CN104554342A - 轨道平顺度检测装置 - Google Patents

Abstract

提出了一种轨道平顺度检测装置，属于轨道平顺度检测技术领域。所述轨道平顺度检测装置包括横跨于轨道并可沿着轨道延伸方向前后移动的轨道车、承载于所述轨道车上的测量靶、计算设备以及位于测量靶前方轨道上的激光发射装置；其中：所述测量靶包括靶面以及位于靶面后方与靶面相对位置固定的摄像头，其中，所述靶面为半透明材质制成，所述激光发射装置用于将激光投射到所述靶面上形成光斑，所述摄像头捕获光斑在所述靶面上形成的光斑图像；所述计算设备与所述摄像头相连，用于接收并分析所述光斑图像并获得光斑的位置。

Description

轨道平顺度检测装置

技术领域

本发明涉及轨道平顺度检测领域，尤其设计一种轨道平顺度检测装置。

背景技术

轨道平顺度是指两根钢轨在竖直和水平方向与钢轨理想位置的尺寸偏差，对运行的列车是一种外部激扰，是产生机车车辆震动的主要根源。轨道平顺度检测是机车车辆与轨道系统动力分析的重要资料，也是机车车辆、轨道设计、养护和质量评估的重要手段。轨道的平顺度，直接影响列车的安全平稳运行，特别是高速铁路行车，对轨道平顺性的敏感更加强烈，要求也更高。必须对轨道的各种不平顺进行严格管理，及时进行检修，消除超限处所，使轨道经常保持在平顺和完整状态，以确保列车按规定的最高速度安全、平稳运行。

现有技术中，例如GPJ-A01轨道长波不平顺激光检测仪，它是北京拉特激光有限公司与上海铁路局工务处合作研发的铁路工务专用高精度激光检测仪器，主要用于铁道线路，尤其是道岔区、隧道等地段人工拨道作业。如图1所示，GPJ-A01轨道长波不平顺激光检测仪的工作原理是建立与轨道的轨顶轨向平行的一条100m的基准线，一次基准线测量100m范围内各测点的轨向与垂向偏差。基准线采用可见激光束。主要包括激光电子经纬仪1，测量靶2，定位靶3以及上述三个组件的支撑结构。在激光电子经纬仪、定位靶卡座和测量靶支架的设计制作上，保证激光光源平行于钢轨轨顶时与定位靶、测量靶靶心等高于轨顶，并且保证三个中心同处于钢轨侧垂面上。测量时，首先将激光电子经纬仪、定位靶卡座安放在被测钢轨上，卡座上的基准靠点紧贴钢轨侧面，通过水泡和调整手轮调至水平，紧固卡座，通过调整经纬仪将激光束打在定位靶靶心上。将测量靶基准靠点紧贴钢轨侧面，调整测量靶支架至水平，通过靶面上激光斑点的位置即可读出垂向和轨向偏差值。

通过现场调研、认真分析研究，我们发现使用GPJ-A01轨道长波不平顺激光检测仪时，需要人工读取激光光斑的垂向和轨向偏差值，速度慢且会存在一定的误差；当测量距离大于10m或风速较大的时候，气流造成空气折射率的变化导致激光光斑漂移较大，通过人工根本无法准确读取偏移数据；在阴暗环境下测量时，明亮的激光光斑会对人眼造成一定损害；支撑测量靶的支架稳定度低，且在轨道上移动并不灵活，在坡道和弯道时不能补偿水平和垂直位移等等。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种轨道平顺度检测装置，其利用计算机读取光斑位置并与基准位置比较，解决了人眼读数存在的诸多问题，并提出了一种更稳固、移动和携带更为方便的测量靶轨道车。

为此，本发明提出一种轨道平顺度检测装置，所述轨道平顺度检测装置包括横跨于轨道并可沿着轨道延伸方向前后移动的轨道车、承载于所述轨道车上的测量靶、计算设备以及位于测量靶前方轨道上的激光发射装置；其中：所述测量靶包括靶面以及位于靶面后方与靶面相对位置固定的摄像头，其中，所述靶面为半透明材质制成，所述激光发射装置用于将激光投射到所述靶面上形成光斑，所述摄像头捕获光斑在所述靶面上形成的光斑图像；所述计算设备与所述摄像头相连，用于接收并分析所述光斑图像并获得光斑的位置。

