CN104176090A - 基于激光开关的轨道检测仪 - Google Patents

Abstract

一种基于激光开关的轨道检测仪，其包括至少一台车架，该车架下部装有车轮，该车架上装有对射式激光开关，所述车架上设置至少一组透镜，所述对射式激光开关连接有电源，所述透镜与工控机连接，其特征在于：所述工控机还与PLC连接。本发明第一方面的基于激光开关的轨道检测仪可避免传统三点法和四点法的施工残差，且节约人力成本并降低人工操作的难度，及大提高检测作业的精确程度并为养护机械的智能化作业带来突破性的的进展，此外，轨道检测仪的运行速度低，本发明的技术方案采用较低频率的激光开关可有效降低经济成本，节约开支；多组透镜之间可以互换位置也为检修作业带来便利并提高检修速度。

Description

基于激光开关的轨道检测仪

技术领域

本发明涉及一种铁道养护机械施工作业前轨道的检测装置，属于铁路机械设计与制造技术领域。

背景技术

在养护机械施工作业前，需要对轨道做轨道弯度，轨道水平等参数的检测。传统的养路机械都是利用车身自带的弦线以三点法跟四点法为基础做轨道检测。这种检测方法由于使用的是三点法跟四点法做检测及计算，在进行弯道作业时，三点法跟四点法都存在施工残差。施工难以达到预期的效果。为实现养护施工的准确性，则不使用机械自带弦线做检测，对弯道的拨道量进行人工手动输入。因此又增加了人工操作的难度，无法实现养护机械的智能化作业。本发明基于激光开关的轨道检测仪可在养护机械作业前，对轨道进行快速准确的检测，减小轨道养护作业的残差，减少人工的操作难度，提高了工作效率，体现养路机械的高智能化作业。

公开号为CN 102114855 A的发明专利公开了一种轨道检测方法和装置，其包括安装在检测车上的测力轮对检测单元、计算单元、分析单元、分类模块、处理模块和输出模块，其能够准确全面地测定轮轨力等参数，但其测试结果精度不够高，且测试装置不够智能化。

授权公告号为CN 102252627 B的发明专利公开了一种高铁轨道规矩检测装置和检测方法，其包括轨道检测车，在检测平台的上表面装有包括计算机、测距器数据采集卡和电源的数据处理系统，还包括第一激光测距器和第二激光测距器，两个测距器又分别受第一测距器控制盒和第二测距器控制盒的控制，其余惯性测量装置和数据处理系统共同组成轨距测量系统，其不受检测速度影响，对轨距进行非接触式测量，但是其测距器结构较为复杂，成本较高。

发明内容

本发明即针对上述缺陷加以改进，提供一种基于激光开关的轨道检测仪。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种基于激光开关的轨道检测仪。

按照本发明第一方面的基于激光开关的轨道检测仪包括至少一台车架，该车架下部装有车轮，该车架上装有对射式激光开关，所述车架上设置至少一组透镜，所述对射式激光开关连接有电源，所述透镜与PLC连接。

优选的是，所述工控机还与PLC连接。

在上述任一方案中优选的是，所述PLC是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，PLC采用可以编制程序的存储器,并由该存储器在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或其生产过程。

在上述任一方案中优选的是，所述PLC与透镜电性连接，该透镜的折射角度由所述PLC计算。

在上述任一方案中优选的是，所述PLC计算出的透镜折射角度传输至所述工控机。

在上述任一方案中优选的是，所述车架的数量为五台。

在上述任一方案中优选的是，所述车架包括第一车架、第二车架、第三车架、第四车架、第五车架。

在上述任一方案中优选的是，所述第一车架与所述第二车架之间装有车体连接轴，所述第二车架与所述第三车架之间、所述第三车架与所述第四车架之间以及所述第四车架与所述第五车架均由车体连接轴连接。

