CN203739913U - 一种测量机车车辆车轮直径的激光检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种测量机车车辆车轮直径的激光检测装置，包括激光发射器、CCD摄像机、激光测距传感器和中央处理控制系统，在机车行驶通过的主轨上切割出检测窗口，激光发射器和CCD摄像机装置在主轨的检测窗口下方，激光测距传感器装置在主轨内侧正对车轮轮缘处，激光发射器照射在车轮踏面上形成代表外形尺寸的光截外形曲线，由CCD摄像机获取光截外形曲线并且将数据传输给中央处理控制系统，激光测距传感器测得到车轮轮缘的距离将数据传送给中央处理控制系统，由中央处理控制系统计算得出车轮直径。本实用新型利用激光测距传感器辅助测量，准确定位车轮踏面滚动圆的位置，实现车轮直径的精确测量，结构简单，适用性强，保障了列车行驶的安全性。

Description

一种测量机车车辆车轮直径的激光检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种机车车辆车轮的检测装置，尤其涉及一种测量机车车辆车轮直径的激光检测装置。

背景技术

车轮是机车行走系统的关键部件，车轮是机车车辆上与钢轨相接触的部件，车轮的作用是保证机车车辆在钢轨上的运行和转向，车轮外形关键尺寸直接关系到行车安全。铁路提速的大发展以及机车车辆的高密度运行，加快了车轮的磨损速度。因此为避免出现外形尺寸超限的车轮还在继续投入使用的情况，确保列车行驶的安全，需要对车轮外形尺寸进行动态检测。

目前激光图像测量技术已经广泛应用于精密测量，激光测量是一种非接触式测量，不影响被测物体的运动，精度高、测量范围大、检测时间短，具有很高的空间分辨率，大量的检测设备应运而生，例如基于点激光的测距仪，基于线激光的光截法测量设备等。

利用测量装置中的摄像机拍摄行进中车轮的外形图像，从图像上直接获取反映车辆车轮外形的轮廓曲线和进行有关车轮外形尺寸参数和外形曲线的测量。目前对车轮直径的测量方法采用的是三点直径测量法：其中第一、第二点采用激光器发射的激光和车轮踏面的交点，第三点采用车轮踏面与钢轨的交点，而在实际中，当列车从现有的测量装置经过时，钢轨要发生形变并且车轮会发生左右摆动，该第三点很难精确的定位出，因此，基于三点测量方式得到的车轮直径的精度及准确度无法得到保证，数据的真实有效性较差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种测量机车车辆车轮直径的激光检测装置，解决目前技术中在列车行进时，钢轨会发生形变并且车轮会左右摆动，车轮踏面与钢轨的交点很难精确定位，从而导致车轮直径的测量精度和准确度较差的问题。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种测量机车车辆车轮直径的激光检测装置，包括激光发射器、CCD摄像机、激光测距传感器和中央处理控制系统，其特征在于，在机车行驶通过的主轨上切割出检测窗口，激光发射器和CCD摄像机装置在主轨的检测窗口下方，激光测距传感器装置在主轨内侧正对车轮轮缘处，在车辆的车轮通过检测窗口时，激光发射器发出沿车轮径向的宽度很窄的光带照射在车轮踏面上形成代表外形尺寸的光截外形曲线，由CCD摄像机获取光截外形曲线并且将图像数据传输给中央处理控制系统，激光测距传感器测得到车轮轮缘的距离将数据传送给中央处理控制系统，由中央处理控制系统计算得出车轮直径。激光发射器发出的光带照射在列车动态通过时的车轮上，利用光截法获得车轮踏面的圆弧曲线，再由CCD摄像机获得圆弧曲线的图像信息，相比于原有技术中采用三点测量法来测量车轮直径，本实用新型所采用的方法获得的车轮踏面圆弧曲线上有N个与直径相关的点，大大提高了车轮直径测量的精准度，并且圆弧曲线有一定的长度，可以更清晰直观的测量出车轮的整体状况，了解车轮是否有局部凹陷凸起等状况。并且在测量时还通过激光测距传感器获得列车动态通过时车轮轮缘内侧距离传感器的距离信息S1，由于实际测量时要求所测的滚动圆所在的圆弧线距离车轮轮缘内侧的距离为70mm，则S1+70mm即为混动圆所在圆弧线距离激光测距传感器的距离。并且车轮的轮缘始终处在悬空的状态，不会受到磨损，因此其尺寸可以保证长期稳定，进而判断出车轮的磨损是否超限，避免出现外形尺寸超限的车轮还在继续投入使用的情况，确保列车行驶的安全性。

