第！期尤扬等：基于计算机视觉的钢轨磨耗自动检测技术的研究
光取断而法听获得的光迹，ｍ于光平面在实际情况下常常存在一定厚度，投影到物体表商的光迹也就变
成有一定宽度的圯带在数字Ｉ墨Ｉ像１．，一条光带常ｒＩ儿个或ｆ‘儿个像元宽度因此．必颁把光带细化．提取出
钢轨轮廓的骨架时细化的一般耍求是：１）保证细化后曲线的连通性；２）保留原网的细节特缸；ｊ）细化结粜足：
匣ＩＩＩｊ线的巾心线；４）保留曲线的端点；５）细化处理速度快；６）交义部分中心线不畸
变采用具有代表意义的Ｈｉｌｄｉｔｃｈ算法，并且，对细化结果进行膨胀后冉细化，有效
地让除ｒ细化后曲线中的断点将细化曲线Ｉ．的点的坐标（。，ｖ）代入式（１１），
（１２）．即可求得对廊的物方坐标（ｘ．ｙ）．由点（ｘ，、７）组成的图像即为经矫止后钢
轨的真实图像、因为每个摄像饥Ｈ能拍摄钢轨?侧的图像，需将两摄像机获得的圈
ｆ象拼接成一个完整的钢轨图像，如图６昕示．
将所得钢轨图像‘』标准钢轨网像进行比对，得到钢轨的磨耗情况根据“铁道
线路维修规则”的规定，巾计算机ｎｒ自动算出钢轨的垂直磨耗、水平磨耗和总磨牦，
垂直磨耗在钢轨顶面ｌ／３处（距标准作用边）测蕈，水平磨牦在标准踏面（按标准断
面）下１４ｆＩｌ。处测量，计算总磨耗的公式如下：圈６处理后的
钢轨断面图像
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……．１…
ｗ、＝ｗ、＋了＋ｗｌ，啦．６
““１“”呷８“其巾，Ⅵ，、．ｗ、，ｗｈ分别代表总磨耗、垂血磨耗和水平．廓耗
汁算出的钢轨磨耗值将存人数据库，并且磨耗超限的钢轨断面罔存入罔像库ＩｆＩ，使得测量数据和测量图像的查询、统计等操作１Ｆ常方便
结沦：小系统实现自动、实时、动态测量钢轨磨牦，与手上测量相比，具有精度高、速度快和数据易于维护
等持点，大大提高了铁路工务部门的Ｊ二作效率，应用前景十分Ｊｈ阔．
参考文献
ｗｌＩｈⅫ【ｌｄ—ｍＨｌ（、Ⅲ㈣Ⅲａ”［Ｊ（ｍＴｌｎａｔｌｆｌ【＾坼ｒ】竹ｈＩ。ｓＭＡＩ．１，（，ｗ．ＨＥ（；Ｅｒ）ＵｓｚｓＭｅ㈣ＩｒＰｎｌｅｎｌｏｆｒａｌｌｒｍ蝌－∞ｔＩｏＩｌ
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二何洪涛．何Ｋ江．李华文．等麻用微机图像处理技术实现钢轨磨耗自动测苗的研究［Ｊ］铁道学报，ＩｑⅥ，（４）：”ｊｑ
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钢轨轮廓（磨耗）测量仪 第一节供货范围、技术规格、参数与要求 一、供货需求一览表 序号名称规格型号单位数量交货时间 1 钢轨轮廓（磨耗）测量 仪 台 1 自接到中标通知书起1个月 二、技术要求 正常使用环境条件：周围环境温度：-30～40℃，海拔高度：0～1300m。 （一）钢轨轮廓（磨耗）测量仪 1.1结构性能及技术要求 1.1.1请卖方对钢轨轮廓（磨耗）测量仪的结构及性能按下列组成部分（但不限于此）进行详细描述。 （1）总体构造 （2）外界条件 1.1.2在上述结构性能描述中，要说明各组成部分的构成、规格、数量、功能、重量及工作原理。在说明各组成部分的构造功能时，要说明与竞争对手的产品相比有何特点或优点，与卖方过去的旧型设备相比有何改进；说明在制造过程中应用了什么新技术；说明重要零部件的材质。进行详细描述不限于此。 1.1.3技术要求 （1）适用于铁路钢轨和道岔廓形的高精度检测。 （2）适用于钢轨及道岔磨耗分析。 （3）适用于钢轨连续监测后，对磨耗趋势进行分析。 （4）适用于列车运行线路轮轨关系分析。 （5）适用于打磨车对钢轨的打磨指导。 （6）原装进口主机，为方便使用携带，传感器线内置，整套重量不大于1.5kg,中文操作界面及软件。 （7）现场检测时由笔记本电脑即测即绘出所测钢轨外形及垂磨、侧磨、总磨耗值。现场测量即实时出结果。 （8）仪器须自带陀螺仪，能在现场测量倾角,显示钢轨高低差，并能有效进行高低轨校核。（9）检测精度不低于：±0.011mm，重复性不低于：0.005mm。 （10）仪器能测量轨距，并显示肥边面积、打磨面积及磨耗面积。 （11）仪器可采集分析到轨头宽度、轨顶半径、垂直剩余量、水平剩余量、最大剩余量等参数，提供最全面的科学分析数据。 （12）软件可在所有电脑及win XP、win7、win8操作系统均可安装使用，无需加密狗，软
