线测量装置30,所述车轮传感器10、第一车轮在线测量装置20、第二车轮在线测量装置30沿列车前进方向依次并排设置。
[0041]
所述车轮传感器10、第一车轮在线测量装置20、第二车轮在线测量装置30均连接于系统控制器上;所述第一车轮在线测量装置20与第二车轮在线测量装置30的中点为O点,本实施例中,所述第一车轮在线测量装置20及第二车轮在线测量装置30相对于过O点垂直于钢轨200的平面镜面对称。可以理解地, 所述第一车轮在线测量装置20及第二车轮在线测量装置30也可以为不对称设置。
[0042]
所述第一车轮在线测量装置20、第二车轮在线测量装置30均包括踏面结构光单元21、剖面结构光单元22及二维图像传感器23,所述剖面结构光单元22、踏面结构光单元21及二维图像传感器23沿同一条钢轨排列,但三者的前后次序可以颠倒。所述第一车轮在线测量装置20的剖面结构光单元22发射的线激光与第二车轮在线测量装置20的剖面结构单元22发射的线激光数量相等,且对应的每一对线激光都投射到同一个车轮的剖面圆上。
[0043]
所述踏面结构光单元21可发射出n条线激光,其中,n≥2。本实施例中,所述踏面结构光单元21发射出两条线激光。调整所述踏面结构光单元21的位置与方向,使得两条线激光构成的两平面与车轮100内侧面垂直,且两踏面结构光单元21中的两条线激光投射到车轮100上时,分别形成车轮踏面轮廓曲线lt 1-1、lt 1-2。所述踏面结构光单元21中的两所述线激光由一激光发射装置发射出,所述激光发射装置包括一个线激光光源211、一个或多个分光器212及一个反射镜213。所述分光器212与线激光出射平面夹角为60°,所述反射镜213与线激光出射平面夹角为45°。线激光光源211出射光经过分光器212与反射镜213后,形成垂直于车轮100内侧面、夹角为30°的两条线激光。
[0044]
所述剖面结构光单元22可发射出m条线激光,其中,m≥1。本实施例中,所述剖面结构光单元22发射出一条线激光,即m=1。调整所述剖面结构光单元22的位置与方向,使得:①剖面结构光单元22的线激光构成的一个平面与水平面垂直、线激光的光轴与水平面夹角为θ,其中,0°<θ≤60°;②剖面结构光单元的一条线激光投射到车轮上时形成一条车轮剖面轮廓曲线lp 1-1;③所述车轮剖面轮廓曲线lp 1-1与所述车轮踏面轮廓曲线lt 1-1、lt 1-2相交于踏面轮廓线距内侧面60~80mm的缓变区域。
[0045]
调整所述二维图像传感器23位置与方向,使得其测量范围覆盖所述剖面结构光单元22与所述踏面结构光单元21在车轮上投射的所有车轮踏面轮廓曲线与车轮剖面轮廓曲线,使得所述车轮踏面轮廓曲线与车轮剖面轮廓曲线都能成像在二维图像传感器23上。
[0046]
本实施例中,所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统的测量方法,包括以下步骤:
[0047]
步骤一、安装与标定:
[0048]
(1)将所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统安装于检测路段;
[0049]
(2)标定结构光参数;
[0050]
步骤二、列车车轮参数检测;
[0051]
(1)获取被测列车车轮轮廓信息:列车经过时,车轮传感器10检测到车轮后,第一车轮在线测量装置20、第二车轮在线测量装置30同时工作,记第一车轮在线测量装置20、第二车轮在线测量装置30的剖面结构光单元22的一条线激光在车轮上的剖面轮廓分别为lp 1-1、lp 2-1,第一车轮在线测量装置20的踏面结构光单元21的两条线激光在车轮上的踏面轮廓分别为lt 1-1、lt 1-2,第二车轮在线测量装置30的踏面结构光单元21的两条线激光在车轮上的踏面轮廓分别为lt 2-1、lt 2-2,两个二维图像传感器23拍摄一组车轮底部两段剖面轮廓与踏面轮廓图像P 1-1与P 2-1
[0052]