在上述任一方案中优选的是，所述车轮为可夹持式滑动轮。

在上述任一方案中优选的是，所述车轮为单轨可夹持式滑动轮。

在上述任一方案中优选的是，所述单轨可夹持式滑动轮在单侧轨道上运行，在单侧轨道上夹紧后再沿轨道运行。

在上述任一方案中优选的是，所述第一车架、第二车架、第三车架、第四车架和第五车架下部均装有单轨可夹持式滑动轮。

在上述任一方案中优选的是，所述单轨可夹持式滑动轮在车架下方对称布置。

在上述任一方案中优选的是，所述车架下方的两个单轨可夹持式滑动轮关于车架纵向中心轴线对称。

在上述任一方案中优选的是，所述单轨可夹持式滑动轮上装有车轴，该车轴在夹紧状态下抱紧单轨的轨腰。

在上述任一方案中优选的是，所述单轨可夹持式滑动轮与气缸Ⅰ连接。

在上述任一方案中优选的是，所述单轨可夹持式滑动轮与气缸Ⅰ的下端连接，该气缸Ⅰ的上端与所述车架下表面连接。

在上述任一方案中优选的是，所述气缸Ⅰ为夹紧气缸，其作用于所述可夹持式滑动轮并使轨道两侧的可夹持式滑动轮夹紧单轨以方便车架运行和轨道检测仪的测量作业。

在上述任一方案中优选的是，所述单轨可夹持式滑动轮与气缸Ⅱ的一端连接，该气缸Ⅱ的另一端装在所述车架下方。

在上述任一方案中优选的是，所述气缸Ⅰ关于车架纵向中心轴线对称布置。

在上述任一方案中优选的是，所述气缸Ⅱ关于车架纵向中心轴线对称布置，该对称布置的两个气缸Ⅱ下部轴向连接，用于配合所述气缸Ⅰ完成夹紧和提起单轨的作业。

在上述任一方案中优选的是，所述第一车架、第二车架、第三车架、第四车架和第五车架下部均装有气缸Ⅱ。

在上述任一方案中优选的是，所述气缸Ⅱ为升降气缸，其用于提升单轨可夹持式滑动轮使其纵向贴近轨道运行。

在上述任一方案中优选的是，所述车架装有电动机，所述电动机牵引所述轨道检测仪行走。

在上述任一方案中优选的是，所述车架上部装有电动机。

在上述任一方案中优选的是，所述电动机包括电动机调速器。

在上述任一方案中优选的是，所述电动机与所述电源连接，所述电源为所述电动机提供电能。

在上述任一方案中优选的是，所述电源为直流电源。

在上述任一方案中优选的是，所述电源为24V可充电蓄电池。

在上述任一方案中优选的是，所述第一车架上部装有电动机和所述电源。

在上述任一方案中优选的是，所述每组透镜包括透镜和连接在透镜下部的支架，该支架装在所述车架的上部。

在上述任一方案中优选的是，所述第二车架、第三车架、第四车架上部前方分别装有一组透镜。

在上述任一方案中优选的是，所述第二车架、第三车架、第四车架上部后方分别装有一组透镜。

在上述任一方案中优选的是，所述车架装有气泵，该气泵与电动机连接，该气泵的压力由所述电动机提供，该气泵为所述夹紧气缸和所述升降气缸提供气源。

在上述任一方案中优选的是，所述第二车架上部装有气泵。

在上述任一方案中优选的是，所述第二车架上部装有一组透镜。

在上述任一方案中优选的是，所述气泵位于所述透镜后方。

在上述任一方案中优选的是，所述车架装有无线发射器。

在上述任一方案中优选的是，所述第三车架上部装有无线发射器，该无线发射器用于将轨道参数传输至施工车辆。

在上述任一方案中优选的是，所述第三车架上部装有一组透镜。

在上述任一方案中优选的是，所述无线发射器位于所述透镜后方。

在上述任一方案中优选的是，所述车架上部装有物料箱，该物料箱用于存放所述轨道检测仪的备用件。

在上述任一方案中优选的是，所述第四车架上部装有物料箱，所述第四车架上部装有一组透镜，所述物料箱位于所述透镜的后方。

在上述任一方案中优选的是，所述对射式激光开关包括激光发射装置和激光接收装置。

在上述任一方案中优选的是，所述激光发射装置的频率为不大于20KHz。

在上述任一方案中优选的是，所述激光接受装置的频率为不大于20KHz。

在上述任一方案中优选的是，所述激光发射装置和激光接收装置之间设置三组透镜，该三组透镜均为相同型号，三组透镜可以互相调换，方便日常维护和检修。

在上述任一方案中优选的是，所述对射式激光开关通过标准安装座安装在车架上，方便拆除和二次利用，拆除后再利用时只需将所述对射式激光开关重新装在工作部位的标准安装座中即可。

