一种轨道车辆车轮磨耗监控系统及方法与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道车辆车轮磨耗监控系统及方法。


背景技术：

2.轨道车辆在各种复杂运行环境和因素的影响下，动车组也不可避免地出现一些故障，因此，对于地铁车辆的检修维护也显得尤为重要。
3.但现有技术中对轨道车辆的车轮磨耗的故障检查大多依赖人工，对检修人员的技能经验有着比较高的要求，导致检修效率较低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种轨道车辆车轮磨耗监控系统及方法，解决现有技术中对轨道车辆的车轮磨耗的故障检查大多依赖人工，对检修人员的技能经验有着比较高的要求，导致检修效率较低的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种轨道车辆车轮磨耗监控系统，所述轨道车辆车轮磨耗监控系统包括车轮轮缘监测单元、车轮踏面监测单元、监测终端和显示器，所述车轮轮缘监测单元和所述车轮踏面监测单元均通过无线通信模块与所述监测终端电性连接，所述监测终端的输出端与所述显示器的输出端相连，所述车轮轮缘监测单元用于实时检测被测车轮的轮缘磨耗程度，所述车轮踏面监测单元用于实时检测被测车轮的踏面磨耗程度。
6.本发明还提供一种轨道车辆车轮磨耗监控方法，应用于上述所述的轨道车辆车轮磨耗监控系统，步骤如下：
7.s1：利用所述车轮轮缘监测单元检测被测车轮的轮缘磨耗程度，并通过所述无线通信模块将被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息上传至所述监测终端处；
8.s2：利用所述车轮踏面监测单元检测被测车轮的踏面磨耗程度，并通过所述无线通信模块将被测车轮的踏面磨耗程度的检测信息上传至所述检测终端处；
9.s3：通过所述监测终端对被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息和测车轮的踏面磨耗程度的检测信息进行处理后，通过所述显示器进行显示。
10.其中，在步骤s1中，所述被测车轮的轮缘磨耗程度的检测方法，具体包括如下步骤：
11.s101：获取被测车轮的边缘点集合，通过计算所述边缘点的平均坐标，获得被测车轮边缘对应的实际中心点坐标；
12.s102：根据所述实际中心点坐标，计算其与各个所述边缘点的边缘距离以及构成的直线斜率，并转化为对应的角度，得到各个所述边缘点的极坐标；
13.s103：根据各个所述边缘点极坐标，利用线性回归对各个所述边缘点对应的边缘距离进行多项式拟合，得到被测车轮的边缘距离曲线；
14.s104：计算各个所述边缘点到中心点的平均距离，并根据所述边缘距离曲线，计算各个所述边缘点与所述边缘距离曲线的差值，对各个所述边缘点进行边缘距离的矫正，得到矫正后的实际边缘距离；
15.s105：根据所述实际边缘距离，并利用被测车轮的原始照片的像素长度与物理长度的对应关系，得到各个所述实际边缘距离所对应的物理长度；
16.s106：对所述实际边缘距离，根据被测车轮的标准制造半径进行异常点的过滤，并计算各个所述边缘点对应的磨损量，从而得到被测车轮的轮缘磨耗程度。
17.其中，在步骤s101中，通过相机拍照得到的被测车轮的原始图像，在经过边缘提取算法处理后得到的配件边缘点集合。
18.其中，在步骤s2中，所述被测车轮的踏面磨耗程度的检测方法，具体包括如下步骤：
19.s201：采用擦伤检测原理，动态自动检测踏面擦伤；
20.s202：采用踏面缺陷动态图像实现踏面表面缺陷如擦伤、剥离、硌伤的自动检测。
21.其中，在步骤201中，所述擦伤检测原理基于接触式测量，采用“高精度位移传感技术”测量车轮踏面高度的变化，间接定量测量轮轨接触区域的车轮擦伤和剥离。
22.其中，在步骤202中，所述踏面缺陷动态图像监测原理是轮对踏面与钢轨长期滚动摩擦，踏面光滑，采集圆柱形的踏面时，不同位置的踏面距离面阵相机的距离不等，且补光光源透射到踏面表面反射角度不同，造成踏面成像中间区域出现亮斑，根据亮斑分布的均匀程度，确定被测车轮的踏面磨耗程度。
