一种跨坐式单轨列车轮胎磨损用检测系统及检测方法
阅读说明：本技术 一种跨坐式单轨列车轮胎磨损用检测系统及检测方法 (Detection system and detection method for tire wear of straddle type monorail train ) 是由 刘斌 刘福瑞 陈辉华 郭惠艳 彭杰 范富君 卓一杉 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种跨坐式单轨列车轮胎磨损用检测系统,该检测系统包括图像采集组件、同步跟随组件、触发组件、测速组件和中央处理器；图像采集组件用于采集列车轮胎的轮廓数据；同步跟随组件包括直线模组、动力件及位移测量器件,同步跟随组件用于带动图像采集组件和位移测量器件随列车轮胎滚动同步动作；触发组件用于检测列车进入或离开检测区域；测速组件用于测量列车进入检测区域时的速度；图像采集组件、同步跟随组件、触发组件和测速组件均与所述中央处理器连接。本发明检测系统结构精简且能精准高效地测量列车轮胎的磨损情况。本发明还公开一种检测方法,采用上述检测系统实现检测,实用性强。(The invention provides a detection system for tire wear of a straddle type monorail train, which comprises an image acquisition assembly, a synchronous following assembly, a triggering assembly, a speed measurement assembly and a central processing unit, wherein the image acquisition assembly is used for acquiring images of a single rail; the image acquisition assembly is used for acquiring contour data of the train tire; the synchronous following assembly comprises a linear module, a power part and a displacement measuring device, and is used for driving the image acquisition assembly and the displacement measuring device to synchronously move along with the rolling of the train tires; the trigger assembly is used for detecting that the train enters or leaves a detection area; the speed measuring component is used for measuring the speed of the train entering the detection area; the image acquisition assembly, the synchronous following assembly, the triggering assembly and the speed measuring assembly are all connected with the central processing unit. The detection system disclosed by the invention is simple in structure and can accurately and efficiently measure the wear condition of the train tires. The invention also discloses a detection method, which realizes detection by adopting the detection system and has strong practicability.)
技术领域
本发明涉及轨道交通
技术领域
，尤其涉及跨坐式单轨列车轮胎动态检测技术领域
，具体涉及一种跨坐式单轨列车轮胎磨损用检测系统及检测方法。背景技术
跨坐式单轨交通主要由跨坐式单轨车和轨道组成。轨道以单一轨道梁支撑车体并提供引导、稳定和支撑作用，跨坐式单轨车跨坐于单轨轨道梁上，依靠走行轮再轨道上支撑及行驶，结构独特。
