[发明专利]高速机车受电弓滑板磨损自动检测装置

说明书

技术领域

本发明是一种用于实时检测机车受电弓滑板磨损状态的装置，尤其是一种基于立体视觉的实时机车受电弓滑板磨损检测装置。

背景技术

在高速电气化铁路系统中，机车通过受电弓从机车上方的接触线取电，作为机车动力电源以及其他用电设备的电源。在运行过程中，机车必须保持稳定的电源供应。因此作为直接与接触线相接触的受电弓滑板将成为获取电源的关键设备，受电弓滑板的状态极为关键，它关系到机车是否能够稳定、可靠地从接触线上取电，直接关系到机车运行的可靠性。由于受电弓滑板与接触线保持长期接触，在机车行驶过程中，时刻磨损，从而给机车的取电的性能带来了很多不可靠的因素，甚至在特殊情况下会出现受电弓滑板机械损伤或者滑板表面脱落、缺失等，都会影响机车的行驶状态，严重的会导致发生安全事故。因此需要对受电弓滑板的磨损状态进行实时检测，以保证机车在行驶过程中安全、稳定。

目前国内外受电弓滑板磨损状态的检测方法主要有人工检测、超声波式检测、光纤式检测、图像式检测四种方法。人工检测就是将机车入库并断电，将受电弓降下，然后有相关人员对受电弓滑板进行目测，并用测量装置（如游标卡尺）对滑板上的多个磨损点进行手工测量。人工测量方法要求机车入库并断电，且需要多个工作人员配合操作，效率低、精度低、准确性差，并存在安全事故隐患，这种方法已经不适合现在的机车，将会逐渐被淘汰。

超声波式检测和光纤式检测的方法多见于国外的机车系统，其中超声波式检测的主要方法是：在机车行驶的路段上安装多个超声波传感器发送超声波，超声波通过空气传输到达被测的受电弓滑板上，然后通过相应的超声波传感器可以结束到反射的超声波。根据超声波在空气中传输的时间和设置的波速，可以计算出滑板的厚度，可以实现对受电弓滑板的磨损状态进行动态检测。虽然该方法可以检测到受电弓滑板多个点的磨损状态，但是也存在了很大的不足：一是机车行驶过程中受电弓滑板与超声波的探头表面不能保证保持完全垂直，导致超声波接收传感器接收的检测信号微弱，或者根本就接收不到检测信号；二是电气化的机车系统中存在诸多的电器干扰，而超声波传感器工作距离有一定的限制，必须保证传感器和受测滑板保持较近的测试距离，电气干扰严重，对检测信号的采集带来许多制约，且安装维护过程复杂；三是检测的数据时受电弓滑板的几个点，不能得到受电弓滑板表面所有点的磨损状态。

光纤式检测的主要原理是：将光纤内埋式磨损传感器嵌入受电弓滑板中，当受电弓滑板受到接触网的冲击作用而产生磨损时或者产生缺失时，传感器给出相应的磨损信号。检测信号经过编码传输到光发射机，再由光发射机将信号发射，然后由光接收机接收并最终转换为可检测的电信号，然后系统终端根据不同的信号强度给出不同等级的报警信号，从而得到受电弓滑板的磨损状态。但是这种方法的主要缺点是：一是对于材料的要求比较高，要在受电弓滑板中内嵌传感器，材料工艺要求高，受电弓滑板的材料结构改变降低了受电弓滑板的使用寿命，提高了成本；二是传感器不能布满整个受电弓滑板，因此得到的数据时几个点的，不能得到各个点的磨损状态；三是整个系统装置比较多，比较复杂，系统安装维修不方便。

近年来有许多图像式的检测方法出现在国内外的机车受电弓磨损检测中，这种图像式检测的主要方法是：此系统主要有光电传感器和若干台工业摄像机组成，机车受电弓滑板在通过检测系统时挡住对射式光电传感器，以此作为整个检测系统的触发信号，同步出发相机和闪光灯动作，完成受电弓滑板的图像采集，获取受电弓滑板图片信号后通过对图像进行图像滤波、边缘检测、边缘连接等后期处理，然后将图像中的受电弓滑板的边缘的上下边缘做差，按照相应的公式换算出边缘实际的差值，最后将这边缘的差值作为整个受电弓滑板磨损的结果。这样的检测方式的优势是非常明显的，可以在机车行驶过程中做到实时自动检测，检测的精度比较高。但是其缺点也很明显：一是将边缘的磨损程度等同于滑板行驶方向的所有磨损程度，以线代面，不能真正得到受电弓滑板的各个点的磨损程度，如果在受电弓滑板沿机车行驶方向上有机械损伤或者缺失时，不能检测出相应的磨损状态；二是该检测系统所用工业摄像机较多，安装过程比较复杂。 

随着铁路系统电气化进程的加快，机车的行驶速度越来越快，这无疑对受电弓的实时检测的精确性、可靠性提出了更高的要求。针对国内的特殊情况，急需研发一种更高精度并且适应当今铁路系统的受电弓滑板自动实时检测装置。

发明内容

本发明的目的是研制一种用于机车受电弓滑板磨损状态实时自动在线检测系统，能够检测到机车受电弓滑板磨损面的精确磨损状态，具有精度高、可靠性强、效率高、系统便于安装和性价比高等突出优点。