(2)三维轮廓图像重建:根据两个二维图像传感器40拍摄的图像P 1-1与P 2-1,与步骤一第(2)步中标定的结构光参数,将P 1-1与P 2-1进行三维图像重建,得到三维重建后的踏面结构光轮廓lt’ 1-1、lt’ 1-2、lt’ 2-1、lt’ 2-2与三维重建后的剖面结构光轮廓lp’ 1-1、lp’ 2-1
[0053]
(3)被测车轮轮廓参数计算:对三维重建后的踏面结构光轮廓lt’ 1-1、lt’ 1-2、lt’ 2-1、lt’ 2-2进行处理,合成一条车轮踏面曲线lt’,根据所述踏面曲线lt’,按定义计算出第一组车轮轮缘高与轮缘厚;或者对所有四条重建后的踏面轮廓分别处理,得到四个车轮轮缘高与轮缘厚数值,剔除误差较大的轮缘高与轮缘厚数值之后,对剩下的车轮轮缘高与轮缘厚数值取平均值,计算出第一组的车轮轮缘高与轮缘厚;
[0054]
(4)被测车轮直径计算:根据三维图像重建后的1对剖面结构光轮廓lp’ 1-1与lp’ 2-1,拟合出1个圆C 1,根据拟合圆方程得出直径D 1。根据轮廓曲线lt’,将拟合圆直径D 1修正到滚动圆上,获得滚动圆直径值D 1’=D 1-2Δd,即车轮直径值D=D 1’;
[0055]
(5)踏面擦伤与剥离识别:当轮对不存在擦伤或剥离时,三维图像重建后所有剖面结构光轮廓都是连续缓变的弧线,当其中一条剖面结构光轮廓出现突变时,根据突变类型,判断擦伤或者剥离;
[0056]
步骤三、实时判断报警:根据步骤二中测得的车轮直径、轮缘高、轮缘厚与标准值进行比较,求出差值;根据直径差值、轮缘高差值、轮缘厚差值的大小判断是否需要报警提示,根据是否存在擦伤与剥离判断是否需要报警提示,当所有的参数均没有超出设定值以及不存在擦伤与剥离时,则认定为安全;当其中的一个或一个以上的参数超出设定值时,或者存在擦伤与剥离时,系统认定存在隐患进行报警。
[0057]
实施例二
[0058]
如图6至图10所示,其为本发明提供的基于结构光的车轮多参数在线测量系统的第二实施例,本实施例的基于结构光的车轮多参数在线测量系统与第一实施例基本相同,也包括系统控制器(图未示)、车轮传感器10、第一车轮在线测量装置20、第二车轮在线测量装置30,所述第一车轮在线测量装置20、第二车轮在线测量装置30均包括踏面结构光单元21、剖面结构光单元22及二维图像传感器23;所述剖面结构光单元22、踏面结构光单元21及二维图像传感器23沿同一条钢轨200排列,其前后次序可以颠倒。
[0059]
本实施例与第一实施例的不同之处在于,本实施例中的剖面结构光单元22发射出五条线激光,踏面结构光单元21发射出九条线激光。所述踏面结构光单元21的九条线激光及剖面结构光单元22发射出五条线光源各由一激光发射装置发出。所述激光发射装置包括一个线激光光源212及一个二元光学分束器50,所述踏面结构光单元21的线激光光源212通过所述二元光学分束器50分光,将线激光光源212分为有特定角度关系且垂直于同一平面的九条线激光。所述剖面结构光单元22的线激光光源通过二元光学分束器50分光,将线激光光源分为有特定角度关系且垂直于同一平面的一五条线激光。
[0060]
调整所述踏面结构光单元21的位置与方向,使得九条线激光构成的九个平面与车轮100内侧面垂直,且所述九条线激光投射到车轮100上时,形成九条 车轮踏面轮廓曲线。调整所述剖面结构光单元22的位置与方向,使得:①所有五条线激光构成的五个平面与水平面垂直、且所有五条线激光光轴与水平面夹角为θ,0°<θ≤60°;②所述五条线激光投射到车轮上时形成五条车轮剖面轮廓曲线;③所述五条车轮剖面轮廓曲线与所述九条车轮踏面轮廓曲线相交于踏面轮廓线缓变区域。
[0061]
本实施例的基于结构光的车轮多参数在线测量系统的测量方法,包括以下步骤:
[0062]
步骤一、安装与标定:
[0063]
(1)将所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统装置安装于检测路段;
[0064]
(2)标定结构光参数;
[0065]