在上述任一方案中优选的是，所述激光发射装置通过标准安装座装在所述第一车架的前端，所述激光接收装置通过标准安装座装在所述第五车架的前端。

在上述任一方案中优选的是，所述工控机装在车架上，所述工控机对检测结果进行分析、计算，并将计算值传输到施工车辆。

在上述任一方案中优选的是，所述24V可充电蓄电池为所述工控机、所述PLC提供工作电源。

在上述任一方案中优选的是，所述工控机装在第五车架上，所述工控机位于所述激光接收装置的后方。

在上述任一方案中优选的是，所述工控机包括数据转换卡，该数据转换卡将工控机的计算结果传输至无线发射器。

在上述任一方案中优选的是，所述透镜的中心线与所述对射式激光开关的射线收发位置在同一平面内。

在上述任一方案中优选的是，所述电动机的输出轴连接第一车架下部的单轨可夹持式滑动轮，该滑动轮为主动轮，其他车架下部的滑动轮为从动轮。

本发明第一方面的一种基于激光开关的轨道检测仪的工作方式是：将所述基于激光开关的轨道检测仪置于待测的单轨上，启动电动机带动气泵工作从而促使夹紧气缸将单轨两侧的单轨可夹持式滑动轮动作并夹紧单轨；此后，激光发射装置发射激光，该激光光波射出后经过第二车架前端上部的透镜折射，经过第二车架的透镜折射后的光波继续传播并通过第三车架上的透镜，第三车架上的透镜对经过的激光光波再次折射，经第三车架的透镜射出的激光继续传播并到达第四车架上的透镜并经过第四车架上的透镜折射，最后由第四车架上的透镜射出的激光光波被激光接收装置接收；在激光光波传播和经由透镜折射的过程中，PLC采集每组透镜的数据并对每组透镜的折射角度进行计算，即一级计算：激光经透镜偏转过程中，每组透镜对激光偏转的角度可以测出，而每组透镜的距离已知，经过三组透镜折射的激光的偏转角有四组，PLC测出该四组偏转角并将其与透镜的距离均输入工控机，工控机进行二级计算，即：根据四组偏转角的数值和每组透镜之间的距离计算出弯道处的拨道量以及轨道弯度和轨道水平等参数，然后将分析结果通过工控机内部的数据转换卡传送至无线发射器，该无线发射器再将计算结果传输至施工车辆；电动机和激光开关由车架上的蓄电池提供电能并支持其运行，所述轨道检测仪工作过程中电动机无须匹配传动箱，仅靠其自带调速装置即可调整运行和检测作业的速度。

此后，电动机带动所述轨道检测仪的第一车架下部的主动轮转动进而带动其他车架下部的从动轮转动，从而使所述轨道检测仪沿轨道运行至下一检测单轨的路段。

本发明第一方面的基于激光开关的轨道检测仪可避免传统三点法和四点法的施工残差，且节约人力成本并降低人工操作的难度，及大提高检测作业的精确程度并为养护机械的智能化作业带来突破性的的进展，此外，轨道检测仪的运行速度低，本发明的技术方案采用较低频率的激光开关可有效降低经济成本，节约开支；多组透镜之间可以互换位置也为检修作业带来便利并提高检修速度，本发明的技术方案对轨道检测仪的研发和使用都带来极大的积极效果。

本发明第一方面所提供的基于激光开关的轨道检测仪的技术方案包括上述各部分的任意组合，上述各部分组件的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。

