淺析地鐵車輛輪對在線檢測系統(tǒng)

王業(yè)超

【摘 要】輪對在線檢測系統(tǒng)是重要的地鐵車輛檢修設(shè)備，該系統(tǒng)主要通過輪對外形檢測、輪對擦傷檢測、視頻圖像擦傷監(jiān)塊和車號識別模塊等功能實現(xiàn)動態(tài)檢測不同踏面形狀車輪各相關(guān)部位的尺寸和踏面缺陷。系統(tǒng)大大提高了地鐵車輛輪對的檢修效率。

【Abstract】 Wheelset dynamic detection system is an important maintenance equipment of metro vehicle ， this system mainly through functions as the wheel profile detection， wheel scratch detection and video monitoring scratch and vehicle number recognition module， realize the dynamic detection of different wheel tread shape and the relevant parts of the size as well as tread defects. The system greatly improves the maintenance efficiency of metro vehicle wheelset.

【關(guān)鍵詞】輪對；在線檢測；地鐵車輛

【Keywords】wheelset； dynamic detection； metro vehicle

【中圖分類號】U270.7 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0170-02

1 引言

輪對是地鐵車輛的重要部件，其狀態(tài)直接影響地鐵運營安全，需要經(jīng)常測量用來確定鏇修作業(yè)。傳統(tǒng)的輪緣、輪徑等數(shù)值的測量方式是車輛在月修時人工逐個對輪對進(jìn)行測量，工作量大，效率低，而且人為因素往往導(dǎo)致出現(xiàn)測量誤差，不能滿足車輛檢修的需要。輪對在線檢測系統(tǒng)主要通過輪對外形尺寸檢測、車輪擦傷檢測、視頻圖像擦傷檢測，實現(xiàn)在線檢測不同踏面形狀車輪各相關(guān)部位的尺寸和踏面缺陷。

2 系統(tǒng)組成及功能

輪對在線檢測系統(tǒng)由基本檢測單元、現(xiàn)場控制中心、遠(yuǎn)程傳輸通道和遠(yuǎn)程控制中心4個部分組成。

2.1 基本檢測單元

基本檢測單元用來實現(xiàn)系統(tǒng)的檢測功能?；緳z測單元由車輪外形尺寸檢測子系統(tǒng)、踏面擦傷檢測子系統(tǒng)、踏面圖像監(jiān)視系統(tǒng)，以及輔助系統(tǒng)實現(xiàn)檢測功能的車號識別系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等其他單元。

外形尺寸檢測子系統(tǒng)由LD線光源、CCD圖像傳感器、圖像采集觸發(fā)單元及車輛計數(shù)單元等組成，實現(xiàn)采集車輪外形尺寸的原始信息功能；擦傷檢測子系統(tǒng)由平動機(jī)構(gòu)、列車接近檢測傳感器、車體辨向計數(shù)傳感器、信號調(diào)理箱及擦傷電氣箱組成，用接觸式檢測方法，定量檢測輪對滾動圓的不圓度和車輪圓周的擦傷缺陷；踏面圖像監(jiān)視系統(tǒng)由圖像采集單元、觸發(fā)單元、補(bǔ)光單元及配套電氣主控箱、配電箱、工控機(jī)組成，實現(xiàn)對車輪踏面擦傷情況的檢測。

2.2 現(xiàn)場控制中心

現(xiàn)場控制中心一般位于基本檢測單元旁邊或者相鄰軌道旁的設(shè)備間，實現(xiàn)基本檢測單元的供電、控制、數(shù)據(jù)和圖像采集、分析處理與存儲，同時與遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行通信?，F(xiàn)場控制中心由配電箱、控制箱、通信箱、工控機(jī)和UPS等組成。

2.3 遠(yuǎn)程傳輸通道

遠(yuǎn)程傳輸通道實現(xiàn)連接現(xiàn)場控制中心和遠(yuǎn)程控制中心，實現(xiàn)控制信號和檢測數(shù)據(jù)的可靠傳輸。通道由數(shù)據(jù)線、視頻線、控制線、電源線等組成。

2.4 遠(yuǎn)程控制中心

遠(yuǎn)程控制中心是系統(tǒng)的控制中心、數(shù)據(jù)管理中心和監(jiān)控中心。遠(yuǎn)程控制中心由控制臺、控制機(jī)及其附屬設(shè)備構(gòu)成，一般位于DCC，在遠(yuǎn)程控制中心，可以設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，監(jiān)控設(shè)備的運行情況和檢測過程，查看、統(tǒng)計、分析、打印系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)。