钢轨波型磨耗概述 1．钢轨波形磨耗的产生机理 钢轨波浪型磨耗(简为波磨)一般有三类：磨损性波磨、塑流性波磨和混合性波磨。轨头有明显的波浪型磨损痕迹，钢轨上呈显可见的波谷与波峰，但无明显磨损凹陷，属于磨损性波磨，也是最常见的一种波浪型磨耗。地铁中产生的主要就是这种磨损性波磨。 根据对波长特征的调查分析，认为磨损性波磨是由于轮对在通过曲线时，轮对扭曲共振导致交替的纵向力，从而在轮对与钢轨间发生纵向滑动而产生波磨。这不仅与轮对的重力角刚度特性有关，而且与曲线曲率及轮轨黏着状态有直接关系，主要是轮轨之间的粘滑振动导致内轨顶面的波磨。当车辆通过曲线半径较小的线路时，由于轮对冲角的改变，轮轨的纵向剪切力超过轮轨黏着极限，轮轨间发生纵向滑动，滑动处形成波谷；滑动后释放了积累的能量，使轮轨又处于黏着状态，轮轨磨损减轻，该处形成波峰。这种粘滑振动不断重复，形成了钢轨表面的波磨。 2．粘滑振动与钢轨波形磨耗的关系 若所有的车辆具有极好的一致性，且运行速度一致，则容易在所经过的曲线上，特别是在圆曲线上形成有规律的振动，这种振动往往使右侧轮子与内轨间发生大的滑动，当轮轨接触面的切向力足以破坏轨道顶面的金属材料时，或使其发生低周疲劳，则波磨就会产生。因此，在一定外界条件共同作用下的粘滑振动是地铁曲线波形磨耗发生的重要原因。任一个外界条件的消失，都能够使波磨消失。 3．波磨容易出现的位置 大量计算分析表明，该粘滑振动的发生规律与现场出现的波磨发生规律相吻合，即这种振动容易出现在曲线内轨的圆曲线上，容易出现在曲线半径较小的区段，容易出现在轮轨粘着条件较好的地下洞内的轨道上，容易出现在轨道刚度较大的整体道床上。 4．钢轨波型磨耗的影响因素（影响粘滑振动的因素） （1）影响粘滑振动的首要因素是蠕滑率和蠕滑力之间的负梯度特性，对粘滑振动形成与否有着决定性作用。 （2）蠕滑力饱和后负斜率不同，可能产生轮对的粘滑振动的频率也不同。蠕滑力饱和后如无下降，无论其他条件如何，均不会发生粘滑振动。 （3）轨道的横向刚度和轮对的扭转和弯曲刚度，轨道的刚度低到一定程度就会使耦合振动消失。调查也发现采用木枕的道岔上没有这种波磨，而整体道床的道岔上有严重的波磨。同样轮对扭转和弯曲刚度的减小也会使耦合振动消失。
铁道行业职业技能鉴定 铁路线路工高级工操作技能考核 准备通知单 试题名称：测量高速铁路曲线钢轨磨耗（无砟轨道） 考核时间：60 min 一、鉴定站准备 1.材料准备 记录用表格。 2.设备设施准备 曲线钢轨磨耗地段100 m线路。 3.工、量、刃、卡具准备 钢轨轮廓仪（台）。 4.考场准备 考试需要在天窗时间内进行，考场要有充足的照明。作业用头灯每人配备一个。 二、考生准备 考生自带劳动保护用品、笔。
铁路线路工高级工操作技能考核试卷 试题名称：测量高速铁路曲线钢轨磨耗（无砟轨道） 一、技术要求 1.能够正确组装仪器，并通过调试使仪器能够正常使用。 2.能够利用仪器检测钢轨的磨耗量。 3.根据检测结果判断钢轨伤损级别，并制定相应的处理方案。 4.作业完毕，整理仪器。 二、考核要求 曲线地段钢轨每10 m各测一处上下股垂磨、侧磨、45度磨耗、总磨耗。 三、考核时限 1.准备时间：0 min。 2.正式操作时间：60 min。 3.计时从考生得到允许作业的命令之时开始，到考生汇报作业完毕之时结束。 4.在规定时间内全部完成，不加分，也不扣分。每超时1 min，从总分扣2分，总超时5 min停止作业。 四、考核评分 考评人数：3人。 评分要点：1.组装仪器的方法正确。2.检测结果及轻重伤钢轨的标记准确。3.提出处理意见。 评分程序：1.作业过程。2.作业质量。 评分规则：1.各项配分扣完为止，不出现负分。2.考评员各自打分，取平均值为总分。 五、否定项 1.未认真执行上下道规定（如未清点工具、材料）。 2.作业中发生磕手碰脚等人身伤害事故。 3.作业完毕工料具发生遗失。
