[發明專利]基于信息融合技術列車輪對踏面損傷在線檢測與識別方法

有效

• 申請號: 201410756876.9
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104608799A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 張志峰;翟玉生;薛人中;陳靖;耿利杰;王新杰;蘇玉玲;劉海增
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: B61K9/12
• 分類號: B61K9/12;G01N21/88;G06T7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，特別涉及一種列車輪對踏面損傷在線檢測和識別方法。

背景技術

車輪是列車重要的走形部件，對列車的安全運行起著關鍵性的作用。而列車車輪的運行環境極其惡劣，除了與鋼軌、道岔的撞擊和摩擦外，還會遭受到雨水、油污、腐蝕劑等的侵蝕，這樣車輪在運行一段時間后經常會產生一定程度的損傷和缺失，尤其是列車在緊急制動時，由于摩擦產生的高溫會使車輪踏面出現擦傷、剝離、裂損及掉塊等現象，這些統稱為踏面損傷，列車踏面損傷是列車輪對在線檢測中最難測量的一個參數。常見的車輪踏面損傷包括踏面擦傷、踏面剝離、踏面碾堆、失圓(局部凹陷)等。由于列車在行駛過程中，輪對踏面與鋼軌接觸，因此輪對踏面損傷部位很難定位，同時列車在運行時鋼軌的振動給測量帶來很大誤差。

目前國內踏面損傷的檢測多采用靜態的檢測方法：當列車入庫后采用眼看、錘敲、聽聲的方法進行人工排查，由于人為因素、故障所在部位、環境條件等的影響難以及時發現車輪踏面故障。有科研人員提出一種輪對踏面缺陷在線檢測與識別系統，它利用機器視覺或光電傳感器的方法，將檢測系統固定安裝在列車行駛的鋼軌上，當列車進入測量區域時，由視覺系統代替人眼動態檢測缺陷并作出判斷，并對缺陷進行分類。這些方法一方面可以大大節省車輪維護的經濟成本和人力成本，另一方面還可以同時保證檢測的可靠性和重復性。這方面的技術方案包括：中國發明專利申請“一種基于圖像拍照形式的車輪踏面缺陷識別”(專利申請號：201210475411.7)提出的利用圖像拍照形式車輪踏面缺陷擦傷和剝離檢測方法；中國發明專利申請“機車輪對全周踏面表面缺陷在線動態檢測裝置”(專利申請號：201010575920.8)提出的利用紅色LED光源和線陣CCD采集圖像車輪踏面缺陷擦傷和剝離檢測方法。本專利申請人也曾在中國發明專利申請“車輪踏面缺陷非接觸式動態檢測裝置及其檢測方法”(專利申請號：201110361994.6)中提出一種利用激光位移傳感器和CCD攝像技術踏面擦傷和剝離檢測方法。

但是，目前檢測方案主要針對輪對踏面的擦傷和剝離，而對于輪對踏面碾堆、失圓及擦傷和剝離混合等情況的在線檢測技術和系統報道甚少；同時與一般情況下目標檢測和識別方式不同，由于輪對踏面損傷在線檢測的高速度、高精度的要求，使得高速列車輪對踏面損傷檢測和識別方法面臨著以下主要問題：

(1)圖像干擾因素多。在高速情況下，檢測裝置和系統可能隨著列車的振動產生移動或小角度的旋轉，并且現場環境、光照變化和天氣等因素可能對圖像引入噪聲、模糊帶和陰影區域，使得一般的檢測方法和技術容易受到干擾。

(2)車輪踏面損傷包括踏面擦傷、踏面剝離、踏面碾堆、失圓(局部凹陷)等，而車輪踏面損傷形成前踏面會有裂紋出現，同時踏面經常會受到油污、灰塵等因素的干擾，這些參數的紋理特征不盡相同，因此單一的檢測裝置和方法不能有效地識別。

(3)檢測速度和精度要求。由于列車輪對踏面損傷在線檢測與識別方法的速度要求，一般的目標檢測和識別方法不能同時滿足在線高速度和高精度的要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種原理簡單、自動化程度高、檢測速度快、檢測精度高、多參數檢測的列車輪對踏面損傷在線檢測與識別方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種基于多視覺列車輪對踏面損傷在線檢測與識別方法，其步驟為：

(1)圖像獲?。豪煤诎紫鄼C獲取輪對踏面灰度圖像，利用近紅外線激光器和近紅外相機獲取輪對踏面線圖像并將線圖像拼接成一幅全景圖像；

(2)圖像預處理：包括對圖像進行噪聲干擾去除，圖像二值化及圖像分塊；

(3)損傷初步檢測：對近紅外圖像進行形態學處理，剔除偽損傷，標記損傷位置，獲得損傷深度及失圓；

(4)損傷精確定位：近紅外圖像處理結果與灰度圖像處理結果進行數據融合，對踏面損傷標記和定位，經過形態學處理獲得損傷的紋理和面積，對踏面裂紋進行形態學處理獲得裂紋的長度；

(5)損傷的判定：提取和選擇踏面裂紋、碾堆、擦傷和剝離區域的特征，設計并訓練一個BP神經網絡，并使用BP神經網絡對缺陷進行分類，通過終端處理單元記錄列車輪對踏面擦傷、剝離、失圓、碾堆、裂紋等損傷信息，不僅有利于技術人員在列車停靠時對車輪進行有針對性的復檢，還能為車輪、機車及線路的運行情況分析提供參考。

與現有技術相比，本發明的優點在于：