3 檢測原理

3.1 尺寸檢測

如圖1所示，利用“光截圖像測量技術(shù)”，激光線源沿設(shè)定角度投射到車輪踏面，形成包含車輪外形尺寸信息的光截曲線，該光截曲線由高分辨率面陣CCD攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集，為了確保尺寸檢測的精度，設(shè)計了多個測點，采用同步拍攝多幅圖片方式獲得輪周多個點位的外形光截曲線圖像。綜合所有測點的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，優(yōu)選處理數(shù)據(jù)，對獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合系統(tǒng)分析從而計算得到最準(zhǔn)確的車輪外形尺寸參數(shù)[1]。采用這種“多光束光截法”使尺寸檢測系統(tǒng)具備檢測精度高和數(shù)據(jù)重復(fù)性高的特性，如圖2所示。

內(nèi)距檢測通過光截法的測量原理，利用布置在軌道兩邊的內(nèi)側(cè)CCD攝像機(jī)拍攝的光截曲線圖像，找出兩個車輪輪輞內(nèi)側(cè)基線，從而計算出輪對內(nèi)距。

3.2 擦傷檢測

擦傷檢測屬于接觸式測量，采用“高精度位移傳感器技術(shù)”測量車輪輪緣高度的變化，采用自動校正算法、大數(shù)據(jù)綜合分析、自動升降保護(hù)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，間接定量測量輪軌接觸區(qū)域的車輪擦傷和剝離[2]。

如圖3所示，由于擦傷處圓周半徑將變小，這就使得在車輪運行過程中，擦傷處的輪緣頂點位置相參照軌面低于正常的輪緣頂點位置。因此輪緣頂點的位置變化包含了車輪踏面的擦傷信息。圓度偏差（即不圓度）即為擦傷處輪緣頂點的相對位移h在整個圓周上的最大偏差。所以通過測得h沿圓周的分布情況，即可獲取當(dāng)前車輪的踏面擦傷值，

3.3 踏面圖像監(jiān)視

當(dāng)一個車輪經(jīng)過檢測區(qū)時，布置在軌邊的16個采集單元連續(xù)采集輪對踏面圖片，覆蓋一個整圓周踏面。再根據(jù)閘瓦分布在轉(zhuǎn)向架的位置，篩選踏面無遮擋的圖片。在獲取車輪踏面的實時圖像后，系統(tǒng)對采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動讀取，利用相關(guān)算法對采集模塊獲取的圖像進(jìn)行智能識別。調(diào)取不合格圖像判斷算法模塊，排除掉不符合本系統(tǒng)檢測的圖像。機(jī)器視覺系統(tǒng)進(jìn)行智能識別，判斷是否存在缺陷。對存在缺陷的輪對圖像進(jìn)行后處理，得到精確的缺陷信息。

4 系統(tǒng)與其他專業(yè)接口

①為了充分發(fā)揮系統(tǒng)的在線檢測功能應(yīng)在車輛段出入段咽喉區(qū)的直線段處設(shè)置基本檢測單元。

②檢測單元區(qū)域要求20m整體道床，兩端均設(shè)10m整體碎石道床過渡段，線路要求平直，整體軌道無接頭。

③現(xiàn)場控制中心宜設(shè)置在基本檢測單元旁，如受到現(xiàn)場土建條件制約，應(yīng)提前考慮過軌線纜預(yù)埋?，F(xiàn)場控制中心需要鋪設(shè)防靜電地板，并考慮安裝通風(fēng)裝置。

④遠(yuǎn)程傳輸通道光纜應(yīng)隨通信施工作業(yè)，提前做好預(yù)埋。

5 結(jié)語

輪對在線檢測系統(tǒng)檢測精度高，設(shè)置在車輛段出入段線咽喉區(qū)，每天自動執(zhí)行檢測過程獲取大量數(shù)據(jù)，且具備大數(shù)據(jù)綜合分析能力，無須人工 干預(yù)，不占用車輛運行和檢修時間，大大提高了車輪檢修效率，論文分析了輪對磨耗趨勢，為輪對鏇修和輪餅更換通過依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】趙菊靜，范忠勝，方鳴.多功能車輪輪緣踏面自動化檢測系統(tǒng)[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2007（03）：5-7.

【2】勞建江.廣州地鐵1號線車輛在線安全檢測系統(tǒng)[J].城市快軌交通，2008（04）：71-73.