CN106595533B - 一种磁浮f轨磁极面的直线度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了磁浮F轨磁极面的直线度检测装置，包括测量构架，测量构架包括用于检测左F轨的外磁极面或内磁极面相对于测量构架的取点坐标的第一2D激光位移传感器，用于检测右F轨的外磁极面或内磁极面相对于测量构架的取点坐标的第二2D激光位移传感器，和数据处理单元；其中，处理数据处理单元用于根据左F轨的外磁极面相对于测量构架的取点坐标和右F轨的外磁极面相对于测量构架的取点坐标得出磁极面的直线度偏差值。仅需通过两个2D激光位移传感器即可实现磁极面的直线度偏差值，大大降低了成本。另外本发明还公开了一种磁浮F轨磁极面的直线度检测方法。

Description

一种磁浮F轨磁极面的直线度检测装置及方法

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车技术领域，尤其涉及一种磁浮F轨磁极面的直线度检测装置及方法。

背景技术

中低速磁浮交通具有噪声低、选线灵活的特点，属资源节约型和环境友好型的新型绿色城市轨道交通技术，国内外受到高度重视。目前，国内有两条中低速磁浮交通线，其中，长沙磁浮快线已经于2016年5月6日开通试运营，北京S1线在建。鉴于长沙磁浮的行业示范效应，郑东新区、乌鲁木齐机场线、南宁机场线、天津滨海新区等纷纷开始进行低速磁浮交通系统的可行性评估，各地建设磁浮交通运营线的呼声渐高。

中低速磁浮交通线路F形轨道磁极面四点直线度直接影响磁浮车辆悬浮架电磁铁内外极板悬浮高度，进而影响悬浮稳定性和乘坐舒适性。传统的磁浮F形轨道磁极面四点直线度检测方法采用四个点位移传感器，只能检测磁极面上一个点的位移距离，其检测精度容易受磁极面表面磁化后的磁性颗粒物质以及磁极面表面粗糙度的影响，且只能适用于速度很低(如手推式或检测速度低于3km/h)的轨检仪设备。而针对长距离磁浮轨道，需要速度较高的车载检测装置。当检测装置安装于工程车或运营车底架，通过弯道线路时，检测装置相对于轨道会有横向偏移，从而使位移传感器相对于磁极面发生横向偏移，当弯道半径达到100米时，偏移量超过磁极面边缘，而出现漏检现象。另外一种采用4个2D激光位移传感器进行磁极面直线度检测的方法，虽然解决了采用点位移传感器的弊端，但检测系统庞大、费用昂贵。

综上所述，如何解决磁浮F轨的磁极面直线度检测的成本高的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁浮F轨磁极面的直线度检测装置及方法，以解决磁浮F轨的磁极面直线度检测的成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种磁浮F轨磁极面的直线度检测装置，包括测量构架，所述测量构架包括：

第一2D激光位移传感器，用于检测左F轨的外磁极面相对于所述测量构架的第一取点坐标(X₁，Z₁)，或检测左F轨的内磁极面相对于所述测量构架的第二取点坐标(X₂，Z₂)，且所述第一2D激光位移传感器的激光线平行于所述左F轨的横截面；

第二2D激光位移传感器，用于检测右F轨的外磁极面相对于所述测量构架的第三取点坐标(X₃，Z₃)，或检测右F轨的内磁极面相对于所述测量构架的第四取点坐标(X₄，Z₄)，且所述第二2D激光位移传感器的激光线平行于所述右F轨的横截面；

数据处理单元，用于根据已知点的坐标计算出对应未知点的坐标，其中(X₁，Z₁)和(X₂，Z₂)中的一个为已检测到的第一已知点，另一个为未检测到的且与所述第一已知点对应的第一未知点，同时(X₃，Z₃)和(X₄，Z₄)中的一个为已检测到的第二已知点，另一个为未检测到且与所述第二已知点对应的第二未知点；并根据(X₁，Z₁)、(X₂，Z₂)、(X₃，Z₃)和(X₄，Z₄)计算直线度偏差值。

