火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，通過(guò)編碼器能夠判斷車輪走過(guò)的短小距離，經(jīng)過(guò)圖像處理的一系列算法提取到鋼軌輪廓主曲線，然后平移至標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過(guò)直觀對(duì)比可計(jì)算出磨耗值，不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算；并且本發(fā)明的方法還能夠?qū)⒚恳稽c(diǎn)的具體圖像呈現(xiàn)出來(lái)，讓用戶可以直觀明了的看到鋼軌磨損情況。系統(tǒng)每隔1mm‐5mm這樣短的距離計(jì)算磨耗值，可以更加精確的測(cè)出這一段波浪磨耗的波長(zhǎng)。
【專利說(shuō)明】
火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于軌道波磨測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種火車導(dǎo)軌波磨測(cè)量技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 重載、繁忙線路上的鋼軌，在輪-軌相互作用下，軌面上出現(xiàn)一種類似周期性起伏 不平的現(xiàn)象稱為波浪磨耗(corrugation)。近些年，中國(guó)鐵路飛速發(fā)展，高鐵動(dòng)車相繼增開(kāi)， 給人們出行帶來(lái)極大方便。然而這不可避免的導(dǎo)致波磨的產(chǎn)生。軌道波磨不僅加劇了軌道 結(jié)構(gòu)部件的傷損和軌道狀態(tài)的變化，而且影響了鋼軌的使用壽命，甚至危及行車安全。
[0003] 從發(fā)現(xiàn)波磨至今，國(guó)外科研工作者發(fā)明了多種測(cè)量波磨的設(shè)備系統(tǒng)。澳大利亞采 用軸箱加速度二次積分的辦法得到位移，此位移表示來(lái)表示波磨幅值，同時(shí)采用數(shù)字濾波 技術(shù)消除速度影響。荷蘭將采集的軸箱加速度在頻域中經(jīng)過(guò)特定的傳遞函數(shù)變成一定的速 度下的力信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)濾波消除速度影響，最終得到波磨。美國(guó)有的采用短弦弦測(cè)法，通 過(guò)電渦流傳感器或光電位移計(jì)獲得位移；日本則以慣性法為基礎(chǔ)，研制了接觸式和非接觸 式的兩種檢測(cè)方案，同時(shí)引入了速度控制的變頻濾波器消除速度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。
[0004] 這些系統(tǒng)都是基于短弦弦測(cè)法和慣性法。弦測(cè)法的基本原理是利用鋼軌上兩測(cè)點(diǎn) 的連線作為測(cè)量弦，中間測(cè)點(diǎn)到該弦的正矢作為鋼軌波浪磨耗的測(cè)量值。所謂慣性法指的 是加速度進(jìn)行二次積分得到加速度計(jì)安裝點(diǎn)相對(duì)慣性坐標(biāo)系的位移。
[0005] 1、弦測(cè)法的基本原理是以首尾兩端的連線作為弦，如圖1所示，中間的測(cè)點(diǎn)到弦的 距離則為波磨測(cè)量值。當(dāng)中間測(cè)點(diǎn)與首尾間距相等時(shí)，則稱之為等弦測(cè)量;其間距不等時(shí)， 稱為不等弦測(cè)量。
[0006] 國(guó)外弦測(cè)法以等弦測(cè)量為基礎(chǔ)，所以下面將著重對(duì)等弦測(cè)法進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。如圖1 中（a)圖所示，設(shè)弦長(zhǎng)為L(zhǎng)，在中間安裝位移計(jì)。假設(shè)軌道的不平順為x(t)，系統(tǒng)的測(cè)量值為y (t)，則二者之間的關(guān)系可表達(dá)為：
(1)
[0008] t為檢測(cè)設(shè)備沿軌道運(yùn)行的距離。對(duì)上式進(jìn)行傅里葉變換，得：
[0009] Υ( Ω )=Η( Ω ) . Χ( Ω ) = (l-cos(3iLA)) · Χ( Ω ) (2)
[0010] Η( Ω )為頻率傳遞函數(shù)，Η( Ω ) = (1-C0S(jtL/A))，Ω為空間角頻率，Ω =2π/λ，λ則 為軌道波磨的波長(zhǎng)，L為弦測(cè)法檢測(cè)系統(tǒng)弦長(zhǎng)。
