表面缺陷检测装置

1.本发明涉及轨道表面损伤检测技术领域，具体而言，涉及一种表面缺陷检测装置。


背景技术：

2.轨道交通以其运输量大、快捷、安全可靠性高等优点，在货运及客运领域占据着较为重要的位置。近年来，我国轨道交通产业得到了迅猛的发展，轨道交通网络的建设成为了城市发展的一张名片，轨道交通也逐渐成为了市民出行的首选，有效地解决了各大城市公共交通拥堵的问题。
3.轨道支撑着列车并引导列车的运行方向，其安全状态直接影响列车的安全运行。但随着运行速度、运行里程、发车密度的大幅提高，加之列车司机偶发的操作不当(例如急刹)，都会让轨道产生不同程度的损伤，使得轨道表面产生的缺陷越来越多。若轨道表面缺陷得不到及时处理，会对运输安全造成影响，严重时甚至会发生翻车事故；同时，列车作为轨道交通的核心部分，其车轮直接运行在列车轨道上，车轮的工作状态将会直接影响到列车的运行速度和安全，而列车运行中车轮踏面常因磕碰、制动或空转打滑等原因产生局部损伤，踏面损伤的车轮在运行过程中会引起整个车辆轨道系统的耦合震动等异常状态从而危及行车安全。因此，对轨道表面缺陷和列车车轮踏面进行异常检测对于保证列车的安全运行至关重要。现阶段，针对车轮踏面和轨道表面的检测方法大多仍以人工目测为主，然而，人工检测的方式不仅存在效率低、劳动强度大的问题，而且其检测精度和稳定性还易受人为主观因素的影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种表面缺陷检测装置，该表面缺陷检测装置能够高效率且实时地对列车的车轮踏面和轨道的表面缺陷进行检测，从而为列车的安全行驶提供帮助。
5.本发明的实施例是这样实现的：
6.本发明的一方面，提供一种表面缺陷检测装置，该表面缺陷检测装置行驶于列车的轨道上；表面缺陷检测装置包括车体、与车体传动连接的行走机构、与行走机构电连接的控制单元、与控制单元电连接的检测机构；检测机构包括第一图像采集器和第二图像采集器，第一图像采集器用于采集轨道的图像，第二图像采集器用于采集位于表面缺陷检测装置前方的列车的车轮踏面的图像；控制单元用于分别接收第一图像采集器和第二图像采集器采集的图像并进行分析处理。该表面缺陷检测装置能够高效率且实时地对列车的车轮踏面和轨道的表面缺陷进行检测，从而为列车的安全行驶提供帮助。
7.可选地，行走机构包括车架、转动连接于车架上的轮对轴、连接于轮对轴相对两端的车轮对，以及电机；轮对轴包括主动轮对轴和从动轮对轴，车轮对包括连接于主动轮对轴两端的主动轮对和连接于从动轮对轴两端的从动轮对；电机的输出端和主动轮对轴传动连接，用于驱动主动轮对轴转动以带动主动轮对转动；主动轮对轴和从动轮对轴沿列车的长
度方向间隔排布。
8.可选地，车架包括设于车体下方的支架，支架与车体连接，且与轮对轴转动连接。
9.可选地，行走机构还包括第一悬架，支架通过第一悬架和车体连接。
10.可选地，车架还包括轴箱，轴箱和支架固定连接，且支架通过轴箱与轮对轴转动连接。
11.可选地，行走机构还包括第二悬架，支架与轴箱通过第二悬架连接。
12.可选地，行走机构还包括第一带轮、第二带轮和套设于第一带轮和第二带轮上的传送带；第一带轮套设且固定于主动轮对轴上，第二带轮套设且固定于电机的输出端。
13.可选地，行走机构还包括制动机构，制动机构与车轮对配合以用于控制车轮对的转动速度。
14.可选地，表面缺陷检测装置还包括移动电源，移动电源分别与电机和控制单元电连接。
15.可选地，表面缺陷检测装置还包括与移动电源电连接的逆变器，移动电源通过逆变器分别与电机和控制单元电连接。
16.本发明的有益效果包括：
