一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统及方法

摘要

本发明公开了一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统，包括进线感应模块、离线感应模块、n个摆杆检测模块、数据库存储模块、上位机通信模块和擦伤数据分析模块；摆杆检测模块包括左摆杆检测模块、右摆杆检测模块以及擦伤数据采集模块；进线感应模块设置在工作轨的进入端，离线感应模块设置在工作轨的离开端，左摆杆检测模块和右摆杆检测模块是相互对称的分别设置在两条工作轨的内侧，n个摆杆检测模块之间是有间隔的设置在工作轨的内侧且总长度大于车轮周长，n为L

说明书

技术领域

本发明涉及铁路机车车辆车轮状态检测技术领域，特别是一种铁路机车车辆车轮在线 擦伤自动检测系统及方法。

背景技术

车轮作为铁路机车车辆走行部的重要部件之一，其运行正常与否直接影响安全行驶。 近年来，我国的铁路车辆经历了多次大提速，从普通列车、特快列车、动车组再到高铁， 呈现出一个前所未有的良好发展态势。可是带来的后果是铁路机车车辆的车轮与钢轨之间 的作用力不断增加，车轮的动态负担也随之加重。与此同时，铁路运输速度和能力的稳步 提升意味着对高速客运提出了更高的要求，这其中特别是铁路机车车辆车轮的安全性尤为 重要。在众多的因素下，踏面滚轮圆处擦伤现象带来的安全隐患问题，成为了铁路机车车 辆故障和事故的重要源头。车轮的安全问题逐渐成为保证车辆安全运行的关键，车轮任何 类型的缺陷异常都将会制约着我国轨道交通事业的发展。

目前，铁路机车车辆车轮的擦伤检测方法主要有静态检测和动态检测两种：静态检测 在车辆静止时完成检测的，它的最大优点是可以对车轮进行彻底全面的检测且精度高，但 检测的时间较长、过程相对复杂；动态检测在车辆正常行驶的时候进行的，因此它的检测 效率相较静态检测要高很多，同时它的检测自动化程度高，不占用车辆的周转时间，便于 存储车轮信息资料，检出率也高，近年来受到重视。动态检测中最为常用也相对成熟的是 利用振动加速度法和平行四边形法构建的擦伤检测系统。图1是利用振动加速度法的擦伤 检测系统示意图，在钢轨上安装测量擦伤引发的异常振动的加速度测量传感器和检测车轮 通过的车轮计数传感器，轨旁还设有能够读取车号、噪声大小等传感器，由这些传感器输 出的数据传送到线路旁的数据收集模块，再与数据处理模块进行通信，对采集到的数据进 行分析和处理。振动加速度法误判率高，低速情况下容易漏检，导致其检测精度较低。图 2a是利用平行四边形法的擦伤检测系统示意图，图2b是利用平行四边形法的擦伤检测系统 的检测部位示意图,它是由四连杆机构和与之一一对应的位移传感器组成，四连杆机构以平 行四边形的布局固定在钢轨上，通过支座将位移传感器固定在四连杆机构一侧的钢轨上， 该装置能实现对行进中的车轮踏面擦伤的在线检测。该装置只能单向运行，列车反向运行 时会造成破坏性冲击，不便于维护。

在申请公布号为CN 102785679A的发明专利中，公开了一种车轮踏面擦伤及不圆度在 线检测装置，图3是一种车轮踏面擦伤及不圆度在线检测装置的截面结构示意图，它主要 包括：工作轨1和轨道夹持块2，所述轨道夹持块2的上侧设置检测装置3，检测装置3包括 外壳4，外壳4的腔体内设有摇臂支架5和摇臂摆杆6，摇臂摆杆6嵌置于摇臂支架5的上侧和 外壳4的上壳体之间，摇臂摆杆6的前段伸出外壳4外向工作轨1延伸设置且摇臂摆杆6的前 端上设有测量杆7，摇臂摆杆6的后端上设有与其固定相连且同轴设置的主动齿轮8，主动 齿轮8的外侧设有与其啮合相连的从动齿轮9，从动齿轮9上设有与其同轴设置的旋转编码 器。其他部件还有：复位弹簧10，夹板11和升降装置12。该专利申请中是车轮踏面与测量 杆接触，不能保证轮缘能够压在测量杆上；该专利申请中摆杆检测模块放置工作轨道的外 侧，因此需要在工作轨道内侧安装用来保证车轮不走蛇形的护轨装置，增加这样的护轨装 置增加了成本。