中华人民共和国铁道部部标准 TB 2097-89 钢轨允许磨耗限度 1 主题内容与适用范围 本标准规定了钢轨的垂直磨耗、侧面磨耗及波形磨耗的允许限度。 本标准适用于38、43、50及60kg/m国产与非国产钢轨。 2 总则 2.1 钢轨磨耗超限是钢轨伤损的一种类型。钢轨磨耗量由总磨耗、垂直磨耗与侧面磨耗表征。总磨耗表示由于磨耗而使钢轨头部断面积减少的程度。 总磨耗=垂直磨耗＋侧面磨耗。 2.2 本标准是划分因磨耗而造成的钢轨轻、重伤的依据。磨耗达到重伤限度的钢轨应立即更换，不得再使用于本等级线路上；磨耗轻伤钢轨应注意观察其磨耗的发展趋势及其他类型伤损的相伴发生。 钢轨产生波形磨耗时应及时打磨，波形磨耗钢轨达到允许限值时应立即更换。 2.3 根据下列原则制定钢轨允许磨耗限度； 2.3.1 钢轨磨耗达到允许限度时尚能保证钢轨具有足够的强度与抗弯性能。 2.3.2 钢轨达到允许磨耗限度时机车车辆轮缘在最不利情况下不致接触到接头夹板。 2.3.3 波磨钢轨的波谷深度达到允许限度时不致引起轨道部件的损伤及养护工作量的急剧增加。 3 钢轨允许磨耗限度 3.1 各类钢轨磨耗量达到表1所列数值之一者即为轻伤钢轨。 中华人民共和国铁道部1989-09-01批准 1990-05-01实施
1 TB 2097-89 3.2各类钢轨磨耗量达到表2所列数值之一者即为重伤钢轨。 3.3 波形磨耗分为波纹磨耗与波浪磨耗两种。根据波形磨耗的类型，波谷深度的允许限度值见表3。 注：波纹磨耗波长为30～80mm，波长大于80mm时为波浪磨耗。 4 钢轨磨耗的测量 4.1 钢轨磨耗量测以标准断面为基准。 4.2 垂直磨耗在钢轨垂直中心线处量测。侧面磨耗在钢轨轨顶下14mm处量测，见图1。波形磨耗量测波谷深度。
2010年9月第36卷第9期北京航空航天大学学报J o u r n a l o f B e i j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s S e p t e m b e r 2010 V o l .36 N o .9 收稿日期:2009-07-16 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50727502,60804060);铁道部科技研究开发计划资助项目(2008G 020-C ) 作者简介:孙军华(1975-),男,湖北荆门人,副教授,s j h @b u a a .e d u .c n . 基于结构光视觉的钢轨磨耗测量方法 孙军华 王伟华 刘 震 张广军 (北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191) 摘 要:分析了基于结构光视觉的钢轨磨耗测量原理,提出一种钢轨磨耗车载动态测量方法.结构光视觉传感器安装在列车底部,测量钢轨内侧横断面轮廓.以钢轨轨腰轮廓作为测量基准,利用最近点迭代(I C P ,I t e r a t i v e C l o s e s t P o i n t )算法确定光平面测量坐标系到设计 坐标系的旋转矩阵和平移向量,将测量轮廓与设计轮廓对齐,在此基础上计算磨耗值.与已有的方法相比,该方法无需单独设置用于基准测量的视觉传感器,采用同一传感器实现了基准测量和磨耗测量,有效降低了系统成本,操作性强,且无需进行多传感器的全局校准,保证了测量精度.实验结果表明:该钢轨磨耗测量方法具有较好的重复性精度. 关 键 词:钢轨磨耗;结构光;基准对齐;最近点迭代匹配中图分类号:T N 247 文献标识码:A 文章编号:1001-5965(2010)09-1026-04 R a i l w e a r m e a s u r e m e n t m e t h o d b a s e d o n s t r u c t u r e d -l i g h t v i s i o n S u n J u n h u a W a n g W e i h u a L i u Z h e n Z h a n g G u a n g j u n (S c h o o l o f I n s t r u m e n t S c i e n c ea n dO p t o -e l e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,B e i j i n gU n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s ,B e i j i n g 100191,C h i n a ) A b s t r a c t :T h e p r i n c i p l e o f r a i l w e a r m e a s u r e m e n t b a s e d o n s t r u c t u r e d -l i g h t v i s i o