17.本技术提供的表面缺陷检测装置行驶于列车的轨道上；表面缺陷检测装置包括车体、与车体传动连接的行走机构、与行走机构电连接的控制单元、与控制单元电连接的检测机构；检测机构包括第一图像采集器和第二图像采集器，第一图像采集器用于采集轨道的图像，第二图像采集器用于采集位于表面缺陷检测装置前方的列车的车轮踏面的图像；控制单元用于分别接收第一图像采集器和第二图像采集器采集的图像并进行分析处理。本技术提供的表面缺陷检测装置在工作时，控制单元控制行走机构在轨道上行驶，以使表面缺陷检测装置能够跟随着列车高速运行，在此过程中，第一图像采集器采集轨道表面的图像、第二图像采集器采集前方列车的车轮踏面的图像，控制单元对接收到的第一图像采集器和第二图像采集器采集到的图像信息进行分析和处理，以得到轨道表面的缺陷和列车车轮踏面的缺陷。该表面缺陷检测装置能够高效率且实时地对列车的车轮踏面和轨道的表面缺陷进行检测，从而为列车的安全行驶提供帮助；且本技术的表面缺陷检测装置能够适用于非接触式、无人化以及高速检测下，具有较佳的应用前景和市场价值。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本发明实施例提供的表面缺陷检测装置的结构示意图之一；
20.图2为本发明实施例提供的表面缺陷检测装置的结构示意图之二；
21.图3为本发明实施例提供的表面缺陷检测装置的结构示意图之三；
22.图4为本发明实施例提供的表面缺陷检测装置的结构示意图之四。
23.图标：10-车体；20-行走机构；21-车架；211-支架；212-轴箱；22-轮对轴；221-主动轮对轴；222-从动轮对轴；23-车轮对；231-主动轮对；232-从动轮对；24-电机；25-第一悬
架；26-第二悬架；271-第一带轮；272-第二带轮；273-传送带；28-制动机构；30-控制单元；31-控制器；32-计算机；40-检测机构；41-第一图像采集器；42-第二图像采集器；50-移动电源；60-逆变器。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
29.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.请参照图1和图2，本实施例提供一种表面缺陷检测装置，该表面缺陷检测装置行驶于列车的轨道上；表面缺陷检测装置包括车体10、与车体10传动连接的行走机构20、与行走机构20电连接的控制单元30、与控制单元30电连接的检测机构40；检测机构40包括第一图像采集器41和第二图像采集器42，第一图像采集器41用于采集轨道的图像，第二图像采集器42用于采集位于表面缺陷检测装置前方的列车的车轮踏面的图像；控制单元30用于分别接收第一图像采集器41和第二图像采集器42采集的图像并进行分析处理。该表面缺陷检测装置能够高效率且实时地对列车的车轮踏面和轨道的表面缺陷进行检测，从而为列车的安全行驶提供帮助。
31.需要说明的是，本技术提供的表面缺陷检测装置用于同时检测轨道的表面缺陷和行驶在轨道上的列车的踏面的表面缺陷。因此，本技术提供的表面缺陷检测装置在工作时
是行驶在列车的轨道上的。
32.在本实施例中，如图1所示，该表面缺陷检测装置包括车体10、行走机构20、控制单元30和检测机构40。其中，车体10和行走机构20传动连接，行走机构20能够带动车体10在轨道上行走、启停或者转向。
33.车体10上可以用以承载控制单元30、移动电源50和逆变器60等部件。当然，上述零部件仅为示例，并未是对车体10可承载的零部件的具体限制，本领域技术人员可以根据表面缺陷装置的具体零部件的类型选择车体10可承载的零部件的类型。
34.行走机构20与车体10传动连接，本技术对行走机构20的具体结构不做限制，本领域技术人员可以根据需要自行设置行走机构20的具体结构，只要该行走结构能够带动车体10在轨道上行走即可。
35.控制单元30与行走机构20和检测机构40分别电连接，其能够控制行走机构20和检测机构40工作。
36.请参照图1和图2所示，检测机构40包括第一图像采集器41和第二图像采集器42，其中，第一图像采集器41用于采集轨道的图像。为便于清晰地拍摄到轨道的图像，在本实施例中，第一图像采集器41朝向轨道设置，即，在本实施例中，第一图像采集器41设于车体10的下方，且朝向轨道设置。
