一種列車、在線車輪踏面圖像檢測裝置及探傷系統的制作方法

本發明涉及鐵路檢測技術領域，特別涉及一種列車、在線車輪踏面圖像檢測裝置及探傷系統。

背景技術：

在鐵路的檢修維護過程中，對列車車輪的檢測是其中重要的一環。

目前，在對車輪的踏面進行檢測時，通常是由人工采用相機拍攝車輪踏面圖像，得到圖像是一張張分離的圖像，不便于查看和后續圖像處理。

因此，針對上述情況，如何進行車輪踏面圖像檢測，便于查看和后續圖像處理，成為本領域技術人員亟待解決的重要技術問題。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供了一種在線車輪踏面圖像檢測裝置，用于實時記錄車輪踏面情況，隨著車輪的轉動，能夠拍攝車輪踏面轉動一周的圖像，從而便于查看和后續圖像處理。

本發明還提供了一種應用上述在線車輪踏面圖像檢測裝置的探傷系統。

本發明還提供了一種應用上述在線車輪踏面圖像檢測裝置的列車。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種在線車輪踏面圖像檢測裝置，包括支架機構和安裝在其上的圖像采集機構；所述圖像采集機構能夠通過所述支架機構與車輪踏面相對布置。

優選的，所述圖像采集機構包括圖像采集本體和照明機構。

優選的，所述圖像采集本體為相機；所述照明機構包括能夠提供均勻光照面的正面光源，所述相機的鏡頭設置在所述正面光源的中心處。

優選的，所述照明機構還包括側面光源，所述側面光源能夠提供的光照方向與所述正面光源能夠提供的光照方向不同。

優選的，所述照明機構還包括自動旋轉機構，所述自動旋轉機構能夠調整所述側面光源和所述正面光源之間的夾角。

優選的，所述支架機構包括驅動機構、導向滑筒、推送絲桿和螺母滑銷座；

所述驅動機構能夠驅動所述推送絲桿旋轉；

所述螺母滑銷座和所述推送絲桿配合構成絲桿螺母副；

所述導向滑筒套設在所述推送絲桿上，且所述導向滑筒上設置有開槽，所述開槽形成用于限定所述螺母滑銷座運動軌跡的導向通道，所述導向通道包括翻轉段，所述翻轉段具有沿所述推送絲桿軸向的分量，和沿所述推送絲桿周向的分量。

優選的，所述導向通道還包括直線段，所述直線段沿所述推送絲桿的軸向設置。

優選的，所述導向通道包括第一直線段、第二直線段和連接于兩者之間的翻轉段，其中的所述第一直線段導向所述螺母滑銷座的回收位置，所述第二直線段導向所述螺母滑銷座的工作位置。

一種探傷系統，包括上述的在線車輪踏面圖像檢測裝置。

一種列車，其上安裝有上述的在線車輪踏面圖像檢測裝置。

從上述的技術方案可以看出，本發明提供的在線車輪踏面圖像檢測裝置，用于實時記錄車輪踏面情況，隨著車輪的轉動，能夠拍攝車輪踏面轉動一周的圖像，從而便于查看和后續圖像處理；后期處理時借助于圖像自動拼接技術，能夠將相機拍攝到的所有單張圖像自動拼接成一張完整圖像。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的在線車輪踏面圖像檢測裝置的正面示意圖；

圖2為本發明實施例提供的在線車輪踏面圖像檢測裝置的背面示意圖；

圖3為本發明實施例提供的在線車輪踏面圖像檢測裝置的工作示意圖。

其中，1為正面光源，2為側面光源，3為相機，4為自動旋轉機構，5為驅動機構，6為導向滑筒，7為推送絲桿，8為螺母滑銷座。

具體實施方式

本發明的核心在于公開了一種線車輪踏面圖像檢測裝置，用于實時記錄車輪踏面情況，隨著車輪的轉動，能夠拍攝車輪踏面轉動一周的圖像，從而便于查看和后續圖像處理。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1-圖3，圖1為本發明實施例提供的在線車輪踏面圖像檢測裝置的正面示意圖；圖2為本發明實施例提供的在線車輪踏面圖像檢測裝置的背面示意圖；圖3為本發明實施例提供的在線車輪踏面圖像檢測裝置的工作示意圖。