如何解决现有技术的不足是机车车辆车轮状态检测技术领域亟待解决的重大难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种铁路机车车辆车轮在 线擦伤自动检测系统及方法，本发明将摆杆检测模块放置在检测工作轨道的内侧即可节省 了整个系统的成本，本发明中车轮轮缘接触且水平放置的摆杆保证了轮缘始终能够压在摆 杆上，能够准确判断当前车轮的位置，速度等信息；本发明中的检测方法提高了检测精度， 且使用方便。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统，包括进线感应模 块、离线感应模块、n个摆杆检测模块、数据库存储模块、上位机通信模块和擦伤数据分 析模块；所述摆杆检测模块包括左摆杆检测模块、右摆杆检测模块以及擦伤数据采集模块； 左摆杆检测模块和右摆杆检测模块是相互对称的分别设置在两条工作轨的内侧，n个摆杆 检测模块之间是有间隔的设置在工作轨的内侧且总长度大于车轮周长，其中，n为L₁/L₂的 值加1后取整数，L₁为车轮周长，L₂为单个摆杆检测模块的长度；其中：

进线感应模块，设置在工作轨的进入端，用于当铁路机车车辆以预先设置的车速驶入 所述进线感应模块的检测区域时，输出机车车辆进线标志信号至数据库存储模块；

离线感应模块，设置在工作轨的离开端，用于当铁路机车车辆以预先设置的车速驶离 所述离线感应模块的检测区域时，输出机车车辆离线标志信号至数据库存储模块；

左摆杆检测模块、右摆杆检测模块，用于被车轮轮缘下压时，采集车轮轮缘下压的角 度变化数据，并输出至擦伤数据采集模块；

擦伤数据采集模块，用于接收左摆杆检测模块、右摆杆检测模块输出的车轮轮缘下压 的角度变化数据，并输出至上位机通信模块；

数据库存储模块，用于接收机车车辆进线标志信号和机车车辆离线标志信号；

上位机通信模块，用于实时读取数据库存储模块中的机车车辆进线标志信号和机车车 辆离线标志信号；当上位机通信模块从数据库存储模块中读取到一组完整的机车车辆进线 标志信号和机车车辆离线标志信号后，从擦伤数据采集模块中读取车轮轮缘下压的角度变 化数据，并输出至擦伤数据分析模块；

擦伤数据分析模块，用于对车轮轮缘下压的角度变化数据进行分析处理，获取车轮擦 伤的信息。

作为本发明的一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统进一步优化的方案，所述 左摆杆检测模块、右摆杆检测模块均包括与车轮轮缘接触且水平放置的摆杆、齿轮机构、 在摆杆上设置的与齿轮机构同轴的旋转编码器；当摆杆经车轮的轮缘下压时，摆杆产生角 度变化，齿轮机构用于将摆杆的角度变化放大后再经的旋转编码器处理输出角度变化数据 至擦伤数据采集模块。

作为本发明的一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统进一步优化的方案，所述 摆杆检测模块还包括两个设置在左摆杆检测模块或者右摆杆检测模块两端的车轮定位感 应模块；当铁路机车车辆通过所述车轮定位感应模块的检测区域时，输出触发信号至擦伤 数据采集模块，擦伤数据采集模块根据接收的触发信号得到时间，并根据预先存储的位置 参数，计算出车轮的速度，当速度在预先设置的车速内，则获取的车轮擦伤的信息有效。

作为本发明的一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统进一步优化的方案，所述 进线感应模块、离线感应模块均为光电开关式传感器。

作为本发明的一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统进一步优化的方案，所述 的车轮定位感应模块为涡流式接近开关或者电容式接近开关或者霍尔式接近开关或者光 电式接近开关或者超声波式接近开关或者微波式接近开关。