根据本发明的一个方面，所述计算设备进一步用于计算光斑中心在光斑图像中的坐标，并与基准点坐标作比较以计算出轨道的平顺度。

根据本发明的一个方面，所述摄像头镜头中心正对所述靶面中心，使得靶面中心点对应于光斑图像的中心点，以及所述基准点为所述光斑图像的中心点。

根据本发明的一个方面，所述测量靶进一步包括摄像头固定装置以及外壳，其中：所述摄像头和摄像头固定装置位于外壳内部后端，所述靶面位于外壳的前表面，摄像头固定装置用于使得摄像头镜头中心线穿过所述靶面中心。

根据本发明的一个方面，所述测量靶进一步包括摄像头紧固螺栓，当松开所述紧固螺栓时，摄像头可以沿着镜头中心线方向相对外壳前后移动，当拧紧所述紧固螺栓时，所述摄像头与外壳的相对位置固定。

根据本发明的一个方面，所述轨道车包括平行于轨道方向的支撑臂、一端与所述支撑臂垂直相连的桁架；其中：所述支撑臂的两端分别固定第一和第二承重轮，所述第一和第二承重轮与一条轨道接触；所述桁架的另一端固定第三承重轮，所述第三承重轮与另一条轨道接触；第一至第三承重轮使得所述轨道车可沿着轨道前后滑行。

根据本发明的一个方面，所述轨道车还包括张紧轮，用于使得轨道车在垂直于轨道的方向上保持相对固定。

根据本发明的一个方面，所述平顺度检测装置还包括一端与轨道车连接、另一端与计算设备支架连接的推杆；所述计算设备固定于所述计算设备支架上，使得所述计算设备与所述轨道车保持相对固定。

根据本发明的一个方面，所述述支撑臂包括前支撑臂和后支撑臂，桁架包括左桁架和右桁架，其中：所述第三承重轮位于所述左桁架的一端，所述左桁架的另一端与右桁架的一端相连；所述前支撑臂和后支撑臂分别连接于右桁架另一端的两侧。

根据本发明的一个方面，所述左桁架和右桁架之间通过枢转件枢接，使得左桁架可绕所述枢转件朝向右桁架的正下方做180度转动；所述前支撑臂和后支撑臂分别与右桁架通过枢转件枢接，使得前支撑臂和后支撑臂可分别朝向右桁架的正前方和正后方做90度转动。

根据本发明的一个方面，所述轨道车在折叠状态下时，所述左桁架位于右桁架的下方并紧贴于右桁架，所述前支撑臂和后支撑臂分别位于右桁架的前方和后方并紧贴于右桁架。

根据本发明的一个方面，所述轨道车具有扣合装置，用于当轨道车处于展开或折叠状态时保持左桁架、右桁架、前支撑臂和后支撑臂之间相对位置的固定。

根据本发明的一个方面，所述桁架上安装有固定基座，所述测量靶通过支撑杆与固定基座连接以固定于所述轨道车上。

根据本发明的一个方面，所述固定基座的数量为多个，多个固定基座以预定步长分隔固定安装在桁架上，所述测量靶通过长度不同的支撑杆与所述多个固定基座的一个连接。

根据本发明的一个方面，所述固定基座与所述桁架滑动连接，使得固定基座可沿着垂直于轨道的方向在桁架上滑动，所述固定基座还包括固定螺栓，所述固定螺栓使得固定基座与所述桁架保持相对位置固定；以及所述支撑杆为可伸缩式支撑杆，使得支撑杆的长度可调。

