CN101231157A - 铁路工务起拨道激光测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路工务起拨道激光测量仪，包括激光发射器装置、测量装置和两个行走小车，激光发射器装置和测量装置分别安装在一个行走小车上；激光发射装置和测量装置上安装有无线通信装置；激光发射装置包括起道激光器、拨道激光器、激光数据处理器和显示器；测量装置包括光学镜头、CCD传感器、测量数据处理器、显示器和水平传感器。本发明利用激光作为基准线，CCD传感器为瞄准检测器，解决了铁路工务部门长距离(200m以上)钢轨起道和拨道量的测量问题，可对铁道线路平顺性进行高精度检测，为铁路养护提供可靠的测量依据，测量精度高，提高了作业效率，降低了工人的劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁路工务部门对钢轨起拨道作业的测量仪器，具体而言是用于铁路钢轨大平、找偏差和配合工务大机作业的一种仪器设备。
背景技术
铁路钢轨经过长时间运行会影响平顺性，直线轨道变成了由许多波浪形“曲线”组成的轨道，曲线轨道不再圆顺，会引起列车的摇晃和蛇行运动，列车通过这些钢轨时，冲击动力增加，使道床变形加快，反过来又扩大了不平顺，从而使列车对轨道的破坏力更大，以致形成恶性循环。而且轨道的平顺差还会使列车轮轨接触表面受到大的冲击动力作用，加速轮轨的磨损和疲劳破坏，缩短轮轨和轨枕的寿命，潜伏着对行车安全的威胁，这就需要对钢轨进行调整即起道和拨道作业。老线路钢轨磨损严重，平顺性较差，需要经常维护，工作量很大，也严重影响了列车的速度进一步提高。
目前铁路工务部门对钢轨的平顺性测量还是采用较为传统的——目视测量方法，对铁道线路几何状态进行维修养护存在诸多的不足；这些传统的测量方法受环境和人为因素的影响较大，良好大气状况下人眼仅能目测40m-60m，且不能量化，在光线较暗或者是晚间基本就无法保证正常的工作；面对提速带来的压力，铁路工务部门使用全站仪测量长区段的大平，提高轨道的平顺性，也只能在白天作业、操作麻烦且安装不方便，使用上有很大局限性。
国内近年来对铁路轨道平顺检测有所研究，但都是测量10m和20m弦的高低和轨向的便携式仪器设备，不能在长轨道区段测量，一般在直线段是10m、曲线段是20m弦，在大于200m的轨道区段，如果利用10米弦(精度为±1mm)来推算到200m的轨道区段，误差远远大于实际要求，不能满足现在长区段(不小于200mm)作业的要求。
我国铁路提速和高速铁路的建设对铁路轨道的平顺提出了更高要求，不论是在施工中，还是在线路的日常维护中，都急需一种能够对铁路轨道长区段平顺性进行测量的检测仪器。
目前，国内外还没有利用十字激光基准线测量长轨道区段的方法和指导起拨道作业的便携式测量仪器。
发明内容
本发明针对现有铁路工务部门对钢轨起、拨道的平顺性测量技术存在的测量精度差、效率低、劳动强度大、而其他检测方式无法满足铁路工务部门施工作业和日常线路检测的要求，不能适应铁路的快速发展的问题，提供一种能够测量轨道长区段的(不低于200m)大平、找平顺偏差、能够配合大机作业的铁路工务起拨道激光测量仪，该测量仪适用于铁路工务部门施工作业和日常线路检测，能对铁路轨道平顺性进行检测，包括起道量和拨道量，还可以测量长区段的高低和轨向等参数，并能够把数据传送到计算机，可以对数据进行分析。
本发明采用以下技术解决方案：
