F 10018, of of is an of of of an of of on is in h. CD to of of of 1 In to of a its to of of is of of of is by is is In 60h. of is an of of on of of Up to of to by of by of in ,2,3,4. be , on on , no of of is to of is in a of 2 of is a by an 1 is of a is is t no is is a on 0mm to . is a on of be at on is to of is on of is to of be if So of A to of in So of on of of to of on of If a at a to in be by of be It of be of of by of A to of on to of is to at So of is of in of CD in of be or CD In to CD of is by of of in by SP 1: of 70 on In to a of in CD CD to CD 024 768. of 505(1)(2)(3)(4) (5)6) h, of 2010241/10000s, 65015 5of of of by a to by be in of a on an A of at be If to be of be to of is 3 of on of of to in to of to be to In t to of 4 by as by of by so be In If 0km/h , e or of So to If of 00 be .1 of of mm of .0 5 A in of of of of 1) (2) 20040446) 3) 2005 1 et “on 40(2): 112002. 2 i, “ 40(1): 192002. 3 “on of of 31(3): 4652005. 4 “ 27(3): 298306, 2006. 5 i, “of in of of 6, 342004. 6 “on of on 6150, 615022006. 7 1998 “ 1998. I/O 輪副直徑參數(shù)的聯(lián)機測量辦法與測量系統(tǒng) 州電子大學自動化學院 中國杭州 310018 鍵詞 ： 輪輻直徑，聯(lián)機測量，光電測量，自動測量系統(tǒng) 摘要 ： 輪輻直徑參數(shù)的測量是確保 車輛系 安全運行的一個重要環(huán)節(jié)。車輪的磨損程度與列車增加的速度成正比。這篇論文介紹了當列車在以 5米 /時的低速運行時，運用光電探測技術的一種對運行中的齒輪的直徑參數(shù)聯(lián)機測量的方法。此法利用精密激光位移傳感器，高速高分解 數(shù)字圖象處理技術實現(xiàn)輪輻參數(shù)的無接觸自動測量。這些參數(shù)主要包括直徑，圓度及直徑偏差。測量的精確度的主要影響方面是對機械裝置，震動裝置和啟動裝置的誤差的分析 。自動測量系統(tǒng)因此而生。此系統(tǒng)包含車輪探測器，激光位移傳感器，半導體激光器來源， 機圖象搜索器處理電路。理論與實踐的結果表明，直徑參數(shù)的測量精確度在 米內。此精確度與聯(lián)機直徑測量的要求正好符合。 1 緒論 為了確保運行中的列車的安全，自動地規(guī)律地探測輪輻的狀況很重要。輪輻的磨損度是影響列車運行的安全性，穩(wěn)定性的幾個主要方面之一。在中國，輪輻磨損度的測量方法仍是靜止的，人工的，而這限制了它的準確性與可靠性。不同的操作人員得出的結果往往大不相同，探測效率也很低。