[发明专利]破损车轮检测系统

说明书

一种用于检测轨道车辆（即使在这种车辆以高速率移动时）上的破损车轮的破损车轮检测系统。

相关申请的交叉引用

本申请要求Darel Mesher发明的题为“Broken Wheel Detection System”的美国临时专利申请号62/461,865的优先权，该美国临时专利申请于2017年2月22日提交，其全部内容通过引用结合到本文中。

技术领域

本公开涉及运输安全领域。更具体地，本公开涉及一种用于检测轨道车辆（即使当这种车辆正在轨上以高速率移动时）上的破损车轮的系统。

背景技术

全世界的轴/车轮制造商生产各种各样不同的铁路车轮横截面，用于目前在整个北美地区使用的机车车辆（rolling stock）。这些不同且变化的车轮横截面对试图实现可靠的车轮缺陷检测的任何方法体系或方法提出了重大挑战。

缺陷铁路车轮的许多示例具有已从车轮轮面（tread）脱离的各种大小的碎片。这些缺陷中的许多缺陷位于轮辋（wheel rim）的最外边缘（现场侧），并且在车轮冲击和载荷检测地点（通常称为“WILD”地点）处无法被检测到。检测到大多数这些缺陷将需要监测每个轨道的现场侧。

一个准确而可靠的破损车轮检测系统开发的最具挑战性的一个方面是目前使用在整个北美铁路的各种各样不同的车轮。 不同的横截面将需要复杂的方法以确保精确地评估最容易破裂的车轮圆周上的特定位置以正确地检测车轮边缘缺陷。当今仍在使用的一些车轮设计的显著的时代进一步加剧了车轮设计的差异。结合宽泛的气候条件操作要求，在测试期间典型的动态垂直车轮运动，提高的车轮速度以及对精确（几乎无误差）检测的要求对任何车轮缺陷评估系统都提出了重大挑战。

因此所需要的是一种精确、可靠、鲁棒的和具有成本效益的破损车轮检测系统，其对于每个列车编组中的所有车轮，在不影响交通流量的情况下，对于任何类型的车轮都能够在全轨速度连续识别机车车辆车轮缺陷。

发明内容

通过用于检测轨道车辆上的破损车轮的装置和方法满足上述需求和其他需求。在没有待检查的每个车轮的先验尺寸信息的情况下，可以通过确定轮辋面的整个圆周的一致性来完成可靠的轮辋缺陷评估的任务。无论车轮横截面或车轮轮面磨损如何，均匀的车轮面表面确保了轮辋的完整性。为了在运动中准确地评估的轨道车轮的完整性，已经开发了一种破损车轮检测器系统，其包括一个或多个处理器，多个结构光发生器和多个光学对准的高分辨率数字相机。光发生器和相机安装在位于两个轨道的现场侧（轨道外侧）的刚性框架上。（一个或多个）处理器还优选地连接到传感器，当该传感器从任一方向接近车轮评估系统时该传感器能够检测到移动轨道车或机车车轮的存在，并且自动装备识别转发器记录每个被检查车的车识别信息（car identification information）。该系统评估每个列车车轮轮面的现场侧。

在一个优选的实施例中，公开了一种用于当轨道车处于经过破损车轮检测装置的运动中时检测这样的轨道车上的破损车轮的破损车轮检测装置，该装置包括第一轨道传感器组件，其包括指向第一轨道的第一部分的第一结构光发生器，以及指向第一车轮评估区的第一数字区域扫描相机，该第一车轮评估区包括第一轨道的第一部分；以及处理器，其与第一轨道传感器组件通信，其中该处理器控制第一结构光发生器和第一数字区域扫描相机的操作，并且其中该处理器包括用于在这样的轨道车经过破损车轮检测装置时检测和记录轨道车上的车轮的缺陷的算法，该算法包括以下步骤：（a）检测通过的轨道车；（b）使用第一数字区域扫描相机获得轨道车车轮的第一多个高程扫描帧；（c）识别第一多个高程扫描帧中的平行结构光线；（d）在处理器上记录第一多个高程扫描帧的每帧中的一些结构光线的位置，长度和取向；以及（e）比较第一多个高程扫描帧中的每个中记录的结构光线的位置，长度和取向，以确定对于第一多个高程扫描帧中的每个，所有记录的相应结构光线是否保持相同位置，长度和取向。破损车轮检测设备还可包括与处理器通信的车轮检测器和/或与处理器通信的自动装备识别（AEI）设备。