附图说明

图1-1示出了现有技术的轨道平顺度检测设备主视图；

图1-2示出了现有技术的轨道平顺度检测设备侧视图；

图1-3示出了现有技术的轨道平顺度检测设备俯视图；

图2示出了根据本发明一个实施例的轨道平顺度检测装置示意图；

图3-1示出了测量靶的主视图；

图3-2示出了测量靶的侧视图；

图4-1示出了轨道车的主视图；

图4-2示出了轨道车的俯视图；

图5-1示出了张紧轮的结构示意图；

图5-2示出了张紧轮的局部结构放大图；

图6示出了轨道车折叠后的三维效果图；

图7-1示出了根据一个实施例的折叠后轨道车的主视图；

图7-2示出了根据一个实施例的折叠后轨道车的俯视图；

图8示出了根据一个实施例的测量靶固定基座和支撑杆的示意图。

具体实施方式

图2示出了根据本发明一个实施例的轨道平顺度检测装置示意图。

如图2所示，所述轨道平顺度检测装置包括横跨于轨道并可沿着轨道延伸方向前后移动的轨道车21，承载于轨道车上的测量靶22，承载于轨道车上的计算设备(未示出)，位于测量靶前方轨道上的激光发射装置23。其中，所述测量靶包括靶面以及位于靶面后方与靶面相对位置固定的摄像头(详见图3-1、图3-2)，所述靶面为半透明材质。激光发射装置用于将激光25投射到测量靶的靶面上以形成光斑，由于靶面为半透明材质，位于靶面后方的摄像头可捕获光斑形成的图像。摄像头与所述计算设备相连，计算设备用于分析光斑形成的图像，获得光斑中心的位置。根据一个实施例，所述计算设备还计算光斑与基准点的差，例如水平和垂直方向的偏移，以获得轨道的平顺度。根据本发明的一个实施例，所述计算设备可固定于轨道车的支架24上。所述基准点可以是测量靶靶面中心或预先设定的点。

所述轨道平顺度检测装置的基本工作原理为：在被测轨道的零点放置激光发射装置，在需要测量的最远距离放置轨道车，当激光发射装置打开，激光发射到测量靶上形成光斑，此时目标靶内部的摄像头接收到光斑信息并通过计算机设备，例如车载电脑进行分析计算。轨道车向前移动(向激光发射装置靠近)可在任意测量点，测量出光斑相对于目标靶中心位置或其他基准点的坐标值(高低和水平方向)，从而计算出被测轨道的平顺度数据。

图3-1、图3-2示出了测量靶的透视示意图。

如图3-1、图3-2所示，所述测量靶包括靶面31，摄像头32，摄像头固定装置33，摄像头紧固螺栓34以及外壳35。在测量靶中，靶面31位于外壳35的前表面，摄像头32和摄像头固定装置33位于外壳内部后端，摄像头固定装置33保证摄像头中心与靶面中心对齐，即摄像头镜头的中心线可穿过所述靶面中心。拧紧摄像头紧固螺栓34，摄像头处于与外壳相对固定的状态不可移动，松开紧固螺栓，摄像头可以沿着镜头方向相对外壳前后移动，便于使用人员调整镜头与目标靶之间的位置关系确定最佳的摄像位置。

图4-1、图4-2示出了轨道车的结构图。

如图4-1、图4-2所示，所述轨道车包括平行于轨道方向的支撑臂、一端与支撑臂相连并垂直于支撑臂的桁架。所述支撑臂两端分别固定一个承重轮43，这两个承重轮位于双轨中的一条轨道上方并与该轨道接触。桁架的另一端固定一个承重轮，该承重轮位于双轨中的另一条轨道上方并与该轨道接触。即，这三个承重轮形成的平面与两条轨道形成的平面平行。这种支撑方式使得目标靶更为牢固；同时，承重轮可沿着轨道滑行，这样就解决了现有技术中，测量靶支架移动不便的问题。

根据一个实施例，由于在不同等级的线路中使用着不同型号的钢轨以及不同线性的钢轨行车面、导向面，所以轨道车除了安装3个承重轮之外还增加了1个张紧轮44，以便在轨距改变的情况下时刻保证轨道车与钢轨的贴紧状态，提高测量精度。如图4-1、图4-2,5所示，所述张紧轮安装在桁架上承重轮所在的一端，使轨道车与铁轨在垂直于轨道延伸的方向上保持相对固定。当然，该张紧轮还可以安装在其他位置，例如桁架的另一端或者支撑臂上，只要能实现保持轨道车与轨道相对固定的目的即可。

在图4-1、图4-2所示的轨道车上，还安装有推杆45，推杆45一端与轨道车连接，另一端安装计算设备支架46。计算设备支架46用于支撑固定计算设备。在检测过程中，激光的投射距离较远，光斑可能受到散射、衍射、随机噪声和光线的干扰，最终在目标靶面上所形成的光斑不是很规则。所以，在整个的检测过程中，需要对激光光斑中心进行实时的精确定位，且要具备一定抗噪声干扰的功能，而这些都需要通过计算设备完成。测量靶与车载电脑仅需一根数据线连接。根据一个实施例，所述推杆和所述支架是可以省略的。所述计算设备可位于控制中心或其他位置，并不跟随轨道车移动。在计算设备和摄像头之间可通过无线连接的方式进行通信，例如WIFI、蓝牙等等。此外，由于光斑位置的漂移，计算设备可以通过摄像头捕获预设时间段内多幅光斑图像，获得多个光斑的坐标，求其平均值，并与基准点坐标比较以测量轨道的平顺度。

