基于光电图像和超声探伤的轮对综合参数在线检测技术研究

The project researched the online defect measurement method and technology of train wheel set under running condition. Optoelectronic measurement, digital image processing and online ultrasonic inspection technology were researched. The main parameters include wear and inner defects.(1) A laser project light beam with special structure was designed. Based on analyzing the 3D information of wheel set tread and flange, a new noncontact optoelectronic measurement method for wear parameters was put forward. (2) In order to ensure the measuring precision, the main influnce factors were analyzed, including object swing, rail vibration, speed change, asynchronous trigger acquisition and online calibration. Mesuring mode can be corrected in real time and the request for ground base can be reduced greatly. (3) A piezoelectricity ultrasonic detecting method was proposed based on multiple detector array combined with three kind ultrasonic sensors with different characteristics. The radial, circumferential and plate crack can be detected respectively. The online coupling of ultrasonic was resolved and whole wheel tread was inspected. Automatic ultrasonic detection for inner cracks under field condition was resolved. The research will improve the online measuring technology for comprehensive parameters of train wheel set. The project has significant meaning and application value for vehicle safety and our country's development of high speed train.

本项目将激光与光电技术、数字图像处理与在线超声探伤技术相结合，研究运行状态下铁路车辆轮对故障的在线检测技术，主要包括磨耗、内部缺陷等关键参数的在线动态检测新方法和关键技术研究。(1)分析特殊结构表面激光图像的三维信息，提出综合检测磨耗关键参数的非接触光电检测新方法。(2)将主要不确定因素引入动态检测过程，通过分析动态条件下被测对象摆动、轨道振动、速度变化、光电图像异步触发采集、在线标定等问题，实时修正检测模型，降低对辅助设施的要求，保障检测精度。(3)提出一种基于多探头阵列的组合式压电超声探测方法，采用三种不同声特性的超声波探头，分别对应检测车轮径向、周向和一定范围内的辐板裂纹。解决超声波的在线耦合问题，对轮对踏面进行完整扫查，实现内部缺陷的在线超声自动探伤。该项目的研究对于提高我国铁路车辆轮对综合参数的在线检测技术，保障运行安全，以适应快速和高速轨道交通的发展具有重要意义和广泛应用前景。

近10年来,根据我国《中长期铁路网规划》，随着提速战略的实施、快速和高速轨道交通加速发展。与此同时,机车车辆的高速、重载、高密度运行使得走行部件的磨耗和缺陷越来越严重，极大地影响列车与轨道相关设施的安全与使用寿命, 这对机车车辆装备的现代化和安全性能提出了更高的要求,对在线检测技术及装备等对安全监测技术的需求越来越迫切。既有的以人工为主、停车静态检测作业的方式，已经不能适应更高、更快安全检测的需求。.本项目将激光与光电技术、数字图像处理与在线超声探伤技术相结合，研究运行状态下铁路车辆轮对故障的在线检测技术，主要包括磨耗、缺陷等关键参数的在线动态检测新方法和关键技术研究。(1)分析特殊结构表面激光图像的三维信息，提出综合检测磨耗关键参数的非接触光电检测新方法。(2)将主要不确定因素引入动态检测过程，通过分析动态条件下被测对象摆动、轨道振动、速度变化、光电图像异步触发采集、在线标定等问题，实时修正检测模型，降低对辅助设施的要求，保障检测精度。(3)研究缺陷的在线检测技术。(4)综合在线检测关键技术的研究，大幅度提升在线条件下的检测速度和效率。.通过本项目的研究，理论上提出并验证了基于倾斜位置成像的轮对几何参数计算方法、以及在线检测中基于Tsai异面特征点的标定方法等模型，技术上解决了多通道图像采集触发、 高精度闪光同步、多通道DSP数据接口、多路轮对图像传输、基于OpenMP/CUDA并行技术的轮对图像处理方法、在线标定等难题，并通过大量现场试验，实现了80km/h以上速度下轮对综合参数的在线检测关键技术，比计划的5-20km/h运行速度有大幅度提升。该项目的研究对于提高我国铁路车辆轮对综合参数的在线检测技术，保障运行安全，以适应快速和高速轨道交通的发展具有重要意义、使得轮对综合参数的在线检测技术在我国能尽快进入现场实用化阶段。