轮胎作为承载跨坐式单轨车与轨道之间唯一运载的部件，属于跨坐式单轨车中的易损件，轮胎的花纹的主要作用就是增加台面与轨道间的摩擦力，排除积水和帮助轮胎散热，提升车辆的制动性能和操控性能，轮胎花纹在跨坐式单轨车行驶过程中起着至关重要的作用。因此，对轮胎的磨损检测是日常需要检测项目之一。
现有的对跨坐式单轨车轮胎磨损测量方法一般有采用目测的方法或者使用卡尺进行测量，现有的方法具有的缺陷是：人为因素影响较大，无法保证精度，操作不方便，且无法实时进行检测。
因此，如何提高跨座式单轨列车轮胎磨损程度的检测效率和精度是本领域亟待解决的重要问题之一。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构精简且能精准高效地测量列车轮胎的磨损情况的跨坐式单轨列车轮胎磨损用检测系统，具体技术方案如下：
一种跨坐式单轨列车轮胎磨损用检测系统，该检测系统包括图像采集组件、同步跟随组件、触发组件、测速组件和中央处理器；
所述图像采集组件和所述同步跟随组件均设置在跨坐式单轨轨道梁上的放置区处，所述图像采集组件包括用于采集列车轮胎的轮廓数据的图像采集器件；所述同步跟随组件包括直线模组、动力件以及位移测量器件，图像采集组件和位移测量器件均设置在直线模组上；动力件与直线模组连接用于为直线模组沿跨坐式单轨轨道梁长度方向的往返运动提供动力；
所述触发组件包括第一触发单件和第二触发单件，第一触发单件安装在跨坐式单轨轨道梁上且靠近跨坐式单轨轨道梁上预留的检测区域设置，该检测区域与放置区对应设置；第二触发单件安装在直线模组一端且靠近检测区域设置；第一触发单件用于检测列车进入检测区域，第二触发单件用于检测列车离开检测区域；
测速组件设置在跨坐式单轨轨道梁或列车上，用于测量列车进入检测区域时的速度；
所述图像采集器件、直线模组、动力件、位移测量器件、第一触发单件、第二触发单件以及测速组件均与所述中央处理器连接。
本发明的检测系统整体结构精简；通过图像采集组件采集列车轮胎的轮廓数据，通过同步跟随组件带动图像采集组件和位移测量器件随列车运动，通过触发组件检测列车进入和离开检测区域，通过测速组件测量列车进入检测区域时的速度，通过图像采集器件、同步跟随组件、触发组件以及测速组件均与所述中央处理器连接进行信息交互，仅需在跨坐式单轨轨道梁设置检测区域和用于安装同步跟随组件和图像采集组件的放置区即可进行列车轮胎的磨损情况的检测，实际可操作性强；通过图像采集器件、同步跟随组件、触发组件、测速组件和中央处理器的组合实现列车轮胎的磨损情况的智能化检测，兼具高效和高精准度，实用性强。
本发明方案中可选的，所述直线模组包括滑台轨道以及滑台，滑台轨道与跨坐式单轨轨道梁同长度方向设置在放置区处，滑台与动力件连接且滑台可滑动式设置在滑台轨道上；图像采集组件和位移测量器件均设置在滑台上。采用滑台轨道和滑台进行组合，结构简单，且能确保根据需求调控滑台在滑台轨道上的移动速度，满足高精准度的需求。整个同步跟随组件和图像采集组件均设置在位于跨坐式单轨轨道梁的放置区内(优选设置在跨坐式单轨轨道梁的内部)，不影响列车通行，且能确保采集完整的列车轮胎的轮廓数据，精准度高。
本发明方案中可选的，所述图像采集器件为双目立体相机、激光扫描传感器以及相机中的至少一种，能够获取列车轮胎的轮廓数据即可；所述位移测量器件为点激光位移传感器，能够精准测量位移测量器件和轮胎之间的距离即可；所述第一触发单件和第二触发单件均为光电开关，部件容易获得且灵敏度高。
本发明方案中可选的，所述动力件为电机，该电机的启动加速和转速均可调，满足不同检测场景(如不同车辆、不同车速等)的调控需求。
本发明方案中可选的，所述测速组件包括安装在跨坐式单轨轨道梁上且并列沿列车运行方向顺次设置的两组测速单件，两组测速单件均设置在第一触发单件和检测区域之间，且两组测速单件组合用于测量列车进入检测区域时的速度。通过两组测速单件的设计，将得到的列车轮胎通过测速单件的脉冲信号传给中央处理器，中央处理器通过距离和时间计算得到跨坐式单轨列车进入检测区域时的速度，精准度高。本发明方案中可选的，所述测速单件为感应开关，部件容易获得且灵敏度高。
本发明还公开一种跨坐式单轨列车轮胎磨损检测方法，采用上述的跨坐式单轨列车轮胎磨损用检测系统进行检测，包括以下步骤：
触发组件中的第一触发单件检测到列车进入检测区域反馈给中央处理器；
测速组件测得列车的速度反馈给中央处理器；
中央处理器根据列车的实时速度控制动力件进行动作，带动直线模组及其上的图像采集组件和位移测量器件沿列车运动方向进行移动；图像采集组件采集列车轮胎的轮廓数据并反馈给中央处理器；位移测量器件测量列车轮胎与位移测量器件之间的距离并反馈给中央处理器，中央处理器根据列车轮胎与位移测量器件之间的距离调整动力件的动作；