[0011] 由式（1)可知，該傳遞函數(shù)特性沒(méi)有畸變，因此測(cè)量值不會(huì)受到檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行速度 的影響。但是，如圖2所示，其幅值增益隨軌向不平順的波長(zhǎng)變化而變化，變化值在0-2之間， 并非一個(gè)恒定的值，因此此類方法得到的位移不能直接反應(yīng)軌道的波磨值。由圖3可知，當(dāng)L <2λ時(shí)，傳遞函數(shù)的幅值增益小于1，同時(shí)幅值增益隨著軌向不平順波長(zhǎng)增加而逐減；當(dāng)?>2λ 時(shí)，幅值增益則在〇~2之間震蕩。當(dāng)傳遞函數(shù)幅值增益在0-1之間的時(shí)候，說(shuō)明該檢測(cè)處的 檢測(cè)值是小于軌道真實(shí)波磨值的；當(dāng)傳遞函數(shù)幅值增益在1-2之間時(shí)，該檢測(cè)處的檢測(cè)值又 是大于軌道真實(shí)波磨值的。
[0012] 弦測(cè)法存在的缺點(diǎn)
[0013] 缺點(diǎn)一：弦測(cè)法的傳遞函數(shù)在0和2之間變化，不恒等于1，不能真實(shí)反映軌道頂面 不平順現(xiàn)象。
[0014] 缺點(diǎn)二:需要經(jīng)過(guò)一定復(fù)雜運(yùn)算，不夠直接快速。
[0015] 缺點(diǎn)一：弦測(cè)法的傳遞函數(shù)在0和2之間變化，不恒等于1，不能真實(shí)反映軌道頂面 不平順現(xiàn)象。
[0016] 缺點(diǎn)二:需要經(jīng)過(guò)一定復(fù)雜運(yùn)算，不夠直接快速。
[0017] 2、慣性基準(zhǔn)法，如圖4所示，在轉(zhuǎn)向架的左右軸箱上各自安裝一個(gè)加速度計(jì)，采集 列車軸箱加速度。因?yàn)檩S箱加速度的輸出與其感受到的加速度值相對(duì)應(yīng)。假定鋼軌剛度無(wú) 限大，軸箱的垂直運(yùn)動(dòng)曲線幾乎恒等于鋼軌表面的垂向不平順曲線。所以對(duì)采集到的軸箱 加速度進(jìn)行兩次積分得到的積分值則可以表征軌道的波磨值。
[0018] 如圖4所示的車輪位移，根據(jù)不同的參考點(diǎn)，得到的位移值不同；如果假設(shè)輪對(duì)的
垂向位移為x(t)，因位移而產(chǎn)生的加速度為a(t)，則a(t)可以用 表示。設(shè)車輪垂 向位移為dw，軸箱加速度為aw，由下式可得出鋼軌波磨的計(jì)算方法：
[0019] dw=//awdt2+ci t+C2 (3)
[0020] 式中，C1、C2為積分常數(shù)。但是，現(xiàn)實(shí)工程應(yīng)用中，積分常數(shù)往往很難確定，因此只能 簡(jiǎn)單的將 C1、c2確定為0,這是慣性基準(zhǔn)法檢測(cè)波磨的一重大不足。
[0021] 慣性基準(zhǔn)法的缺點(diǎn)
[0022] 缺點(diǎn)一：由于低速時(shí)加速度信號(hào)比較微弱，信噪比低，所以此方法在低速時(shí)誤差較 大。
[0023] 缺點(diǎn)二:低頻信號(hào)時(shí)，積分運(yùn)算不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 本發(fā)明為解決的上述技術(shù)問(wèn)題，提出一種火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，火車 導(dǎo)軌面上會(huì)出現(xiàn)一段連續(xù)不平順現(xiàn)象，為了準(zhǔn)確確定波浪磨耗的波長(zhǎng)和幅值，要求系統(tǒng)每 隔一段相同微小距離測(cè)量磨耗值，本申請(qǐng)通過(guò)提取火車導(dǎo)軌輪廓圖像，經(jīng)過(guò)一系列圖像處 理，得到真實(shí)輪廓曲線，再與標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌曲線直接對(duì)比，便能精確地計(jì)算出導(dǎo)軌磨耗，不需要 經(jīng)過(guò)復(fù)雜運(yùn)算所導(dǎo)致不穩(wěn)定性和不準(zhǔn)確性。
[0025] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，包括：
[0026] S1、通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓進(jìn)行提??；
[0027] S2、通過(guò)將實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓與標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌輪廓曲線進(jìn)行匹配，得到各個(gè)磨 耗點(diǎn)的垂直磨耗值，根據(jù)垂直磨耗值的最大值與最小值得到波浪磨耗的波長(zhǎng)。