37.在本实施例中，第一图像采集器41可以固定于车体10的下方，也可以固定于车体10下方的行走机构20的车架21(车架21将在下文详述)上。
38.第二图像采集器42用于采集列车的车轮踏面的图像。需要说明的是，在表面缺陷检测装置工作时，表面缺陷检测装置和列车同向行驶。在本实施例中，第二图像采集器42设置于车体10的下方，且该第二图像采集器42朝向位于该表面缺陷检测装置前方的列车，这样，第二图像采集器42可以采集位于表面缺陷检测装置前方的列车的车轮踏面的图像。需要说明的是，第二图像采集器42的设置位置应当以其拍摄列车的车轮踏面的图像不受阻为准。
39.控制单元30能够接收第一图像采集器41和第二图像采集器42采集到的图像信息，并将该图像信息进行分析处理。在本实施例中，控制单元30包括计算机32和控制器31。控制器31用于控制行走单元、第一图像采集器41和第二图像采集器42的工作。第一图像采集器41用于轨道表面拍摄，第二图像采集器42用于列车的车轮踏面拍摄，同时将拍摄得到的车轮踏面和钢轨表面的图片通过数据传输装置上传至计算机32，然后利用计算机32进行图像处理包括图像转换、图像增强、滤波和边缘检测及提取等，再将处理后的图像作为神经网络的输入，利用神经网络判断出车轮踏面和轨道表面是否存在缺陷。本技术提供的表面缺陷检测装置适用于非接触式、无人化、高速检测下的轨道表面损伤和列车车轮踏面损伤的检测。
40.综上所述，本技术提供的表面缺陷检测装置行驶于列车的轨道上；表面缺陷检测装置包括车体10、与车体10传动连接的行走机构20、与行走机构20电连接的控制单元30、与控制单元30电连接的检测机构40；检测机构40包括第一图像采集器41和第二图像采集器42，第一图像采集器41用于采集轨道的图像，第二图像采集器42用于采集位于表面缺陷检测装置前方的列车的车轮踏面的图像；控制单元30用于分别接收第一图像采集器41和第二图像采集器42采集的图像并进行分析处理。本技术提供的表面缺陷检测装置在工作时，控
制单元30控制行走机构20在轨道上行驶，以使表面缺陷检测装置能够跟随着列车高速运行，在此过程中，第一图像采集器41采集轨道表面的图像、第二图像采集器42采集前方列车的车轮踏面的图像，控制单元30对接收到的第一图像采集器41和第二图像采集器42采集到的图像信息进行分析和处理，以得到轨道表面的缺陷和列车车轮踏面的缺陷。该表面缺陷检测装置能够高效率且实时地对列车的车轮踏面和轨道的表面缺陷进行检测，从而为列车的安全行驶提供帮助；且本技术的表面缺陷检测装置能够适用于非接触式、无人化以及高速检测下，具有较佳的应用前景和市场价值。
41.需要说明的是，第一图像采集器41和第二图像采集器42的采集图像的频率本技术不做限制，示例性地，第一图像采集器41和第二图像采集器42的采集速度可以为每秒采集150张图像。当然，上述采集速度仅为本技术给出的一种示例，在其他的实施例中，第一图像采集器41和第二图像采集器42的采集速度本领域技术人员也可以自行设置。
42.还有，示例地，行走机构20的行驶速度可以在30km/h至60km/h之间，具体地本技术不做限制。例如，行走机构20的形式速度可以与列车的行驶速度相同。
43.采用本技术提供的表面缺陷检测装置，检测到的轨道表面的裂纹深度大于或等于0.1mm，且检测到的列车的车轮踏面的擦伤深度大于或等于0.1mm。采用本技术的表面检测装置对轨道的表面损伤进行检测以及对列车的车轮踏面的表面损伤进行检测后发现，本技术的检测准确率高达90％及其以上。
