CN108955561B - 一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，包括测量机床和夹具，测量机床包括底座，底座上固定分别有校准尺和中空的立柱，立柱上活动连接有测量系统；夹具包括基座，基座上活动连接有定位装置。通过安装臂板在垂直方向上的直线运动，实现多个激光感测头同时测量，能提高测量速度；通过光栅尺的准确位置测量反馈，能实时获得激光感测头的测量位置对应的轮廓数值。

Description

一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置

技术领域

本发明属于无砟轨道板轮廓测量装置技术领域，涉及一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置。

背景技术

随着高铁、地铁以及轨道交通技术的发展，对无砟轨道板的制造质量、精度要求也大大提高。先张法预应力混凝土无砟轨道板因为制造精度高，工艺过程清洁，同时自动化程度高，其应用越来越广泛。无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板由混凝土等材料在预定的模具中浇筑而成，目前最常见的轨道板上有18或者16个混凝土承轨台，其尺寸为6m×3m，重量为7到8吨。由于高铁或者地铁等的导轨安装在承轨台上，为了保证轨道运行的高速和平稳以及安全，交通运输部铁路局对该无砟轨道板的生产过程中的承轨台的轮廓度以及整个轨道板的承轨台形成的平面度有高的要求。因此，对每一块从生产线上下来的轨道板的承轨台都有明确的技术要求，同时实现在线监测。为了达到目前的无砟轨道板生产自动生产线的严格节拍要求，该无砟轨道板的检测过程中需要一个自动化的测量装置，获得最快的测量过程，为了保证获得该过程的快速和准确测量精度，设计了无砟轨道板的自动化测量装置。

目前对无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板的表面精度检测方法主要为：1、接触式扫描仪接触式扫描方法。接触式三维扫描仪通过实际触碰工件表面的方式计算深度，如坐标测量机即典型的接触式三维扫描仪，此方法相当精确，常被用于制造产业做离线测量。2、三维扫描仪创建工件几何表面点云建模方法。通过三坐标扫描仪扫描工件整体，创建工件几何表面点云，用点云数据插补成物体的表面形状，点云越密集，创建的模型越精确。这些检测方法存在以下问题：

1、接触式扫描在扫描过程中必须接触物体，探针可能会损毁工件表面。

2、三坐标扫描仪必须扫描工件整体，扫描速度慢，操作复杂，不适合大型工件的在线建模和检测。

3、要建立精确的模型，需要大量的点云数据建模，建模速度、数据处理速度慢。

4、测量过程一般要求工件翻转为水平放置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，解决了现有的轨道板测量速度慢的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，包括测量机床和夹具，测量机床包括底座，底座上固定分别有校准尺和中空的立柱，立柱上活动连接有测量系统；夹具包括基座，基座上活动连接有定位装置。

本发明的特点还在于，

立柱形状为长方体；沿立柱内竖直方向设置有隔板，隔板将立柱分隔为两个立柱a。

测量系统包括水平设置的安装臂板，安装臂板一侧固定有探测装置和动力系统，安装臂板另一侧设置有滑动组件和光栅读数头，立柱上设置有与滑动组件相适配的导轨组件，立柱上还固定有与光栅读数头相适配的光栅尺；立柱上设置有配重装置，配重装置通过钢丝绳与安装臂板连接。

安装臂板与校准尺互相平行，安装臂板与校准尺之间的横向直线距离为240mm。

探测装置包括多个激光感测头，多个激光感测头依次均匀排列在安装臂板上；动力系统包括换向器，换向器连接有交流伺服电动机，换向器位于安装臂板中部，换向器位于激光感测头上方。

导轨组件包括竖直设置的余摆线齿条和两个直线导轨，余摆线齿条位于两个直线导轨之间，光栅尺位于其中一个直线导轨外侧；滑动组件包括滚轮-和两个滑块，滚轮-连接在换向器的输出轴上，滚轮-与余摆线齿条相适配，两个滑块分别与直线导轨相适配。

配重装置包括两个架体，每个架体通过凸起固定在对应的立柱a上端，凸起固定在立柱a内壁上，每个架体上端安装有两个滑轮，滑轮与钢丝绳相适配，每个钢丝绳一端连接在安装臂板上，每个钢丝绳另一端连接有配重块，配重块位于立柱内。

定位装置包括底板，底板两端分别固定有两个相对设置的随动夹板，每个随动夹板两侧均设置有液压缸a，液压缸a下端连接有脚轮，沿基座长向设置有运动导轨，脚轮沿运动导轨运动；

底板长边侧面均向内开设有凹槽，凹槽的底部为斜面，基座上固定有定位楔块，定位楔块位于凹槽内，且定位楔块与凹槽的接触面相适配，定位楔块长度小于凹槽长度。

定位装置还包括有液压缸b和挡销，液压缸b和挡销分别位于无砟轨道板两侧，液压缸b与底板垂直，液压缸b上端活动连接有转动压板；挡销垂直穿过随动夹板；定位装置还包括有支撑钉，支撑钉位于随动夹板与无砟轨道板之间，且固定在随动夹板上；底板上还活动连接有定位块，定位块位于无砟轨道板下端。