[0028] 進(jìn)一步地，步驟S1中所述測(cè)量系統(tǒng)，包括:主板、相機(jī)、激光器、編碼器、解碼器、顯 示器、電源，所述編碼器一端與車輪連接，編碼器另一端經(jīng)由解碼器通過(guò)USB線與主板連接， 所述解碼器用于計(jì)算編碼器轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)得到車輪走動(dòng)距離;所述激光器與主板相連，當(dāng)車 輪到達(dá)采樣點(diǎn)，激光器自動(dòng)開(kāi)啟照出火車導(dǎo)軌輪廓;所述相機(jī)與主板相連，用于拍攝經(jīng)激光 器照射出的火車導(dǎo)軌輪廓圖片;所述主板用于根據(jù)編碼器獲取到的走動(dòng)距離以及相機(jī)拍攝 到的火車導(dǎo)軌輪廓圖片處理得到輪廓曲線;所述顯示器與主板相連，用于顯示經(jīng)主板處理 的輪廓曲線;所述電源用于對(duì)主板、相機(jī)、激光器、編碼器、解碼器、顯示器供電。
[0029] 更進(jìn)一步地，所述主板處理得到輪廓曲線具體為:對(duì)相機(jī)拍攝到的火車導(dǎo)軌輪廓 圖像，首先，經(jīng)過(guò)標(biāo)定還原處理得到真實(shí)輪廓;再經(jīng)去噪，膨脹，連通，濾波，細(xì)化，旋轉(zhuǎn)處理 得到單像素的實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線。
[0030] 進(jìn)一步地，還包括建立三維坐標(biāo)系，具體為：以火車運(yùn)行方向?yàn)閆，導(dǎo)軌寬度所在方 向?yàn)閄軸，導(dǎo)軌豎直方向?yàn)閥軸，建立三維坐標(biāo)系。
[0031] 更進(jìn)一步地，步驟S2所述將實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓與標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌輪廓進(jìn)行匹配， 包括步驟：
[0032] A、尋找實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線的基點(diǎn)；
[0033] B、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌輪廓曲線的基點(diǎn)以及不在A得到的實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線 的基點(diǎn)，將實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線的基點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌輪廓曲線的基點(diǎn)構(gòu)成向量；
[0034] C、將實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線基點(diǎn)沿著步驟B得到的向量的方向移動(dòng)到標(biāo)準(zhǔn)的火車 導(dǎo)軌輪廓曲線的基點(diǎn)，完成實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓與標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌輪廓的匹配。
[0035] 更進(jìn)一步地，所述尋找實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線的基點(diǎn)的過(guò)程為:根據(jù)得到的單值 像素的實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線為單像素二值化的曲線，從圖像的最左下方開(kāi)始，沿著列尋 找，找到的第一個(gè)像素值為1的點(diǎn)得到該點(diǎn)y坐標(biāo)，再?gòu)膱D像的最左下方開(kāi)始，沿著行尋找， 找到第一個(gè)像素值為1的點(diǎn)得到該點(diǎn)X坐標(biāo)，由坐標(biāo)X、y所確定的點(diǎn)就是實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓 曲線的基點(diǎn)。
[0036]進(jìn)一步地，步驟S2中所述垂直磨耗值為距離火車導(dǎo)軌非工作邊的軌頭寬度的2/3 點(diǎn)處垂直方向磨損的厚度。
[0037] 更進(jìn)一步地，步驟S2中所述垂直磨耗值為在磨耗點(diǎn)處垂直方向磨損的厚度。
[0038] 進(jìn)一步地，步驟S2中所述根據(jù)垂直磨耗值的最大值與最小值得到波浪磨耗的波長(zhǎng) 的具體過(guò)程為:每個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)垂直磨耗值，在已知被測(cè)火車導(dǎo)軌測(cè)長(zhǎng)度下得到若干 垂直磨耗值，將若干垂直磨耗值連接形成一條連續(xù)的曲線，找出曲線上垂直磨耗值的最大 值以及最小值，通過(guò)建立的三維坐標(biāo)系，找出曲線上垂直磨耗值的最大值以及最小值所對(duì) 應(yīng)的橫坐標(biāo)值，通過(guò)下式計(jì)算得出波浪磨耗的波長(zhǎng)；