n w a s a n a l y z e d .Am e t h -o d f o r d y n a m i c a l l y m e a s u r i n g r a i l w e a r s i nv e h i c l e -m o u n t e dw a s p r o p o s e d .T h e s t r u c t u r e d -l i g h t v i s i o ns e n s o r w a s i n s t a l l e d a t t h e b o t t o m o f t h e t r a i n ,a n d t h e s e c t i o n p r o f i l e o f t h e r a i l w a s m e a s u r e d .T a k i n g r a i l w a i s t a s m e a s u r e m e n t b e n c h m a r k ,t h e r o t a t i o nm a t r i x a n dt r a n s l a t i o n v e c t o r b e t w e e n l i g h t -p l a n e c o o r d i n a t e f r a m e a n d d e s i g n e d c o o r d i n a t e f r a m e w e r e e s t i m a t e d b y i t e r a t i v e c l o s e s t p o i n t (I C P )a l g o r i t h m ,t h e n ,t h e r a i l w a i s t p r o -f i l e w a s r e g i s t e r e d t o d e s i g n e d p r o f i l e ,b a s e d o n w h i c h t h e r a i l w e a r s w e r e c a l c u l a t e d .C o m p a r e d w i t h p r e v i o u s m e t h o d s ,t h e p r o p o s e d m e t h o d d o e s n o t n e e d a s p e c i a l l y v i s i o n s e n s o r t o m e a s u r e t h e b e n c h m a r k . B e n c h m a r k m e a s u r e m e n t a n d w e a r m e a s u r e m e n t a r e a c h i e v e dw i t h o n e s a m e v i s i o n s e n s o r .S y s t e m c o s t i s e f f e c t i v e l y r e -d u c e d ,a n d i t i s o p e r a b l e .M e a s u r e m e n t a c c u r a c y i s a l s o g u a r a n t e e d d u e t o n o n e e d o f g l o b a l c a l i b r a t i o no f m u l t i -s e n s o r .T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h e r e p e a t a b i l i t y p r e c i s i o n o f t h e m e t h o d i s h i g h . K e y w o r d s :r a i l w e a r ;s t r u c t u r e d -l i g h t ;b e n c h m a r k a l i g n m e n t ;i t e r a t i v e c l o s e s t p o i n t 钢轨磨耗检测是铁路安全运营的重要保证,对于制定合理的铁路运输计划和降低维护成本非常重要 [1-2] .