[发明专利]火车机车摇头角检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及机车检测装置技术领域，尤其涉及一种火车机车摇头角检测装置及方法。

背景技术

随着工业化的迅猛发展，铁路作为我国主导交通运输方式，安全问题始终是铁路运输的永恒主题，随着我国高速和重载铁路的飞速发展，对列车运行安全问题提出了新的挑战。高速和重载列车一旦脱轨无疑将会造成毁灭性的灾难。由于列车运行时轮轨接触力复杂，轨道不平顺等问题，运行中的机车常常出现蛇形运动。剧烈的蛇行失稳出现的等幅振动将会对轨道产生具大伤害。另外，高速车辆必须具有高的蛇行失稳临界速度,否则将影响其运行平稳性，甚至会引起脱轨事故。列车运行时的摇头角变化对列车蛇形运动中轮轨接触状态和预防脱轨的一项重要参数，有效的实现对其监测对列车安全行驶机理有很重要的意义。利用视觉测量技术实现列车摇头角的监测对于评价列车运行的稳定性和安全性都十分重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种火车机车摇头角检测装置及方法，所述方法能够精准的测量出所述机车发生摇头时的摇头角，且计算简单，处理速度快。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种火车机车摇头角检测装置，其特征在于：包括相机以及具有图像采集卡的计算机，所述装置固定在所述机车的转向架上，所述相机设置于所述机车的车轮的左前方，且相机镜头的主光轴与车轮的中心在同一条直线上，并与车轮轮缘平面呈一定夹角，相机镜头的主光轴与车轮中心轴线的水平面在同一高度，用以拍摄机车车轮边缘图像；所述相机拍摄的图像传输给图像采集卡进行采集，图像采集卡采集的图像传输给计算机进行处理，计算机将得到的图像进行处理得出所述机车摇头角。

进一步的技术方案在于：所述相机为CCD相机。

本发明还公开了一种火车机车摇头角检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

搭建所述的检测装置；

测量相机到车轮中心点的距离c以及初始状态时相机主光轴与车轮轮缘面的夹角φ；

对相机采集到的车轮图像进行预处理；

计算机通过边缘检测法提取出图像中车轮轮缘的边缘信息；

通过计算机图像处理软件从得到的边缘信息中提取车轮在运行中有偏转情况的图像信息，进行椭圆检测及特征点的选取处理；

由检测算法计算出图像中椭圆的长短轴长度b和a；

根据相机到车轮中心点的距离以及椭圆的长短轴长度计算出，机车发生摇头时相机主光轴与车轮轮缘面的夹角β；

根据公式计算出摇头角

进一步的技术方案在于：所述相机为CCD相机。

进一步的技术方案在于：所述初始状态时相机主光轴与车轮轮缘面的夹角φ通过测量初始状态时，相机主光轴向水平面的投影线与轨道之间的夹角得出。

进一步的技术方案在于：对相机采集到的图像进行灰度处理，然后通过滤波方法对图像进行处理。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：该方法使用一台相机、插有一块同步图像采集卡的计算机及其相应的处理软件。将所述检测装置固定在机车的转向架上，相机位于车轮的左前方，并且要求相机镜头主光轴和车轮静止时中心轴线水平面在同一高度，即在同一平面上。另外相机主光轴与车轮轮缘平面呈一定夹角，由此可以确保相机能够拍摄到整个车轮轮缘。因为固定在转向架上的相机主光轴与车轮中心中线在同一水平面内，而此平面与车轮轮缘所在平面互相垂直，所以，相机主光轴与车轮轮缘平面所成夹角为线面角φ。车轮轮缘几何图形为圆形，相机主光轴经过圆心，由于存在夹角φ，相机所拍摄的图像为椭圆。当机车作直线运行产生蛇形运动时，由于车轮的偏转，机车发生摇头运动，产生摇头角，此时车轮轮缘平面与相机主光轴夹角φ发生变化。车轮轮缘与相机的相对位置变化，那么相机拍摄的车轮边缘在图像中仍为椭圆，只是焦距发生变化(长轴b不变，短轴a随着夹角φ的变化而变化)。由图像中椭圆长短轴b，a的长度和相机到车轮中心点的距离c可以计算出机车运行车头发生偏转时相机光轴与轮缘面的夹角β，进而得出摇头角信息。

因此，所述方法能够精准的测量出所述机车发生摇头时的摇头角，且计算简单，处理速度快。

附图说明

图1是本发明实施例所述装置的布置结构示意图；

图2是本发明实施例中椭圆车轮图像边缘长短轴变化图；

图3是本发明实施例所述装置另一个视角的结构示意图；

图4是本发明实施例所述方法的流程图；

图5是本发明实施例中相机的成像原理图；

图6是本发明实施例所述方法中计算夹角β时使用的成像原理图；