进一步的，所述的激光发射器由两个激光头垂直于主轨的轴向并排组成。两个激光头在车轮的踏面上形成两条圆弧曲线，提高测量的精度，同时车轮的踏面本身呈一定斜度，利用两条圆弧曲线可更清楚的掌握车轮的磨损程度。

进一步的，所述的主轨旁还装置有限制车轮大幅左右摆动的护轨，护轨保证车轮按照很小的左右偏移量来行驶，保证车轮不会脱轨，提高测量的精度。

进一步的，所述的激光发射器、CCD摄像机和激光测距传感器装置有平行的两套，同时测量两个车轮，提高测量效率。

进一步的，所述的检测窗口前方的主轨两旁轨道床区外、车厢厢体的高度范围内安装有与中央处理控制系统相连的判向及计轴计辆传感器，并且在主轨上还装置有车轮检测器，车轮检测器与中央处理控制系统连接。判向及计轴计辆传感器可以判断出机车车辆行驶方向，并且根据脉冲数目可以实现车辆计数，同时给出车辆到达的信号给中央处理控制系统，中央处理控制系统控制激光发射器、CCD摄像机和激光测距传感器等部件开机并处于待机状态，当车辆继续前行，车轮通过车轮检测器时，车轮检测器发出车轮到达信号以及车轮速度信号给中央处理控制系统，中央处理控制系统计算出延时拍摄时刻，控制激光发射器、CCD摄像机和激光测距传感器在精确时刻进行记录测量工作，实现全天候自动检测，自动数据记录，不需要人工干预。

进一步的，所述的激光检测装置还装置有盖板保护激光测距传感器和中央处理控制系统等系统设备，保护设备的使用安全性，避免雨水风沙腐蚀，提高设备的使用寿命。

与现有技术相比，本实用新型优点在于：

本实用新型所述的测量机车车辆车轮直径的激光检测装置利用激光发射器照射在行驶中的列车的车轮踏面上形成代表车轮圆弧曲度的光截外形曲线，然后通过CCD摄像机将光截外形曲线拍摄获取，并且采用激光测距传感器辅助测量，准确的定位了车轮踏面滚动圆的位置，实现车轮直径的精确测量；

本实用新型在轨道的主轨旁装置了护轨，保证车轮按照很小的左右偏移量来行驶，保证车轮不会脱轨的同时提高测量的精度；

本实用新型所述的测量机车车辆车轮直径的激光检测装置对列车的速度限制小，允许列车通过速度达到30km/h，实现动态检测，并且利用向及计轴计辆传感器和车轮检测器进行全自动控制，可实现全天候自动检测、自动数据记录，完全不需要人工的干预，节省人力物力，降低使用成本；

本实用新型所述的测量机车车辆车轮直径的激光检测装置结构简单，制造成本低，适用性强，操作简单，经济效益高，保障列车行驶的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的工作原理示意图；

图2为本实用新型的轨道局部结构示意图；

图3为本实用新型的整体结构示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开一种测量机车车辆车轮直径的激光检测装置，将原有的两点测量方法拓展到N点的直径测量方法，同时采用激光测距传感器辅助测量，准确的定位车轮踏面滚动圆的位置，实现车轮直径的精确测量。

如图1和图2所示，一种测量机车车辆车轮直径的激光检测装置，包括激光发射器1、CCD摄像机2、激光测距传感器3和中央处理控制系统4，机车行驶通过的主轨5上切割出检测窗口6，激光发射器1和CCD摄像机2装置在主轨5的检测窗口6下方，激光测距传感器3装置在主轨5内侧正对车轮轮缘处，主轨5旁还装置有紧靠车轮轮缘内侧的护轨7，限制车轮大幅左右摆动，防止车轮悬空、出轨。激光发射器1由两个激光头垂直于主轨5的轴向并排组成，在车辆的车轮通过检测窗口6时，激光发射器1发出两条沿车轮径向的宽度很窄的光带照射在车轮踏面上形成代表外形尺寸的光截外形曲线，由CCD摄像机2获取光截外形曲线并且将图像数据传输给中央处理控制系统4，激光测距传感器3测得到车轮轮缘的距离将数据传送给中央处理控制系统4，由中央处理控制系统4计算得出车轮直径。

