[發明專利]一種鐵路車輪直徑動態測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201410320051.2
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104142127A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 曹亮;龔婷;劇錦杰;鄭清志;劉忠輝;徐大洲
• 申請（專利權）人: 北京福斯達軌道交通技術有限公司
• 主分類號: G01B11/10
• 分類號: G01B11/10;B61K9/12
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張曉霞

1.一種鐵路車輪直徑動態測量裝置，所述裝置包括：左右兩個輪對直徑尺寸測量箱（4）、（5）；左右兩個鋼軌位置標志條（3）、（6）；以及至少一個車輪傳感器（1），其特征在于：

所述的輪對直徑尺寸測量箱（4）、（5）內至少分別包括兩個數字攝像機（8）、（9），和兩個線激光發生器（7）、（10）；

其中，所述的數字攝像機（8）和線激光發生器（10）構成輪輞厚度測量組件；所述的數字攝像機（9）和線激光發生器（7）構成輪輞內側圓直徑測量組件；

所述車輪傳感器（1）與數字攝像機（8）、（9）及線激光發生器（7）、（10）用電信號連接；所述車輪傳感器（1）檢測到車輪進入測量區域后,發送信號觸發數字攝像機及線激光發生器工作。

2.根據權利要求1所述的一種鐵路車輪直徑動態測量裝置，其特征在于：所述輪輞厚度測量組件的線激光發生器（10）產生的激光平面與鋼軌方向垂直，激光中心線與軌平面成15～45的角度，數字攝像機（8）與水平面形成的夾角為a，a角的角度值為55～15度，與鋼軌方向形成的夾角為c，c角的角度值為60～30度；所述的數字攝像機（8）的鏡頭和線激光發生器（10）的中心線的垂直距離k為40～140mm；數字攝像機（8）的鏡頭和鋼軌內側線的垂直距離h為80～170mm。

3.?根據權利要求1所述的一種鐵路車輪直徑動態測量裝置，其特征在于：所述輪輞內側圓直徑測量組件的線激光發生器（7）產生的激光平面與鋼軌方向垂直，激光中心線與軌平面成20～60的角度，輪輞內側圓直徑測量組件的數字攝像機（9）與水平面形成的夾角為b，b角的角度值為65～25度，與鋼軌方向形成的夾角為d，d角的角度值為0～30度；

所述的數字攝像機（9）的鏡頭和線激光發生器（7）的中心線的垂直距離e為140～320mm；?數字攝像機（9）的鏡頭和鋼軌內側線的垂直距離f為30～140mm。

4.據權利要求1所述的一種鐵路車輪直徑動態測量裝置，其特征在于：

所述的輪輞厚度測量組件和輪輞內側圓直徑測量組件安裝在同一個測量底板（12）上，兩臺數字攝像機（8）、（9）和兩個線激光發生器（7）、（10）的位置關系為兩個激光發生器產生的線激光光平面相互平行并垂直于鋼軌，兩個激光平面的相對垂直距離為m，m的值為360mm?～250mm之間的一個固定數值。

5.據權利要求1所述的一種鐵路車輪直徑動態測量裝置，其特征在于：所述的車輪傳感器（1）安裝在鋼軌外側，其中心線與輪輞厚度測量組件的線激光發生器（10）產生的激光平面重合，傳感器表面距軌平面的距離為0～15mm。

6.據權利要求1所述的一種鐵路車輪直徑動態測量裝置，其特征在于：所述測量底板底板（12）與測量箱（4）、（5）之間安裝有減震裝置（13）。

7.據權利要求1所述的一種鐵路車輪直徑動態測量裝置，其特征在于：所述的鋼軌位置標志條（3）、（6），分別安裝在輪對直徑尺寸測量箱（4）、（5）的頂面，距鋼軌上平面的距離不小于30?mm。

8.根據權利要求1所述鐵路車輪直徑動態測量裝置的測量方法，其特征在于，所述方法步驟如下：

（1）當車輪中心線與車輪傳感器（1）重合時，車輪傳感器（1）發出拍攝信號，輪輞厚度數字攝像機（8）和輪輞內側圓直徑數字攝像機（9）同步拍攝圖像，此時輪輞內側面與線激光發生器（10）產生的激光平面的交線與車輪中心線重合；

（2）根據數字攝像機（8）安裝的角度和相對于線激光發生器（10）的位置關系，數字攝像機（8）拍攝的圖片，聚焦于輪輞內側面與線激光發生器（10）產生的激光平面的交線BC；根據數字攝像機（9）安裝的角度和相對于線激光發生器（7）的位置關系，數字攝像機（9）拍攝的圖片，聚焦于輪輞內側面與線激光發生器（7）產生的激光平面的交線，該交線通過A點，即輪輞內側面與線激光發生器（7）產生的激光平面的交線與輪輞內側圓的交點；

數字攝像機（8）拍攝的圖片中還包含了線激光發生器（10）產生的激光平面與標志條（3）、（6）的交線的圖像，標志條上激光線的最上部交點為F；

（3）根據兩個攝像機拍攝的圖片，進行圖像處理，其主要步驟為：

①二值化處理：該步驟是將圖像中像素點的灰度按閥值分為黑白兩種，其目的是將高亮度的激光線圖像與背景區別開來，這樣處理后所有高亮度點就是激光平面上的點；在以后的運算中我們只考慮高亮度點，這樣我們的運算就只限定在了激光平面上；

②在二值化圖像中找到激光線的中線圖像：在二值化圖像中采用霍夫變換求出激光線的方程組，由于激光線具有一定的寬度，通過直線方程組的比較可以找到激光線外圍輪廓和中線方程；

③找A、B、F點在像平面上的坐標：在數字攝像機（9）拍攝的圖片中位于車輪外輪廓上的激光線中線的最高點為A點，在數字攝像機（8）拍攝的圖片中的激光線中線的最高點為B點，在數字攝像機（8）拍攝的圖片中位于下部的標志條上的激光線中線的最高點為F點；根據激光線中線直線方程表達式，通過最高點的查找，可以計算出A、B、F點在像平面上的坐標；

④根據標定公式計算A、B、F點在物平面上的坐標：根據標定公式可將A、B、F點在像平面上的坐標轉換為A、B、F點在物平面上的坐標；

⑤根據A、B、F點在物平面上的坐標計算車輪直徑。