基座一端固定有夹具挡销，夹具挡销为液压缸结构，夹具挡销中心至直线导轨的横向距离为2725mm，直线导轨与夹具挡销位于立柱的同一侧。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，通过安装臂板在垂直方向上的直线运动，实现多个激光感测头同时测量，能提高测量速度；

(2)本发明的用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，通过光栅尺的准确位置测量反馈，能实时获得激光感测头的测量位置对应的轮廓数值；

(3)本发明的用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，无砟轨道板准确定位在夹具上，通过夹具挡销保证其和测量机床的正确位置关系，进而保证激光感测头和被测的无砟轨道板位置正确；

(4)本发明的用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，通过交流伺服电机驱动，滚轮和余摆线齿条的传动和直线导轨的导向，能保证运动的平稳性。

附图说明

图1是本发明一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置的结构示意图；

图2是本发明一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置内测量机床的结构示意图；

图3是本发明一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置内测量机床的侧视图；

图4是本发明一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置内测量机床的剖视；

图5是本发明一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置内夹具的结构示意图；

图6是本发明一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置的另一种实施例的结构示意图。

图中，1.测量机床，2.夹具，3.底座，4.立柱，4-1.隔板，4-2.立柱a，5.测量系统，6.基座，7.定位装置，8.安装臂板，9.探测装置，10.动力系统，10-1.换向器，10-2.交流伺服电动机，11.滑动组件，11-1.滚轮，12.导轨组件，12-1.直线导轨，12-2.余摆线齿条，13.圆孔，14.光栅尺，15.配重装置，15-1.架体，15-2.凸起，15-3.配重块，15-4.滑轮，16.钢丝绳，17.底板，18.随动夹板，19.液压缸a，20.导轨，21.液压缸b，22.夹具挡销，23.凹槽，24.定位楔块，25.支撑钉，26.定位块，27.光栅读数头，28.校准尺，29.脚轮，30.方形孔，31.挡销，32.转动压板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，如图1所示，包括互相配合使用的测量机床1和夹具2，测量机床1包括底座3，底座3上固定有校准尺28，底座3上还固定有中空的立柱4，立柱4上活动连接有测量系统5；夹具2包括基座6，基座6上活动连接有定位装置7。

如图2所示，立柱4形状为长方体；沿立柱4内竖直方向设置有隔板4-1，隔板4-1将立柱4分隔为两个立柱a4-2。

测量系统5包括水平设置的安装臂板8，安装臂板8一侧固定有探测装置9和动力系统10，安装臂板8另一侧设置有滑动组件11和光栅读数头27，立柱4上设置有与滑动组件11相适配的导轨组件12，立柱4上还固定有与光栅读数头27相适配的光栅尺14；立柱4上设置有配重装置15，如图3所示，配重装置15通过钢丝绳16与安装臂板8连接。

安装臂板8与校准尺28互相平行，安装臂板8与校准尺28之间的横向直线距离为240mm。

探测装置9包括多个激光感测头，多个激光感测头依次均匀排列在安装臂板8上；动力系统10包括换向器10-1，换向器10-1连接有交流伺服电动机10-2，换向器10-1位于安装臂板8中部，换向器10-1位于激光感测头上方。

导轨组件12包括竖直设置的余摆线齿条12-2和两个直线导轨12-1，余摆线齿条12-2位于两个直线导轨12-1之间，光栅尺14位于其中一个直线导轨12-1外侧；滑动组件11包括滚轮11-1和两个滑块，滚轮11-1连接在换向器10-1的输出轴上，滚轮11-1与余摆线齿条12-2相适配，两个滑块分别与直线导轨12-1相适配。

如图4所示，配重装置15包括两个架体15-1，每个架体15-1通过凸起15-2固定在对应的立柱a4-2上端，凸起15-2固定在立柱a4-2内壁上，每个架体15-1上端安装有两个滑轮15-4，滑轮15-4与钢丝绳16相适配，每个钢丝绳16一端连接在安装臂板8上，每个钢丝绳16另一端连接有配重块15-3，配重块15-3位于立柱4内。

每个立柱a4-2互相平行的两侧壁上分别开设有多个方形孔30，立柱4另外两侧壁上分别开设有多个圆孔13；隔板4-1上相对开设有圆孔13；方形孔30所在的侧壁与安装臂板8平行。设置方形孔30、圆孔13不仅能减重，而且方便铸造时的清砂，方便观察立柱4内配重块15-3的工作状况。

如图5所示，定位装置7包括底板17，底板17两端分别固定有两个相对设置的随动夹板18，每个随动夹板18两侧均设置有液压缸a19，液压缸a19下端连接有脚轮29，如图6所示，沿基座6长向设置有运动导轨20，脚轮29沿运动导轨20运动；