本发明的第二方面还提供一种基于激光技术的轨道检测方法，其包括以下步骤：

A．将轨道检测装置至于待检测的轨道上；

B. 用激光发射装置发射激光，该激光经过透镜的折射后由激光接收装置接收；

C. 由PLC进行一级计算，算出透镜的折射角；

D. 工控机接收PLC采集的数据并进行二级计算，算出轨道参数；

E．由工控机将轨道参数发送至无线发射器；

F. 由无线发射器将参数发送至施工车辆。

优选的是，以上步骤依次进行。

在上述任一方案中优选的是，所述轨道检测装置为本发明第一方面提供的基于激光开关的轨道检测仪。

在上述任一方案中优选的是，所述透镜的数量为至少一组。

在上述任一方案中优选的是，所述透镜的数量为三组。

在上述任一方案中优选的是，所述透镜与PLC电性连接。

在上述任一方案中优选的是，所述PLC一级计算的计算原理如下：设轨道半径为R,所诉车辆单车长度为2m,设单一小车在轨道弯道处的偏转角为，，则第一小车激光发射器与第二小车透镜间直线距离为，由勾股定理可知由第一小车激光发射器引出的到弦长处射线X的长度为，由此可计算出第一小车激光发射器所发射激光到第二小车透镜处偏转角角度。由此计算出激光在透镜上所偏转的距离，并由此距离来与标准偏转距离做对比则可计算出拨道量。

在上述任一方案中优选的是，所述工控机包括数据转换卡，该数据转换卡将工控机的计算结果传输至无线发射器。

更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，不再赘述。

本发明第二方面所提供的基于激光技术的轨道检测方法的技术方案包括上述各部分的任意组合，上述各部分组件的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。

附图说明

图1为按照本发明第一方面的基于激光开关的轨道检测仪的一优选实施例的示意图。

图2为图1所示实施例的断面图。

图1、图2中数字分别表示：

1 车架                     2 单轨可夹持式滑动轮

3 车体连接轴               4 激光发射器

5 电动机                   6 电源

7 透镜                     8 气泵

9 无线发射器               10 物料箱

11激光接收器               12 工控机

13 车轴                     14气缸Ⅱ

15气缸Ⅰ                   16 支架。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图详细描述按照本发明的      的优选实施例。

实施例1：图1-图2为按照本发明第一方面的基于激光开关的轨道检测仪的一优选实施例的示意图，本实施例中基于激光开关的轨道检测仪包括五台车架1，五台车架1下部均装有单轨可夹持式滑动轮2，该车架1上装有对射式激光开关，所述对射式激光开关连接有电源5，所述车架1上设置三组透镜7，该透镜7与工控机12连接。

本实施例中，所述工控机12还与PLC连接。

本实施例中，所述PLC是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，PLC采用可以编制程序的存储器,并由该存储器在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或其生产过程。

本实施例中，所述PLC与透镜7电性连接，该透镜7的折射角度由所述PLC计算。

本实施例中，所述PLC计算出的透镜7折射角度传输至所述工控机12。

本实施例中，所述车架1包括第一车架、第二车架、第三车架、第四车架、第五车架。

本实施例中，所述第一车架与所述第二车架之间装有车体连接轴3，所述第二车架与所述第三车架之间、所述第三车架与所述第四车架之间以及所述第四车架与所述第五车架均由车体连接轴3连接。