[0040] 其中，λ表示導(dǎo)軌波浪磨耗的波長(zhǎng)，Zmax表示垂直波磨值的最大值所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo) 值，Zmin表示垂直波磨值的最小值所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值。
[0041] 進(jìn)一步地，所述編碼器每轉(zhuǎn)100個(gè)脈沖，測(cè)量距離精度為1_。
[0042] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，通過(guò)編碼器和解 碼器能夠判斷車輪走過(guò)的短小距離，經(jīng)過(guò)圖像處理的一系列算法提取到鋼軌輪廓主曲線， 然后平移至標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過(guò)直觀對(duì)比計(jì)算出磨耗值不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算;并且本發(fā)明的 方法還能夠?qū)⒚恳稽c(diǎn)的具體圖像呈現(xiàn)出來(lái)，讓用戶可以直觀明了的看到鋼軌磨損情況。系 統(tǒng)每隔這樣短的距離計(jì)算磨耗值，可以更加精確的測(cè)出這一段波浪磨耗的波長(zhǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1為弦測(cè)法示意圖；
[0044]其中，圖(a)為等弦測(cè)量，圖(b)為不等弦測(cè)量。
[0045] 圖2為0.5m弦長(zhǎng)弦測(cè)法傳遞函數(shù)幅頻特性示意圖。
[0046] 圖3為弦長(zhǎng)、不平順波長(zhǎng)以及傳遞函數(shù)之間的關(guān)系示意圖。
[0047]圖4為慣性法測(cè)量示意圖。
[0048] 圖5為波浪磨耗測(cè)量系統(tǒng)框架圖示意圖；
[0049] 其中，1為主板，2為鋼軌，3為車輪，4為編碼器，5為激光器，6為相機(jī)。
[0050] 圖6為波浪磨耗測(cè)量流程圖。
[0051 ]圖7為圖像處理過(guò)程中，鋼軌輪廓曲線變化圖；
[0052] 其中，圖（1)未經(jīng)處理的輪廓曲線；圖（2)標(biāo)定還原的曲線；圖（3)濾波之后的曲線 細(xì)化;圖（4)旋轉(zhuǎn)之后單像素輪廓曲線。
[0053] 圖8為圖像匹配后標(biāo)準(zhǔn)曲線和實(shí)際曲線。
[0054]圖9為基點(diǎn)定義圖；
[0055] 其中，91為基點(diǎn)，92為直線部分，93為圓角，94為軌顎。
[0056]圖10為垂直磨耗定義點(diǎn)。
[0057 ]圖11為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的二維坐標(biāo)系。
[0058]圖12為波浪形曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合附圖對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)一 步闡釋。
[0060] 本發(fā)明的技術(shù)方案為:火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，包括：
[0061 ] S1、通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓進(jìn)行提??；
[0062] S2、通過(guò)將實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓與標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌輪廓進(jìn)行匹配，得到各個(gè)磨耗點(diǎn) 的垂直磨耗值，根據(jù)垂直磨耗值的最大值與最小值得到波浪磨耗的波長(zhǎng)。
[0063] 所述測(cè)量系統(tǒng)，包括:主板、相機(jī)、激光器、編碼器、解碼器、顯示器、電源，所述編碼 器一端與車輪連接，編碼器另一端經(jīng)由解碼器通過(guò)USB線與主板連接，所述解碼器用于計(jì)算 編碼器轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)得到走動(dòng)距離;所述激光器與主板相連，當(dāng)車輪到達(dá)采樣點(diǎn)，激光器自動(dòng) 開(kāi)啟照出火車導(dǎo)軌輪廓;所述相機(jī)與主板相連，用于拍攝經(jīng)激光器找出的火車導(dǎo)軌輪廓圖 片;所述主板用于根據(jù)編碼器獲取到的走動(dòng)距離以及相機(jī)拍攝到的輪廓圖片處理得到輪廓 曲線;所述顯示器與主板相連，用于顯示經(jīng)主板處理的輪廓曲線;所述電源與主板相連，用 于給主板、顯示器、電源、相機(jī)、激光器、解碼器以及解碼器供電。主板、顯示器、電源、相機(jī)、 激光器、編碼器以及解碼器這些部件組合在一個(gè)小車內(nèi)，可以在軌面上推動(dòng)進(jìn)行作業(yè)。波浪 磨耗測(cè)量系統(tǒng)框架圖示意圖如圖5所示：