作为本发明的一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统进一步优化的方案，所述 擦伤数据采集模块包括控制器单元、编码器数据接收单元、编码器数据解码单元、存储单 元、通讯单元和车轮定位数据接收单元；车轮轮缘下压的角度变化数据由编码器数据接收 单元接收，再经编码器数据解码单元解码处理后送至至控制器单元；车轮定位数据接收单 元接收车轮定位感应模块输出的触发信号后送至控制器单元；控制器单元将接收的解码处 理后的角度变化数据输出至存储单元，最后经通讯单元输出至上位机通信模块。

作为本发明的一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统进一步优化的方案，所述 预先设置的车速是匀速的且为1km/h-20km/h。

基于本发明的一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统的检测方法，包括以下步 骤：

步骤一、预先设置曲线上的头区域范围和尾区域范围；

步骤二、将车轮轮缘下压的角度变化数据转换成车轮轮缘下压的深度位移数据，以采 样点为横坐标，深度位移值为纵坐标，获得原始曲线；对原始曲线的头区域、尾区域范围 内的数据曲线进行拟合处理得到新曲线，将该新曲线与原始曲线上相同的采样点所对应的 深度位移值分别相减得到第一差值，再对第一差值进行包络线和光滑插值处理，形成擦伤 示意曲线；当擦伤示意曲线上存在某一采样点的纵坐标满足预设的擦伤深度阈值范围，则 此时车轮受到擦伤，得到擦伤的位置、深度、长度信息；

步骤三、分析原始曲线中除去头区域、尾区域后的中间区域曲线，在该中间区域内首 先找到最大深度位移值对应的最高点，从中间区域第一个采样点位置开始，设置为起始采 样点；

A、依次按采样点的采样时序找到与起始采样点同一深度位移值的点，将该点的横坐 标与起始点的横坐标分别相减得到第二差值，若第二差值满足预设的擦伤长度阈值范围， 则再将最高点的纵坐标与起始点的纵坐标相减得到第三差值，当第三差值也满足预设的擦 伤深度阈值范围，则此时车轮受到擦伤，得到擦伤的位置、深度、长度信息；

B、当第二差值不满足预设的擦伤长度阈值范围或者第三差值不满足预设的擦伤深度 阈值范围时，则重新定位到下一时刻的采样点，设置为新的起始点，重复步骤A。

步骤四、根据以上步骤得到的擦伤的位置、深度、长度信息，对铁路机车车辆车轮的 擦伤情况进行输出与报警。

作为本发明的一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统的检测方法，所述步骤一 中预先设置曲线上的头区域范围是以采样点为采样时序，选取曲线上的前200个采样点； 尾区域范围是以采样点为采样时序，选取曲线上的后100个采样点。

作为本发明的一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统的检测方法，所述预先设 置曲线上的头区域范围和尾区域范围的方法为：车轮轮缘与摆杆检测模块的两端接触时即 下压和离开所对应的摆杆检测模块时会产生跳动曲线，对实际过车数据综合分析形成跳动 曲线发生的区间范围，得到头区域范围和尾区域范围。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明摆杆检测模块包括与轮缘接触且水平放置的摆杆，保证了轮缘始终能够 压在摆杆上，能够准确采集到轮缘下压的角度数据；铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测 系统还能够准确判断当前车轮的位置，速度等信息；

(2)本发明的摆杆检测模块是设置在检测工作轨道的内侧，如此改进，使得原本要 安装在工作轨内测用来保证车轮不走蛇形的护轨装置就不再需要，节省了整个系统的成 本，还能保证检测精度，且使用方便。