23.本发明的一种轨道车辆车轮磨耗监控系统及方法，利用所述车轮轮缘监测单元检测被测车轮的轮缘磨耗程度，并通过所述无线通信模块将被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息上传至所述监测终端处，利用所述车轮踏面监测单元检测被测车轮的踏面磨耗程度，并通过所述无线通信模块将被测车轮的踏面磨耗程度的检测信息上传至所述检测终端处，通过所述监测终端对被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息和测车轮的踏面磨耗程度的检测信息进行处理后，通过所述显示器进行显示，采用上述系统，在对轨道车辆的车轮磨耗程度进行检查时，无需工作人员人工检查，检查效率更高。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明提供的轨道车辆车轮磨耗监控系统的原理框图。
26.图2是本发明提供的轨道车辆车轮磨耗监控方法的步骤流程图。
27.图3是本发明提供的被测车轮的轮缘磨耗程度的检测方法的步骤流程图。
28.图4是本发明提供的被测车轮的踏面磨耗程度的检测方法的步骤流程图。
29.101-车轮轮缘监测单元、102-车轮踏面监测单元、103-监测终端、104-显示器、105-无线通信模块、106-阈值设置单元、107-报警单元、108-蜂鸣器、109-警示灯。
具体实施方式
30.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.请参阅图1至图4，本发明提供一种轨道车辆车轮磨耗监控系统及方法，所述轨道车辆车轮磨耗监控系统包括车轮轮缘监测单元101、车轮踏面监测单元102、监测终端103和显示器104，所述车轮轮缘监测单元101和所述车轮踏面监测单元102均通过无线通信模块105与所述监测终端103电性连接，所述监测终端103的输出端与所述显示器104的输出端相连，所述车轮轮缘监测单元101用于实时检测被测车轮的轮缘磨耗程度，所述车轮踏面监测单元102用于实时检测被测车轮的踏面磨耗程度。
33.在本实施方式中，利用所述车轮轮缘监测单元101检测被测车轮的轮缘磨耗程度，并通过所述无线通信模块105将被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息上传至所述监测终端103处，利用所述车轮踏面监测单元102检测被测车轮的踏面磨耗程度，并通过所述无线通信模块105将被测车轮的踏面磨耗程度的检测信息上传至所述检测终端处，通过所述监测终端103对被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息和测车轮的踏面磨耗程度的检测信息进行处理后，通过所述显示器104进行显示，采用上述系统，在对轨道车辆的车轮磨耗程度进行检查时，无需工作人员人工检查，检查效率更高。
34.本发明化提供一种轨道车辆车轮磨耗监控方法，应用于如上述所述的轨道车辆车轮磨耗监控系统，步骤如下：
35.s1：利用所述车轮轮缘监测单元101检测被测车轮的轮缘磨耗程度，并通过所述无线通信模块105将被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息上传至所述监测终端103处；
36.s2：利用所述车轮踏面监测单元102检测被测车轮的踏面磨耗程度，并通过所述无线通信模块105将被测车轮的踏面磨耗程度的检测信息上传至所述检测终端处；
37.s3：通过所述监测终端103对被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息和测车轮的踏面磨耗程度的检测信息进行处理后，通过所述显示器104进行显示。
38.其中，在步骤s1中，所述被测车轮的轮缘磨耗程度的检测方法，具体包括如下步骤：
39.s101：获取被测车轮的边缘点集合，通过计算所述边缘点的平均坐标，获得被测车轮边缘对应的实际中心点坐标；
40.s102：根据所述实际中心点坐标，计算其与各个所述边缘点的边缘距离以及构成的直线斜率，并转化为对应的角度，得到各个所述边缘点的极坐标；
41.s103：根据各个所述边缘点极坐标，利用线性回归对各个所述边缘点对应的边缘距离进行多项式拟合，得到被测车轮的边缘距离曲线；