优选地，所述第一2D激光位移传感器和所述第二2D激光位移传感器均与所述测量构架的水平方向具有夹角a，且0°＜a＜90°。

优选地，所述第一2D激光位移传感器和所述第二2D激光位移传感器均位于所述F轨的外侧。

优选地，所述第一2D激光位移传感器位于所述左F轨的外磁极面或内磁极面的正下方；所述第二2D激光位移传感器位于所述右F轨的外磁极面或内磁极面的正下方。

相比于背景技术介绍内容，上述磁浮F轨磁极面的直线度检测装置，通过第一2D激光位移传感器检测到第一已知点的坐标，根据第一已知点的坐标计算出对应的第一未知点的坐标，根据第二已知点的坐标得出对应的第二未知点的坐标，根据上述四点的坐标值计算出直线度偏差值。上述装置仅需通过两个2D激光位移传感器即可实现磁极面的直线度偏差值，能适应于车载和高速工况，同时相对于采用4个2D激光传感器的检测装置能节约一半以上的经济费用，大大降低了成本。

另外，本发明还提供了一种磁浮F轨磁极面的直线度检测方法，该方法包括：

获取左F轨的外磁极面相对于测量构架的第一取点坐标(X₁，Z₁)或左F轨的内磁极面相对于测量构架的第二取点坐标(X₂，Z₂)，和右F轨的外磁极面相对于测量构架的第三取点坐标(X₃，Z₃)或右F轨的内磁极面相对于测量构架的第四取点坐标(X₄，Z₄)；

根据已知点的坐标计算出对应未知点的坐标，其中(X₁，Z₁)和(X₂，Z₂)中的一个为已检测到的第一已知点，另一个为未检测到的且与所述第一已知点对应的第一未知点，同时(X₃，Z₃)和(X₄，Z₄)中的一个为已检测到的第二已知点，另一个为未检测到且与所述第二已知点对应的第二未知点；

根据(X₁，Z₁)、(X₂，Z₂)、(X₃，Z₃)和(X₄，Z₄)计算直线度偏差值。

由于上述磁浮F轨磁极面的直线度检测装置具有上述技术效果，而该磁浮F轨磁极面的直线度检测方法包含了上述磁浮F轨磁极面的直线度检测装置的核心思想，因此该磁浮F轨磁极面的直线度检测方法也应具相应的技术效果。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的磁浮F轨磁极面的直线度检测装置的结构示意图(图中未示出数据处理单元)；

图2为本发明实施例提供的磁浮F轨磁极面的直线度检测装置的内、外磁极面测点坐标示意图(图中以左F轨为例示出)；

图3为本发明实施例提供的磁浮F轨磁极面的直线度检测方法的原理图。

上图1-图3中，

测量构架1、第一2D激光位移传感器2、第一2D激光位移传感器3、激光线4、左F轨5、右F轨6、左F轨的外磁极面7、左F轨的内磁极面8、右F轨的外磁极面9、右F轨的内磁极面10、磁极面11、H轨枕12。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种磁浮F轨磁极面的直线度检测装置及方法，以解决磁浮F轨的磁极面直线度检测的成本高的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图3所示，本发明实施例提供的一种磁浮F轨磁极面的直线度检测装置，包括测量构架，测量构架1包括第一2D激光位移传感器2、第二2D激光位移传感器3和数据处理单元，其中，第一2D激光位移传感器2，用于检测左F轨5的外磁极面7相对于测量构架1的第一取点坐标(X₁，Z₁)，或检测左F轨5的内磁极面8相对于测量构架1的第二取点坐标(X₂，Z₂)，且第一2D激光位移传感器2的激光线4平行于左F轨5的横截面；

第二2D激光位移传感器3，用于检测右F轨6的外磁极面9相对于测量构架1的第三取点坐标(X₃，Z₃)，或检测右F轨6的内磁极面10相对于测量构架1的第四取点坐标(X₄，Z₄)，且第二2D激光位移传感器3的激光线4平行于右F轨6的横截面；