长期以来,对钢轨磨耗的检测都是由 人工采用专用卡尺抽样检测,这种方式效率低下, 无法实现动态测量,且耗费大量人力物力,在测量中不可避免地引入了测量者的人为因素,影响了测量的精度和可靠性. 目前,随着机器视觉测量技术的发展与日臻 成熟,基于结构光视觉的钢轨磨耗测量已受到广泛的重视.磨耗的测量均需选取有效的测量基准,将视觉传感器测量得到的钢轨轮廓与标准设计轮廓对齐,然后根据磨耗定义计算磨耗值.文献[3] 选取钢轨头部未被磨损的一侧作基准,采用一种基于近景摄影测量中的二维直接线性解析纠正方法,通过坐标变换实现左右轮廓图像的对准.该方法光条不易受遮挡,便于在线处理.但需要两个视 DOI :10.13700/j .bh .1001-5965.2010.09.023
Optoelectronics 光电子, 2016, 6(3), 121-125 Published Online September 2016 in Hans. https://www.doczj.com/doc/db17909317.html,/journal/oe https://www.doczj.com/doc/db17909317.html,/10.12677/oe.2016.63017 文章引用: 金铭, 张秀峰. 基于PSD 的钢轨磨耗自动检测装置的开发[J]. 光电子, 2016, 6(3): 121-125. Development of Automatic Measurement Device of Steel Rail Abrasion Based on PSD Ming Jin, Xiufeng Zhang * College of Electromechanical Engineering, Dalian Nationalities University (DLNU), Dalian Liaoning Received: Aug. 26th , 2016; accepted: Sep. 13th , 2016; published: Sep. 16th , 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/db17909317.html,/licenses/by/4.0/ Abstract In order to meet the actual demand, a new detection method of steel rail abrasion based on PSD (Position Sensitive Device) is proposed after research current characteristics and methods of steel rail abrasion detecting equipment at home and abroad. Developed detecting device uses photoe-lectric detector, microprocessor and data analysis. Finally, the paper has carried on the experi-ment and analyzed the results; throughout the experiment, it can conduct the detector with high speed and accurate data and reliable performance. The developed device is portable and accurate detector with human machine conversation function. It improved many disadvantages of hodier-nal detectors, such as low-efficiency, big size, unwieldy mass. Keywords Rail Abrasion, PSD, Microprocessor, Measurement Device 基于PSD 的钢轨磨耗自动检测装置的开发 金 铭，张秀峰* 大连民族大学机电工程学院，辽宁 大连 收稿日期：2016年8月26日；录用日期：2016年9月13日；发布日期：2016年9月16日 Open Access * 通讯作者。