42.s104：计算各个所述边缘点到中心点的平均距离，并根据所述边缘距离曲线，计算
各个所述边缘点与所述边缘距离曲线的差值，对各个所述边缘点进行边缘距离的矫正，得到矫正后的实际边缘距离；
43.s105：根据所述实际边缘距离，并利用被测车轮的原始照片的像素长度与物理长度的对应关系，得到各个所述实际边缘距离所对应的物理长度；
44.s106：对所述实际边缘距离，根据被测车轮的标准制造半径进行异常点的过滤，并计算各个所述边缘点对应的磨损量，从而得到被测车轮的轮缘磨耗程度。
45.其中，在步骤s2中，所述被测车轮的踏面磨耗程度的检测方法，具体包括如下步骤：
46.s201：采用擦伤检测原理，动态自动检测踏面擦伤；
47.s202：采用踏面缺陷动态图像实现踏面表面缺陷如擦伤、剥离、硌伤的自动检测。
48.在本实施方式中，首先通过相机拍照得到的被测车轮的原始图像，在经过边缘提取算法处理后得到的配件边缘点集合，通过计算所述边缘点的平均坐标，获得被测车轮边缘对应的实际中心点坐标，根据所述实际中心点坐标，计算其与各个所述边缘点的边缘距离以及构成的直线斜率，并转化为对应的角度，得到各个所述边缘点的极坐标，根据各个所述边缘点极坐标，利用线性回归对各个所述边缘点对应的边缘距离进行多项式拟合，得到被测车轮的边缘距离曲线，计算各个所述边缘点到中心点的平均距离，并根据所述边缘距离曲线，计算各个所述边缘点与所述边缘距离曲线的差值，对各个所述边缘点进行边缘距离的矫正，得到矫正后的实际边缘距离，根据所述实际边缘距离，并利用被测车轮的原始照片的像素长度与物理长度的对应关系，得到各个所述实际边缘距离所对应的物理长度，对所述实际边缘距离，根据被测车轮的标准制造半径进行异常点的过滤，并计算各个所述边缘点对应的磨损量，从而得到被测车轮的轮缘磨耗程度，通过所述无线通信模块105将被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息上传至所述监测终端103处；
49.采用擦伤检测原理(所述擦伤检测原理基于接触式测量，采用“高精度位移传感技术”测量车轮踏面高度的变化，间接定量测量轮轨接触区域的车轮擦伤和剥离)，动态自动检测踏面擦伤，采用踏面缺陷动态图像实现踏面表面缺陷如擦伤、剥离、硌伤的自动检测，所述踏面缺陷动态图像监测原理是轮对踏面与钢轨长期滚动摩擦，踏面光滑，采集圆柱形的踏面时，不同位置的踏面距离面阵相机的距离不等，且补光光源透射到踏面表面反射角度不同，造成踏面成像中间区域出现亮斑，根据亮斑分布的均匀程度，确定被测车轮的踏面磨耗程度，通过所述无线通信模块105将被测车轮的踏面磨耗程度的检测信息上传至所述监测终端103处，通过所述监测终端103对被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息和测车轮的踏面磨耗程度的检测信息进行处理后，通过所述显示器104进行显示。
50.进一步的，所述轨道车辆车轮磨耗监控系统还包括阈值设置单元106和报警单元107，所述阈值设置单元106和所述报警单元107均与所述监测终端103电性连接，所述阈值设置单元106用于设置被测车轮的轮缘磨耗程度的阈值和被测车轮的踏面磨耗程度的阈值，所述报警单元107用于向工作人员发出报警信息。
51.在本实施方式中，通过所述阈值设置单元106在所述监测终端103内设置被测车轮的轮缘磨耗程度的阈值和被测车轮的踏面磨耗程度的阈值，当检测到被测车轮的轮缘磨耗程度或被测车轮的踏面磨耗程度超过设定阈值时，所述监测终端103控制所述报警单元107启动，从而对工作人员发出报警信息，及时提醒工作人员对被测车轮进行处理。
52.进一步的，所述报警单元107包括蜂鸣器108和警示灯109。
53.在本实施方式中，通过所述蜂鸣器108和所述警示灯109向工作人员发出声光报警，使得工作人员能够更加及时的接受报警信息。
