[发明专利]基于机器视觉的钢轨磨损测量装置及其打磨策略方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢轨测量领域，具体涉及一种基于机器视觉的钢轨磨损测量装置及其打磨策略方法。

背景技术

铁路是国家交通运输的大动脉，承担了我国70%以上的客运和货运任务，钢轨的状态是否完好，直接影响着列车能否按规定的速度安全、平稳和不间断的运行。列车的高速、重载、高密度运行，加速了钢轨的磨损。当磨损超过一定限度，一方面将改变钢轨与列车车轮踏面的接触关系，增大列车运行阻力，进一步加快钢轨的磨损，对行车安全造成极大的影响；另一方面列车的蛇行运动加剧，会发生剧烈摇摆，严重影响乘客的舒适度。所以需要定期对钢轨磨损程度进行检测，适时安排钢轨打磨施工，修复钢轨廓形，改善轮轨关系，以保证列车的运行稳定和安全。

在钢轨磨损检测和打磨量测量技术方面，常见的钢轨磨损检测仪可以分为机械接触式、电子式和非接触光学式。机械接触式钢轨磨损检测仪操作比较繁琐、人工劳动强度大、效率低、容易损坏；电子式钢轨磨损检测仪比机械接触式有较大进步，但检测精度不高，还未能实现在线自动检测；非接触光学式钢轨磨损检测仪性能比以上两种更先进，检测精度较高，可以实现在线自动检测，但是国内还没有生产厂家，主要依赖于从国外进口。而国外非接触光学检测系统大部分都安装在轨检车上，并要求该检测系统与轨检车配套捆绑销售，这极大提高了设备的购买成本和维护成本。目前在我国运营铁路的钢轨磨损检测工作主要是由经验丰富的工人目测或使用机械式卡尺检测，存在着检测效率低、检测精度不高等问题，己不能满足高速铁路的发展需要。如何精确而高效地检测钢轨磨损是国、内外铁路部门的一个重要的研究课题。

在钢轨打磨策略方面，随着全路大量配备先进的钢轨打磨列车，钢轨打磨作业效率明显提升，但钢轨打磨列车的打磨作业完全依赖于操作人员的经验，一般可以凭经验从模式库中选择以往用过的模式作业，经验丰富的可以现编模式试作业。钢轨打磨作业没有明确的工艺标准，主观性、随意性很大，作业质量不稳定。高速铁路的打磨主要通过增加打磨遍数来满足质量要求，大量存在不必要的打磨，既增加了钢轨打磨的成本，又缩短了钢轨的使用寿命。因此，开展钢轨打磨技术研究、制定钢轨打磨工艺标准，是铁路钢轨修理工作中的一个重要的研究课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于机器视觉的钢轨磨损测量装置及其打磨策略方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

基于机器视觉的钢轨磨损测量装置，包括主控制板、电源板、激光控制板和视频板，电源板用于为主控制板、激光控制板和视频板提供稳定的直流电压；激光控制板与两个大功率激光器电连接；视频板与两个CCD摄像机电连接；主控制板分别与电源板、激光控制板和视频板连接，用于控制两个大功率激光器的通断和强度，以及控制两个CCD摄像机的拍摄动作。

按上述方案，所述两个大功率激光器分别安装在被测钢轨的左右两侧，两个大功率激光器投射到被测钢轨上的线束位于同一平面，且均与被测钢轨的廓型曲线垂直。

按上述方案，所述两个CCD摄像机对应设于两个大功率激光器的旁边，且每个CCD摄像机的光轴分别与同侧的大功率激光器的光轴成45°～60°夹角，以清楚完整的拍摄钢轨廓形曲线。

本发明还提供了一种根据上述测量装置进行钢轨磨损的打磨策略方法，包括以下步骤：

1）利用测量装置对钢轨打磨前的既有钢轨廓形进行测量，选择打磨后的基准廓形，将钢轨的既有钢轨廓形与基准廓形之间的面积差值设为打磨断面的计划磨削量；

2）利用钢轨打磨列车对钢轨进行打磨，根据计划磨削量，结合钢轨打磨列车的单遍最大磨削量，计算打磨遍数，打磨遍数为计划磨削量除以单遍最大磨削量进行向上取整的整数；打磨遍数确定后，分配钢轨打磨列车的初始打磨量；

3）根据初始打磨量，在钢轨打磨列车的打磨速度范围12～18km/h内，选择钢轨打磨列车的打磨速度V；

4）根据本发明测量装置所测的钢轨廓形面积数据，将钢轨断面廓形划分为内侧、顶面和外侧3个区域，不同区域对应不同的计划磨削量，根据不同磨削量计算不同角度下钢轨打磨列车的电机分布个数，钢轨打磨列车的电机分布个数按照电机总个数和角度的比例分布；

5）根据钢轨打磨列车作业过程中，相同工况的N个砂轮的钢轨断面总磨削量△S与打磨功率Ρ之间的关系式计算钢轨打磨列车的打磨功率Ρ；