通过2个并排的激光头及CCD摄像机2获得列车动态通过时的车轮踏面圆弧曲线，同时通过激光测距传感器3获得车动态经过的车轮轮缘内侧距离测距传感器的距离信息S1，由于实际测量时，要求所测的滚动圆所在的圆弧线距离车轮轮缘内侧的距离为70mm，因此，S1+70mm即为滚动圆所在的圆弧线距离激光测距传感器3的距离，可以利用简单的三角关系计算出车轮的直径信息。

如图3所示，激光发射器1、CCD摄像机2和激光测距传感器3装置有平行的两套，同时测量两个车轮。激光检测装置还装置有盖板10保护激光测距传感器3和中央处理控制系统4等系统设备。

如图3所示，检测窗口6前方的主轨5两旁轨道床区外、车厢厢体的高度范围内安装有与中央处理控制系统4相连的判向及计轴计辆传感器8，并且在主轨5上还装置有车轮检测器9，车轮检测器9与中央处理控制系统4连接。判向及计轴计辆传感器8采用以前以后安装的两对对射光电开关，当有机车车辆通过检测区域时，先后挡断两支对射光电开关，中央处理控制系统获得一组具有时序的脉冲信号，据此可以判断机车车辆运行方向；同时根据脉冲数目可以实现车辆计数，结合车轮检测器的脉冲信号可实现每节车厢的轮对轴的计数即计轴。当车轮通过车轮检测器时，车轮检测器发出车轮到达信号以及车轮速度信号给中央处理控制系统，中央处理控制系统计算出延时拍摄时刻，控制激光发射器、CCD摄像机和激光测距传感器在精确时刻进行记录测量工作，实现全天候自动检测，自动数据记录，不需要人工干预。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种测量机车车辆车轮直径的激光检测装置，包括激光发射器（1）、CCD摄像机（2）、激光测距传感器（3）和中央处理控制系统（4），其特征在于，在机车行驶通过的主轨（5）上切割出检测窗口（6），激光发射器（1）和CCD摄像机（2）装置在主轨（5）的检测窗口（6）下方，激光测距传感器（3）装置在主轨（5）内侧正对车轮轮缘处，在车辆的车轮通过检测窗口（6）时，激光发射器（1）发出沿车轮径向的宽度很窄的光带照射在车轮踏面上形成代表外形尺寸的光截外形曲线，由CCD摄像机（2）获取光截外形曲线并且将图像数据传输给中央处理控制系统（4），激光测距传感器（3）测得到车轮轮缘的距离将数据传送给中央处理控制系统（4），由中央处理控制系统（4）计算得出车轮直径。

2.根据权利要求1所述的测量机车车辆车轮直径的激光检测装置，其特征在于，所述的激光发射器（1）由两个激光头垂直于主轨（5）的轴向并排组成。

3.根据权利要求1所述的测量机车车辆车轮直径的激光检测装置，其特征在于，所述的主轨（5）旁还装置有限制车轮大幅左右摆动的护轨（7）。

4.根据权利要求3所述的测量机车车辆车轮直径的激光检测装置，其特征在于，所述的激光发射器（1）、CCD摄像机（2）和激光测距传感器（3）装置有平行的两套，同时测量两个车轮。

5.根据权利要求4所述的测量机车车辆车轮直径的激光检测装置，其特征在于，所述的检测窗口（6）前方的主轨（5）两旁轨道床区外、车厢厢体的高度范围内安装有与中央处理控制系统（4）相连的判向及计轴计辆传感器（8），并且在主轨（5）上还装置有车轮检测器（9），车轮检测器（9）与中央处理控制系统（4）连接。

6.根据权利要求5所述的测量机车车辆车轮直径的激光检测装置，其特征在于，所述的激光检测装置还装置有盖板（10）保护激光测距传感器（3）和中央处理控制系统（4）等系统设备。