如图4-1、图4-2所示，所述支撑臂包括前支撑臂411和后支撑臂412，桁架包括左桁架421和右桁架422，支撑臂和桁架是可折叠轨道平顺度检测装置的主体部分，它起到支撑轨道平顺度检测装置其他部件的作用。

根据本发明的一个实施例，桁架上的承重轮与左桁架的一端相连，左桁架的另一端与右桁架的一端相连，所述前支撑臂和后支撑臂分别连接于右桁架另一端的两侧。如图4-1、图4-2和图6，图7-1、图7-2所示，所述轨道车可被折叠，达到便携的目的。图6示出了轨道车折叠后的三维效果图；图7-1、图7-2示出了根据一个实施例的折叠后轨道车的CAD尺寸图。根据图4-1、图4-2和图6所示，所述左桁架和右桁架之间通过枢转件枢接，使得左桁架可绕枢转件向右桁架的正下方做180度转动，最终将左桁架折叠于右桁架的下方；所述前支撑臂和后支撑臂与右桁架同样通过枢转件枢接，使得前支撑臂和后支撑臂可分别向右桁架的正前方和正后方做90度转动，最终分别折叠于右桁架的前方和后方。所述枢转件可以为实现两个部件互相转动的任意转动机构。为了使得无论是折叠起来还是打开时左右桁架以及前后支撑臂之间位置固定以防止各部件松散，轨道车还设置有扣合装置。例如，当所述轨道车从折叠状态打开并放置于铁轨上后，左右桁架的连接处具有扣合装置，诸如左右桁架均具有通透的孔61(图6)，当展开后，通过插销穿过这些通透的孔从而将左右桁架的相对位置固定。当然本发明不限于此，可以使用任何扣合装置实现各个组件之间的固定。

如图7-1、图7-2所示，为了便于人员携带，将轨道小车设计成可折叠式的结构，实际使用过程中，测量人员可根据需要将轨道小车折叠成850mm×312mm×255mm大小，所占空间非常小，携带更加方便。

根据本发明的一个实施例，为了减轻轨道小车的重量，同时保证结构的刚度、强度、耐腐蚀性和易加工性，除了三个承重轮和紧固螺栓以外，轨道小车的其余部件全部使用7075高强度铝合金材料制造。7075铝合金是一种冷处理锻压合金，强度高，远胜于软钢，是商用最强铝合金之一，易于加工，耐磨性好，抗腐蚀性能、抗氧化性好。采用7075铝合金制造该装置的重量不足20kg，仅需1～2人便可轻松携带。

由于在实际检测过程中有可能遇到弯度或坡度较大的路段造成激光光斑“脱靶”，所以必须考虑测量靶位移补偿问题。在一个实施例中，采用多个固定基座的方法解决水平位移问题，采用不同长度的支撑杆解决竖直位移问题。如图4-1、图4-2和图8所示，在桁架上，以预定步长固定多个测量靶固定座82，例如使用间距相等的固定座进行水平补偿，每个步长150mm，全部补偿范围450mm；并使用多个不同长度的支撑杆81来支撑测量靶，进行竖直补偿，例如步长为100mm，全部补偿范围200mm。由此可见，可以根据具体情况选择相应的支撑杆和固定座，通过相应的支撑杆将测量靶安装在相应的固定座上。

在另一个实施例中(未在图中示出)，为了更灵活地实现上述补偿，所述支撑杆81为可伸缩式支撑杆，可根据需要伸缩为不同的长度。为了更加方便地确定伸缩杆的长度，可在伸缩杆上预先刻有尺度，将伸缩杆调节至所需的尺度即可。此外，所述固定座82与桁架之间通过滑动的方式连接，即固定座可沿着桁架的方向左右滑动。例如，桁架上具有凹槽，固定座具有与所述凹槽对应的凸起，并具有固定螺栓。根据具体情况将固定座滑动至所需的位置，并使用固定螺栓将固定座固定至桁架。当然，为了更加方便地获取固定座的位置，在桁架上预先刻有尺度，这样便可将固定座方便地固定至所需的位置。根据这一实施例，便可对测量靶做水平和竖直方向任意尺度的补偿。

根据上文的描述可知，本发明具有如下优点：采用激光光斑定位、计算机分析数据的轨道平顺度检测技术，该技术实现了激光光斑图像数据的电脑采集和读取，将平顺度检测的准确性大大提高，避免了人工读数误差大的缺陷；轨道车结构设计，包括张紧轮的设计、位移补偿装置的设计等等具有更稳定更便携更灵活的特点；利用计算机技术以及新型轨道车而形成的轨道平顺度检测装置能够克服现有技术存在的种种缺点，测量精度高，将过去的人工读数改为机器读数,本发明在具有极高测量精度的前提下，还具备重量轻、便于携带、操作简便、价格低廉的优点。

