[發明專利]基于結構光的鐵路輪軌接觸關系在線監測系統與方法

無效

• 申請號: 201210036885.1
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102607439A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 趙輝;陶衛;劉偉文;雷華明;王夢雪;楊金峰;吳芳
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14;G01B11/26;G01M17/10
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種基于結構光的鐵路輪軌接觸關系在線監測系統，其特征在于：所述系統主要由左探測器、右探測器和處理系統三個部分組成，左探測器和右探測器分別安裝在車廂底部，正對鋼軌的正上方位置，處理系統安裝在車載控制柜中；左探測器和右探測器分別監測左右兩對輪軌的接觸狀態，檢測信號送入處理系統，處理系統進行處理、識別、判斷、存儲和輸出，最終得出所需的接觸幾何參數。

2.根據權利要求1所述的基于結構光的鐵路輪軌接觸關系在線監測系統，其特征是：所述的左右探測器均包括兩個線激光器和一個工業攝像機組成，其中的一個線激光器發出的線激光照射到鋼軌表面，并在鋼軌表面上形成一個鋼軌截面輪廓線；另一個線激光器發出的線激光照射到車輪側表面，并在車輪表面形成一個車輪截面輪廓線；工業攝像機直接獲取包含上述兩條輪廓線在內的鋼軌與車輪監測區域的圖像，將圖像傳送到后面的處理系統進行處理。

3.根據權利要求2所述的基于結構光的鐵路輪軌接觸關系在線監測系統，其特征是：所述兩個激光器的激光束與表面法線的夾角控制在30度以內。

4.根據權利要求3所述的基于結構光的鐵路輪軌接觸關系在線監測系統，其特征是：所述的兩個激光器的激光束分別與車輪和鋼軌表面垂直。

5.根據權利要求2所述的基于結構光的鐵路輪軌接觸關系在線監測系統，其特征是：所述的工業攝像機置于兩個線激光器之間，與兩個線激光器均應呈現一定的夾角，該夾角不小于30度，以保證測量結果的精度。

6.根據權利要求1-5任一項所述的基于結構光的鐵路輪軌接觸關系在線監測系統，其特征是：所述的處理系統由驅動控制器、視頻采集器、中心處理器、圖像存儲器組成，在中心處理器的控制下，通過光源驅動與控制器打開線激光器，利用視頻采集器采集工業攝像機獲取的圖像，并能進行處理和計算，最終得到監測結果并輸出，同時將圖像和監測結果進行存儲。

7.根據權利要求6所述的基于結構光的鐵路輪軌接觸關系在線監測系統，其特征是：所述處理系統對采集到的圖像先進行預處理，包括濾波后邊緣提取，獲得鋼軌和車輪的截面輪廓線；再對得到的兩條輪廓線分別進行樣條函數擬合計算，分別獲得左右兩側的鋼軌表面輪廓曲線，以及車輪表面輪廓曲線，同時將兩個車輪輪廓曲線同步向上平移一小段距離；然后計算車輪輪廓線與鋼軌輪廓線之間的垂向距離，找出左右兩側輪軌之間的最小垂向距離及其所在位置。

8.根據權利要求5所述的基于結構光的鐵路輪軌接觸關系在線監測系統，其特征是：如果左右兩側輪軌之間的最小垂向距離相等，則左右兩側輪對同步向下平移，左右車輪同時與左右鋼軌相接觸，上述接觸點位置即為左右輪軌真正的接觸點，此時輪對的側滾角為零；如果左右兩側輪軌之間的最小垂向距離不等，則輪對向下平移時兩點不同時與鋼軌相接觸，其中一側輪的一點接觸后輪對還要繞縱向軸旋轉一個角度后才能使得與另一側輪對接觸，這個旋轉角度即為輪對的側滾角。

9.一種采用權利要求1-8所述系統的鐵路輪軌接觸關系在線監測方法，其特征是：當列車運行過程中，兩個線激光器同步發出線激光，分別照射到鋼軌表面和車輪表面，并分別在鋼軌表面和車輪表面形成兩條輪廓線；工業攝像機連續拍攝包含上述兩條輪廓線在內的鋼軌與車輪監測區域的圖像，并將圖像實時傳送到后面的處理系統進行處理，最終得到所需的全部的輪軌接觸幾何關系參數，從而實現輪軌接觸關系的在線監測。

10.一種用于權利要求9所述方法的輪軌接觸幾何關系參數的確定方法，其特征是：由以下步驟構成：

(1)對采集到的圖像進行預處理，包括濾波后邊緣提取，獲得鋼軌和車輪的截面輪廓線；

(2)對得到的兩條輪廓線分別進行樣條函數擬合計算，分別獲得左右兩側的鋼軌表面輪廓曲線，以及車輪表面輪廓曲線，同時將兩個車輪輪廓曲線同步向上平移一小段距離；

(3)計算車輪輪廓線與鋼軌輪廓線之間的垂向距離，找出左右兩側輪軌之間的最小垂向距離及其所在位置；

(4)如果左右兩側輪軌之間的最小垂向距離相等，則左右兩側輪對同步向下平移，左右車輪同時與左右鋼軌相接觸，上述接觸點位置即為左右輪軌真正的接觸點，此時輪對的側滾角為零；

(5)如果左右兩側輪軌之間的最小垂向距離不等，則輪對向下平移時兩點不同時與鋼軌相接觸，其中一側輪的一點接觸后輪對還要繞縱向軸旋轉一個角度后才能使得與另一側輪對接觸，這個旋轉角度即為輪對的側滾角。