(3)采用本发明的系统分析方法，能够准确无误的对擦伤数据进行读取和分析，判 断擦伤的深度、长度、位置等信息，提高了检测的精确度。

附图说明

图1是背景技术中利用振动加速度法的擦伤检测系统的示意图。

图2a是背景技术中利用平行四边形法的擦伤检测系统的示意图。

图2b是背景技术中利用平行四边形法的擦伤检测系统的检测部位示意图。

图3是一种车轮踏面擦伤及不圆度在线检测装置的截面结构示意图。

图4是铁路机车车辆车轮在线擦伤系统组成示意图。

图5是铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统的轨旁安装结构图。

图6摆杆检测模块的测量原理图。

图7是铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统的数据采集模块结构图。

图8是铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统擦伤分析流程图。

图9是铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统的擦伤分析模块解析法流程图。

图10是擦伤数据分析模块处理中间区域的模拟数据实例之局部三角波擦伤数据。

图11是擦伤数据分析模块处理中间区域的模拟数据实例之局部矩形波擦伤数据。

图12是擦伤数据分析模块处理中间区域的模拟数据实例之局部正弦波擦伤数据。

图13是擦伤数据分析模块处理实际现场过车中间区域的无擦伤数据实例a。

图14是擦伤数据分析模块处理实际现场过车中间区域的无擦伤数据实例b。

图15是擦伤数据分析模块处理实际现场过车中间区域的无擦伤数据实例c。

图16是擦伤数据分析模块处理一组现场实际过车采集到的中间区域有擦伤数据实例。

图17是擦伤数据分析模块处理另一组现场实际过车采集到的头区域、尾区域有擦伤 数据实例。

图中的附图标记解释为：1-工作轨，2-轨道夹持块，3-检测装置，4-外壳，5-摇臂支架， 6-摇臂摆杆，7-测量杆，8-主动齿轮，9-从动齿轮，10-复位弹簧，11-夹板，12-升降装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图4所示是铁路机车车辆车轮在线擦伤系统组成示意图。一种铁路机车车辆车轮在 线擦伤自动检测系统，包括进线感应模块、离线感应模块、摆杆检测模块、数据库存储模 块、上位机通信模块、擦伤数据分析模块、擦伤数据采集模块、车轮定位感应模块。整个 系统的主要数据信号大致走向是：进线感应模块、离线感应模块产生进线、离线标志信号 并存入数据库存储模块，上位机通信模块识别数据库存储模块中的这组标志信号；当机车 通过检测区域时，摆杆检测模块采集现场实测数据并送至擦伤数据采集模块，擦伤数据采 集模块再送至上位机通信模块，最后调用擦伤数据分析模块，对采集到的数据进行分析和 判断，若有擦伤存在，进行擦伤的不同等级的报警并形成报告记录文件。该系统能够对机 车车轮进行在线自动擦伤检测，对采集到的数据进行归类分析处理，能够准确快速的判断 车轮踏面滚轮圆处是否有擦伤现象的存在。

如图5所示是铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统的轨旁安装结构图。一种铁路 机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统，包括进线感应模块、离线感应模块、n个摆杆检测 模块、数据库存储模块、上位机通信模块和擦伤数据分析模块；所述摆杆检测模块包括左 摆杆检测模块、右摆杆检测模块以及擦伤数据采集模块；其中，

所述的进线感应模块、离线感应模块的安装设置。所述进线感应模块可以设置在工作 轨的进入端，当铁路机车车辆以预先设置的车速驶入所述进线感应模块的检测区域时，产 生机车车辆进线标志信号，输出给数据库存储模块；离线感应模块可以设置在工作轨的离 开端，铁路机车车辆以预先设置的车速驶离所述离线感应模块的检测区域时，产生机车车 辆离线标志信号，输出给数据库存储模块；

所述的左摆杆检测模块和右摆杆检测模块是相互对称的分别设置在两条工作轨的内 侧，n个摆杆检测模块之间是有间隔的设置在工作轨的内侧且总长度大于车轮周长，其中， n为L₁/L₂的值加1后取整数，L₁为车轮周长，L₂为单个摆杆检测模块的长度，鉴于所检测 的车辆车轮的轮径各异，而本系统是铁路机车车辆车轮踏面擦伤检测，它的轮径一般都较 大，以电力机车为例，其轮径为1250mm，整个有效检测长度就要大于3925mm。同时由于 生产加工的限制和摆杆检测模块的长度有限，一般情况我们采用的摆杆检测模块长度为 1200mm。经过计算可以得知需要四组摆杆检测模块组合才能达到所检测轮径一周的长度 要求。摆杆紧挨着放置又会产生检测盲区，故将四段摆杆检测模块间隔着摆放来实现设计 要求，且第二个摆杆检测模块和第三摆杆检测模块之间间隔距离大于第一摆杆检测模块和 第二摆杆检测模块之间的间隔距离。它的原理是：车轮第一圈从第一个摆杆开始，在离开 第二个摆杆和第三个摆杆检测模块中间结束，也就是第一圈不会到达第三个摆杆。第二圈 开始经过第三个摆杆检测模块，且第三摆杆检测模块映射在车轮上的位置包含第一摆杆检 测模块和第二摆杆检测模块之间的间隔映射在车轮上的位置。再继续通过一段间隔区域， 到达第四个摆杆检测模块，且第四摆杆检测模块映射在车轮上的位置包含第二摆杆和第三 摆杆之间的间隔映射在车轮上的位置。这样车轮踏面的整个一周都将映射到摆杆检测模块 上。另外还考虑到不同轮径和磨耗带来的影响，可以通过改变摆杆之间的间隔距离来满足 要求；

