201110309958.5、 发明名称为 "一种轮对故障动态检测数据处理方法和系统 的中国专利申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域 本发明涉及列车检测技术领域， 更具体地说， 涉及一种轮对故障动态检测 数据处理方法和系统。

背景技术 轮对是机车车辆上与钢轨相接触的部分，由左 右两个车轮牢固地压装在同 一根车轴上，轮对的作用是保证机车车辆在钢 轨上的运行和转向， 为了保证机 车车辆运行平稳， 降低轮轨相互作用力和运行阻力， 车轴轴颈和车轮踏面的加 工橢圓度和偏心度都有严格的限定（所述踏面 是车轮与钢轨面相接触的外圓周 面）。

现有的针对火车车轮踏面表面缺陷日常检测领 域包括车轮踏面擦伤及不 圓度在线动态检测装置，或是机车车辆轮对缺 陷在线动态检测用电磁超声换能 器进行车轮踏面剥离缺陷，或是机车车辆轮对 外形尺寸在线动态检测装置进行 轮对外形尺寸超限参数检测。

上述检测方法均是通过采集多种传感器信号， 对单一的轮对的参数进行处 理， 而未能针对轮对的各种可能故障数据做出全面 检测和处理。 另外， 现有的 电磁超声换能器采用单线圏的方式进行采集信 号的传输，而该种传输方式易受 到电磁干扰， 不利于轮对故障数据的处理准确性。

发明内容 有鉴于此， 本发明提供一种轮对故障动态检测方法和系统 ， 以实现轮对各 种可能的轮对故障数据全面检测和处理，并通 过改进电磁超声换能器的绕线方 式改善轮对故障数据处理准确性。

一种轮对故障动态检测数据处理方法， 包括：

在列车入库时， 将采集的轮对外形尺寸数据、 车轮擦伤数据、 轮对踏面裂 纹及材料剥离缺陷数据处理后得到检测结果， 所述检测结果包括轮对外形尺寸 数据检测结果、 踏面擦伤检测结果和踏面裂纹剥离检测结果；

根据所述检测结果绘制车轮外形尺寸检测曲线 和踏面裂纹剥离检测曲线。 为了完善上述方案， 采集的轮对外形尺寸数据具体为： 采用光截法测量 并计算车轮外形轮廓数据、 轮缘厚度数据、 轮缘高度数据和轮缘斜度数据， 以 及， 采用光截法中的三点测量法进行车轮直径测量 ；

按照预设规则计算采集的车轮擦伤数据具体为 ：利用位移法计算车轮擦伤 及轮对不圓度数据；

按照预设规则计算轮对踏面裂纹及材料剥离缺 陷数据具体为：利用电磁超 声波换能器探测并计算轮对踏面裂纹和 /或材料剥离缺陷。

作为优选，在所述电磁超声换能器的导磁性 E型骨架上分别绕制两组发射 线圏和两组接收线圏， 所述两组接收线端在物理位置上相差半个超声 波波长。

所述方法还包括： 通过光截法测定轮对内距。

一种轮对故障动态检测数据处理系统，在列车 入库时对轮对故障动态检测 数据的处理， 包括：

尺寸检测模块， 用于采集并处理轮对外形尺寸数据；

擦伤检测模块， 用于采集并处理车轮擦伤数据；

探伤检测模块， 用于采集并处理轮对踏面裂纹及材料剥离缺陷 数据； 数据处理服务器，用于参照上述模块处理后得 到的检测结果绘制轮对外形 尺寸数据检测曲线和踏面裂纹剥离检测曲线， 所述检测结果包括轮对外形尺寸 数据检测结果、 踏面擦伤检测结果和踏面裂纹剥离检测结果。

为了完善上述方案还包括： 车号识别模块， 用于读取所述列车电子标签信 息识别列车车号。 从上述的技术方案可以看出，本发明实施例的 检测数据处理方法通过在列 车入库时将轮对可能存在的各种故障进行集中 检测， 并结合光截法、位移法及 电磁超声波换能器分别针对轮对外形尺寸、车 轮擦伤及踏面裂纹及材料剥离缺 陷进行相应测量和计算， 不仅故障参数检测集中度及完整度提高，且改 善了现 有技术中对轮对单一故障参数检测的处理方式 ，达到了对各种可能的轮对故障 数据全面检测和处理技术效果； 另外， 电磁超声换能器采用双线圏绕制方式， 接收线圏的两个线端在物理位置上相差半个超 声波波长，从而探头采集的信号 中有用信号（周期回波信号及缺陷回波信号） 相差 180° 相位， 并使两路信号 的噪声信号相位差不具有 180。 的相位差关系， 从而达到抑制噪声的目的。