本实施例中，所述单轨可夹持式滑动轮2在单侧轨道上夹紧后再沿轨道运行。

本实施例中，所述第一车架、第二车架、第三车架、第四车架和第五车架下部均装有两套单轨可夹持式滑动轮2，该单轨可夹持式滑动轮2分别布置在所述车架的前后两端。

本实施例中，所述单轨可夹持式滑动轮2在车架1下方关于车架1纵向中心轴线对称布置。

本实施例中，所述单轨可夹持式滑动轮2上装有车轴13，该车轴13在夹紧状态下抱紧单轨的轨腰。

本实施例中，所述单轨可夹持式滑动轮2与气缸Ⅰ15连接。

本实施例中，所述单轨可夹持式滑动轮2与气缸Ⅰ15的下端连接，该气缸Ⅰ15的上端与所述车架1下表面连接。

本实施例中，所述单轨可夹持式滑动轮2与气缸Ⅱ14的一端连接，该气缸Ⅱ14的另一端装在所述车架1下方。

本实施例中，所述气缸Ⅰ15关于车架1纵向中心轴线对称布置。

本实施例中，所述第一车架、第二车架、第三车架、第四车架和第五车架下部均装有气缸Ⅱ14。

本实施例中，所述车架1上部装有电动机5，所述电动机5牵引所述轨道检测仪行走。

本实施例中，所述电动机5与所述电源6连接，所述电源6为所述电动机5提供电能。

本实施例中，所述第一车架上部装有电动机5和所述电源6。

本实施例中，所述第二车架、第三车架、第四车架上部前方分别装有一组透镜7。

本实施例中，所述车架1装有气泵8，该气泵8的压力由所述电动机5提供，该气泵8为所述气缸Ⅰ15和所述气缸Ⅱ14提供气源。

本实施例中，所述第二车架上部装有气泵8。

本实施例中，所述第二车架上部装有一组透镜7。

本实施例中，所述气泵8位于所述透镜7后方。

本实施例中，所述第三车架上部装有无线发射器9，该无线发射器9用于将轨道参数传输至施工车辆。

本实施例中，所述第三车架上部装有一组透镜7。

本实施例中，所述无线发射器9位于所述透镜7后方。

本实施例中，所述第四车架上部装有物料箱10，该物料箱10用于存放所述轨道检测仪的备用件，所述第四车架上部装有一组透镜7，所述物料箱10位于所述透镜7的后方。

本实施例中，所述对射式激光开关包括激光发射器4和激光接收器11。

本实施例中，所述激光发射器4通过标准安装座装在所述第一车架的前端，所述激光接收器4通过标准安装座装在所述第五车架的前端。

本实施例中，所述工控机12装在车架1上，所述工控机12对检测结果进行分析、计算，并将计算值传输到施工车辆。

本实施例中，所述电源6为所述工控机12、所述PLC提供工作电源。

本实施例中，所述工控机12装在第五车架上，所述工控机12位于所述激光接收器11的后方。

本实施例中，所述透镜7的中心线与所述对射式激光开关的射线收发位置在同一平面内。

本实施例中，所述电动机5的输出轴连接第一车架下部的单轨可夹持式滑动轮2，该滑动轮2为主动轮，其他车架下部的滑动轮2为从动轮。

实施例2：基于激光开关的轨道检测仪，同实施例1，不同的是，本实施例中，所述车架的长度为12m。

实施例3：基于激光开关的轨道检测仪，同实施例2，不同的是，本实施例中，所述车架的数量为四台，即除去装物料箱的所述第四车架。

实施例4：基于激光开关的轨道检测仪，同实施例1，不同的是，所述气缸Ⅰ为夹紧气缸，其作用于所述可夹持式滑动轮并使轨道两侧的可夹持式滑动轮夹紧单轨以方便车架运行和轨道检测仪的测量作业。

实施例5：基于激光开关的轨道检测仪，同实施例1，不同的是，所述气缸Ⅱ为升降气缸，所述升降气缸关于车架纵向中心轴线对称布置，该对称布置的两个升降气缸下部轴向连接，用于配合所述气缸Ⅰ完成夹紧和提起单轨的作业。

实施例6：基于激光开关的轨道检测仪，同实施例1，不同的是，所述电动机包括电动机调速器。

实施例7：基于激光开关的轨道检测仪，同实施例1，不同的是，所述电源为直流电源。

实施例8：基于激光开关的轨道检测仪，同实施例1，不同的是，所述电源为24V可充电蓄电池。

实施例9：基于激光开关的轨道检测仪，同实施例1，不同的是，所述每组透镜包括透镜和连接在透镜下部的支架，该支架装在所述车架的上部。

实施例10：基于激光开关的轨道检测仪，同实施例1，不同的是，所述第二车架、第三车架、第四车架上部后方分别装有一组透镜。

实施例11：基于激光开关的轨道检测仪，同实施例1，不同的是，所述激光发射装置和激光接收装置之间设置三组透镜，该三组透镜均为相同型号，三组透镜可以互相调换，方便日常维护和检修。