[0064] 小車車輪3在火車導(dǎo)軌2上滾動(dòng)，帶動(dòng)編碼器4,通過(guò)解碼器計(jì)算可以得到小車走過(guò) 的距離。小車到達(dá)采樣點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟激光器5,照出火車導(dǎo)軌輪廓。相機(jī)6拍攝火車導(dǎo)軌 輪廓圖片，再將圖像數(shù)據(jù)傳給系統(tǒng)軟件處理，得到輪廓主曲線。然后將主曲線與火車導(dǎo)軌標(biāo) 準(zhǔn)輪廓進(jìn)行對(duì)比，就可以得到磨耗點(diǎn)的垂直磨耗值。采集完畢后，找出垂直磨耗值的最大值 和最小值，那么這兩點(diǎn)間距就是λ/2，λ即波浪磨耗的波長(zhǎng);大致流程如圖6所示。圖5中還包 括鋼軌1，車輪2，以及箭頭所指的小車運(yùn)行方向。
[0065] 編碼器可實(shí)現(xiàn)每轉(zhuǎn)發(fā)送100個(gè)脈沖，編碼器每發(fā)送一個(gè)脈沖，解碼器接收到便可將 其轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)，所以編碼器可以實(shí)現(xiàn)的精度是將一圈分成100份。接在編碼器上的輪 子周長(zhǎng)為l〇cm，系統(tǒng)可以得到小車走過(guò)1_的距離。所述解碼器不僅可以計(jì)算編碼器轉(zhuǎn)過(guò)的 圈數(shù)還能夠?qū)SB接口轉(zhuǎn)成串口，以便實(shí)現(xiàn)編碼器與系統(tǒng)程序的通信。
[0066] 由于相機(jī)拍攝到的圖像會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象，因此本申請(qǐng)通過(guò)標(biāo)定還原處理還原成真 實(shí)輪廓。再經(jīng)過(guò)去噪，連通，細(xì)化，旋轉(zhuǎn)之后便能得到單像素的實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線，如圖 7所示。對(duì)采集到的鋼軌斷面輪廓圖像經(jīng)上述處理后，得到的是鋼軌斷面的單像素輪廓曲 線。本申請(qǐng)所述的標(biāo)定還原、去噪、連通、細(xì)化、旋轉(zhuǎn)均為本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)，此處不做詳細(xì) 說(shuō)明，具體的標(biāo)定還原技術(shù)可以參考:吳福華自動(dòng)圖像標(biāo)定及其在鋼軌磨耗測(cè)量系統(tǒng)中的 應(yīng)用[D]電子科技大學(xué)2012。至于去噪、連通、細(xì)化，都是圖像處理中的常見(jiàn)知識(shí)，詳見(jiàn) Rafael C Gonzalez Richard E Woods數(shù)字圖像處理(第二版）；本申請(qǐng)將單像素火車導(dǎo)軌 輪廓曲線和標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌輪廓曲線進(jìn)行對(duì)比，從而計(jì)算出鋼軌的側(cè)面磨耗和垂直磨耗， 本申請(qǐng)中只需要計(jì)算出鋼軌的垂直磨耗值便可以得到波磨。
[0067] 圖8所示為計(jì)算垂直磨耗值時(shí)顯示的標(biāo)準(zhǔn)火車導(dǎo)軌輪廓曲線和實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓 曲線。其中，實(shí)線表示的是理論上的火車輪軌標(biāo)準(zhǔn)曲線，是根據(jù)生產(chǎn)鋼軌圖紙中的模型預(yù)先 畫(huà)好的，虛線表示的是實(shí)際采集到的鋼軌輪廓經(jīng)過(guò)處理后得到的單像素曲線骨架。實(shí)際曲 線的基點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)曲線的基點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)向量，將實(shí)際曲線沿著該向量的方向移動(dòng)至標(biāo)準(zhǔn)曲線 基點(diǎn)處就可以成功匹配圖像。這里找到實(shí)際曲線的基點(diǎn)至關(guān)重要。實(shí)際曲線基點(diǎn)尋找方法：
[0068] 以小車行走的方向?yàn)閆軸，導(dǎo)軌寬度所在方向?yàn)閄軸，導(dǎo)軌豎直方向?yàn)閥軸，建立一 個(gè)如下圖的三維坐標(biāo)，如圖11所示。