附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中 的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作筒单 地介绍，显而易见地， 下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 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的附图。

图 la为本发明实施例公开的一种现有技术中， 轮对故障动态检测电磁超 声换能器绕线示意图；

图 lb 为本发明实施例公开的一种轮对故障动态检测 数据处理方法流程 图；

图 lc为本发明实施例公开的一种轮对故障动态检� ��数据方法轮对外形尺 寸数据处理原理示意图；

图 Id为本发明实施例公开的一种轮对故障动态检� ��数据方法车轮直径数 据处理原理示意图；

图 le为本发明实施例公开的一种轮对故障动态检� ��数据方法电磁超声波 换能器波形数据示意图；

图 2a 为本发明实施例公开的一种轮对故障动态检测 数据处理方法流程 图；

图 2b为本发明实施例公开的一种轮对故障动态检� ��数据处理方法的电磁 超声换能器的导磁性 E型骨架绕线示意图；

图 3 为本发明实施例公开的一种轮对故障动态检测 数据处理系统结构示 意图。

具体实施方式 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， 所描述的实施例仅是本发明一部分实施例， 而不是全 部的实施例。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。

在进行实施例的描述之前， 需要首先说明的是： 车的关键部件， 其质量的好坏直接影响到行车安全， 由于列车行经之处运行里 程长且运行环境各异，且现有的列车运行速度 不断提升，对于轮对的故障检测 和处理的力度提出更高要求。

目前针对车轮的检测多为单纯车轮对踏面的动 态检测，该种检测基于电磁 超声换能器， 利用电磁超声波换能器的绕制线圏（高频线圏 、 发射线圏和接收 线圏）， 当高频线圏通过高频电流时在所述换能器上， 与所述轮对踏面接触的 趋肤层内产生涡流， 进而在换能器的导磁性 E型骨架（如图 la所示） 的作用产 生超声波波源， 并以所述发射线圏发出， 所述接收线圏接收， 由于现有的电磁 超声换能器采用单线圏的方式进行采集信号的 传输，而该种传输方式易受到电 磁干扰， 不利于轮对故障数据的处理准确性。

另夕卜， 车轮踏面擦伤及不圓度在线动态检测的技术也 有一定的应用， 由于 列车在高速行进时车轮行驶至擦伤位置时， 将脱离轨道面而出现腾空，腾空时 间的长短与擦伤的大小有关； 通过电信号来测量轮对腾空时间，通过腾空时 间 与擦伤程度的对比， 得出车轮擦伤程度。 然而， 该种测试方法无法实现短途及 慢速的轮对故障检测， 则对于轮对故障检测数据实时而全面的处理问 题来说， 形成的应用上的阻碍，从而产生了现有技术中 轮对故障参数单一及测定参数不 准确的问题。 故而该发明的实施例有针对性地解决了上述问 题，提出了一种轮对故障动 态检测数据处理方法和系统，以实现轮对各种 可能的轮对故障数据全面检测和 处理， 并通过改进电磁超声换能器的绕线方式改善轮 对故障数据处理准确性。

现就本发明的实施例进行具体说明：

图 lb示出了一种轮对故障动态检测数据处理方法� �� 包括：

S11 : 分别采集轮对外形尺寸、 车轮擦伤数据、 轮对踏面裂纹及材料剥离 缺陷数据；

需要指出的是， 上述数据的采集所用的方式方法不做局限， 可配合针对数 据处理方法进行相应采集。

S12: 将采集的轮对外形尺寸数据、 车轮擦伤数据、 轮对踏面裂纹及材料 剥离缺陷数据处理后得到检测结果，所述检测 结果包括轮对外形尺寸数据检测 结果、 踏面擦伤检测结果和踏面裂纹剥离检测结果；

所述轮对外形尺寸数据包括： 车轮外形轮廓数据、轮缘厚度数据、 轮缘高 度数据和轮缘斜度数据，在本实施例中， 采用光截法测量上述轮对外形尺寸数 据，通过线光源照射车轮踏面形成从轮缘到踏 面的光截曲线， 该光截曲线包括 了踏面外形尺寸信息，并利用与所述线光源入 射方向呈预设角度的面阵电荷耦 合元件 CCD拍摄车轮外形光截曲线图像，将获取的外形 曲线与标准曲线比较得 到车轮外形关键测量点的尺寸， 如图 lc所示；