铁路工务起拨道激光测量仪包括激光发射器装置、测量装置和两个行走小车，激光发射器装置和测量装置分别安装在一个行走小车上；激光发射装置和测量装置上安装有无线通信装置，两者通过无线方式通信；激光发射装置包括起道激光器、拨道激光器、激光数据处理器和显示器，起道激光器和拨道激光器通过控制元件与激光数据处理器连接，显示器与激光数据处理器连接，起道激光器和拨道激光器使用线光源，发射出的激光组成十字丝形状，通过调整激光位置来瞄准测量装置；测量装置包括光学镜头、CCD(电荷耦合器件)传感器、测量数据处理器、显示器和水平传感器，光学镜头设置在CCD传感器的前面，CCD传感器通过驱动和接收电路与测量数据处理器连接，显示器和水平传感器均与测量数据处理器连接。利用光学镜头、CCD传感器、测量数据处理器来测量起道激光器、拨道激光器所发射的激光位置，水平传感器用以修正测量的激光位置，激光发射装置和测量装置通过无线方式通信。
行走小车由侧轮、行走轮、推杆和车架组成，车架呈丁字型，侧轮和行走轮互相垂直且配对安装在车架两端，一端安装有两对，一端安装有一对，推杆安装在车架上。
在测量时将安装了激光发射装置和测量装置的行走小车放置在轨道区段的两端，激光发射装置固定不动，打开激光发射装置的起道激光器和拨道激光器发射出十字激光光源，测量装置中的光学镜头拾取激光信号，将当前激光位置信号成像在CCD传感器上，CCD传感器将图像由光信号转换为电信号，测量装置中的测量数据处理器发出驱动信号接收CCD传感器转换后的信号，对图像进行处理，得出当前激光的位置，并将该激光位置数据以无线传输方式发送到激光发射器装置的数据处理器并显示在显示器上，操作者通过显示的数据调整激光与测量装置对中。对准中心后，以中心位置作为基准线，即可进入测量状态。推动测量装置的行走小车，每隔一定的距离(如1m)进行一次测量，直至完成测量工作。测量装置可采集水平传感器输出的水平数据，对测量当前激光位置的结果进行修正，得到起道量和拨道量。可以把数据上传至计算机，对数据进行分析；也可以把行走小车置于起拨道机的前面，根据测量出来的数据，指导起拨道机工作。
本发明利用激光作为基准线，CCD传感器为瞄准检测器，解决了铁路工务部门长距离(200m以上)钢轨起道和拨道量的测量问题，即实现了大平、找偏差和配合大机作业，方便了铁路施工检查和日常线路维护使用。可对铁道线路平顺性进行高精度检测，为铁路养护提供可靠的测量依据，测量精度高，提高了作业效率，降低了工人的劳动强度。
附图说明
图1是本发明铁路工务起拨道激光测量仪的激光发射装置的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是本发明铁路工务起拨道激光测量仪的测量装置的结构示意图。
图4是本发明中激光发射装置的控制原理框图。
图5是本发明中测量装置的控制原理框图。
图6是本发明中测量装置的CCD传感器的驱动和接收电路原理框图。
其中：1、侧轮，2、行走轮，3、紧固旋钮，4、调节旋钮，5、激光数据处理器，6、提手，7、起道激光器，8、拨道激光器，9、推杆，10、车架，11、把手，12、液晶显示器，13、锁紧旋钮，14、CCD传感器，15、光学镜头，16、液晶显示器，17、测量数据处理器，18、水平传感器。
具体实施方式
本发明的铁路工务起拨道激光测量仪包括激光发射装置、测量装置和行走小车，激光发射装置和测量装置各自分别安装在一个行走小车上。激光发射装置和测量装置上安装有无线通信装置，两者通过无线方式通信。行走小车由侧轮1、行走轮2、推杆10和车架11组成(参见图1)，车架11呈丁字型(参见图2)，行走小车的行走轮2和钢轨上表面接触，侧轮1和钢轨侧面接触，推杆10安装在车架11上面，不使用时可以拆卸下来。车架11上面安装有把手12，操作者手持把手12可以使行走小车方便地上下道。