近年來，其運行速度已達到 160米 /時。但其磨損的程度與速度比以前快了很多。靜止的人工的測量方法已不能適應高速列車的發(fā)展。探索自動聯(lián)機的方法是運輸與維修部門的緊急需要。 輪輻的磨損參數(shù)包括幾何參數(shù)與表面缺陷。主要的幾何參數(shù)包括邊緣厚度，邊緣高度，車輪直徑，圓度，直徑差異等等。表面缺陷包括車輪支撐面上的擦傷，發(fā)裂。這些參數(shù)是影響車輛安全性，穩(wěn)定性的主要方面。這篇論文主要介紹聯(lián)機直徑參數(shù)的測量方法與測量系統(tǒng)。 至今為止，尤其在中國，大多數(shù)維修工廠仍通過手動使用專門的機械工具來測量幾何參數(shù)。這些工具包括專業(yè)游標彎腳規(guī)，車輪直徑尺，內邊緣距離 尺，會磨損壞掉。這些工具的使用程度會影響測量效果。手動人工的工作方式帶來的是高強度勞動量和低工作效率。不同操作員引起的人為因素可能會產(chǎn)生各種各樣的不同的誤差，其測量精密度，可靠性，可重復性不符合輪輻維修部門的要求。 自動測量方法與系統(tǒng)已被研究多年 1,2,3,4。而這些方法僅僅適合于維修工廠，而且車輛要被分解。一些國家，例如德國 5，日本，意大利和美國，已不同原則地發(fā)展了聯(lián)機檢測系統(tǒng)。這些系統(tǒng)非常昂貴，還沒有被廣泛使用。在中國，這個領域也有研究 6，但沒有實際的設備發(fā)展。 正常的測量與維修不能滿足維修 的要求。輪廓參數(shù)的聯(lián)機測量在低速運行的列車對于區(qū)別與預測失誤很重要。預防的維修會大大降低維修成本。這篇論文介紹一種新的無接觸直徑參數(shù)聯(lián)機測量方法與系統(tǒng)。 2 測量方法 徑參數(shù)的定義 車輛系的輪輻是通過擠壓兩個車輪形成一個輪軸的卷型部分。圖 載物輪區(qū)域的輪廓（ 滑動面（ 指與鐵軌接觸的部分。右平面是指內邊緣平面。平面與鐵軌不接觸，沒有磨損。內邊緣平面與滑動面（ 間的部分叫軌底。絕緣繞阻點是指在滑動面上的一個基本點，距離內邊緣平面 70 毫米 7。 齒輪的滾動 圓是指過滑動面上絕緣繞阻點的一個圓圈。滾動圓的平均直徑等于車輪直徑。圓度得自不同位置滾動圓的直徑。直徑差異是指左右車輪的差異。這些參數(shù)屬于幾何參數(shù)。 量原則 直徑參數(shù)的測量原則是基于由光束組成的圖象設計。根據(jù)直徑參數(shù)的定義，如果可以獲得滾動圓，直徑可以推斷出來。當車輛運行時，左右機械裝置不可避免的，所以滾動圓的位置是無法確定的。激光位移傳感器被用來獲取內邊緣平面的位置，這樣滾動圓的位置就可以確定了。兩道來自半導體激光器的光束沿著滾動圓的滾動方向照亮滑動面表面。滾動圓在兩道光束之間。兩道光束間的空隙的 設計是為了確保滾動圓總在這里。外來的視覺光源平面并列滾動圓平面 ,兩道亮光帶在滑動面上形成。較窄的光帶記錄車輪的直徑信息。 若 應器在與外來視覺平面相關的某一角度獲取了圖像帶，輪廓信息圖像中就可以記錄輪廓信息。然后幾何參數(shù)就能夠通過數(shù)字圖像處理方法記錄下來。 邊緣平面的位置 在測量直徑之前絕緣繞阻點的位置應該確定下來。這表明內邊緣平面的位置應該由圖 確定下來。內邊緣平面的位置是多種多樣的，因為不同的輪輻有不同的內邊距。內邊緣平面的位置的精確度直接影響直徑測量的效果。用三角測量原則，用精密激光 位移傳感器精確獲取內邊緣平面的位置。感應器擁有色彩補償功能，適應表面色彩的改變。位置的精確度是 米，反應時間低于 1 秒鐘。這個特點能夠滿足聯(lián)機測量的需要。 象的獲取與處理 要獲得圖象，關鍵問題是如何獲得某一位置清晰的滑動面輪廓。所以光源的相關位置， 車輪檢測器都非常重要，因為列車的運動會使兩個局域圖象的連續(xù)交搭，能在結構方式中工作。只有單一局域的圖象能被獲得，而 持先進的瀏覽方式。