数据处理单元，用于根据已知点的坐标计算出对应未知点的坐标，其中(X₁，Z₁)和(X₂，Z₂)中的一个为已检测到的第一已知点，另一个为未检测到的且与第一已知点对应的第一未知点，这里需要说明的是，此时的已知点与未知点的对应是指，若(X₁，Z₁)取的是左F轨外磁极面的中点，(X₂，Z₂)对应为左F轨内磁极面的中点，因此可以保证已知点与未知点的距离为左F轨的内外磁极面之间的距离，即如图2中所示的固定间距B，当然可以理解的是上述已知点取中点仅仅是本发明实施例的一种优选的举例，还可以是上述已知点取中点偏左或偏右的点，对应的未知点为中点偏右或偏左的点，只要保证已知点与未知点的对应间距为可测量的已知间距即可。

同时(X₃，Z₃)和(X₄，Z₄)中的一个为已检测到的第二已知点，另一个为未检测到且与第二已知点对应的第二未知点，同理，此时的已知点与未知点的对应是指，若(X₃，Z₃)取的是右F轨外磁极面的中点，(X₄，Z₄)对应为右F轨内磁极面的中点，因此可以保证已知点与未知点的距离为右F轨的内外磁极面之间的距离，即固定间距B，当然可以理解的是上述已知点取中点仅仅是本发明实施例的一种优选的举例，还可以是上述已知点取中点偏左或偏右的点，对应的未知点为中点偏右或偏左的点，只要保证已知点与未知点的对应间距为可测量的已知间距即可。

根据已知点的坐标计算出对应未知点的坐标的具体实施过程为：

将第一取点坐标或第二取点坐标作为第一已知点的坐标，采用最小二乘拟合直线计算，获得第一已知点的直线L₁的方程：Z＝k'X+b'，再根据已知点的坐标与未知点的坐标之间共线，且已知点对应未知点的间距为固定值，在具体操作过程中选取内磁极面或外磁极面的中点，此时固定值为左F轨内、外磁极面的间距B，进而可计算出对应的第一未知点；同理根据第三取点坐标或第四取点坐标的直线L₂的方程：Z＝k"X+b"，可计算出对应的第二未知点，并根据四点坐标计算出相对于理论磁极面11的直线度偏差值。这里需要说明的是，此处的理论磁极面是指根据F轨与H枕梁12装配的理想状态时的磁极面；也可以是根据左F轨的内外磁极面和右F轨的内外磁极面上的多个点拟合而成的磁极面直线L的方程：Z＝kX+b。

相比于背景技术介绍内容，上述磁浮F轨磁极面的直线度检测装置，通过第一2D激光位移传感器检测到第一已知点的坐标，根据第一已知点的坐标计算出对应的第一未知点的坐标，根据第二已知点的坐标得出对应的第二未知点的坐标，根据上述四点的坐标值计算出直线度偏差值。上述装置仅需通过两个2D激光位移传感器即可实现磁极面的直线度偏差值，能适应于车载和高速工况，同时相对于采用4个2D激光传感器的检测装置能节约一半以上的经济费用，大大降低了成本。

为了本领域技术人员更好的理解本发明技术方案，下面结合直线度偏差的具体得出过程进行举例说明：

首先采集的左F轨(即左侧F形钢轨)的外磁极面上激光条，选取除倒角外的激光光条上相对于测量构架的系列点的坐标，如图3所示，采用最小二乘法拟合直线计算，获得直线L₁的方程为：Z＝k'X+b'；同时，选取除倒角外的激光光条上相对于测量构架的系列点的中间点X坐标X₁，并经L₁方程获得Z₁，得到四点直线度检测用的第一个测点坐标(X₁，Z₁)。

由于左F轨本身制造合格(即除制造误差外)的前提下，左F轨的内、外磁极面应该是共线的，因此，左F轨的内磁极面上的测点应在左F轨的外磁极面拟合直线L₁的延长线上，如图2所示，左F轨的内外磁极面之间的距离为固定距离B，从而可计算出左F轨的内磁极面上的测点坐标(X₂，Z₂)。同理，如图3所示，可获得右F轨的外磁极面上的拟合直线L₂的方程：Z＝k"X+b"和测点(X₃，Z₃)和(X₄，Z₄)。