本發明實施例提供的在線車輪踏面圖像檢測裝置，其核心改進點在于，包括支架機構和安裝在其上的圖像采集機構；圖像采集機構能夠通過支架機構與車輪踏面相對布置，能夠獲取車輪踏面圖像。

需要說明的是，本方案中的支架機構可以直接固定在地面上或者工作臺上，此時只需要將車輪架空并驅動其旋轉，即可由圖像采集機構拍攝得到車輪踏面轉動一周的圖像；

或者，優選地可固定在車底固定部件上，配合列車牽車機使用，牽車機牽引列車前進時采集車輪整個圓周的圖像；

當然，除了以上獨立使用的形式，還能夠將在線車輪踏面圖像檢測裝置集成在輪輞的探傷系統中，比如安裝于在線車輪頂轉輪裝置(用于頂起車輪和驅動其旋轉的設備)上，可以具體為設置在其伸展臂上；

本方案的在線車輪踏面圖像檢測裝置還可以集成在列車上，比如車架，與以上的幾種實施方式相比，可以不再局限于進站檢修的情況，能夠實現在列車行駛過程中的實施觀察監測。從上述的技術方案可以看出，本發明實施例提供的在線車輪踏面圖像檢測裝置，用于記錄車輪踏面情況，隨著車輪的轉動，能夠拍攝車輪踏面轉動一周的圖像，從而便于查看和后續圖像處理；后期處理時借助于圖像自動拼接技術，能夠將相機拍攝到的所有單張圖像自動拼接成一張完整圖像。

鑒于軌道車輛中車輪的安裝結構特點，外界自然光照不一定能夠滿足其踏面圖像采集的需要。因此，作為優選，圖像采集機構包括圖像采集本體和照明機構，以滿足包括夜間行駛等各種不同條件下的照明需要，從而可以實現對車輛踏面圖像的不間斷采集。

在本方案提供的具體實施例中，圖像采集本體為相機3，安裝在支架上，具有給車輪踏面拍照的作用，能夠采集車輪踏面的靜態圖像信息。當然，圖像采集本體還可以采用攝像機，能夠采集車輪踏面的動態圖像信息；本領域技術人員根據實際需要，還可以采用其他形式采集圖像信息，比如借助射線或者聲波的勘查設備。

由于車輪踏面的不規則性，光源作用在車輪踏面時產生不均勻光照，拍攝得到的圖像質量差，無法進行圖像處理。相機布局不當，會造成拍攝的圖像產生嚴重畸變，導致后續圖像處理困難。

為了解決上述問題，照明機構包括能夠提供均勻光照面的正面光源1(主光源)，相機3的鏡頭設置在正面光源1的中心處。其結構可以參照圖1和圖2所示，方形的正面光源1安裝在相機3的四周，固定在支架上。正面光源1發散出的光照具有很強的均勻性。將相機3設置于正面光源1中心位置的布局方式，使拍攝到的圖像畸變最小，有利于后續圖像處理。

鑒于車輪踏面具有一定的弧度，由于光照反射作用，輪緣根部反射的光照無法進入相機，所以拍攝的輪緣根部不清晰。進一步的，照明機構還包括側面光源2，側面光源2能夠提供的光照方向與正面光源1能夠提供的光照方向不同，用于照射輪緣根部。其結構可以參照圖1和圖2所示，側面光源2安裝在支架上，位于正面光源1的外側，對正面光源1起到輔助光照的作用。通過以上兩個光源的布局，正面光源1和側面光源2作用在車輪踏面時，產生均勻光照，克服了由于車輪踏面外形不規則帶來的光照不均勻影響。正面光源1和側面光源2可以為但不限于矩形。需要說明的是，為了方便說明，本申請中的各個實施例以矩形為例進行說明，正面光源1和側面光源2的形狀還可以是圓形、環形或弧形等。正面光源1和側面光源2可以與相機3整合安裝或分體安裝。

