[发明专利]基于结构光的铁路轮轨接触关系在线监测系统与方法

权利要求书

1.一种基于结构光的铁路轮轨接触关系在线监测系统，其特征在于：所述系统主要由左探测器、右探测器和处理系统三个部分组成，左探测器和右探测器分别安装在车厢底部，正对钢轨的正上方位置，处理系统安装在车载控制柜中；左探测器和右探测器分别监测左右两对轮轨的接触状态，检测信号送入处理系统，处理系统进行处理、识别、判断、存储和输出，最终得出所需的接触几何参数。

2.根据权利要求1所述的基于结构光的铁路轮轨接触关系在线监测系统，其特征是：所述的左右探测器均包括两个线激光器和一个工业摄像机组成，其中的一个线激光器发出的线激光照射到钢轨表面，并在钢轨表面上形成一个钢轨截面轮廓线；另一个线激光器发出的线激光照射到车轮侧表面，并在车轮表面形成一个车轮截面轮廓线；工业摄像机直接获取包含上述两条轮廓线在内的钢轨与车轮监测区域的图像，将图像传送到后面的处理系统进行处理。

3.根据权利要求2所述的基于结构光的铁路轮轨接触关系在线监测系统，其特征是：所述两个激光器的激光束与表面法线的夹角控制在30度以内。

4.根据权利要求3所述的基于结构光的铁路轮轨接触关系在线监测系统，其特征是：所述的两个激光器的激光束分别与车轮和钢轨表面垂直。

5.根据权利要求2所述的基于结构光的铁路轮轨接触关系在线监测系统，其特征是：所述的工业摄像机置于两个线激光器之间，与两个线激光器均应呈现一定的夹角，该夹角不小于30度，以保证测量结果的精度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于结构光的铁路轮轨接触关系在线监测系统，其特征是：所述的处理系统由驱动控制器、视频采集器、中心处理器、图像存储器组成，在中心处理器的控制下，通过光源驱动与控制器打开线激光器，利用视频采集器采集工业摄像机获取的图像，并能进行处理和计算，最终得到监测结果并输出，同时将图像和监测结果进行存储。

7.根据权利要求6所述的基于结构光的铁路轮轨接触关系在线监测系统，其特征是：所述处理系统对采集到的图像先进行预处理，包括滤波后边缘提取，获得钢轨和车轮的截面轮廓线；再对得到的两条轮廓线分别进行样条函数拟合计算，分别获得左右两侧的钢轨表面轮廓曲线，以及车轮表面轮廓曲线，同时将两个车轮轮廓曲线同步向上平移一小段距离；然后计算车轮轮廓线与钢轨轮廓线之间的垂向距离，找出左右两侧轮轨之间的最小垂向距离及其所在位置。

8.根据权利要求5所述的基于结构光的铁路轮轨接触关系在线监测系统，其特征是：如果左右两侧轮轨之间的最小垂向距离相等，则左右两侧轮对同步向下平移，左右车轮同时与左右钢轨相接触，上述接触点位置即为左右轮轨真正的接触点，此时轮对的侧滚角为零；如果左右两侧轮轨之间的最小垂向距离不等，则轮对向下平移时两点不同时与钢轨相接触，其中一侧轮的一点接触后轮对还要绕纵向轴旋转一个角度后才能使得与另一侧轮对接触，这个旋转角度即为轮对的侧滚角。

9.一种采用权利要求1-8所述系统的铁路轮轨接触关系在线监测方法，其特征是：当列车运行过程中，两个线激光器同步发出线激光，分别照射到钢轨表面和车轮表面，并分别在钢轨表面和车轮表面形成两条轮廓线；工业摄像机连续拍摄包含上述两条轮廓线在内的钢轨与车轮监测区域的图像，并将图像实时传送到后面的处理系统进行处理，最终得到所需的全部的轮轨接触几何关系参数，从而实现轮轨接触关系的在线监测。

10.一种用于权利要求9所述方法的轮轨接触几何关系参数的确定方法，其特征是：由以下步骤构成：

(1)对采集到的图像进行预处理，包括滤波后边缘提取，获得钢轨和车轮的截面轮廓线；

(2)对得到的两条轮廓线分别进行样条函数拟合计算，分别获得左右两侧的钢轨表面轮廓曲线，以及车轮表面轮廓曲线，同时将两个车轮轮廓曲线同步向上平移一小段距离；

(3)计算车轮轮廓线与钢轨轮廓线之间的垂向距离，找出左右两侧轮轨之间的最小垂向距离及其所在位置；

(4)如果左右两侧轮轨之间的最小垂向距离相等，则左右两侧轮对同步向下平移，左右车轮同时与左右钢轨相接触，上述接触点位置即为左右轮轨真正的接触点，此时轮对的侧滚角为零；

(5)如果左右两侧轮轨之间的最小垂向距离不等，则轮对向下平移时两点不同时与钢轨相接触，其中一侧轮的一点接触后轮对还要绕纵向轴旋转一个角度后才能使得与另一侧轮对接触，这个旋转角度即为轮对的侧滚角。