进而在获得四个磁极面上的测点(X₁，Z₁)、(X₂，Z₂)、(X₃，Z₃)、(X₄，Z₄)后，可根据四点直线度检测算法获得磁浮F轨磁极面四点直线度。当检测到的四个磁极面的直线度误差在预设范围值以内时，评估合格。

下面用最小二乘算法计算直线度进行举例说明，具体计算方法如下：

1)对上述计算获得的磁悬浮F型轨道四个磁极面的坐标值(X₁，Z₁)、(X₂，Z₂)、(X₃，Z₃)、(X₄，Z₄)，进行最小二乘拟合直线计算，直线L的方程为：Z＝kX+b，根据公式可计算出k和b；

(其中，i＝1,2,3,4)

2)求出各测点到L在Z坐标方向的偏差值：

E_i＝Z_i-(kX_i+b)

3)求得Ei中的最大值Emax和最小值Emin(最大负值)，则平面直线度误差值f为：

f＝|E_max-E_min|

4)当检测到的四个磁极面的直线度误差小于1mm时，评估合格。

在具体的实施方案中，如图1所示，第一2D激光位移传感器2和第二2D激光位移传感器3均与测量构架1的水平方向具有夹角a，且0°＜a＜90°。通过将上述a取锐角，即0°＜a＜90°，使得上述第一2D激光位移传感器2和第二2D激光位移传感器3可布置在F轨的外侧，并且使得第一、第二2D激光位移传感器的横向检测范围增大，进而允许第一、第二2D激光传感器的横向偏移量增大。并且将第一2D激光位移传感器2和第二2D激光位移传感器3布置在F轨的外侧使得测量构架的布置更加方便。并且具体实施方式中，上述夹角a优选的布置角度为45°±5°，不仅使得横向偏移量增加，同时避免了倾角过小导致的构架布置的横向跨度过大。当然可以理解的是，上述夹角a也可以选取直角，当然此处的直角应该可以允许有一定的上下偏差，比如90°±5°。

更具体的实施方案中，上述第一2D激光位移传感器2和第二2D激光位移传感器3均位于F轨的外侧。当然可以理解的是上述第一2D激光位移传感器位于左F轨的外磁极面或内磁极面的正下方；第二2D激光位移传感器位于右F轨的外磁极面或内磁极面的正下方的布置方式。当夹角a＝90°±5°时，上述第一2D激光位移传感器应位于左F轨的外磁极面或内磁极面的正下方，这样可以使得2D激光位移传感器的检测范围最大，进而可以允许第一2D激光传感器的横向偏移量最大，偏移量一般在30mm-50mm；同理上述第二2D激光位移传感器应位于右F轨的外磁极面或内磁极面的正下方。当然上述第二2D激光位移传感器的位置也可以相对正下方稍微横向偏移，只要能够检测到右F轨的整个内磁极面和整个外磁极面即可实现本方案，只不过当a＝90°时，本发明优选采用第一2D激光位移传感器应位于左F轨的外磁极面或内磁极面的正下方和第二2D激光位移传感器应位于右F轨的外磁极面或内磁极面的正下方的布置方式而已。

另外本发明还提供了一种磁浮F轨磁极面的直线度检测方法，该方法包括：

获取左F轨5的外磁极面7相对于测量构架1的第一取点坐标(X₁，Z₁)或左F轨5的内磁极面8相对于测量构架1的第二取点坐标(X₂，Z₂)，和右F轨6的外磁极面9相对于测量构架1的第三取点坐标(X₃，Z₃)或右F轨6的内磁极面10相对于测量构架1的第四取点坐标(X₄，Z₄)；

根据已知点的坐标计算出对应未知点的坐标，其中(X₁，Z₁)和(X₂，Z₂)中的一个为已检测到的第一已知点，另一个为未检测到的且与第一已知点对应的第一未知点，同时(X₃，Z₃)和(X₄，Z₄)中的一个为已检测到的第二已知点，另一个为未检测到且与第二已知点对应的第二未知点；