以及：

轮对的车轮直径也属于轮对外形尺寸数据，本 实施例采用基于光截法的三 点测量法来获得车轮直径， 即， 利用两个方向入射的线光源在踏面形成光截曲 线图像，求出两个踏面测量点的坐标，再利用 已知的轮轨接触点（坐标原点 ) , 通过三点法即可测得车轮直径， 如图 Id所示；

而对于车轮擦伤数据，则是通过测量车轮一周 的轮缘顶点与车轮踏面与钢 轨接触点之间相对高度的变化得出， 由于在轮对存在踏面擦伤后，擦伤处圓周 半径减小，使得擦伤处的轮缘顶点相对于车轮 与钢轨接触点的高度差低于无擦 伤处的高度差， 则可利用高度差的变化反应车轮踏面受损的信 息， 则将测得的 一周的轮缘顶点的相对位移分布情况分析后， 得到车轮踏面的完整擦伤信息； 轮对踏面裂纹及材料剥离缺陷数据则采用电磁 超声波换能器对轮对表面 预设取向上的探伤进行， 车轮通过探头时，探头上的发射线圏在踏面上 激发出 超声表面波， 由于表面波在遇到缺陷时将出现于回波不同特 性的波状， 分析缺 陷回波状则可获知轮对踏面裂纹及材料剥离缺 陷等问题， 如图 le所示。

需要特别指出的是：

上述分别针对轮对外形尺寸数据、车轮擦伤数 据及轮对踏面裂纹及材料剥 离缺陷数据选定在列车入库时，对轮对经过测 试系统的选定测试点进行， 由于 各个数据所需检测的测试点不尽相同， 而根据实际检测需求预设， 所述需求预 设基于采用的数据方法， 在此不做具体限定及局限。

而将这些数据的采集安排于列车入库时进行， 目的在于集中地高效地对轮 对运行期间产生的故障全面和准确测定， 进而对发现的车轮故障进行及时处 理， 此外克服了现有技术中在列车高速运行检测故 障准确性低的问题。

S13: 根据所述检测结果绘制车轮外形尺寸检测曲线 和踏面裂纹剥离检测 曲线。

所述车轮外形尺寸检测曲线对应的是轮对外形 尺寸数据的处理结果，所述 踏面裂纹剥离检测曲线对应的是轮对踏面裂纹 及材料剥离缺陷数据的处理结 果；

由步骤 S12可知， 在本实施例中， 轮对外形尺寸数据采集和处理， 采用光 截法对应设备及方法进行， 得到车轮外形轮廓数据、 轮缘厚度数据、 轮缘高度 数据和轮缘斜度数据后绘制当前检测曲线便于 分析基于轮对变形等方面的故 障类型、 等级和维修措施；

所述轮对踏面裂纹剥离检测曲线对应轮对踏面 裂纹及材料剥离缺陷数据， 所述轮对踏面裂纹及材料剥离缺陷数据采用电 磁超声波换能器处理方法实现。 绘制轮对踏面裂纹剥离波形曲线便于分析基于 轮对踏面裂纹及剥离方面的故 障类型、 等级和维修措施。

图 2a示给出了一种轮对故障动态检测数据处理方� ��， 包括：

S21 : 分别采集轮对外形尺寸数据、 车轮擦伤数据、 轮对踏面裂纹及材料 剥离缺陷数据； S22: 将采集的轮对外形尺寸数据、 车轮擦伤数据、 轮对踏面裂纹及材料 剥离缺陷数据处理后得到检测结果，所述检测 结果包括轮对外形尺寸数据检测 结果、 踏面擦伤检测结果和踏面裂纹剥离检测结果；

相对于上一实施例，在本实施例中， 所述轮对外形尺寸数据的测量还包括 了通过光截法测定轮对内距的内容， 所述轮对内距，轮对中的左轮和右轮内侧 固定距离， 测量时利用测量轮对外形曲线， 左右车轮内侧面基准线在光截图像 中的偏移量获得。

