機(jī)車輪對(duì)磨耗光電在線檢測(cè)系統(tǒng)

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1、杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文初，國(guó)際上就開始了自動(dòng)檢測(cè)在線車輪缺陷的超聲方法的研究。這一階段的主要研究尚處于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，采用的方法是壓電超聲法。20世紀(jì)80年代中期，德國(guó)利用電磁超聲技術(shù)研制成功車輪踏面裂紋探傷裝置。該全自動(dòng)探傷裝置實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行機(jī)車車輪的動(dòng)態(tài)探傷。80年代末期，美國(guó)也研制出類似的電磁超聲探傷裝置。另外，80年代初，國(guó)際上還出現(xiàn)了振動(dòng)加速度法動(dòng)態(tài)測(cè)量踏面擦傷的裝置，但檢測(cè)結(jié)果受測(cè)量條件影響，效果并不理想。和國(guó)際先進(jìn)水平相比較，我國(guó)的輪對(duì)踏面缺陷在線檢測(cè)水平尚處于比較落后的階段。在我國(guó)，近年來，才逐漸開始研究車輪在線自動(dòng)探傷裝置，形成了利用【1】【3

2、】渦流傳感器陣列和傳感器跟蹤方式測(cè)量車輪表面缺陷的構(gòu)思，但并沒有投入實(shí)際運(yùn)用，另外最近國(guó)內(nèi)有人提出平行四邊形檢測(cè)踏面缺陷的動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法,參見文獻(xiàn)[6]、[9]。對(duì)于輪對(duì)的尺寸參數(shù)，以上方法都不能很好的解決，而尺寸參數(shù)是輪對(duì)參數(shù)的一個(gè)重要組成部分。隨著光電測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，這一技術(shù)逐漸應(yīng)用到鐵路檢測(cè)領(lǐng)域。在尺寸檢測(cè)方面，光電測(cè)量法檢測(cè)項(xiàng)目全面，不僅能測(cè)車輪外形關(guān)鍵尺寸，還能獲得車輪完整的斷面曲線，而且檢測(cè)精度高，自動(dòng)化程度高，是一種先進(jìn)的非接觸式外形尺寸測(cè)量技術(shù)，日益受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，引導(dǎo)著車輪外形尺寸動(dòng)態(tài)檢測(cè)的方向。輪緣幾何參數(shù)的測(cè)量是利用線結(jié)構(gòu)光測(cè)量原理

3、和光電圖像檢測(cè)方法檢測(cè)，解決了輪緣厚度、踏面磨耗這一關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。輪對(duì)尺寸參數(shù)是利用基于激光三角法測(cè)量原理的激光位移傳感器來檢測(cè)，踏面缺陷參數(shù)的測(cè)量是利用激光位移傳感器和圖像處理相結(jié)合的方法來檢測(cè)，其測(cè)量精度達(dá)到車輛段修要求的技術(shù)指標(biāo)。參見文獻(xiàn)[45]～[50]。以美國(guó)IMAGEMAP和德國(guó)FRAUNHOFER的技術(shù)為代表。由于CCD圖像技術(shù)響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)范圍大、可靠性高、不需要復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)，是目前國(guó)內(nèi)外輪對(duì)尺寸參數(shù)在線檢測(cè)的主要方法，德國(guó)、日本、美國(guó)、加拿大、澳大利亞、羅馬尼亞、南非等國(guó)近10年來已有實(shí)際應(yīng)用。我國(guó)近年來也開展了較多基于CCD檢測(cè)技術(shù)的