根据(X₁，Z₁)、(X₂，Z₂)、(X₃，Z₃)和(X₄，Z₄)计算直线度偏差值。具体可参见图3结合上述直线度偏差的具体得出过程说明及最小二乘算法计算直线度的说明。当检测到的四个磁极面的直线度误差在预设范围值以内时，评估合格。

以上对本发明所提供的磁浮F轨磁极面的直线度检测装置及方法进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种磁浮F轨磁极面的直线度检测装置，包括测量构架，其特征在于，所述测量构架包括：

第一2D激光位移传感器(2)，用于检测左F轨(5)的外磁极面(7)相对于所述测量构架(1)的第一取点坐标(X₁，Z₁)，或检测左F轨(5)的内磁极面(8)相对于所述测量构架(1)的第二取点坐标(X₂，Z₂)，且所述第一2D激光位移传感器(2)的激光线(4)平行于所述左F轨(5)的横截面；

第二2D激光位移传感器(3)，用于检测右F轨(6)的外磁极面(9)相对于所述测量构架(1)的第三取点坐标(X₃，Z₃)，或检测右F轨(6)的内磁极面(10)相对于所述测量构架(1)的第四取点坐标(X₄，Z₄)，且所述第二2D激光位移传感器(3)的激光线(4)平行于所述右F轨(6)的横截面；

数据处理单元，用于根据已知点的坐标计算出对应未知点的坐标，其中(X₁，Z₁)和(X₂，Z₂)中的一个为已检测到的第一已知点，另一个为未检测到的且与所述第一已知点对应的第一未知点，并且所述第一已知点与所述第一未知点的距离为左F轨的外磁极面与内磁极面的距离，同时(X₃，Z₃)和(X₄，Z₄)中的一个为已检测到的第二已知点，另一个为未检测到且与所述第二已知点对应的第二未知点，并且所述第二已知点与所述第二未知点的距离为右F轨的外磁极面与内磁极面的距离；并根据(X₁，Z₁)、(X₂，Z₂)、(X₃，Z₃)和(X₄，Z₄)计算直线度偏差值。

2.如权利要求1所述的磁浮F轨磁极面的直线度检测装置，其特征在于，所述第一2D激光位移传感器(2)和所述第二2D激光位移传感器(3)均与所述测量构架(1)的水平方向具有夹角a，且0°＜a＜90°。

3.如权利要求1所述的磁浮F轨磁极面的直线度检测装置，其特征在于，所述第一2D激光位移传感器(2)和所述第二2D激光位移传感器(3)均位于F轨的外侧。

4.如权利要求1所述的磁浮F轨磁极面的直线度检测装置，其特征在于，所述第一2D激光位移传感器(2)位于所述左F轨的外磁极面或内磁极面的正下方；所述第二2D激光位移传感器(3)位于所述右F轨的外磁极面或内磁极面的正下方。

5.一种磁浮F轨磁极面的直线度检测方法，其特征在于，该方法包括：

获取左F轨(5)的外磁极面(7)相对于测量构架(1)的第一取点坐标(X₁，Z₁)或左F轨(5)的内磁极面(8)相对于测量构架(1)的第二取点坐标(X₂，Z₂)，和右F轨(6)的外磁极面(9)相对于测量构架(1)的第三取点坐标(X₃，Z₃)或右F轨(6)的内磁极面(10)相对于测量构架(1)的第四取点坐标(X₄，Z₄)；

根据已知点的坐标计算出对应未知点的坐标，其中(X₁，Z₁)和(X₂，Z₂)中的一个为已检测到的第一已知点，另一个为未检测到的且与所述第一已知点对应的第一未知点，同时(X₃，Z₃)和(X₄，Z₄)中的一个为已检测到的第二已知点，另一个为未检测到且与所述第二已知点对应的第二未知点；

根据(X₁，Z₁)、(X₂，Z₂)、(X₃，Z₃)和(X₄，Z₄)计算直线度偏差值。