浅析地铁车辆轮对在线检测系统

浅析地铁车辆轮对在线检测系统

轮对在线检测系统是重要的地铁车辆检修设备，该系统主要通过轮对外形检测、轮对擦伤检测、视频图像擦伤监块和车号识别模块等功能实现动态检测不同踏面形状车轮各相关部位的尺寸和踏面缺陷。系统大大提高了地鐵车辆轮对的检修效率。

【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.

标签：轮对；在线检测；地铁车辆

1 引言

轮对是地铁车辆的重要部件，其状态直接影响地铁运营安全，需要经常测量用来确定镟修作业。传统的轮缘、轮径等数值的测量方式是车辆在月修时人工逐个对轮对进行测量，工作量大，效率低，而且人为因素往往导致出现测量误差，不能满足车辆检修的需要。轮对在线检测系统主要通过轮对外形尺寸检测、车轮擦伤检测、视频图像擦伤检测，实现在线检测不同踏面形状车轮各相关部位的尺寸和踏面缺陷。

2 系统组成及功能

轮对在线检测系统由基本检测单元、现场控制中心、远程传输通道和远程控制中心4个部分组成。

2.1 基本检测单元

基本检测单元用来实现系统的检测功能。基本检测单元由车轮外形尺寸检测子系统、踏面擦伤检测子系统、踏面图像监视系统，以及辅助系统实现检测功能的车号识别系统、安防系统等其他单元。

外形尺寸检测子系统由LD线光源、CCD图像传感器、图像采集触发单元及车辆计数单元等组成，实现采集车轮外形尺寸的原始信息功能；擦伤检测子系统由平动机构、列车接近检测传感器、车体辨向计数传感器、信号调理箱及擦伤电气箱组成，用接触式检测方法，定量检测轮对滚动圆的不圆度和车轮圆周的擦伤缺陷；踏面图像监视系统由图像采集单元、触发单元、补光单元及配套电气主控箱、配电箱、工控机组成，实现对车轮踏面擦伤情况的检测。

2.2 现场控制中心

现场控制中心一般位于基本检测单元旁边或者相邻轨道旁的设备间，实现基本检测单元的供电、控制、数据和图像采集、分析处理与存储，同时与远程控制中心进行通信。现场控制中心由配电箱、控制箱、通信箱、工控机和UPS等组成。

2.3 远程传输通道

远程传输通道实现连接现场控制中心和远程控制中心，实现控制信号和检测数据的可靠传输。通道由数据线、视频线、控制线、电源线等组成。

2.4 远程控制中心

远程控制中心是系统的控制中心、数据管理中心和监控中心。远程控制中心由控制台、控制机及其附属设备构成，一般位于DCC，在远程控制中心，可以设置系统参数，监控设备的运行情况和检测过程，查看、统计、分析、打印系统检测数据。

3 检测原理

3.1 尺寸检测

如图1所示，利用“光截图像测量技术”，激光线源沿设定角度投射到车轮踏面，形成包含车轮外形尺寸信息的光截曲线，该光截曲线由高分辨率面阵CCD摄像机进行图像采集，为了确保尺寸检测的精度，设计了多个测点，采用同步拍摄多幅图片方式获得轮周多个点位的外形光截曲线图像。综合所有测点的数据进行数据处理，优选处理数据，对获取数据进行综合系统分析从而计算得到最准确的车轮外形尺寸参数[1]。采用这种“多光束光截法”使尺寸检测系统具备检测精度高和数据重复性高的特性，如图2所示。

内距检测通过光截法的测量原理，利用布置在轨道两边的内侧CCD摄像机拍摄的光截曲线图像，找出两个车轮轮辋内侧基线，从而计算出轮对内距。

3.2 擦伤检测

擦伤检测属于接触式测量，采用“高精度位移传感器技术”测量车轮轮缘高度的变化，采用自动校正算法、大数据综合分析、自动升降保护设计等关键技术，间接定量测量轮轨接触区域的车轮擦伤和剥离[2]。

如图3所示，由于擦伤处圆周半径将变小，这就使得在车轮运行过程中，擦伤处的轮缘顶点位置相参照轨面低于正常的轮缘顶点位置。因此轮缘顶点的位置变化包含了车轮踏面的擦伤信息。圆度偏差（即不圆度）即为擦伤处轮缘顶点的相对位移h在整个圆周上的最大偏差。所以通过测得h沿圆周的分布情况，即可

获取当前车轮的踏面擦伤值，

3.3 踏面图像监视

当一个车轮经过检测区时，布置在轨边的16个采集单元连续采集轮对踏面图片，覆盖一个整圆周踏面。再根据闸瓦分布在转向架的位置，筛选踏面无遮挡的图片。在获取车轮踏面的实时图像后，系统对采集的图像数据进行预处理。为了实现数据的自动读取，利用相关算法对采集模块获取的图像进行智能识别。调取不合格图像判断算法模块，排除掉不符合本系统检测的图像。机器视觉系统进行智能识别，判断是否存在缺陷。对存在缺陷的轮对图像进行后处理，得到精确的缺陷信息。

4 系统与其他专业接口

①为了充分发挥系统的在线检测功能应在车辆段出入段咽喉区的直线段处设置基本检测单元。

②检测单元区域要求20m整体道床，两端均设10m整体碎石道床过渡段，线路要求平直，整体轨道无接头。

③现场控制中心宜设置在基本检测单元旁，如受到现场土建条件制约，应提前考虑过轨线缆预埋。现场控制中心需要铺设防静电地板，并考虑安装通风装置。

④远程传输通道光缆应随通信施工作业，提前做好预埋。

5 结语

轮对在线检测系统检测精度高，设置在车辆段出入段线咽喉区，每天自动执行检测过程获取大量数据，且具备大数据综合分析能力，无须人工 干预，不占用车辆运行和检修时间，大大提高了车轮检修效率，论文分析了轮对磨耗趋势，为轮对镟修和轮饼更换通过依据。

【参考文献】

【1】赵菊静，范忠胜，方鸣.多功能车轮轮缘踏面自动化检测系统[J].现代城市轨道交通，2007（03）：5-7.

【2】劳建江.广州地铁1号线车辆在线安全检测系统[J].城市快轨交通，2008（04）：71-73.