54.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种轨道车辆车轮磨耗监控系统，其特征在于，包括车轮轮缘监测单元、车轮踏面监测单元、监测终端和显示器，所述车轮轮缘监测单元和所述车轮踏面监测单元均通过无线通信模块与所述监测终端电性连接，所述监测终端的输出端与所述显示器的输出端相连，所述车轮轮缘监测单元用于实时检测被测车轮的轮缘磨耗程度，所述车轮踏面监测单元用于实时检测被测车轮的踏面磨耗程度。2.一种轨道车辆车轮磨耗监控方法，应用于如权利要求1所述的轨道车辆车轮磨耗监控系统，其特征在于，步骤如下：s1：利用所述车轮轮缘监测单元检测被测车轮的轮缘磨耗程度，并通过所述无线通信模块将被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息上传至所述监测终端处；s2：利用所述车轮踏面监测单元检测被测车轮的踏面磨耗程度，并通过所述无线通信模块将被测车轮的踏面磨耗程度的检测信息上传至所述检测终端处；s3：通过所述监测终端对被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息和测车轮的踏面磨耗程度的检测信息进行处理后，通过所述显示器进行显示。3.如权利要求2所述的轨道车辆车轮磨耗监控方法，其特征在于，在步骤s1中，所述被测车轮的轮缘磨耗程度的检测方法，具体包括如下步骤：s101：获取被测车轮的边缘点集合，通过计算所述边缘点的平均坐标，获得被测车轮边缘对应的实际中心点坐标；s102：根据所述实际中心点坐标，计算其与各个所述边缘点的边缘距离以及构成的直线斜率，并转化为对应的角度，得到各个所述边缘点的极坐标；s103：根据各个所述边缘点极坐标，利用线性回归对各个所述边缘点对应的边缘距离进行多项式拟合，得到被测车轮的边缘距离曲线；s104：计算各个所述边缘点到中心点的平均距离，并根据所述边缘距离曲线，计算各个所述边缘点与所述边缘距离曲线的差值，对各个所述边缘点进行边缘距离的矫正，得到矫正后的实际边缘距离；s105：根据所述实际边缘距离，并利用被测车轮的原始照片的像素长度与物理长度的对应关系，得到各个所述实际边缘距离所对应的物理长度；s106：对所述实际边缘距离，根据被测车轮的标准制造半径进行异常点的过滤，并计算各个所述边缘点对应的磨损量，从而得到被测车轮的轮缘磨耗程度。4.如权利要求3所述的轨道车辆车轮磨耗监控方法，其特征在于，在步骤s101中，通过相机拍照得到的被测车轮的原始图像，在经过边缘提取算法处理后得到的配件边缘点集合。5.如权利要求3所述的轨道车辆车轮磨耗监控方法，其特征在于，在步骤s2中，所述被测车轮的踏面磨耗程度的检测方法，具体包括如下步骤：s201：采用擦伤检测原理，动态自动检测踏面擦伤；s202：采用踏面缺陷动态图像实现踏面表面缺陷如擦伤、剥离、硌伤的自动检测。6.如权利要求5所述的轨道车辆车轮磨耗监控方法，其特征在于，在步骤201中，所述擦伤检测原理基于接触式测量，采用“高精度位移传感技术”测量车轮踏面高度的变化，间接定量测量轮轨接触区域的车轮擦伤和剥离。7.如权利要求3所述的轨道车辆车轮磨耗监控方法，其特征在于，
在步骤202中，所述踏面缺陷动态图像监测原理是轮对踏面与钢轨长期滚动摩擦，踏面光滑，采集圆柱形的踏面时，不同位置的踏面距离面阵相机的距离不等，且补光光源透射到踏面表面反射角度不同，造成踏面成像中间区域出现亮斑，根据亮斑分布的均匀程度，确定被测车轮的踏面磨耗程度。

技术总结
本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种轨道车辆车轮磨耗监控系统及方法；包括车轮轮缘监测单元、车轮踏面监测单元、监测终端和显示器，利用车轮轮缘监测单元检测被测车轮的轮缘磨耗程度，并通过无线通信模块将被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息上传至监测终端处，利用车轮踏面监测单元检测被测车轮的踏面磨耗程度，并通过无线通信模块将被测车轮的踏面磨耗程度的检测信息上传至检测终端处，通过监测终端对被测车轮的轮缘磨耗程度的检测信息和测车轮的踏面磨耗程度的检测信息进行处理后，通过显示器进行显示，采用上述系统，在对轨道车辆的车轮磨耗程度进行检查时，无需工作人员人工检查，检查效率更高。检查效率更高。检查效率更高。


技术研发人员：赵旭东 张德峰 常楠 章豪 贺科 赵子阳
受保护的技术使用者：南京苏莱瑞新技术有限公司
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/1/17