44.请再结合参照图3和图4，可选地，行走机构20包括车架21、转动连接于车架21上的轮对轴22、连接于轮对轴22相对两端的车轮对23，以及电机24；轮对轴22包括主动轮对轴221和从动轮对轴222，车轮对23包括连接于主动轮对轴221两端的主动轮对231和连接于从动轮对轴222两端的从动轮对232；电机24的输出端和主动轮对轴221传动连接，用于驱动主动轮对轴221转动以带动主动轮对231转动；主动轮对轴221和从动轮对轴222沿列车的长度方向间隔排布。
45.其中，上述车架21和车体10连接。轮对轴22包括主动轮对轴221和从动轮对轴222，在本实施例中，主动轮对轴221包括一个，从动轮对轴222包括多个，请参照图2所示，本技术是以从动轮对轴222包括三个为例进行示意的。
46.车轮对23连接于轮对轴22的相对两端。在本实施例中，车轮对23包括主动轮对231和从动轮对232，其中，主动轮对231连接在主动轮对轴221的相对两端，从动轮对232连接在从动轮对轴222的相对两端。应理解，每个轮对都包括两个车轮，即，在主动轮对轴221的相对两端连接有主动轮对231(即两个主动轮)，在每个从动轮对轴222的相对两端分别连接有从动轮对232(即两个从动轮)。
47.电机24的输出端和主动轮对轴221传动连接，用于驱动主动轮对轴221转动，进而带动主动轮对231转动，从而使得主动轮对231带动从动轮对232运动，以使得行走机构20沿轨道行驶。
48.本技术对电机24驱动主动轮对轴221运动的方式不做限制，可以是电机24直接驱动主动轮对轴221转动，也可以是通过其他部件间接驱动主动轮对轴221转动。本技术是以电机24间接驱动主动轮对轴221转动为例进行示例的，请参照图4，上述行走机构20还包括第一带轮271、第二带轮272和套设于第一带轮271和第二带轮272上的传送带273；第一带轮271套设且固定于主动轮对轴221上，第二带轮272套设且固定于电机24的输出端。
49.这样，电机24驱动第二带轮272转动，第二带轮272通过传送带273驱动第一带轮271转动，以使得第一带轮271带动主动轮对轴221转动，如此，可以使得主动轮对231转动。
50.当然，带传动仅为本技术给出的一种示例，在其他的实施例中，当电机24间接驱动主动轮对轴221转动时，也可以采用链传动或者齿轮传动等方式，具体本技术不做限制。
51.为便于实现行走机构20的及时制动，在本实施例中，可选地，行走机构20还包括制动机构28，制动机构28与车轮对23配合以用于控制车轮对23的转动速度。需要说明的是，该制动机构28可以采用摩擦制动的方式，其具体制动方式本技术不做限制，其实现方式可以参考现有的汽车上的制动装置。
52.可选地，车架21包括设于车体10下方的支架211，支架211与车体10连接，且与轮对轴22转动连接。本技术通过车架21的设置能够使得车体10和行走机构20联系起来。
53.为提高表面缺陷检测装置的行驶稳定性，在本实施例中，可选地，行走机构20还包括第一悬架25，支架211通过第一悬架25和车体10连接。本技术通过悬架的设置能够起到减震的作用，避免车体10和车架21之间硬连接对表面缺陷检测装置的损伤。
54.可选地，上述车架21还包括轴箱212，轴箱212和支架211固定连接，且支架211通过轴箱212与轮对轴22转动连接。这样，轮对轴22可以转动连接在轴箱212内，如此，便于车架21和轮对轴22的连接，且结构更可靠。
55.为进一步提高表面缺陷检测装置的行驶稳定性，在本实施例中，可选地，行走机构20还包括第二悬架26，支架211与轴箱212通过第二悬架26连接。第一悬架25和第二悬架26能够起到减震器的作用，这样，能够使得表面缺陷检测装置的振动被大大削弱，从而提高了表面缺陷检测装置运行的平稳性，也为图像采集提供了良好的环境。
56.为实现对表面缺陷检测装置的供电，在本实施例中，可选地，表面缺陷检测装置还包括移动电源50，移动电源50分别与电机24和控制单元30电连接。
57.在本实施例中，表面缺陷检测装置还包括与移动电源50电连接的逆变器60，移动电源50通过逆变器60分别与电机24和控制单元30电连接。