在本方案提供的具體實施例中，照明機構還包括自動旋轉機構4，自動旋轉機構4能夠調整側面光源2和正面光源1之間的夾角。作為優選，側面光源2與正面光源1兩者間的夾角范圍是0～90°。自動旋轉機構4包括微型電機、旋轉軸承以及附屬機構，用于將側面光源2旋轉到指定位置。當圖像檢測模塊由自動推送裝置推送到檢測位置后，自動旋轉機構4開始旋轉動作，并帶動側面光源2轉動，根據實際檢測需要，側面光源轉動到最佳檢測位置。

為了進一步優化上述的技術方案，支架機構包括驅動機構5、導向滑筒6、推送絲桿7和螺母滑銷座8，構成自動推送裝置；

驅動機構5能夠驅動推送絲桿7旋轉；

螺母滑銷座8和推送絲桿7配合構成絲桿螺母副；

導向滑筒6套設在推送絲桿7上，且導向滑筒6上設置有開槽，該開槽形成用于限定螺母滑銷座8運動軌跡的導向通道，該導向通道包括翻轉段，該翻轉段具有沿推送絲桿7軸向的分量，和沿推送絲桿7周向(垂直于其軸向)的分量，其結構可以參照圖2中導向滑筒6開槽中間的傾斜段所示。可以理解的是，推送絲桿7的一端作為功能模塊的回收位置(即螺母滑銷座8的回收位置)，即圖中推送絲桿7的左端；推送絲桿7的一端作為功能模塊的工作位置(即螺母滑銷座8的工作位置)，即圖中的推送絲桿7的右端。導向通道用于引導螺母滑銷座8在回收位置和工作位置之間的轉移，其引導方向為由推送絲桿7的一端至另外一端。

從上述的技術方案可以看出，本發明實施例提供的自動推送裝置，檢測設備的功能模塊安裝在螺母滑銷座8上，該螺母滑銷座8在推送絲桿7的作用下實現前進后退運動，同時螺母滑銷座8又與導向滑筒6配合，該導向滑筒6的開槽形式決定了螺母滑銷座8的運動軌跡，在開槽形成的導向通道的翻轉段內，螺母滑銷座8沿推送絲桿7的軸向前進或者后退的同時，還能夠沿推送絲桿7的周向運動，即利用導向滑筒6的異型導向開槽實現了前進后退和姿態的自動翻轉動作，安裝在螺母滑銷座8上的功能模塊就實現了按照導向滑筒6結構規定的方向運動，從而能夠適應在緊張復雜空間內工作位置和回收位置的轉換。

另一方面，在螺母滑銷座8和推送絲桿7配合構成的絲桿螺母副基礎上，通過導向滑筒6的異型導向開槽實現前進后退和姿態的自動翻轉動作，這種方式與現有技術中通過多個自由度控制相比，結構要簡單很多，空間占用很小，成本也更低。

如圖3所示，在線車輪踏面圖像檢測裝置有兩個位置，一是圖像檢測裝置工作位，二是圖像檢測裝置零位(即回收位置)。這樣一來就可以進行工作位置和零位的轉換，即應用時將功能模塊轉換到工作位置，進行檢測作業；而在不工作時轉換到回收位置，從而實現良好的收藏保護。自動推送裝置可以采用直線絲桿螺母副，安裝在其他輔助機構(如伸展臂上)，具有將正面光源1、側面光源2、相機3推送至檢測工作位自動定位和自動回收的功能。

為了滿足不同的空間和使用要求，導向滑筒6的導向通道還包括直線段，該直線段沿推送絲桿7的軸向設置。即螺母滑銷座8在上述的直線段內只是沿直線前進或者后退，并不進行姿態的自動翻轉動作。

在本方案提供的具體實施例中，導向滑筒6的導向通道包括第一直線段、第二直線段和連接于兩者之間的翻轉段，其中的第一直線段導向螺母滑銷座8的回收位置，第二直線段導向螺母滑銷座8的工作位置，其結構可以參照圖2所示。即螺母滑銷座8帶著其上的功能模塊在經過上述導向通道時，在第一直線段內只是沿直線前進，然后在翻轉段內沿直線前進或者后退的同時進行姿態翻轉，最終經過第二直線段沿直線前進至工作位置。

