[發明專利]基于一種城軌車輛車輪踏面損傷檢測系統的車輪踏面損傷檢測方法

有效

• 申請號: 202011040267.5
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112109769B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 楊德凱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱市科佳通用機電股份有限公司
• 主分類號: B61K9/12
• 分類號: B61K9/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高倩

1.基于一種城軌車輛車輪踏面損傷檢測系統的車輪踏面損傷檢測方法，其中，一種城軌車輛車輪踏面損傷檢測系統，包括車輪傳感器(1)、控制模塊(2)、圖像采集控制及處理模塊(3)和相機模塊(4)；

所述車輪傳感器(1)，與所述控制模塊(2)電連接，用于在車輪經過時生成拍攝觸發信號并發送至控制模塊(2)；

所述控制模塊(2)，與所述圖像采集控制及處理模塊(3)電連接，用于根據拍攝觸發信號生成拍攝命令發送至所述圖像采集控制及處理模塊(3)；

所述圖像采集控制及處理模塊(3)，與所述相機模塊(4)電連接，用于將拍攝命令發送至相機模塊(4)；

所述相機模塊(4)，用于在接收到拍攝命令后，采集車輪踏面部分圖像，且對于同一車輪采集多張車輪踏面部分圖像；并將所述車輪踏面部分圖像發送至圖像采集控制及處理模塊(3)；

所述圖像采集控制及處理模塊(3)，還用于在接收所述車輪踏面部分圖像后，將同一車輪的多張車輪踏面部分圖像拼接為完整的車輪踏面；

所述相機模塊(4)包括前輪拍攝相機組(4-1)和后輪拍攝相機組(4-2)；

所述前輪拍攝相機組(4-1)包括多對前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)，每對前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)對稱分布設于兩軌道外側，分別用于采集兩側前車輪的車輪踏面部分圖像；

且每對前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)之間間距均相等；

所述后輪拍攝相機組(4-2)包括多對后輪踏面圖像拍攝相機(4-2-1)，每對后輪踏面圖像拍攝相機(4-2-1)對稱分布設于兩軌道外側，分別用于采集兩側后車輪的車輪踏面部分圖像；

且每對后輪踏面圖像拍攝相機(4-2-1)之間間距均相等；

所述車輪傳感器(1)包括前輪觸發模塊組(1-1)和后輪觸發模塊組(1-2)；

所述前輪觸發模塊組(1-1)包括與前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)數量相同的前輪觸發模塊(1-1-1)，各前輪觸發模塊(1-1-1)與各對前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)一一對應，各前輪觸發模塊(1-1-1)均在車輪經過時生成對應前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)的拍照觸發信號發送至所述控制模塊(2)；

所述后輪觸發模塊組(1-2)包括與后輪踏面圖像拍攝相機(4-2-1)數量相同的后輪觸發模塊(1-2-1)，各后輪觸發模塊(1-2-1)與各對后輪踏面圖像拍攝相機(4-2-1)一一對應，各后輪觸發模塊(1-2-1)均在車輪經過時生成對應后輪踏面圖像拍攝相機(4-2-1)的拍照觸發信號發送至所述控制模塊(2)；

所述前輪觸發模塊(1-1-1)的數量為m個，所述前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)的對數為m對；m對前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)之間間距為1/m倍的車輪踏面周長；

且各前輪觸發模塊(1-1-1)設置于對應的前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)前方能夠拍攝1/m倍的車輪踏面周長的位置處；其中，m為大于等于3的整數；

所述拍攝命令包括前輪即時拍攝命令和前輪延時拍攝命令；

所述前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)的鏡頭方向朝向車輛運行后方，每個前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)在接收到對應的前輪即時拍攝命令時，采集的車輪踏面部分圖像為車輪踏面的1/m；在接收到對應的前輪延時拍攝命令時，采集的車輪踏面部分圖像為車輪踏面的1/2m；

且同側的m個前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)隨著車輛的前進依次拍攝，至少采集m張連續的車輪踏面部分圖像；

其特征在于，具體步驟如下：

步驟一、圖像采集：每臺前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)和后輪踏面圖像拍攝相機(4-2-1)均拍攝得到1/4車輪踏面和1/8車輪踏面，同側的4臺前輪踏面圖像拍攝相機(4-1-1)和4臺后輪踏面圖像拍攝相機(4-2-1)將拍攝的每個車輪的車輪踏面部分圖像送到圖像采集控制及處理模塊(3)中；

步驟二、圖像預處理：確定車輪踏面部分圖像顯著性區域，對1/4車輪踏面進行裁剪和矯正處理，得到矩形形式的1/4車輪踏面，并采用圖像投影方法，使用1/8車輪踏面完成1/4車輪踏面精確區域的提取；

步驟三、車輪踏面部分圖像分段：對多張1/4車輪踏面同時進行操作得到分段踏面區域，然后進行灰度變換，使得多張1/4車輪踏面平均灰度大小相同；再根據實際拼接需要，選擇各分段踏面區域；

步驟四、邊緣擬合：首先找出分段踏面區域圖像的輪緣邊緣線，然后擬合邊緣，將彎曲邊緣擬合成垂直邊緣，去除車輪踏面弧度影響，得到擬合圖像；

步驟五、各段圖像拼接：針對擬合圖像，結合圖像采集速度，利用圖像間交疊公共視場區域中對應的特征點或邊緣完成1/4車輪踏面無縫拼接，得到完整的車輪踏面；

步驟六、車輪踏面損傷粗定位：求取灰度閾值，對完整的車輪踏面進行二值化，進行邊緣檢測和形態學處理得到損傷區域位置；

步驟七、車輪踏面損傷檢測與識別：采用圖像模板匹配和特征提取算法實現踏面損傷類別自動識別。