在本实施例中，轮对踏面裂纹及材料剥离缺陷 数据处理过程中，针对电磁 超声换能器做出了改进， 即， 在所述电磁超声换能器的导磁性 E型骨架上分别 绕制两组发射线圏和两组接收线圏，所述两组 接收线端在物理位置上相差半个 超声波波长， （如图 2b所示）， 从而保证电磁超声换能器的探头采集的信号中 有两路相差 180。 相位差， 有用信号 （周期回波信号及缺陷回波信号）之间也 存在 180° 的相位差关系， 而噪声信号由于具有随机性， 两路信号的噪声信号 之间不具有 180° 的相位差关系，利用该规律可剔除这种不满足 180° 相位差关 系的噪声信号，从而使得现在提取有用信号的 同时剔除了电磁干扰等信号， 达 到噪声抑制的目的。

S23: 根据所述检测结果绘制车轮外形尺寸检测曲线 踏面裂纹剥离检测曲 线；

S24: 读取所述列车电子标签信息识别列车车号。

通过读取列车电子标签识别列车车号的方式， 对入库的列车轮对故障状态 做出与列车车号的对应关系， 以便获知当前轮对故障及历史数据查询。

S25: 构建并更新基于所述车轮外形尺寸检测曲线、 踏面擦伤检测结果和 踏面裂纹剥离的波形曲线的数据库；

作为优选， 所述数据库可采用 SQL Server2000构建形式， 以保证数据的安 全性和可靠性并可结合用户界面方便检测结果 查询和导出等。

图 3a示出了一种轮对故障动态检测数据处理系统� ��在列车入库时对轮对故 障动态检测数据的处理， 包括：

尺寸检测模块 31 , 用于采集并处理轮对外形尺寸数据；

擦伤检测模块 32, 用于采集并处理的车轮擦伤数据； 探伤检测模块 33 , 用于处理采集并处理轮对踏面裂纹及材料剥离 缺陷数 据；

探伤检测模块 33具体为电磁超声换能器， 该电磁超声换能器的导磁性 E 型骨架上分别绕制两组发射线圏和两组接收线 圏 ,所述两组接收线端在物理位 置上相差半个超声波波长。 更为详细的原理及有益效果说明详见图 2b图示及 其对应说明。

数据处理服务器 34, 用于参照上述模块处理后得到的检测结果绘制 轮对 外形尺寸数据检测曲线和踏面裂纹剥离检测曲 线，所述检测结果包括轮对外形 尺寸数据检测结果、 踏面擦伤检测结果和踏面裂纹剥离检测结果。

数据处理服务器 34嵌入关系系统 SQL系统，以保证数据的安全性和可靠 性并可结合用户界面方便检测结果查询和导出 等，然而并不局限于该种列举形 式。

图中还示出了车号识别模块 35 , 用于读取所述列车电子标签信息识别列 前轮对故障及历史数据查询。

综上所述：

本发明实施例的检测数据处理方法通过在列车 入库时将轮对可能存在的 各种故障进行集中检测， 并结合光截法、位移法及电磁超声波换能器分 别针对 轮对外形尺寸、车轮擦伤及踏面裂纹及材料剥 离缺陷进行相应测量和计算， 不 仅故障参数检测集中度及完整度提高，且改善 了现有技术中对轮对单一故障参 数检测的处理方式，达到了对各种可能的轮对 故障数据全面检测和处理技术效 果； 另外， 电磁超声换能器采用双线圏绕制方式， 接收线圏的两个线端在物理 位置上相差半个超声波波长，从而探头采集的 信号中有用信号（周期回波信号 及缺陷回波信号）相差 180° 相位，并使两路信号的噪声信号相位差不具有 180 。 的相位差关系， 达到抑制噪声的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述， 每个实施例重点说明的都是 与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相 同相似部分互相参见即可。对于 实施例公开的装置而言， 由于其与实施例公开的方法相对应， 所以描述的比较 筒单， 相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所 公开的实施例描述的各示例 的单元及算法步骤， 能够以电子硬件、 计算机软件或者二者的结合来实现， 为 了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述 说明中已经按照功能一般性地描 述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬 件还是软件方式来执行，取决于 技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技 术人员可以对每个特定的应用来 使用不同方法来实现所描述的功能， 但是这种实现不应认为超出本发明的范 围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法 的步骤可以直接用硬件、处 理器执行的软件模块， 或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随 机存储器 ( RAM )、内存、只读存储器（ ROM )、电可编程 ROM、电可擦除可编程 ROM、 寄存器、 硬盘、 可移动磁盘、 CD-ROM, 或技术领域内所公知的任意其它形式 的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业 技术人员能够实现或使用本 发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术 人员来说将是显而易见 的， 本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明 的精神或范围的情况下， 在 其它实施例中实现。 因此， 本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例 ， 而 是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。