如图1所示，激光发射装置通过紧固旋钮3固定在行走小车上，激光发射装置包括起道激光器8、拨道激光器9、激光数据处理器5和液晶显示器12，在激光发射装置上安装有调节旋钮4，用以调整起道激光器8和拨道激光器9在上下左右方向上的位置，其上还设有提手6。起道激光器8和拨道激光器9使用线光源，发射出的激光组成了十字丝形状。如图4所示，激光数据处理器5采用微控制器MCU1，起道激光器8和拨道激光器9通过控制元件场效应功率管与微控制器MCU1连接，微控制器MCU1负责通过控制元件场效应功率管打开或关闭起道激光器8和拨道激光器9，并通过串口以无线传输方式与测量装置通信，并将测量装置传送过来的激光位置数据在液晶显示器12上显示出来，操作者通过显示的数据调整激光与测量装置对中。与激光数据处理器5连接的还有鼠标和电源。测量时，安装有激光发射装置的行走小车放置在作业轨道区段的一端，启动起道激光器8或拨道激光器9，发射出十字基准激光源，旋转激光发射装置的调节旋钮4用以对中瞄准。激光发射装置和测量装置上安装有无线通信装置，两者通过无线方式通信，用以使起拨道激光器对中。
如图3所示，测量装置通过锁紧旋钮13固定在另一个行走小车上，测量装置包括光学镜头15、CCD传感器14、测量数据处理器17、液晶显示器16和水平传感器18，光学镜头15设置在CCD传感器14的前面。如图5所示，测量数据处理器17采用微控制器MCU2，CCD传感器14通过CCD驱动和接收电路与测量数据处理器17连接，水平传感器18也与测量数据处理器17连接。如图6所示，CCD传感器14的驱动和接收电路采用目前通用电路，包括时钟发生器、脉冲分配器、运算放大器和高速A/D转换器，由时钟发生器产生高频时钟信号，送往脉冲分配器，转换为CCD传感器14所需要的垂直驱动脉冲、水平转换脉冲、复位脉冲及桢和像元脉冲，CCD传感器14输出的图像信号送往运算放大器，经高速A/D转换器把模拟信号转换为数字信号，送往测量数据处理器17进行数据处理。微控制器MCU2主要负责接收CCD信号、数据采集处理和系统控制，完成了数据计算、显示和存储；通过键盘完成了操作者对整个系统的控制。CCD传感器14可以使用线阵CCD或面阵CCD。与测量数据处理器17连接的还有电源。
测量时激光发射装置的起道激光器8和拨道激光器9发射出十字激光光源，光学镜头15拾取激光信号，将当前激光位置信号成像在CCD传感器14上，CCD传感器14将图像由光信号转换为电信号，测量装置中的测量数据处理器17发出驱动信号接收CCD传感器14转换后的信号，对图像进行处理，得出当前激光的位置，并采集水平传感器18输出的水平数据，对测量当前激光位置的结果进行修正，得到起道量和拨道量。
Claims (2)
1.一种铁路工务起拨道激光测量仪，其特征是：包括激光发射器装置、测量装置和两个行走小车，激光发射器装置和测量装置分别安装在一个行走小车上；激光发射装置和测量装置上安装有无线通信装置，两者通过无线方式通信；激光发射装置包括起道激光器、拨道激光器、激光数据处理器和显示器，起道激光器和拨道激光器通过控制元件与激光数据处理器连接，显示器与激光数据处理器连接，起道激光器和拨道激光器使用线光源，发射出的激光组成十字丝形状，通过调整激光位置来瞄准测量装置；测量装置包括光学镜头、CCD传感器、测量数据处理器、显示器和水平传感器，光学镜头设置在CCD传感器的前面，CCD传感器通过驱动和接收电路与测量数据处理器连接，显示器和水平传感器均与测量数据处理器连接。
2.根据权利要求1所述的铁路工务起拨道激光测量仪，其特征是：行走小车由侧轮、行走轮、推杆和车架组成，车架呈丁字型，侧轮和行走轮互相垂直且配对安装在车架两端，一端安装有两对，一端安装有一对，推杆安装在车架上。
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