本發(fā)明涉及列車車輪檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光測(cè)量的車輪多邊形階數(shù)檢測(cè)方法、裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、鐵道車輛在服役過(guò)程中，由于輪軌之間的不斷摩擦及車輛自身的周期性振動(dòng)，導(dǎo)致車輪半徑沿圓周方向呈現(xiàn)出周期性的不平順現(xiàn)象，稱為車輪多邊形。車輪多邊形會(huì)使車輛行駛穩(wěn)定性下降、加速性能和制動(dòng)性能受損，其造成的車輛顛簸和晃動(dòng)會(huì)直接傳遞給車內(nèi)乘客，嚴(yán)重影響了乘客的乘坐舒適性。此外，車輪多邊形所引起的沖擊載荷頻率會(huì)隨著車輪多邊形的階次的增加而增大，不僅使得輪軌間產(chǎn)生相當(dāng)大的高頻沖擊載荷，而且會(huì)引起車輪、軌道噪聲問(wèn)題和鐵路部件的疲勞問(wèn)題，嚴(yán)重威脅鐵路車輛的行駛安全。

2、目前大部分列車檢修工務(wù)段車輪多邊形狀態(tài)檢測(cè)的主要方式是地面檢測(cè)。地面檢測(cè)需要花費(fèi)一定的時(shí)間對(duì)輪對(duì)進(jìn)行拆卸、安裝和測(cè)量，一般僅在四級(jí)修或五級(jí)修時(shí)進(jìn)行，由于檢測(cè)頻次低，每次檢測(cè)都需要重新準(zhǔn)備設(shè)備和人員，進(jìn)一步增加了成本。地面檢測(cè)需要將列車輪對(duì)拆卸下來(lái)，這會(huì)影響列車的正常運(yùn)營(yíng)，特別是在列車運(yùn)營(yíng)繁忙的情況下，進(jìn)行地面檢測(cè)可能會(huì)對(duì)列車運(yùn)營(yíng)造成較大的影響。

3、基于以上原因，尋找一種在線的車輪多邊形故障檢測(cè)方法十分必要，因此，如何提供一種高精度、高集成度、便于安裝、低成本、高自動(dòng)化程度、具備車輪多邊形測(cè)量功能且能實(shí)現(xiàn)不停車測(cè)量的列車車輪多邊形檢測(cè)技術(shù)，成為了本領(lǐng)域研究人員急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種基于激光測(cè)量的車輪多邊形階數(shù)檢測(cè)方法、裝置及系統(tǒng)，用以解決上述問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種基于激光測(cè)量的車輪多邊形階數(shù)檢測(cè)裝置，其特征在于，包括：左軌側(cè)檢測(cè)單元以及右軌側(cè)檢測(cè)單元；其中，左軌側(cè)檢測(cè)單元包括左軌側(cè)底板，左軌側(cè)底板開(kāi)設(shè)有左軌側(cè)導(dǎo)軌滑槽，多個(gè)左軌側(cè)傳感器固定座設(shè)置在左軌側(cè)導(dǎo)軌滑槽中，左軌側(cè)傳感器固定座上安裝有激光傳感器；左軌側(cè)底板上還設(shè)置有多個(gè)磁鋼傳感器，磁鋼傳感器的數(shù)量與左軌側(cè)傳感器固定座的數(shù)量相同且位置一一相對(duì)；右軌側(cè)檢測(cè)單元包括右軌側(cè)底板，右軌側(cè)底板開(kāi)設(shè)有右軌側(cè)導(dǎo)軌滑槽，多個(gè)右軌側(cè)傳感器固定座設(shè)置在右軌側(cè)導(dǎo)軌滑槽中，右軌側(cè)傳感器固定座上安裝有激光傳感器，左軌側(cè)檢測(cè)單元的激光傳感器與右軌側(cè)檢測(cè)單元的激光傳感器數(shù)量相同。

4、進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的檢測(cè)裝置中，還具有這樣的特征：左軌側(cè)底板的上表面沿左軌側(cè)導(dǎo)軌滑槽設(shè)置有長(zhǎng)度刻度，右軌側(cè)底板的上表面沿右軌側(cè)導(dǎo)軌滑槽設(shè)置有長(zhǎng)度刻度。

5、進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的檢測(cè)裝置中，還具有這樣的特征：左軌側(cè)底板上還開(kāi)設(shè)有用于安裝磁鋼傳感器的多個(gè)凹槽。

6、進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的檢測(cè)裝置中，還具有這樣的特征：車輪檢測(cè)時(shí)，左軌側(cè)底板、右軌側(cè)底板位于軌枕上方，且左軌側(cè)底板、右軌側(cè)底板分別貼靠在左右兩側(cè)鋼軌的軌底內(nèi)側(cè)面。

7、進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的檢測(cè)裝置中，還具有這樣的特征：左軌側(cè)傳感器固定座與右軌側(cè)傳感器固定座關(guān)于軌道中心線呈左右對(duì)稱分布設(shè)置。

8、本發(fā)明提供一種車輪多邊形階數(shù)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

9、步驟s1：在軌道上安裝如權(quán)利要求1～5中任意的基于激光測(cè)量的車輪多邊形階數(shù)檢測(cè)裝置，左軌側(cè)檢測(cè)單元的n個(gè)激光傳感器和右軌側(cè)檢測(cè)單元的n個(gè)激光傳感器在軌道左右兩側(cè)對(duì)稱布置，構(gòu)成n組激光傳感器，每對(duì)激光傳感器組由相對(duì)應(yīng)的磁鋼傳感器觸發(fā)工作，同側(cè)相鄰激光傳感器之間的間距l(xiāng)滿足：