左摆杆检测模块、右摆杆检测模块，用于被车轮轮缘下压时，采集车轮轮缘下压的角 度变化数据，并输出至擦伤数据采集模块；

擦伤数据采集模块，用于接收左摆杆检测模块、右摆杆检测模块输出的车轮轮缘下压 的角度变化数据，并输出至上位机通信模块；

数据库存储模块，用于接收机车车辆进线标志信号和机车车辆离线标志信号；

上位机通信模块，用于实时读取数据库存储模块中的机车车辆进线标志信号和机车车 辆离线标志信号；当上位机通信模块从数据库存储模块中读取到一组完整的机车车辆进线 标志信号和机车车辆离线标志信号后，从擦伤数据采集模块中读取车轮轮缘下压的角度变 化数据并输出至擦伤数据分析模块；

擦伤数据分析模块，用于对车轮轮缘下压的角度变化数据进行分析处理，获取车轮擦 伤的信息。

所述摆杆检测模块还包括两个设置在左摆杆检测模块或者右摆杆检测模块两边的车 轮定位感应模块；当铁路机车车辆通过所述车轮定位感应模块的检测区域时，输出触发信 号至擦伤数据采集模块，擦伤数据采集模块根据接收的触发信号得到时间，并根据预先存 储的位置参数，计算出车轮的速度，当速度在预先设置的车速内，则获取的车轮擦伤的信 息有效。车轮定位感应模块的设置要根据擦伤数据采集模块个数来确定。多个接近开关组 成一组定位感应传感器再对应一个擦伤数据采集模块。

所述预先设置的车速是匀速的且为1km/h-20km/h。预先设置的车速是保证系统检测精 度的重要条件，检测时通过的车速过高会导致在线擦伤自动检测系统数据采集不完整，系 统检测精度受到影响。

所述左摆杆检测模块、右摆杆检测模块均包括与车轮轮缘接触且水平放置的摆杆、齿 轮机构、在摆杆上设置的与齿轮机构同轴的旋转编码器；当摆杆经车轮的轮缘下压时，摆 杆产生角度变化，齿轮机构用于将摆杆的角度变化放大后再经的旋转编码器处理输出角度 变化数据至擦伤数据采集模块。

所述进线感应模块、离线感应模块均为光电开关式传感器。

所述的车轮定位感应模块为涡流式接近开关或者电容式接近开关或者霍尔式接近开 关或者光电式接近开关或者超声波式接近开关或者微波式接近开关。

图6摆杆检测模块的测量原理图。当没有踏面擦伤存在的车轮轮缘压上摆杆检测模块 上，会带动摇臂摆杆产生一定的下压角度，而当有踏面擦伤存在的车轮轮缘压上摆杆检测 模块，会带动摇臂摆杆产生角度变化，再通过主动齿轮传递给从动齿轮，同时摇臂摆杆的 角度变化也随着齿轮传动机构的传动比而放大，从动齿轮上同轴设置的旋转编码器再将数 据处理，两次测量得到的角度变化α，而摆动杆的摆动半径r已知，可以得到踏面的磨耗 情况即擦伤的深度Δh计算公式：

Δh＝r*sinα；

所述擦伤数据采集模块包括控制器单元、编码器数据接收单元、编码器数据解码单元、 存储单元、通讯单元和车轮定位数据接收单元；车轮轮缘下压的角度变化数据由编码器数 据接收单元接收，再经编码器数据解码单元解码处理后送至控制器单元；车轮定位数据接 收单元接收车轮定位感应模块并输出触发信号至控制器单元；控制器单元将接收的解码处 理后的角度变化数据输出至存储单元，最后经通讯单元输出至上位机通信模块。在安装设 置时，一个擦伤数据采集模块负责接收对应的左、右摆杆检测模块的数据。图7是铁路机 车车辆车轮在线擦伤自动检测系统的数据采集模块结构图。擦伤数据采集模块的基本工作 流程是：首先车轮定位数据接收单元接收到有车轮通过的触发信号并通知控制器单元，记 录下接收的触发信号的时间，并根据预先存储的位置参数，计算车轮的速度，编码器数据 接收单元再接收现场实际采集到的擦伤数据，发送给编码器数据解码单元解码数据，再送 控制器单元。控制器单元控制整个系统协调工作，存储数据或者与上位机通信等。