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/db17909317.html, 高速铁路钢轨磨耗的分析研究 作者：于家敏 来源：《科学与财富》2020年第02期 摘要：高速铁路列车轴重轻，速度快，钢轨的磨耗有其自身的特点，本文作者通过对全国主要著名的几条高速铁路钢轨磨耗情况的长期跟踪观测，重点分析与总结了高速铁路钢轨的磨耗特点。通过结果表明：高速铁路直线段钢轨的垂直磨耗量与磨耗速度相对比较小，而小半径曲线地段钢轨的侧面磨耗严重，已影响到钢轨的使用寿命。建议在小半径曲线地段使用在线热处理钢轨，同时进行钢轨润滑，以减少钢轨磨耗。 关键词：高速铁路;钢轨;垂直磨耗;侧面磨耗 引言钢轨磨耗是影响钢轨使用寿命的重要因素，按照磨耗的部位的不同，钢轨磨耗分为垂直磨耗与侧面磨耗，其中垂直磨耗在钢轨轨顶面宽三分之一处，距标准工作边测量，侧面磨耗在钢轨踏面，按标准断面下的16毫米处测量。目前，普通速度的钢轨的垂直磨耗，侧面磨耗重伤标准分别是11毫米与19毫米，高速铁路钢轨的垂直磨耗，侧面磨耗重伤标准分别是10毫米和12毫米。直线段钢轨的磨耗以垂直磨耗为主，而曲线段钢轨上股以侧面磨耗为主，下股以垂直磨耗为主。 高速铁路列车轴重轻，速度快，钢轨的磨耗有其自身的特征。我国高速铁路钢轨磨耗虽然己经开展了一些研究。但由于我国高速铁路尚处于运营初期，高速铁路钢轨的磨耗特征及规律还需要持续的跟踪研究。本文通过对我国高速铁路钢轨磨耗情况的长期跟踪测量，分析总结了高速铁路钢轨磨耗的一些规律及特点。研究结果表明：尖轨和基本轨磨耗发展呈现逐渐收敛的趋势;基本轨垂向磨耗在轮载过渡区前后较大，在轮载过渡区相对较小，直尖轨垂向磨耗比曲尖轨更严重;曲尖轨侧向磨耗明显大于直尖轨，在轮载过渡区前侧向磨耗较小，轮载过渡区侧向磨耗明显，基本轨侧向磨耗主要集中在尖轨前端及岔前区域，直基本轨侧向磨耗比曲基本轨更严重。试验结果可为磨耗仿真研究提供试验验证，同时可为高速道岔的养护维修提供科学指导。 一.磨耗的跟踪观测情况 从2008年我国第一条高速铁路开通以来，开始对多条高速铁路钢轨的磨耗情况进行了长期的跟踪观测，测点布置及观测时间。利用轨头廊形测量仪对钢轨测点测量了轨头外形，然后利用软件计算出钢轨的垂直磨耗和侧向磨耗。 二.磨耗的分析与结果 1.直线段钢轨外形与磨耗情况
波浪磨耗测量简介 随着我国大提速和高速铁路的发展，线路状态对列车运行的影响，越来越集中在两个方面：长波长不平顺影响列车运行的舒适度；而短波不平顺，对列车走行部分的影响更为严重。钢轨波浪磨耗，表面擦伤是钢轨短波不平顺的主要表现。严重时，不但加剧车辆走行部的振动，影响行车安全，列车的这种响应，反过来加剧线路状态的恶化。。。 因此，今后钢轨波浪磨耗，表面擦伤等的检测应该随着铁路的高速化更加引起重视。 这里主要介绍波磨检测的新技术。 既然波浪磨耗属于轨道的短波不平顺，前面，介绍高低测量的一些基本问题都适用。首先要解决的问题也是测量基准问题。因此，可以分成两大类，即惯性基准和弦测法。利用轴箱加速度计测量波磨国内外都有大量的研究和论述，这里不再重复。下面介绍一下在最近引进的轨检车中，采用的以弦测法为基础的波磨测量技术。 一概述： 最近引进的轨检技术，波磨测量其中之一是：意大利Tecnogamma 公司的波磨检测装置。以往的波磨测量装置不同，采用弦测法和激光位移测量来实现。现安装于检测中心200公里/小时的轨检车上。 二弦测法 钢轨波浪磨耗检测利用弦测法原理来实现。本系统用三个光电位移计，构成三点不等弦的测量。 : 波磨检测系统的弦测法. 1 第一测量点; 2 第二测量点; 3 第三测量点. 为了在波长从30 mm 到3000 mm 的测量范围内得到最优化的波长测量效果，三个测量点
按照传递函数以一定的距离排列。 具体为: - 第一到第二测量点的距离为19 mm, 称为弦。 - 第一到第三测量点的距离为250 mm，为基准。 用三个光电位移计，构成三点不等弦的测量传感器安装在转向架上，这样系统本身只受第一系弹簧悬挂的影响。这种安装可以在横向和垂直方向得到最好的检测效果。 检测系统可以在波长从10mm 到3000mm 的范围内检测波磨，下图是其传递函数。 短波和中波长的传递函数 三光电位移计： 光电位移计是采用三角测量原理实现的。与钢轨没有任何机械接触，也无需机械定位系统。由线激光束与高速面阵摄像机组成。(如图所示)。