10、

11、式中，r為車輪標(biāo)稱半徑；

12、步驟s2：當(dāng)列車車輪經(jīng)過(guò)時(shí)，磁鋼傳感器觸發(fā)對(duì)應(yīng)的激光傳感器組，采集輪緣至激光傳感器的徑向距離數(shù)據(jù)yi(i＝1,2,...,n)；

13、步驟s3：構(gòu)建原始數(shù)據(jù)坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)表示激光傳感器位置，橫坐標(biāo)為xi＝(i-1)l，縱坐標(biāo)為yi，(i＝1,2,...,n)；

14、步驟s4：第i個(gè)激光傳感器測(cè)得的輪緣距離為yi，對(duì)應(yīng)的徑向偏差為：

15、δri＝d-yi，(i＝1,2,…,n)，

16、式中，d為理論輪緣距離；

17、由橫坐標(biāo)xi及徑向偏差δri，擬合得到車輪周長(zhǎng)-輪緣徑向偏差連續(xù)曲線，該擬合曲線的橫坐標(biāo)表示為x，縱坐標(biāo)表示為y；

18、步驟s5：將擬合曲線的橫坐標(biāo)x轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)下車輪旋轉(zhuǎn)角度θ，滿足：

19、

20、式中，c表示車輪周長(zhǎng)，

21、極坐標(biāo)角度θ對(duì)應(yīng)的半徑ρ滿足：

22、ρ＝r+1000y，

23、式中，r為車輪標(biāo)稱半徑，y是擬合曲線的縱坐標(biāo)，

24、根據(jù)極坐標(biāo)角度θ和半徑ρ生成極坐標(biāo)下的車輪輪廓圖；

25、步驟s6：獲取車輪各角度位置的徑向偏差數(shù)據(jù)，進(jìn)行頻譜分析。

26、進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的檢測(cè)方法中，還具有這樣的特征：理論輪緣距離d的標(biāo)定公式為：

27、

28、式中，為標(biāo)定車輪通過(guò)時(shí)所有n組傳感器的測(cè)距均值。

29、進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的檢測(cè)方法中，還具有這樣的特征：n＝12，即左軌側(cè)檢測(cè)單元和右軌側(cè)檢測(cè)單元均設(shè)有12個(gè)激光傳感器，構(gòu)成了n組激光傳感器。

30、進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的檢測(cè)方法中，還具有這樣的特征：步驟s6具體包括：

31、步驟s6-1：讀取車輪各角度位置的徑向偏差數(shù)據(jù)；

32、步驟s6-2：對(duì)車輪徑向偏差數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，得到不同階的幅度，生成車輪多邊形階數(shù)與波深圖；

33、步驟s6-3：根據(jù)傅里葉變換結(jié)果，模擬車輪多邊形偏差對(duì)應(yīng)的波形，生成車輪角度與徑向偏差圖。

34、進(jìn)一步地，在本發(fā)明提供的檢測(cè)方法中，其特征在于還包括：步驟s7：可視化顯示車輪輪廓圖、車輪多邊形階數(shù)與波深圖、車輪角度與徑向偏差圖。

35、本發(fā)明提供一種用于實(shí)現(xiàn)上述檢測(cè)方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括：數(shù)據(jù)采集模塊，用于獲取激光傳感器的采集數(shù)據(jù)徑向距離yi；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于對(duì)所獲取的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)標(biāo)定公式計(jì)算出理論輪緣距離d；曲線擬合模塊，用于擬合車輪周長(zhǎng)-輪緣徑向偏差連續(xù)曲線；角度映射模塊，用于將擬合曲線的橫坐標(biāo)x轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)下車輪旋轉(zhuǎn)角度θ；頻譜分析模塊，用于進(jìn)行傅里葉變換分析和多邊形偏差模擬；可視化模塊，根據(jù)角度映射模塊的輸出結(jié)果和頻譜分析模塊的輸出結(jié)果，生成車輪輪廓圖、車輪多邊形階數(shù)與波深圖、車輪角度與徑向偏差圖，并進(jìn)行可視化顯示。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

37、1、本發(fā)明的基于激光測(cè)量的車輪多邊形階數(shù)檢測(cè)裝置便于安裝、成本低、效率高。激光傳感器安裝于底板的導(dǎo)軌滑槽中，磁鋼傳感器安裝在底板的凹槽內(nèi)，底板安裝在鋼軌內(nèi)側(cè)、軌枕上方，整個(gè)裝置的安裝十分方便。另外，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但激光檢測(cè)的測(cè)量效率高，能實(shí)現(xiàn)不停車檢測(cè)列車車輪。

38、2、本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)中，測(cè)量裝置的測(cè)量精度高、集成度高，整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，可以在不影響列車正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行檢測(cè)，能對(duì)多趟列車進(jìn)行檢測(cè)，列車僅需通過(guò)一次即可測(cè)量出所有車輪多邊形參數(shù)，系統(tǒng)響應(yīng)迅速，能夠無(wú)縫對(duì)接列車檢修及鏇修流程，顯著提升了測(cè)量工作的效率，優(yōu)化了列車的檢修與運(yùn)用效能。

39、3、本發(fā)明的檢測(cè)方法中，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)等角度間隔布置傳感器，使采樣點(diǎn)均勻覆蓋車輪圓周；進(jìn)行輪廓重構(gòu)，將離散測(cè)距數(shù)據(jù)擬合為連續(xù)車輪周長(zhǎng)-徑向偏差曲線，轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)下的輪廓偏差函數(shù)；使用了頻譜分析與多邊形成分識(shí)別，精確提取不同階次的多邊形成分及其波深。該算法是智能化分析且計(jì)算簡(jiǎn)便，并且結(jié)合可視化技術(shù)直觀展示頻域特性與波形模擬結(jié)果，實(shí)現(xiàn)車輪多邊形的快速診斷與量化評(píng)估。