[0069] 得到的輪廓曲線為單像素二值化的曲線，從圖像的最左下方開(kāi)始，沿著列尋找，找 到的第一個(gè)像素值為1的點(diǎn)得到該點(diǎn)y坐標(biāo)，再?gòu)膱D像的最左下方開(kāi)始，沿著行尋找，找到第 一個(gè)像素值為1的點(diǎn)得到該點(diǎn)X坐標(biāo)，由坐標(biāo)x、y所確定的點(diǎn)就是實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線的 基點(diǎn)；如圖9所示，在標(biāo)準(zhǔn)的鋼軌軌頭下方有一段直線區(qū)域92,直線區(qū)域92與軌顎94連接處 為圓角93,基點(diǎn)定義為直線區(qū)域92與軌顎94的向外延伸的交點(diǎn)處，圖9中為便于顯示，由鋼 軌截面對(duì)稱性，將黑色交點(diǎn)91展示在另一側(cè)，按照定義標(biāo)準(zhǔn)火車導(dǎo)軌輪廓曲線存在兩個(gè)基 點(diǎn)，分別位于工作邊一側(cè)以及跟工作邊對(duì)稱一側(cè)，但是本申請(qǐng)實(shí)際上只需要測(cè)導(dǎo)軌的工作 邊一側(cè)，因此工作邊一側(cè)的基點(diǎn)即為本申請(qǐng)中的所說(shuō)的標(biāo)準(zhǔn)火車導(dǎo)軌輪廓的基點(diǎn)。然后可 通過(guò)磨耗點(diǎn)的定義計(jì)算出該點(diǎn)處實(shí)際的和理論的像面坐標(biāo)，即可求出對(duì)應(yīng)的垂直磨耗值。 圖10中A點(diǎn)為磨耗點(diǎn)定義處，A點(diǎn)處的垂直磨耗是指距離鋼軌非工作邊的軌頭寬度的2/3點(diǎn) 處垂直方向磨損的厚度。
[0070] 如圖11所示。小車每到達(dá)一次測(cè)量點(diǎn)就能顯示對(duì)應(yīng)的垂直磨耗值Δ yi(i = l，2,3， 4......)。一段波浪磨耗測(cè)量完畢后，將所有Ay連接形成一條連續(xù)的波浪形曲線，如圖12。 橫軸Z表示小車走過(guò)的距離，Ay表示垂直磨耗值，建立坐標(biāo)系。找出Ay最小值Min和最大值 Max對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值2_、2腹。則：
[0072]其中，λ表示導(dǎo)軌波浪磨耗的波長(zhǎng)。
[0073]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā) 明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng) 域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的 任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，其特征在于，包括： 51、 通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓進(jìn)行提?。? 52、 通過(guò)將實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓與標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌輪廓曲線進(jìn)行匹配，得到各個(gè)磨耗點(diǎn) 的垂直磨耗值，根據(jù)垂直磨耗值的最大值與最小值得到波浪磨耗的波長(zhǎng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，其特征在于，步驟S1中所述 測(cè)量系統(tǒng)，包括:主板、相機(jī)、激光器、編碼器、解碼器、顯示器、電源，所述編碼器一端與車輪 連接，編碼器另一端經(jīng)由解碼器通過(guò)USB線與主板連接，所述解碼器用于計(jì)算編碼器轉(zhuǎn)過(guò)的 圈數(shù)得到車輪走動(dòng)距離，并且將USB接口轉(zhuǎn)串口實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)軟件通信;所述激光器與主板相 連，當(dāng)車輪到達(dá)采樣點(diǎn)，激光器自動(dòng)開(kāi)啟照出火車導(dǎo)軌輪廓;所述相機(jī)與主板相連，用于拍 攝經(jīng)激光器照射出的火車導(dǎo)軌輪廓圖片;所述主板用于根據(jù)編碼器獲取到的走動(dòng)距離W及 相機(jī)拍攝到的火車導(dǎo)軌輪廓圖片處理得到輪廓曲線；所述顯示器與主板相連，用于顯示經(jīng) 主板處理的輪廓曲線;所述電源用于對(duì)主板、相機(jī)、激光器、編碼器、解碼器、顯示器供電。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，其特征在于，所述主板處理 得到輪廓曲線具體為:對(duì)相機(jī)拍攝到的火車導(dǎo)軌輪廓圖像，首先，經(jīng)過(guò)標(biāo)定還原處理得到真 實(shí)圖像;再經(jīng)去噪，膨脹，連通，細(xì)化，旋轉(zhuǎn)處理得到單像素的實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，其特征在于，還包括建立Ξ 維坐標(biāo)系，具體為：W火車運(yùn)行方向?yàn)閆，導(dǎo)軌寬度所在方向?yàn)閄軸，導(dǎo)軌豎直方向?yàn)閥軸，建 立Ξ維坐標(biāo)系。