当现场采集到了完整车轮的擦伤数据后，就需要对此数据进行分析处理。在铁路机车 车辆通过的同时，上位机通信模块从数据库中反复读取一组进线和离线标志信号，若收到 该完整的标志信号，则从擦伤数据采集模块中读取整合好的数据，生成检测数据文件。擦 伤数据分析软件，对采集到的数据库存储模块进行分析和判断，若有擦伤存在，则按照规 定进行擦伤的不同等级报警并形成报告记录文件。

图8是铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统擦伤分析流程图，分析算法的核心思 想是对擦伤数据进行分段处理，在数据的头尾区域使用传统的解析法分析，在数据中间区 域使用了一种类似于图像横向填充寻找的分析方式。再将两段分析的结果汇总，并在给定 的擦伤长度和擦伤深度阈值范围，综合判断是否有擦伤现象的存在，并输出擦伤数据的位 置、大小、曲线等。

基于本发明的一种铁路机车车辆车轮在线擦伤自动检测系统的检测方法，包括以下步 骤：

步骤一、预先设置曲线上的头区域范围和尾区域范围；

步骤二、将车轮轮缘下压的角度变化数据转换成车轮轮缘下压的深度位移数据，以采 样点为横坐标，深度位移值为纵坐标，获得原始曲线；对原始曲线的头区域、尾区域范围 内的数据曲线进行拟合处理得到新曲线，将该新曲线与原始曲线上相同的采样点所对应的 深度位移值分别相减得到第一差值，再对第一差值进行包络线和光滑插值处理，形成擦伤 示意曲线；当擦伤示意曲线上存在某一采样点的纵坐标满足预设的擦伤深度阈值范围，则 此时车轮受到擦伤，得到擦伤的位置、深度、长度信息；根据现场实际过车数据和现在工 作人员过往检测经验，擦伤的存在是以长度和深度表征，为此综合分析归纳得到检测时的 另一组通用参数：即预设擦伤长度阈值范围和擦伤深度阈值范围，图9是铁路机车车辆车 轮在线擦伤自动检测系统的擦伤分析模块解析法流程图。；

步骤三、分析原始曲线中除去头区域、尾区域后的中间区域曲线，在该中间区域内首 先找到最大深度位移值对应的最高点，从中间区域第一个采样点位置开始，设置为起始采 样点；；

A、依次按采样点的采样时序找到与起始采样点同一深度位移值的点，将该点的横坐 标与起始点的横坐标分别相减得到第二差值，若第二差值满足预设的擦伤长度阈值范围， 则再将最高点的纵坐标与起始点的纵坐标相减得到第三差值，当第三差值也满足预设的擦 伤深度阈值范围，则此时车轮受到擦伤，得到擦伤的位置、深度、长度信息；

B、当第二差值不满足预设的擦伤长度阈值范围或者第三差值不满足预设的擦伤深度 阈值范围时，则重新定位到下一时刻的采样点，设置为新的起始点重复步骤A。

步骤四、根据以上步骤得到的擦伤的位置、深度、长度信息，对铁路机车车辆车轮的 擦伤情况进行输出与报警。

所述步骤一中预先设置曲线上的头区域范围是以采样点为采样时序，选取曲线上的前 200个采样点；尾区域范围是以采样点为采样时序，选取曲线上的后100个采样点。

所述预先设置曲线上的头区域范围和尾区域范围的方法为：车轮轮缘与摆杆检测模块 的两端接触时即下压和离开所对应的摆杆检测模块时会产生的跳动曲线，对实际过车数据 综合分析形成跳动曲线发生的区间范围，得到头区域范围和尾区域范围。