本发明提出的上述具体实施方式仅为示例，并不作为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可根据需要对具体实施方式进行调整而满足实际需要。

Claims (15)

1.一种轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述轨道平顺度检测装置包括横跨于轨道并可沿着轨道延伸方向前后移动的轨道车、承载于所述轨道车上的测量靶、计算设备以及位于测量靶前方轨道上的激光发射装置；其中：

所述测量靶包括靶面以及位于靶面后方与靶面相对位置固定的摄像头，其中，所述靶面为半透明材质制成，所述激光发射装置用于将激光投射到所述靶面上形成光斑，所述摄像头捕获光斑在所述靶面上形成的光斑图像；

所述计算设备与所述摄像头相连，用于接收并分析所述光斑图像并获得光斑的位置。

2.根据权利要求1所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述计算设备进一步用于计算光斑中心在光斑图像中的坐标，并与基准点坐标作比较以计算出轨道的平顺度。

3.根据权利要求2所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述摄像头镜头中心正对所述靶面中心，使得靶面中心点对应于光斑图像的中心点，以及所述基准点为所述光斑图像的中心点。

4.根据权利要求1所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述测量靶进一步包括摄像头固定装置以及外壳，其中：

所述摄像头和摄像头固定装置位于外壳内部后端，所述靶面位于外壳的前表面，摄像头固定装置用于使得摄像头镜头中心线穿过所述靶面中心。

5.根据权利要求4所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述测量靶进一步包括摄像头紧固螺栓，当松开所述紧固螺栓时，摄像头可以沿着镜头中心线方向相对外壳前后移动，当拧紧所述紧固螺栓时，所述摄像头与外壳的相对位置固定。

6.根据权利要求1所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述轨道车包括平行于轨道方向的支撑臂、一端与所述支撑臂垂直相连的桁架；其中：

所述支撑臂的两端分别固定第一和第二承重轮，所述第一和第二承重轮与一条轨道接触；所述桁架的另一端固定第三承重轮，所述第三承重轮与另一条轨道接触；第一至第三承重轮使得所述轨道车可沿着轨道前后滑行。

7.根据权利要求6所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述轨道车还包括张紧轮，用于使得轨道车在垂直于轨道的方向上保持相对固定。

8.根据权利要求1所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述平顺度检测装置还包括一端与轨道车连接、另一端与计算设备支架连接的推杆；所述计算设备固定于所述计算设备支架上，使得所述计算设备与所述轨道车保持相对固定。

9.根据权利要求6所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述述支撑臂包括前支撑臂和后支撑臂，桁架包括左桁架和右桁架，其中：

所述第三承重轮位于所述左桁架的一端，所述左桁架的另一端与右桁架的一端相连；所述前支撑臂和后支撑臂分别连接于右桁架另一端的两侧。

10.根据权利要求9所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述左桁架和右桁架之间通过枢转件枢接，使得左桁架可绕所述枢转件朝向右桁架的正下方做180度转动；

所述前支撑臂和后支撑臂分别与右桁架通过枢转件枢接，使得前支撑臂和后支撑臂可分别朝向右桁架的正前方和正后方做90度转动。

11.根据权利要求10所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述轨道车在折叠状态下时，所述左桁架位于右桁架的下方并紧贴于右桁架，所述前支撑臂和后支撑臂分别位于右桁架的前方和后方并紧贴于右桁架。

12.根据权利要求11所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述轨道车具有扣合装置，用于当轨道车处于展开或折叠状态时保持左桁架、右桁架、前支撑臂和后支撑臂之间相对位置的固定。

13.根据权利要求6,7,9-12任一所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述桁架上安装有固定基座，所述测量靶通过支撑杆与固定基座连接以固定于所述轨道车上。

14.根据权利要求13所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述固定基座的数量为多个，多个固定基座以预定步长分隔固定安装在桁架上，所述测量靶通过长度不同的支撑杆与所述多个固定基座的一个连接。

15.根据权利要求13所述的轨道平顺度检测装置，其特征在于：

所述固定基座与所述桁架滑动连接，使得固定基座可沿着垂直于轨道的方向在桁架上滑动，所述固定基座还包括固定螺栓，所述固定螺栓使得固定基座与所述桁架保持相对位置固定；以及

所述支撑杆为可伸缩式支撑杆，使得支撑杆的长度可调。