步骤二、列车车轮参数检测;
[0066]
(1)获取被测列车车轮轮廓信息:列车经过时,车轮传感器检测到车轮后,第一车轮在线测量装置20、第二车轮在线测量装置30同时工作,记第一车轮在线测量装置20、第二车轮在线测量装置30的剖面结构光单元22的九条线激光在车轮上的剖面轮廓分别为lp 1-1、lp 1-2、……、lp 1-9、lp 2-1、lp 2-2、……、lp 2-9,第一车轮在线测量装置20的踏面结构光单元21的五条线激光在车轮上的踏面轮廓分别为lt 1-1、lt 1-2、……、lt 1-5,第二车轮在线测量装置30的踏面结构光单元21的五条线激光在车轮上的踏面轮廓分别为lt 2-1、lt 2-2、……、lt 2-5,两个二维图像传感器23在3个时刻分别拍摄3组车轮底部两段剖面结构光轮廓图像与踏面结构光轮廓图像P 1-1与P 2-1、P 1-2与P 2-2、P 1-3与P 2-3
[0067]
(2)第一组三维轮廓图像重建:根据第一组两个二维图像传感器23拍摄的图像P 1-1与P 2-1,与步骤一第(2)步中标定的结构光参数,将P 1-1与P 2-1进行三维图像重建,得到三维重建后的踏面结构光轮廓lt’ 1-1、lt’ 1-2、……、lt’ 1-5、lt’ 2-1、lt’ 2-2、……、lt’ 2-5与三维重建后的剖面结构光轮廓lp’ 1-1、lp’ 1-2、……、lp’ 1-9、lp’ 2-1、lp’ 2-2、……、lp’ 2-9
[0068]
(3)第一组被测车轮轮廓参数计算:对第一组三维重建后的踏面结构光轮廓lt’ 1-1、lt’ 1-2、……、lt’ 1-5、lt’ 2-1、lt’ 2-2、……、lt’ 2-5进行处理,合成一条车轮踏面曲线lt’,根据所述踏面曲线lt’,按定义计算出第一组车轮轮缘高与轮缘厚;或 者对所有10条重建后的踏面轮廓分别处理,得到10个车轮轮缘高与轮缘厚数值,剔除误差较大的轮缘高与轮缘厚数值之后,对剩下的车轮轮缘高与轮缘厚数值取平均值,计算出第一组的车轮轮缘高与轮缘厚;
[0069]
(4)第一组被测车轮直径计算:根据第一组三维图像重建后的9对剖面结构光轮廓lp’ 1-1与lp’ 2-1、lp’ 1-2与lp’ 2-2、……、lp’ 1-9与lp’ 2-9,拟合出9个圆C 1、C 2、……、C 9,根据拟合圆方程得出9个直径D 1、D 2、……、D 9;根据轮廓曲线lt’,将所述9个拟合圆直径D 1、D 2、……、D 9修正到滚动圆上,获得9个滚动圆直径值D 1’、D 2’、……、D 9’,剔除误差较大滚动圆直径值后再取平均,得到第一组的车轮直径值D。
[0070]
(5)对第2组、第3组图像P 1-2与P 2-2、P 1-3与P 2-3,重复步骤(2)-(4),计算出第2组、第3组车轮轮缘高、轮缘厚与直径值。对3组车轮轮缘高、轮缘厚与直径值取平均,得到最终的被测轮轮缘高、轮缘厚与直径值。
[0071]
(6)踏面擦伤与剥离识别:当轮对不存在擦伤或剥离时,3个时刻三维图像重建后所有剖面结构光轮廓都是连续缓变的弧线,当其中一条剖面结构光轮廓出现突变时,根据突变类型,判断擦伤或者剥离;
[0072]
步骤三:实时判断报警。根据步骤三中测得的车轮直径、轮缘高、轮缘厚与标准值进行比较,求出差值。根据直径差值、轮缘高差值、轮缘厚差值的大小判断是否需要报警提示,根据是否存在擦伤与剥离判断是否需要报警提示,当所有的参数均没有超出设定值以及不存在擦伤与剥离时,则认定为安全;当其中的一个或一个以上的参数超出设定值时,或者存在擦伤与剥离时,系统认定存在隐患进行报警。
[0073]
可以理解地,在实施例一及实施例二中,为了测量列车车轮完整轮廓,可沿列车前进方向布置多套所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统,列车经过检测区域时,多套所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统依次对车轮不同区域进行拍摄,车轮在检测区域滚动一周后,对多套所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统的图片进行三维重建与图像拼接,可以得到列车车轮完整轮廓。