為了獲得清晰的圖象，曝光時間一定要短， 圖象獲得卡必須支持異步復位方式。取得的一瞬要由車 輪探測感應器控制。用高速圖象獲取卡通過 式能夠獲得圖象。圖 2：輪輻 自然光對于獲取的原始圖象是有影響的。為了提高原始圖象的質量，獲得高質量的圖象 們要在 鏡前加上一個和激光源匹配波長的窄帶視覺過濾器。除此以外， 電子曝光時間要控制住，以免圖象模糊。 分辨率是 1024 768。激光光源的中央波長是 650 納米，波寬是 15 納米。 電子曝光時間是 1/10000 秒。 因為激光束 米寬，所以原始輪廓彎曲的圖象會被擴散，輪廓彎曲中央線的寬度就能通過下列得出：（ 1）幾何矯正，（ 2）觀察口 交界處均勻校平（ 3）開端分割（ 4）修磨（ 5）邊緣處理（ 6）曲線適合的算法 圖 4表明了數(shù)字圖象處理的結果（圖象數(shù)據(jù)：速度： 時激光源的功率： 20辨率： 1024 768， 曝光時間： 1/10000 秒，光波長度： 15 納米，兩光束距離： 5納米，光波寬度： 米）。 輪直徑的測量 按照 圖 由激光位移傳感器決定的內邊緣平面的位置，根據(jù)光束和基點之間的相關位置，滾動圓可以配合上見。視覺圖象系統(tǒng)決定了目標圖象放大率，而目標圖象放大率會在計算處理中使用。如果知道在弧上的 3 個點的坐標，圓 的直徑就能確定。不同位置的圓的直徑能夠在 圖 基礎上推斷出來。當車輛滾動到不同位置，如果獲得了圖象知道了其它直徑的數(shù)值，車輪的直徑等于這些直徑的平均值。根據(jù)這些直徑，圓度也可以算出來。直徑的差異是左右輪直徑的最大不同所在。 3 測量系統(tǒng) 此系統(tǒng)由車輪探測器，精密激光移植傳感器，激光光源， 及透鏡，視覺窄帶過濾器，信號處理，隔離擴大電路，圖象獲取電路，接口電路，控制電路和工業(yè)控制計算機組成。測量器的布局是勻稱的。為了確保精確性與可靠性，每邊兩到三個測量器是必要的。 所有的原始數(shù)據(jù)和測量出的參數(shù)都會傳送 到數(shù)據(jù)庫，然后通過網(wǎng)絡傳到中央控制計算機上做進一步的處理與分析。 在探測處理中，激光光源， 激光移植感應器和輪輻并不接觸。這種方法擁有高的位置精確度和簡化的圖象獲取裝備。 利用這種無接觸測量方式，維修就變得很簡單，而且它還有可靠性高，準確性高，可重復性高的特點。 4 誤差分析 測量的精確度由很多方面 影響，比如透鏡象差， 辨率，由車輪探測器引起的啟動裝置誤差，機械裝置誤差，內邊緣平面定位裝置的誤差，由震動引起的誤差和圖象獲取與處理誤差等。因為 測量器由鐵路和車輪確定，所以震動裝置的誤差可以忽略。這些誤差當中，機械裝置和啟動裝置的誤差是主要誤差。 械裝置中的誤差 如果運行速度是 10 千米 /時，曝光時間在 1/10000 秒，運動誤差 e 會在 米。 動裝置的誤差 啟動的時刻可能會先于或后于設計的時間和位置，所以圖象的獲取與預計的時間也會不同。如果車輪探測器的反應速度是 100 動位置誤差會小于 米。 見誤差 激光位移傳感器的位置精確度是 米。圖象處理的算法誤差是一個要素。機械裝置和啟動裝置的誤差是 米和 米。實驗結果表明直徑測量的的常見誤 差是在 米內。 5 總結 這里已經(jīng)介紹了一種新的測量輪輻直徑的方法。這種方法結合光電測量與數(shù)字圖象處理技術一起實現(xiàn)直徑參數(shù)的無接觸自動測量。人們設計了這種動態(tài)才測量系統(tǒng)。直徑參數(shù)的測量精確度在 米以內。它的可重復性與精確度能夠滿足聯(lián)機輪輻維修的要求。 參 考 文 獻 1 于用激光傳感器測量輪緣剖面的實驗研究 40(2)： 112002. 2 i, 于數(shù)碼相機的輪輻剖面測量 . 鐵路交通 ， 40(1)：192002. 3 于運用光電子設備對輪副剖面測量的缺點研究 31(3)： 46