展示
中国土木工程学会轨道交通分会城市轨道交通技术创新推广项目
轨道交通车辆轮对尺寸在线检测系统
主要完成单位：
广州地铁集团有限公司、南京理工大学、广州地铁设计研究院有限公司
主要完成人：
苏钊颐、邢宗义、肖锋、袁敏正、庞绍煌、朱士友、李宏辉、李海玉、陈希隽、陈刚、李兆新、陆慧莹、郭健、曹从咏、张永、兰天野、周再玲、刘增华
关键技术内容
1. 关键技术内容
城轨车辆轮对尺寸在线检测系统的关键技术内容主要包括系统结构设计、传感器选型、系统安装工艺、核心算法以及精度分析等，具体如下。
>> 系统结构设计和标定：根据轮对踏面的形状特征和激光三角法的测量光路图进行相应的结构设计，确定整个测量系统的组成部件，提出适合本系统的标定方法。
>> 传感器技术参数的确定：综合考虑轮对尺寸检测环境，包括光照、温湿度、粉尘等，以及轨道、轮对、道床等条件，进行数字式激光传感器技术参数的选择，包括量程、精度、稳定性等。
>> 传感器安装工艺与测试：由于传感器安装在道床或支架上，因此需要考虑车辆通过时的振动、以及道床沉降等对测量精度影响。
>> 系统核心算法的研究：系统有多组传感器协同工作，需要对数据筛选、坐标标定、分组、融合等核心算法进行深入研究，从而还原踏面的真实形状，实现轮缘高、轮缘厚和轮对直径等轮对尺寸的检测，并进一步判断轮对是否异常。
>> 系统精度和误差分析：分析系统在检测轮对时的各种可能的误差来源，并针对每一种可能分析其对测量结果的影响，并在此基础上提出了减少测量误差和提高系统测量精度的应对措施。
图1 轮对尺寸在线动态检测系统完整设备图
系统组成：系统硬件主要由机械支架、激光位移传感器、工控机、数据采集卡、显示器、服务器等部分组成，如图1所示。
图2 整体机械系统结构图
激光位移传感器是检测系统的核心部件，包括激光源、CCD感应元件、微处理器等。系统的机械结构如图2所示，主要由基座、减振层、支架、传感器底座、保护罩等组成。
2. 主要性能指标
3. 本系统的技术优势
>> 自主研发基于多组激光位移传感器的2D重构技术实现轮对尺寸在线动态检测，将多传感器测量的部分轮缘踏面信息聚合重构为完整的轮对轮缘踏面形状，提取关键轮缘踏面点，实现轮缘高、轮缘厚和轮对直径等轮对尺寸的在线检测，满足轮对尺寸参数现场检修要求。模块化设计，具有抗干扰强、测量准确、一致性好等优点，从而提高了轮对尺寸的测量精度。
>> 本系统采用多帧检测技术，有效避免单帧测量结果随机误差大等问题，从而提高了系统测量的准确度，也避免了单帧检测中的速度检测模块安装均高于轨面，侵入地铁限界、存在安全隐患的问题。
>> 本系统采用轮对外形轮廓2D重构算法，并配有自主开发的软件系统，实现系统自动测量。同时，在软件系统中还提供了数据上传与备份功能，以便后期方便查询各列车车轮的历史测量数据。
使用效果评价
城轨车辆轮对尺寸在线检测系统在广州地铁赤沙车辆段19A道进行了现场安装，使用结果表明本系统具有测量精度高、一致性好，完全能满足地铁列车车轮检修的测量要求，且系统工作稳定可靠。传统一次人工测量需要两个人一个多小时时间方可以完成整列车的测量任务，现在仅需要两3分钟即可，且测量精度和稳定性显著高于人工测量。
图3 系统安装实景
市场需求分析
我国城轨交通建设目前正处于高速发展的时期，截至2016年年底，全国已有28个城市建成地铁112条，运营里程达到3650公里，到2020年预计有逾60个城市的超过3万辆城轨车辆将投入运营。目前国内轮对尺寸检测主要靠手工检测阶段，劳动强度高、测量精度低。随着城轨交通的飞速发展，轮对尺寸检测将逐步过渡到在线自动检测时代，本系统具有广阔的市场空间。由于本系统属自主研发，因此形成的新产品拥有核心技术与自主知识产权，可进一步推广到城际铁路、铁路货运、高速铁路等领域，预计未来5年产业规模不少于5-10亿元。