[0074]
本发明的有益效果在于:采用踏面结构光单元21与剖面结构光单元22在 车轮上投影出车轮剖面轮廓与踏面轮廓,两个二维探测器拍摄两副图像、经过三维重建后即可获得相对应的两部分车轮踏面与剖面轮廓信息,根据两幅图像即可获得车轮直径、轮缘高、轮缘厚;通过两个或多个二维图像传感器23拍摄多幅图像,可以提高系统可靠性与测量精度;采用主动方式投射线激光形成车轮剖面轮廓与踏面轮廓,受外界环境光影响较小;根据同一个圆上两段剖面结构光轮廓拟合圆求出车轮直径,无需对车轮进行精确定位。
[0075]
以上所述实施例仅表达了本发明的两种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

权利要求书

[权利要求 1]
一种基于结构光的车轮多参数在线测量系统,其特征在于:包括系统控制器、车轮传感器、第一车轮在线测量装置及第二车轮在线测量装置,所述车轮传感器、第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置均连接于系统控制器上;且车轮传感器、第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置沿列车前进方向依次并排设置; 所述第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置均包括有踏面结构光单元、剖面结构光单元及二维图像传感器,所述剖面结构光单元、踏面结构光单元及二维图像传感器沿同一条钢轨外侧排列; 所述踏面结构光单元发射出n条线激光,其中,n≥2,所述n条线激光投射到车轮上时,形成n条车轮踏面轮廓曲线;所述剖面结构光单元发射出m条线激光,其中,m≥1,所述m条线激光投射到车轮上时,形成m条车轮剖面轮廓曲线;m条车轮剖面轮廓曲线与n条车轮踏面轮廓曲线相交于踏面轮廓线距内侧面60mm~80mm的区域;且所述的n条车轮踏面轮廓曲线与m条车轮剖面轮廓曲线均位于所述二维图像传感器的成像范围内。
[权利要求 2]
如权利要求1所述的基于结构光的车轮多参数在线测量系统,其特征在于:所述线激光由激光发射装置发射而成,所述激光发射装置包括线激光光源、分光器及反射镜,所述分光器及反射镜将所述线激光光源分为具有特定角度关系的多条线激光。
[权利要求 3]
如权利要求1所述的基于结构光的车轮多参数在线测量系统,其特征在于:所述线激光由激光发射装置发射而成,所述激光发射装置包括一个线激光光源与一个二元光学分束器,所述二元光学分束器将所述线激光光源分为具有一定角度关系的多条线激光。
[权利要求 4]
如权利要求1所述的基于结构光的车轮多参数在线测量系统,其特征在于:所述线激光由激光发射装置发射而成,所述激光发射装置包括多个线激光光源,多个所述线激光光源呈特定角度安装并发射出构成有特定角度关系的多条线激光。
[权利要求 5]
如权利要求1所述的基于结构光的车轮多参数在线测量系统,其特征在于:所述第一车轮在线测量装置的剖面结构光单元与第二车轮在线测量装置的 剖面结构光单元出射的线激光数量相等,且对应的每一对线激光都投射到同一车轮剖面圆。
[权利要求 6]