触发组件中的第二触发单件检测到列车离开检测区域反馈给中央处理器，中央处理器控制动力件动作使得同步跟随组件停止前进；
中央处理器根据列车轮胎的轮廓数据获得列车轮胎的磨损情况。
本发明优选的，动力件带动直线模组及其上的图像采集组件和位移测量器件沿列车运动方向随列车同步移动。
本发明优选的，中央处理器对列车轮胎的轮廓数据进行点云数据处理，构建轮胎的3D模型，获得列车轮胎的磨损情况。
本发明优选的，基于所构建的3D模型，根据图像采集组件的坐标与图像采集组件的检测高度判断图像采集组件的检测位置角度，通过检测位置角度的坐标变化以及利用阶梯差来计算列车轮胎上凹槽的深度。
本发明所公开一种跨坐式单轨列车轮胎磨损检测方法采用独特的检测系统，能提高对跨坐式单轨列车轮胎的磨损状态的检测精度、有效性和实时性，通过实时检测和监控，及时报警通知养护单位和维修人员，有效降低列车运行安全隐患。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例中跨坐式单轨列车轮胎磨损用检测系统的装配示意图；
图2是本发明实施例中跨坐式单轨列车轮胎磨损用检测系统的控制原理图；
图3是本发明实施例中双目相机的测量原理图；
其中，1、图像采集组件；2、同步跟随组件，2.1、直线模组，2.11、滑台轨道，2.12、滑台，2.2、动力件，2.3、位移测量器件；3、触发组件，3.1、第一触发单件，3.2、第二触发单件；4、测速组件，4.1、第一测速单件，4.2、第二测速单件；5、中央处理器；6、跨坐式单轨轨道梁，6.1、检测区域，6.11、第一端，6.12、第二端，6.2、放置区；7、列车轮胎。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
一种跨坐式单轨列车轮胎磨损用检测系统，详见图1，所适用的跨坐式单轨轨道梁6上预留有检测区域6.1以及与检测区域6.1对应设置的放置区6.2，此处放置区位于跨坐式单轨轨道梁内部，检测区域的长度与列车轮胎滚动一圈的周长相匹配(本实施例优选两者相等)，沿列车运行方向定义该检测区域包括第一端6.11和第二端6.12。
该检测系统包括图像采集组件1、同步跟随组件2、触发组件3、测速组件4和中央处理器5，具体如下：
所述图像采集组件1和所述同步跟随组件2均设置在放置区处，所述图像采集组件1包括用于采集列车轮胎的轮廓数据的图像采集器件，此处优选双目立体相机，还可以根据需求采用激光扫描传感器或其他普通相机；所述同步跟随组件2包括直线模组2.1、动力件2.2以及位移测量器件2.3，图像采集组件1和位移测量器件2.3均设置在直线模组2.1上；动力件2.2与直线模组2.1连接用于为直线模组2.1沿跨坐式单轨轨道梁长度方向的往返运动提供动力，直线模组2.1能带动图像采集器件和位移测量器件2.3进行移动。本实施例优选的，所述直线模组2.1包括滑台轨道2.11以及滑台2.12，滑台轨道2.11与跨坐式单轨轨道梁同长度方向设置在放置区处，滑台2.12与动力件2.2连接且滑台可滑动式设置在滑台轨道2.11上；图像采集组件1和位移测量器件2.3均设置在滑台2.12上，根据需求滑台2.12能带动图像采集组件1和位移测量器件2.3沿滑台轨道2.11进行往返运动。本实施例优选所述位移测量器件2.3为点激光位移传感器；动力件2.2为伺服电机。
所述触发组件3包括第一触发单件3.1和第二触发单件3.2，第一触发单件安装在跨坐式单轨轨道梁6上且靠近检测区域的第一端6.11设置，第二触发单件安装在直线模组2.1一端且靠近检测区域的第二端6.12设置；第一触发单件用于检测列车进入检测区域，第二触发单件用于检测列车离开检测区域。本实施例中优选所述第一触发单件和第二触发单件均为光电开关。
所述测速组件4设置在跨坐式单轨轨道梁上，用于测量列车进入检测区域时的速度。本实施例中优选的：所述测速组件4包括安装在跨坐式单轨轨道梁上且并列沿列车运行方向顺次设置的两组测速单件，两组测速单件均设置在第一触发单件和检测区域的第一端6.11之间，且两组测速单件组合用于测量列车进入检测区域时的速度；所述测速单件为感应开关。
所述图像采集器件、直线模组2.1、动力件2.2、位移测量器件2.3、第一触发单件、第二触发单件以及测速组件4均与所述中央处理器5连接。