58.在本实施例，当控制单元30包括控制器31和计算机32时，控制单元30和计算机32均通过逆变器60与移动电源50连接。
59.以上所述仅为本发明的可选实施例而已，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。
60.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

技术特征：
1.一种表面缺陷检测装置，其特征在于，所述表面缺陷检测装置行驶于列车的轨道上；所述表面缺陷检测装置包括车体、与所述车体传动连接的行走机构、与所述行走机构电连接的控制单元、与所述控制单元电连接的检测机构；所述检测机构包括第一图像采集器和第二图像采集器，所述第一图像采集器用于采集轨道的图像，所述第二图像采集器用于采集位于所述表面缺陷检测装置前方的列车的车轮踏面的图像；所述控制单元用于分别接收所述第一图像采集器和所述第二图像采集器采集的图像并进行分析处理。2.根据权利要求1所述的表面缺陷检测装置，其特征在于，所述行走机构包括车架、转动连接于所述车架上的轮对轴、连接于所述轮对轴相对两端的车轮对，以及电机；所述轮对轴包括主动轮对轴和从动轮对轴，所述车轮对包括连接于所述主动轮对轴两端的主动轮对和连接于所述从动轮对轴两端的从动轮对；所述电机的输出端和所述主动轮对轴传动连接，用于驱动所述主动轮对轴转动以带动所述主动轮对转动；所述主动轮对轴和所述从动轮对轴沿所述列车的长度方向间隔排布。3.根据权利要求2所述的表面缺陷检测装置，其特征在于，所述车架包括设于所述车体下方的支架，所述支架与所述车体连接，且与所述轮对轴转动连接。4.根据权利要求3所述的表面缺陷检测装置，其特征在于，所述行走机构还包括第一悬架，所述支架通过所述第一悬架和所述车体连接。5.根据权利要求3所述的表面缺陷检测装置，其特征在于，所述车架还包括轴箱，所述轴箱和所述支架固定连接，且所述支架通过所述轴箱与所述轮对轴转动连接。6.根据权利要求5所述的表面缺陷检测装置，其特征在于，所述行走机构还包括第二悬架，所述支架与所述轴箱通过所述第二悬架连接。7.根据权利要求2至6中任意一项所述的表面缺陷检测装置，其特征在于，所述行走机构还包括第一带轮、第二带轮和套设于所述第一带轮和所述第二带轮上的传送带；所述第一带轮套设且固定于所述主动轮对轴上，所述第二带轮套设且固定于所述电机的输出端。8.根据权利要求2所述的表面缺陷检测装置，其特征在于，所述行走机构还包括制动机构，所述制动机构与所述车轮对配合以用于控制所述车轮对的转动速度。9.根据权利要求2所述的表面缺陷检测装置，其特征在于，所述表面缺陷检测装置还包括移动电源，所述移动电源分别与所述电机和所述控制单元电连接。10.根据权利要求9所述的表面缺陷检测装置，其特征在于，所述表面缺陷检测装置还包括与所述移动电源电连接的逆变器，所述移动电源通过所述逆变器分别与所述电机和所述控制单元电连接。

技术总结
一种表面缺陷检测装置，涉及轨道表面损伤检测技术领域。该表面缺陷检测装置行驶于列车的轨道上；表面缺陷检测装置包括车体、与车体传动连接的行走机构、与行走机构电连接的控制单元、与控制单元电连接的检测机构；检测机构包括第一图像采集器和第二图像采集器，第一图像采集器用于采集轨道的图像，第二图像采集器用于采集位于表面缺陷检测装置前方的列车的车轮踏面的图像；控制单元用于分别接收第一图像采集器和第二图像采集器采集的图像并进行分析处理。该表面缺陷检测装置能够高效率且实时地对列车的车轮踏面和轨道的表面缺陷进行检测，从而为列车的安全行驶提供帮助。从而为列车的安全行驶提供帮助。从而为列车的安全行驶提供帮助。


技术研发人员：王宇 刘崇睿 缪炳荣 金月皓 张盈 袁哲锋 胡天棋 尹兆珂 张哲 刘俊利 赵浪涛
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/16