4、研究，并已在輪對(duì)靜態(tài)檢測(cè)中取得較大成績(jī)。但在在線檢測(cè)方面起步較晚，其中，北京交通大學(xué)光電檢測(cè)技術(shù)研究所的邵雙運(yùn)等基于結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量原理，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行中輪輞厚度和輪緣厚度兩個(gè)幾何尺寸參數(shù)的在線檢測(cè)；中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所的任宏偉等對(duì)圖像處理算法進(jìn)行了優(yōu)化，使低速運(yùn)行時(shí)輪對(duì)幾何參數(shù)的平均測(cè)量誤差小于0.5mm；哈爾濱鐵路局的賴冰凌等實(shí)現(xiàn)了輪緣高度、輪緣寬度、車輪直徑等幾何參數(shù)的在線檢測(cè)；西南交通大學(xué)基于引進(jìn)德國(guó)技術(shù)研制的輪對(duì)在線檢測(cè)系統(tǒng)已獲得實(shí)際應(yīng)用。以上國(guó)內(nèi)外研究均為將CCD圖像檢測(cè)法用于尺寸參數(shù)的在線檢測(cè)，適應(yīng)的車輛運(yùn)行速度一般為5-25km/h，但美國(guó)IM

5、AGEMAP公司研究的系統(tǒng)可適應(yīng)100km/h的速度。光電圖像檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)如下：2杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文①非接觸檢測(cè)。由于采用光電檢測(cè)技術(shù)和攝像技術(shù)，因此，可以對(duì)運(yùn)動(dòng)中的工件進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。檢測(cè)過程中與被測(cè)工件不接觸，使被測(cè)件材質(zhì)的適應(yīng)范圍寬，無劃傷被測(cè)表面、變形及磨損誤差等問題，滿足國(guó)際規(guī)定的形位誤差條件。②多功能檢測(cè)。通過攝像或掃描的方法獲得的測(cè)量圖像中包含被測(cè)工件的幾個(gè)幾何量信息，因此，對(duì)復(fù)雜的工件進(jìn)行一次性檢測(cè)就可獲得全部的測(cè)量數(shù)據(jù)。③高效的數(shù)據(jù)處理。微電子技術(shù)、半導(dǎo)體超大集成器件的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，數(shù)據(jù)的采集和處理實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。同

6、時(shí)，隨著圖像處理技術(shù)的不斷完善，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試的功能更加強(qiáng)大，圖像測(cè)量技術(shù)得到更加廣泛的應(yīng)用。文獻(xiàn)[22]、[23]中指出，光電檢測(cè)系統(tǒng)可以快速獲取大量視覺數(shù)據(jù)，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成。一般而言，典型的光電檢測(cè)系統(tǒng)由三部分組成：圖像的獲取，圖像數(shù)據(jù)的處理以及結(jié)果顯示、輸出。圖像獲取裝置設(shè)備包括光源、攝像機(jī)等；圖像處理設(shè)備包括相應(yīng)的硬件和軟件系統(tǒng)；輸出設(shè)備包括顯示器，存儲(chǔ)器和控制器等。近年來，國(guó)外主要應(yīng)用這種理論開發(fā)出的車輪外形檢測(cè)裝置有：日本于20世紀(jì)90年代末研制的“車輪踏面形狀自動(dòng)測(cè)定裝置”，由細(xì)帶狀激光束、CCD、車輪檢

7、測(cè)器、同步檢測(cè)傳感器及遮光板組成。激光束照射范圍為通過的一個(gè)車輪。測(cè)量時(shí)光電傳感器跟蹤車輪輪緣，2臺(tái)CCD高速拍攝車輪被照部分散射光圖像，計(jì)算機(jī)進(jìn)行濾波和細(xì)化處理，提取圖像中心線并計(jì)算車輪尺寸。澳大利亞于20世紀(jì)90年代末研制出的“車輪實(shí)時(shí)跟蹤檢測(cè)裝置”，該裝置能檢測(cè)車輪斷面形狀、踏面磨耗及列車以30km/h速度行駛時(shí)車輪受沖擊的偏移角度。機(jī)車進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，光發(fā)射器光源被切斷，此時(shí)激光閃光單元發(fā)光，照射車輪，CCD攝像。從而完成圖像的采集工作，經(jīng)過相應(yīng)的圖像處理和計(jì)算得到所需測(cè)量的幾何參數(shù)。德【1】國(guó)鐵路于80年代末期研制成功輪對(duì)自動(dòng)診斷裝置，當(dāng)列車以小于5

8、km/h的速度運(yùn)行時(shí)，其裝置能夠自動(dòng)測(cè)量車輪斷面的幾