[发明专利]列车轮对踏面和轮缘在线高速检测系统及其检测方法

权利要求书

1.列车轮对踏面和轮缘缺陷在线高速检测系统，其特征在于，包括：

用于检测列车是否进入检测区域的目标检测装置，

用于检测列车运行速度的测速装置,

用于判断列车是否到达指定位置的位置判断装置，

用于获得列车轮对踏面和轮缘图像信息的图像采集装置，

用于处理上述图像采集装置获得的图像信息的图像处理装置，

用于接收上述目标检测装置、测速装置和位置判断装置的信息，并根据所得信息对图像采集装置、图像处理装置进行控制的系统控制装置；

上述图像采集装置包括：多组线结构光源和高速面阵相机；上述线结构光源的光平面位于轨道平面的上方并与轨道平面形成俯角，光平面与轮对相交所形成的交线平行于轨道平面并位于列车喷砂管/刹车装置与轨道之间；上述高速面阵相机位于轨道平面的下方，相机的光轴与轨道平面形成仰角、同时与上述光平面形成固定夹角；上述图像采集装置在两条轨道的外侧各设置至少两套。

2.根据权利要求1所述的列车轮对踏面和轮缘缺陷在线高速检测系统，其特征在于，上述目标检测装置、位置判断装置和测速装置为霍尔传感器。

3.根据权利要求1所述的列车轮对踏面和轮缘缺陷在线高速检测系统，其特征在于，上述高速面阵相机的成像视场可设置，上述成像视场的宽度仅含盖体现轮对踏面和轮缘形状的区域，成像视场的高度仅含盖最大交线区域。

4.根据权利要求1所述的列车轮对踏面和轮缘缺陷在线高速检测系统，其特征在于，上述高速面阵相机的光轴与光平面所成固定夹角的大小在5～20度范围内。

5.利用权利要求1所述的列车轮对踏面和轮缘缺陷在线高速检测系统检测轮对踏面和轮缘缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）当轮对进入检测区域后，目标检测装置检测到相应信息，系统控制装置接收上述信息、并启动测速装置；

（2）当轮对进入测速区间后，测速装置获得轮对的速度信息，系统控制装置接收上述速度信息、并启动图像采集装置；

（3）当轮对到达指定的图像采集位置后，位置判断装置检测到轮对的位置信息，系统控制装置接收上述位置信息、并控制图像采集装置对轮对踏面及轮缘进行图像采集，获得一系列的踏面及轮缘图像信息；

（4）图像处理装置接收上述图像信息并进行处理和分析，最终显示轮对踏面和轮缘的缺陷信息。

6.根据权利要求5所述的检测轮对踏面和轮缘缺陷的方法，其特征在于，在上述步骤（4）中，图像处理装置处理图像信息的方法为：（一）判断图像中的轮对是否存在缺陷：利用canny边缘检测的方法得到交线的上下单像素边缘，同时设定一个第一阈值，将像素点与其之前的像素点做差，当差值大于第一阈值则判定轮对此处存在缺陷，反之则不存在缺陷；

（二）、计算缺陷的大小：

①、以踏面与线结构光源交点作为单像素边缘的基准点，设定一个第二阈值，将分开踏面与轮缘的估算位置的前后数个单像素点与基准点做差，差值小于等于第二阈值时，即确定这个像素点是区分踏面与轮缘的分界点，同时得到轮缘的实际像素个数A；

②、拟合踏面区域的点，得到一条直线，拟合点p(x,y)与对应的实际测量点q(x,y)的偏差为r(x,y),r(x,y)=p(x,y)-q(x,y)，交线所在位置的切平面与光平面的夹角为θ，则缺陷深度d为：d=r(x,y)×tanθ；

③、根据轮缘与踏面长度所成的比例，计算出未发生磨损的轮缘的理论像素个数B，B与A做差即得到轮缘的磨损量；

（三）生成结果图：

将每幅图像中的光带部分提取出来，按照顺序拼接成一幅图像，并将轮对的缺陷部分用不同于背景的颜色表示出来。

7.根据权利要求6所述的检测轮对踏面和轮缘缺陷的方法，其特征在于，上述做差的两个像素点中间相隔四个像素点。