实施例12：基于激光开关的轨道检测仪，同实施例1，不同的是，所述对射式激光开关通过标准安装座安装在车架上，方便拆除和二次利用，拆除后再利用时只需将所述对射式激光开关重新装在工作部位的标准安装座中即可。

实施例13：基于激光开关的轨道检测仪，同实施例1，不同的是，所述工控机包括数据转换卡，该数据转换卡将工控机的计算结果传输至无线发射器。

上述实施例所示的基于激光开关的轨道检测仪的工作方式是：将所述基于激光开关的轨道检测仪置于待测的单轨上，启动电动机带动气泵工作从而促使夹紧气缸将单轨两侧的单轨可夹持式滑动轮动作并夹紧单轨；此后，激光发射装置发射激光，该激光光波射出后经过第二车架前端上部的透镜折射，经过第二车架的透镜折射后的光波继续传播并通过第三车架上的透镜，第三车架上的透镜对经过的激光光波再次折射，经第三车架的透镜射出的激光继续传播并到达第四车架上的透镜并经过第四车架上的透镜折射，最后由第四车架上的透镜射出的激光光波被激光接收器接收；在激光光波传播和经由透镜折射的过程中，PLC采集每组透镜的数据并对每组透镜的折射角度进行计算，即一级计算：激光经透镜偏转过程中，每组透镜对激光偏转的角度可以测出，而每组透镜的距离已知，经过三组透镜折射的激光的偏转角有四组，PLC测出该四组偏转角并将其与透镜的距离均输入工控机，工控机进行二级计算，即：根据四组偏转角的数值和每组透镜之间的距离计算出弯道处的拨道量以及轨道弯度和轨道水平等参数，然后将分析结果通过工控机内部的数据转换卡传送至无线发射器，该无线发射器再将计算结果传输至施工车辆；电动机和激光开关由车架上的蓄电池提供电能并支持其运行，所述轨道检测仪工作过程中电动机无须匹配传动箱，仅靠其自带调速装置即可调整运行和检测作业的速度。

此后，电动机带动所述轨道检测仪的第一车架下部的主动轮转动进而带动其他车架下部的从动轮转动，从而使所述轨道检测仪沿轨道运行至下一检测单轨的路段。

更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，不再赘述。

Claims (10)

1.一种基于激光开关的轨道检测仪，其包括至少一台车架，该车架下部装有车轮，该车架上装有对射式激光开关，所述车架上设置至少一组透镜，所述对射式激光开关连接有电源，所述透镜与工控机连接，其特征在于：所述工控机还与PLC连接。

2.如权利要求1所述的基于激光开关的轨道检测仪，其特征在于：所述PLC与透镜电性连接。

3.如权利要求1所述的基于激光开关的轨道检测仪，其特征在于：所述车架的数量为五台。

4.如权利要求1所述的基于激光开关的轨道检测仪，其特征在于：所述车架包括第一车架、第二车架、第三车架、第四车架、第五车架。

5.如权利要求1所述的基于激光开关的轨道检测仪，其特征在于：所述车轮为单轨可夹持式滑动轮。

6.如权利要求5所述的基于激光开关的轨道检测仪，其特征在于：所述单轨可夹持式滑动轮上装有车轴。

7.如权利要求4所述的基于激光开关的轨道检测仪，其特征在于：所述第一车架、第二车架、第三车架、第四车架和第五车架下部均装有单轨可夹持式滑动轮。

8.如权利要求5所述的基于激光开关的轨道检测仪，其特征在于：所述单轨可夹持式滑动轮在车架下方对称布置。

9.如权利要求5或8所述的基于激光开关的轨道检测仪，其特征在于：所述车架下方的两个单轨可夹持式滑动轮关于车架纵向中心轴线对称。

10.如权利要求5或8所述的基于激光开关的轨道检测仪，其特征在于：所述单轨可夹持式滑动轮与气缸Ⅰ连接。