一种基于结构光的车轮多参数在线测量方法,其特征在于:包括以下步骤: 步骤一、安装与标定: (1)将权利要求1~5中任一权利要求所述的基于结构光的车轮多参数在线测量系统安装于检测路段; (2)标定结构光参数; 步骤二、列车车轮参数检测: (1)获取被测列车车轮轮廓信息:列车经过时,车轮传感器检测到车轮后,第一车轮在线测量装置、第二车轮在线测量装置同时工作,记第一、第二车轮在线测量装置的剖面结构光单元的m条线激光在车轮上的剖面轮廓分别为lp 1-1、lp 1-2、……、lp 1-m、lp 2-1、lp 2-2、……、lp 2-m,第一车轮在线测量装置的踏面结构光单元的n 1条线激光在车轮上的踏面轮廓分别为lt 1-1、lt 1-2、……、lt 1-n1,第二车轮在线测量装置的踏面结构光单元的n 2条线激光在车轮上的踏面轮廓分别为lt 2-1、lt 2-2、……、lt 2-n2,两个二维图像传感器在k个时刻分别拍摄k组车轮底部两段剖面结构光与踏面结构光轮廓图像P 1-1与P 2-1、P 1-2与P 2-2、……、P 1-k与P 2-k,其中,k为自然数; (2)第一组三维轮廓图像重建:根据第一组两个二维图像传感器拍摄的图像P 1-1与P 2-1,与步骤一第(2)步中标定的结构光参数,将P 1-1与P 2-1进行三维图像重建,得到三维重建后的踏面结构光轮廓lt’ 1-1、lt’ 1-2、……、lt’ 1-n1、lt’ 2-1、lt’ 2-2、……、lt’ 2-n2与三维重建后的剖面结构光轮廓lp’ 1-1、lp’ 1-2、……、lp’ 1-m、lp’ 2-1、lp’ 2-2、……、lp’ 2-m; (3)第一组被测车轮轮廓参数计算:对第一组三维重建后的踏面结构光轮廓lt’ 1-1、lt’ 1-2、……、lt’ 1-n1、lt’ 2-1、lt’ 2-2、……、lt’ 2-n2进行处理,合成一条车轮踏面曲线lt’,根据所述踏面曲线lt’,按定义计算出第一组车轮轮缘高与轮缘厚;或者对所有n 1+n 2条重建后的踏面轮廓分别处理,得到n 1+n 2个车轮轮缘高与轮缘厚数值,剔除误差较大的轮缘高与轮缘厚数值之后,对剩下的车轮轮缘高与 轮缘厚数值取平均值,计算出第一组的车轮轮缘高与轮缘厚; (4)第一组被测车轮直径计算:根据第一组三维图像重建后的m对剖面结构光轮廓lp’ 1-1与lp’ 2-1、lp’ 1-2与lp’ 2-2、……、lp’ 1-m与lp’ 2-m,拟合出m个圆C 1、C 2、……、C m,根据拟合圆方程得出m个直径D 1、D 2、……、D m;根据轮廓曲线lt’,将所述m个拟合圆直径D 1、D 2、……、D m修正到滚动圆上,获得m个滚动圆直径值D 1’、D 2’、……、D m’,剔除误差较大滚动圆直径值后再取平均,得到第一组的车轮直径值D; (5)当k大于1时,对剩下k-1组图像P 1-2与P 2-2、……、P 1-k与P 2-k,重复步骤(2)~(4),计算出k-1组车轮轮缘高、轮缘厚与直径值;对k组车轮轮缘高、轮缘厚与直径值,剔除误差较大的值后分别取平均,得到最终的被测轮轮缘高、轮缘厚与直径值; (6)踏面擦伤与剥离识别:当轮对不存在擦伤或剥离时,k个时刻三维图像重建后所有剖面结构光轮廓都是连续缓变的弧线,当其中一条剖面结构光轮廓出现突变时,根据突变类型,判断擦伤或者剥离; 步骤三、实时判断报警:根据步骤二中测得的车轮直径、轮缘高、轮缘厚与标准值进行比较,求出差值;根据直径差值、轮缘高差值、轮缘厚差值的大小判断是否需要报警提示;根据是否存在擦伤与剥离判断是否需要报警提示,当所有的参数均没有超出设定值以及不存在擦伤与剥离时,则认定为安全;当其中的一个或一个以上的参数超出设定值时,或者存在擦伤与剥离时,系统认定存在隐患进行报警提示。
[权利要求 7]
如权利要求6所述的基于结构光的车轮多参数在线测量方法,其特征在于:在步骤一中,所述检测路段布置有多套所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统,列车经过检测区域时,多套所述基于结构光的车轮多参数在线测量系统依次对车轮不同区域进行拍摄,车轮在检测区域滚动一周后,对多套基于结构光的车轮多参数在线测量系统的图片进行三维重建与图像拼接,得到列车车轮完整轮廓。

附图

[ 图 0001]  
[ 图 0002]  
[ 图 0003]  
[ 图 0004]  
[ 图 0005]  
[ 图 0006]  
[ 图 0007]  
[ 图 0008]  
[ 图 0009]  
[ 图 0010]