车轮踏面缺陷检测专利技术综述

赵益

摘 要： 本文基于专利申请梳理了各种车轮踏面缺陷检测技术的发展历程，并对该技术的专利申请量、主要申请人及其主要技术进行了分析。

关键词： 车轮踏面；缺陷检测；专利分析

1前言

车轮在运行过程中会由于各种原因导致车轮踏面出现不同程度的损伤，这些损伤对行车稳定性、安全性以及各部件的使用寿命会产生严重影响。车轮踏面状态优劣直接关系着轨道车辆的运行安全和服务质量。通过对车轮踏面缺陷的检测，可以及时掌握运行中车辆车轮的状态，以更加准确、合理的方式对车辆进行维护，保证其运行品质。

2专利技术发展历程

车轮踏面缺陷的检测方法分为静态测量和动态测量。按原理划分，主要动态方法包括：监测轮轨作用时产生的振动的“振动加速度监测法”，接触监测踏面偏心距的“接触测量法”，采用现代相机技术的“光电测量法”，以及“涡流法”等，这些各有其优缺点以及适用的环境。

静态测量技术集中在20世纪中后期，波兰、德国于20世70年代研制出轮对自动检查装置，如专利PL16760873A、 DE2537086A，其可同时检测两个车轮的外形参数。

动态监测方法后来居上，逐渐成为车轮缺陷监测的主流方法。前苏联于1951年首次发表了动态接触检测装置（专利SU441654A），通过测量探针的位移值来检测车轮轮辋缺陷；美国和匈牙利也于随后相继研制了类似的技术，如专利US19650441024A （1965）、HU9902642A（1999）；20世纪末期及21世纪初期，中国在接触测量法方面也开始做了一些研究，如专利CN2464595Y（2001）。振动加速度监测法也最先出现于20世纪80年代，瑞典专利SE8006052A（1980）公开了一种滚动车轮轮辋擦伤测量装置，其通过分析加速度值，提取表征踏面缺陷的加速度值检测车轮踏面；在随后的20世纪90年代，日本等国也相继研制出了利用振动加速度监测法的车轮踏面损伤检测装置，中国在该时期也研制出了相应的检测装置，如西南交通大学的专利 CN1065431A（1992）。德国于1985年首次发表光电测量专利DE3526923A，其最早地利用发射激光到轮辋上测量两者之间的距离，随后类似的专利申请开始涌现，如：DK488486A（1986）、WO88/027013（1988）、US20010981174A（2001）等。德国于1998年研制的“轮对自动诊断装置”（DE29811324U），可在车速不大于5km/h时，自动检测车轮断面的几何参数。随后的专利申请均是基于激光摄像的改进，代表性的专利文献有：ESP9501305A （1995）、CN2910707Y（2006）、DE10313191A（2003）、CN200960940Y（2006）、JP25522295A（1995）、RU2009142453A（2009）等。

3专利申请量及分布

通过对车辆车轮踏面缺陷检测专利分析可知，关于车轮踏面缺陷检测的专利申请量整体随时间的增加呈上升趋势，结合其技术发展历程来看，其总体上可以分为几个阶段。

缓慢发展期（1980年以前）：这个时期专利申请量不大，只有德国、苏联等少数国家研制了接触式測量法和静态的光电测量法，专利申请数量也缓慢增长。全面发展期（1980-1995）：该时期的专利申请量呈现了一个跳跃式的增长，这也是由于从20世纪80年代起，车轮轮辋缺陷监测技术实现了全面发展，光电测量法、涡流法、振动加速度测量法等检测方法均在这一时期问世，接触式测量法也在这一时期得到了突破性的发展，相应的专利申请量自然也就全面提高。平稳发展期（1995-2010）：20世纪90年代末期至21世纪初期这个世纪交替的时期，德国、苏联、日本等传统车轮轮辋缺陷监测技术强国保持着技术平稳发展，像中国这样的发展中国家也在这一时期加入了该领域技术发展和专利申请的行列。飞速发展期（2010-2015）：2010年后，通信、光电等技术迅猛发展，成为新时期的旗帜，也带动了车轮轮辋缺陷监测技术的飞速发展，中国也在这一时期成为了专利申请的主要力量。

在各国专利分布中，德国是该领域的技术大国，占比达到了最多的18%，大部分的静态、动态测量方法几乎都由德国首先发表，而德国有关专利的数量也是最多的，其创新力最强，作为该领域的领头羊主导着检测技术的发展。紧跟其后的是日本15%、美国11%、俄罗斯11%以及西班牙11%。中国在该领域的专利占比也达到了8%，我国的车轮轮辋缺陷检测专利最早为1988年（CN88202326U，车轮轮缘踏面联动检测仪），为静态接触检测装置，在21世纪初期开始飞速发展，但在技术上较德国还存在较长时间的滞后，而在近年，我国高速铁路发展迅速，各轨道交通公司以及西南交通大学等高校大力研究和创新技术，加之对专利的愈加重视和利用，轮辋检测装置得到了很大的改进和突破，正在紧追德国等技术强国。

4主要申请人及其技术分析

德国的两家铁路分司黑根沙伊特-MFD有限公司及两合公司、古特霍夫农舒特拉特沙特斯股份公司作为核心技术发明最早的两大公司，其拥有最多车轮轮辋缺陷检测专利，其余像INT （美国）、TOSHIBA（日本）、MOSC（俄国）、MITSUBISHI（日本）等几家公司专利数量占比也较高。值得注意的是，中国高校申请所占比也达到了6%，以西南交通大学为代表的高校在光电测量法检测装置方面的研究达到了较高的水平，也申请了相当数量的专利，为中国该领域的创新发展做出了突出的贡献。

德国的古特霍夫农舒特拉特沙特斯股份公司是最早申请动态光电踏面检测装置的申请人，其最早研究这一核心技术。最初研制的激光测距（DE3526923A），可以通过发射激光到轮辋上测量两者之间的距离，再通过距离比较得到轮辋（即踏面）的缺陷值；而后发展到利用摄像机进行拍照（DE29811324U），通过图像分析处理啊来得到车轮轮辋的外形状况，其测量精度及全面性进一步提高；由于激光受拍摄设备和环境因素影响较大，而后的技术主要在摄像机的位置设置、数据的校正及处理等方面进行改进，进一步提高其测量精度和减小外界因素的干扰；从开始研究到成熟阶段，之间经历了20几年的发展历程。

中国的铁路公司以及高校在21世纪以来成为该领域重要申请人，其中铁路公司的主要代表是中车集团；而高校方面，最具代表性的有西南交通大学。中外申请人在动态光电测量法检测专利申请的起步时间相差了20年左右，但是中国申请人技术进步的速度要远超德国古特霍夫农舒特拉特沙特斯股份公司。一方面由于投入了大量的资源进行研究，另一方面也由于国外大量专利为我国的技术改进提供了良好的参考和基础。随着国家对创新的鼓励与支持，相信在不久的将来，我国车轮踏面缺陷检测技术就将追上德国等技术大国甚至超越。

5结语

本文从专利的角度对车轮踏面缺陷检测技术进行统计分析，介绍了主要检测方法的发展历史及趋势，并重点关注了主要申请人的技术和专利分布，对该领域技术了解具有很大帮助。■

参考文献

[1]马林. 车轮踏面外形几何参数的监测技术[J]. 国外铁道车辆， 1998（6）：40-41.

[2]张渝，王黎，高晓蓉，等. 国内外车轮踏面损伤监测技术综述[J]. 机车车辆工艺，2002，2（l）：2-3.