當然，本領域技術人員能夠具體的空間和使用要求，對導向滑筒6的開槽形式進行相應的調整，包括采用直線段和翻轉段的不同形式配合，各段的長度調節，以及翻轉段內能夠導向的翻轉角度。

作為優選，導向滑筒6為與推送絲桿7同軸設置的圓筒，便于加工。螺母滑銷座8的銷釘卡在導向滑筒6的開槽內，其結構采用類似凸輪原理。

為了進一步優化上述的技術方案，導向滑筒6可拆卸套設在推送絲桿7上，從而可以根據實際情況更換，提高本裝置的適用性。

在本方案提供的具體實施例中，驅動機構5為驅動電機，其具有精度較高、響應速度快的優點。當然，還可以采用其他機構驅動推送絲桿7的旋轉，在此不再贅述。本發明實施例提供的自動推送裝置，還包括設置在螺母滑銷座8回收位置的防護裝置(圖中未示出)，作為功能模塊的收藏回收保護罩。這樣一來，功能模塊在應用時行進到工作位(圖3中右側實線位置)，不工作時收回到保護罩內(圖3中左側虛線位置)。從而可實現對功能模塊良好的收藏保護，提高了使用壽命。

在本方案提供的具體實施例中，功能模塊為相機模塊，可以應用于火車車輪檢測設備，將上述自動推送裝置附裝到檢測設備(RSD伸展臂)之上應用，同時不影響既有檢測設備的使用要求，而且也可實現良好的收藏保護。本發明實施例提供的在線車輪踏面圖像檢測裝置，還包括自動拼接機構，自動拼接機構與圖像采集機構通訊連接，能夠將相機3拍攝的所有單張圖像自動拼接成一張完整圖像。

下面結合具體工作過程對本方案做進一步介紹：

作為初始狀態，圖像檢測裝置不工作處于圖中的零位位置上，當圖像檢測裝置工作時，自動推送裝置將檢測裝置推送至工作位。圖像檢測裝置在工作位時，側面光源2通過自動旋轉機構4展開到檢測位。正面光源1和側面光源2作用在車輪踏面并在踏面上產生均勻光照。當列車車輪轉動，相機3拍攝車輪踏面轉動一周的圖像。同時圖像自動拼接軟件將拍攝到的所有踏面圖像自動拼接成車輪踏面展開圖。

本發明實施例還提供了一種探傷系統，其核心改進點在于，包括上述的在線車輪踏面圖像檢測裝置。優選的，圖像檢測裝置安裝在在線車輪頂轉輪裝置上，該頂轉輪裝置由伸縮臂、液壓舉升、液壓轉輪單元等組成，適應不同車型車底空間，能頂升各型動車組在線輪對并按系統要求的轉速旋轉輪對。

本發明實施例還提供了一種列車，其核心改進點在于，其上安裝有上述的在線車輪踏面圖像檢測裝置。

綜上所述，本發明實施例提供的在線車輪踏面圖像檢測裝置，用于實時記錄車輪踏面情況，隨著車輪的轉動，能夠拍攝車輪踏面轉動一周的圖像，從而便于查看和后續圖像處理；后期處理時借助于圖像自動拼接技術，能夠將相機拍攝到的所有單張圖像自動拼接成一張完整圖像。本發明還提供了一種應用上述在線車輪踏面圖像檢測裝置的探傷系統和列車。

本方案提供的在線車輪踏面圖像檢測裝置的主要優點包括：

1.圖像自動拼接，能夠將相機3拍攝的所有單張圖像自動拼接成一張完整圖像。

2.圖像檢測模塊能夠通過自動推送裝置將圖像檢測裝置自動定位和自動回收。

3.兩個光源的布局，正面光源1和側面光源2作用在車輪踏面時，產生均勻光照，克服了由于車輪踏面外形不規則帶來的光照不均勻影響。

4.相機布局，相機3位于正面光源1的中心位置，使拍攝到的圖像畸變最小，有利于后續圖像處理。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。