图10、11、12是擦伤数据分析模块处理中间区域的数据实例，用来验证是中间区域检 测方法准确性。图10是擦伤数据分析模块处理中间区域的模拟数据实例之局部三角波擦伤 数据，图11是擦伤数据分析模块处理中间区域的模拟数据实例之局部矩形波擦伤数据，图 12是擦伤数据分析模块处理中间区域的模拟数据实例之局部正弦波擦伤数据。利用擦伤数 据模拟软件分别模拟出三组擦伤数据，它们的局部擦伤形式分别呈现三角波，矩形波，正 弦波即图10、11、12所示的曲线。它们的数据长度都是1200mm，擦伤起始位置都是600mm， 擦伤的长度都为40mm，擦伤深度都是0.5mm。图中，为了便于直观的理解，是把原始数据 曲线头尾区域处理、中间区域保留，并用深色进行填充，直到寻找到满足预设的擦伤长度 阈值范围和擦伤深度阈值范围的局部擦伤信息。擦伤分析模块得出的结果是：第1轴，左 轮，第1号摆杆，分析曲线代表三角波数据，第2号摆杆是矩形波数据，第3号摆杆是正弦 波数据。由擦伤分析软件得出的三组擦伤信息分别为：三角波数据，位置608.0mm、长度 58.0mm、深度0.48mm；矩形波数据，位置596.0mm、长度50.0mm、深度0.58mm；正弦波 数据，位置602.0、长度46.0mm、深度0.51mm；与实际给定的起始位置600.0mm，擦伤的 长度40.0mm，擦伤深度0.50mm相比，能够准确的识别出擦伤的深度、长度信息，满足系 统的检测精度要求。

图13、14、15是擦伤数据分析模块处理三组现场实际过车采集到的中间区域的无擦伤 数据实例，图13是擦伤数据分析模块处理中间区域的实际现场过车无擦伤数据实例a，图14 是擦伤数据分析模块处理中间区域的实际现场过车无擦伤数据实例b，图15是擦伤数据分 析模块处理中间区域的实际现场过车无擦伤数据实例c。擦伤分析模块得出的结果是：未找 到任何擦伤信息。符合现场车轮人工复核的实际结果。

图16是擦伤数据分析模块处理一组现场实际过车采集到的中间区域有擦伤数据实例， 用来验证是中间区域检测方法准确性。擦伤分析模块得出的结果是：起始位置766.0mm、 长度32.0mm、深度0.35mm；现场车轮人工复核的结果是擦伤长度是35mm，擦伤深度是 0.4mm，满足系统的检测精度要求，而起始位置1121.0mm、长度86.0mm、深度0.16mm， 不满足擦伤长度阈值范围，这里不作为擦伤考虑。

图17是擦伤数据分析模块处理另一组现场实际过车采集到的头区域、尾区域有擦伤数 据实例，用来验证是头区域、尾区域检测方法准确性。图中的e代表：原始数据的曲线，图 中的f代表：原始数据拟合并向下平移后的曲线，图中的g代表：对拟合和原始数据进行差 值后再进行阈值判断、光滑插值、放大处理的曲线，图中的h代表：进行包络线、阈值判 断处理后的擦伤示意曲线，擦伤分析模块得出的结果是：起始位置1174.0mm、长度28.0mm、 深度0.25mm，满足擦伤长度阈值范围，现场车轮人工复核的结果是擦伤长度是35mm，擦 伤深度是0.4mm，基本满足系统的检测精度要求。

在实际工程中，本技术条件适用于铁路机车车辆入库前车轮踏面滚轮圆处在线擦伤自 动检测，检测通过的速度：1-20km/h匀速；擦伤有效检测的轮对部位：滚轮圆处；擦伤深 度检测精度：±0.2mm；系统供电电压：AC220V(中国)，其他地区可定制；轨道旁的设 备供电电压：DC24V；轨道旁的设备供电功率：≤50W；系统工作温度范围：-40℃～70℃； 轨道旁的设备防水等级：IP67。

综上所述，本发明的系统结构设计简单，使用方便且制作的成本低，可适用于不同条 件的现场环境，不同车型轮径的踏面擦伤及不圆度在线检测。另外，以上的实施例仅为说 明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想， 在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明未涉及的技术均 可通过现有的技术加以实现。