采用上述检测系统进行跨坐式单轨列车的轮胎磨损检测，具体包括以下步骤：触发组件3中的第一触发单件检测到列车进入检测区域反馈给中央处理器5；测速组件4测得列车的实时速度反馈给中央处理器5；中央处理器5根据列车的实时速度控制动力件2.2进行动作，带动直线模组2.1及其上的图像采集组件1和位移测量器件2.3随列车运动沿列车运动方向进行移动(本实施例优选：动力件2.2带动直线模组2.1及其上的图像采集组件1和位移测量器件2.3随列车运动沿列车运动方向进行同步移动)；图像采集组件1采集列车轮胎的轮廓数据并反馈给中央处理器5；位移测量器件2.3测量列车轮胎与位移测量器件2.3之间的距离并反馈给中央处理器5，中央处理器5根据列车轮胎与位移测量器件2.3之间的距离调整动力件2.2的动作；触发组件3中的第二触发单件检测到列车离开检测区域反馈给中央处理器5，中央处理器5控制动力件2.2动作使得同步跟随组件2停止前进；中央处理器5根据列车轮胎的轮廓数据获得列车轮胎的磨损情况。
本实施例中：中央处理器5对列车轮胎的轮廓数据进行点云数据处理，构建轮胎的3D模型，获得列车轮胎的磨损情况。优选基于所构建的3D模型，根据图像采集组件1的坐标与图像采集组件1的检测高度判断图像采集组件1的检测位置角度，通过检测位置角度的坐标变化以及利用阶梯差来计算列车轮胎上凹槽的深度，此处涉及的具体算法等可参照现有技术。
检测原理如图2所示，详情如下：
为了得到完整的列车轮胎的轮廓数据，将点激光位移传感器和双目立体相机分别安装固定在安装在直线模组中的滑台上，双目立体相机的两个镜头的中心轴线与轮胎保持垂直状态，点激光位移传感器与轮胎呈一定角度并保持距离L不变。当列车轮胎7经过测速组件后，继续往前滚动，当点激光位移传感器与列车轮胎某点的距离正好达到预定的距离L，中央处理器控制双目立体相机开始工作，距离L既要满足双目立体相机通过跨坐式单轨轨道梁上预留检测孔能拍摄到完整的轮胎轮廓信息，也要考虑点激光位移传感器的量程。
为了保持距离L不变，中央处理器通过控制器控制伺服电机转速，进而达到在整个图像采集过程中直线模组的传动速度(图1中示意为滑台的移动速度V2)与列车运行速度(图1中示意为V1)一致；另外还通过程序控制双目立体相机开始采集进入检测区段里的列车轮胎的完整轮廓数据。当滑台经过直线模组末端的光电开关位置时，双目立体相机停止数据采集，此时滑台在图像采集过程中滑动距离正好等于列车轮胎滚动一圈的周长，中央处理器通过程序控制伺服电机正反转，直线模组又返回到初始检测原位，从而实现测量系统对跨座式单轨列车轮胎完整轮廓数据的采集。
中央处理器负责系统的供电和数据的采集、处理、存储以及显示。中央处理器分别给触发组件、测速组件(即实时测速组件)、同步跟随组件(含伺服电机等)和图像采集组件供电，一方面接收触发组件的触发信号，另一方面还接收测速组件的间隔脉冲信号和点激光位移传感器的距离信息，通过处理器对这些数据的处理和分析，再通过控制器控制伺服电机、双目立体相机和点激光位移传感器实现对跨座式单轨列车轮胎轮廓完整数据的同步采集，最后得到双目立体相机采集的轮廓数据，通过中央处理器进行数据处理得到列车轮胎的磨耗信息，并储存、显示。
测速组件中通过PID控制模块实现了对电动滑台的速度预调节的闭环控制，使后续同步跟随系统采集的图像数据更精确更有效。双目立体相机通过网络接口与中央处理器进行信息通讯，处理器将凹槽测量的结果可通过网口或串口与第三方系统进行集成，并可通过HDMI可将结果数据在界面上进行显示。PID控制模块和HDMI可参考现有技术。
在采集的每一帧轮胎图像数据中，中央处理器只选取轮胎上与双目立体相机距离d最小的B那条线上所有点的数据进行点云数据处理(详见图3)，提高了系统的检测精度。
本实施例中，所涉及方案中未细化说明部分，可参见现有技术。
应用本实施例的方案，效果是：通过在跨座式单轨列车入库行驶的轨道梁预留孔正下方设置直线模组滑块上的点激光位移传感器，并由该点激光位移传感器检测到与走行轮之间的距离信息，通过控制器控制伺服电机保证直线模组滑台速度与列车行驶速度保持一致，从而实现安装在直线模组滑台上的双目立体相机对列车轮胎轮廓数据同步完整采集，通过数据分析和处理，可测算出轮胎的磨耗信息，相比于现有技术的非接触测量，具有两大方面的优势：(1)、不需要复杂繁琐的检测过程，系统结构简单，时效性高，稳定性高，检测精度高；(2)、可通过更改安装在直线模组上的光电开关和双目相机的位置实现对不同车型不同车速的跨座式单轨列车轮胎进行测量，系统功能更全面。
采用本发明的方案，通过一个点激光位移传感器与跨座式单轨列车轮胎上某处的距离信息控制伺服电机的转速，以及双目立体相机安装在直线模组上，采用这一巧妙设计实现了双目立体相机对整圈跨座式单轨列车橡胶走行轮胎的轮廓信息不间断完整的采集，使得数据处理过程变得简单和方便。
本发明方案能提高对跨坐式单轨列车走行橡胶轮胎的磨损状态的检测精度、有效性和实时性，通过实时检测和监控，及时报警通知养护单位和维修人员，有效降低列车运行安全隐患。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。