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，其特征在于，步驟S2所述將 實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓與標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌輪廓進(jìn)行匹配，包括步驟： A、 尋找實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線的基點(diǎn)； B、 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌輪廓曲線的基點(diǎn)W及不在A得到的實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線的基 點(diǎn)，將實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線的基點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌輪廓曲線的基點(diǎn)構(gòu)成向量； C、 將實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線基點(diǎn)沿著步驟B得到的向量的方向移動(dòng)到標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌 輪廓曲線的基點(diǎn)，完成實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓與標(biāo)準(zhǔn)的火車導(dǎo)軌輪廓的匹配。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，其特征在于，所述尋找實(shí)際 火車導(dǎo)軌輪廓曲線的基點(diǎn)的過(guò)程為:根據(jù)得到的單值像素的實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線為單 像素二值化的曲線，從圖像的最左下方開(kāi)始，沿著列尋找，找到的第一個(gè)像素值為1的點(diǎn)得 到該點(diǎn)y坐標(biāo)，再?gòu)膱D像的最左下方開(kāi)始，沿著行尋找，找到第一個(gè)像素值為1的點(diǎn)得到該點(diǎn) X坐標(biāo)，由坐標(biāo)x、y所確定的點(diǎn)就是實(shí)際火車導(dǎo)軌輪廓曲線的基點(diǎn)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，其特征在于，步驟S2中所述 垂直磨耗值為距離火車導(dǎo)軌非工作邊的軌頭寬度的2/U點(diǎn)處垂直方向磨損的厚度。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，其特征在于，步驟S2中所述 根據(jù)垂直磨耗值的最大值與最小值得到波浪磨耗的波長(zhǎng)的具體過(guò)程為:每個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)一 個(gè)垂直磨耗值，在已知被測(cè)火車導(dǎo)軌測(cè)長(zhǎng)度下得到若干垂直磨耗值，將若干垂直磨耗值連 接形成一條連續(xù)的曲線，找出曲線上垂直磨耗值的最大值W及最小值，通過(guò)建立的Ξ維坐 標(biāo)系，找出曲線上垂直磨耗值的最大值W及最小值所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值，通過(guò)下式計(jì)算得出 波浪磨耗的波長(zhǎng)；其中，λ表示導(dǎo)軌波浪磨耗的波長(zhǎng)，Zmax表示垂直波磨值的最大值所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值， Zmin表示垂直波磨值的最小值所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火車導(dǎo)軌輪廓波浪磨耗測(cè)量方法，其特征在于，所述編碼器每 轉(zhuǎn)100個(gè)脈沖，測(cè)量距離精確度為1mm。
【文檔編號(hào)】B61L23/04GK106080661SQ201610367898
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】余學(xué)才, 葛小武, 趙晨晨, 魏英杰
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)