底板17长边侧面均向内开设有凹槽23，凹槽23的底部为斜面，基座6上固定有定位楔块24，定位楔块24位于凹槽23内，且定位楔块24与凹槽23的接触面相适配，定位楔块24长度小于凹槽23长度。测量时，标准尺28工作面与定位楔块24平行。

定位装置7还包括有液压缸b21和挡销31，液压缸b21和挡销31分别位于无砟轨道板两侧，液压缸b21与底板17垂直，液压缸b21上端活动连接有转动压板32；挡销31垂直穿过随动夹板18；定位装置7还包括有支撑钉25，支撑钉25位于随动夹板18与无砟轨道板之间，且固定在随动夹板18上，测量时，液压缸b21、挡销31、转动压板32以及支撑钉25同时将无砟轨道板夹紧；底板17上还活动连接有定位块26，定位块26位于无砟轨道板下端，由于无砟轨道板会对底板17造成磨损，故在底板17上设置定位块26，当其磨损时只需替换定位块26即可。

基座6一端设置有夹具挡销22，夹具挡销22为液压缸结构，夹具挡销22中心至直线导轨12-1的横向距离为2725mm，直线导轨12-1与夹具挡销22位于立柱4的同一侧；夹具挡销22底部设置有触发开关，触发开关同时控制液压缸a19和测量机床1。

本发明一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置的工作过程如下：

测量时，先将定位装置7放在无砟轨道板安装工位，随后将前序处理好的待测无砟轨道板通过吊车等放入两个个随动夹板18之间，并保证无砟轨道板位于定位块26上，然后控制液压缸b21的活塞杆下移，转动压板32旋转180度并下移压紧无砟轨道板夹紧；再控制四个液压缸a19的活塞同步伸出，使底板17向上运动悬空，并通过脚轮29拖动无砟轨道板向测量工位移动，当底板17触碰到夹具挡销22后，随之触发到位检测开关，控制四个液压缸a19的活塞杆回缩，底板17带动无砟轨道板下移，通过凹槽23的斜面和定位楔块24的斜面配合实现整个夹具2相对测量机床1的定位；然后开启交流伺服电动机10-2、光栅读数头27以及激光感测头，交流伺服电动机10-2通过换向器10-1将运动和动力传至滚轮11-1，滚轮11-1和余摆线齿条12-2多齿无间隙啮合，带动安装臂板8向上运动，当激光感测头的光斑扫至校准尺28的侧工作面后，在软件中对所有激光感测头的读数值置零，激光感测头继续上移，当各激光感测头的光斑越过校准尺28的水平工作面，读数出现跳跃，此时分别在软件上记录光栅读数头27的读数值，根据这些读数值将各个光栅读数头27的垂直运动坐标置零，交流伺服电动机10-2持续旋转带动激光感测头上移，直至测量完毕。最后，夹具挡销22下移，液压缸a19活塞杆伸出使得脚轮29可以在导轨20上滚动，拖动底板17前行至无砟轨道板拆卸工位，拆卸无砟轨道板，同时，激光感测头在安装臂板8的带动下，下移至初始位置，准备下一次测量。

通过以上方式，本发明的用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，通过安装臂板在垂直方向上的直线运动，实现多个激光感测头同时测量，能提高测量速度；本发明的用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，通过光栅尺的准确位置测量反馈，能实时获得激光感测头的测量位置对应的轮廓数值；本发明的用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，无砟轨道板准确定位在夹具上，通过夹具挡销保证其和测量机床的正确位置关系，进而保证激光感测头和被测的无砟轨道板位置正确；本发明的用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，通过交流伺服电机驱动，滚轮11-1和余摆线齿条的传动和直线导轨的导向，能保证运动的平稳性。

Claims (7)

1.一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，其特征在于，包括测量机床(1)和夹具(2)，所述测量机床(1)包括底座(3)，所述底座(3)上固定分别有校准尺(28)和中空的立柱(4)，所述立柱(4)上活动连接有测量系统(5)；所述夹具(2)包括基座(6)，所述基座(6)上活动连接有定位装置(7)；

所述立柱(4)形状为长方体；沿所述立柱(4)内竖直方向设置有隔板(4-1)，所述隔板(4-1)将立柱(4)分隔为两个立柱a(4-2)；所述测量系统(5)包括水平设置的安装臂板(8)，所述安装臂板(8)一侧固定有探测装置(9)和动力系统(10)，所述安装臂板(8)另一侧设置有滑动组件(11)和光栅读数头(27)，所述立柱(4)上设置有与滑动组件(11)相适配的导轨组件(12)，所述立柱(4)上还固定有与光栅读数头(27)相适配的光栅尺(14)；所述立柱(4)上设置有配重装置(15)，所述配重装置(15)通过钢丝绳(16)与安装臂板(8)连接；所述配重装置(15)包括两个架体(15-1)，每个所述架体(15-1)通过凸起(15-2)固定在对应的立柱a(4-2)上端，所述凸起(15-2)固定在立柱a(4-2)内壁上，每个所述架体(15-1)上端安装有两个滑轮(15-4)，所述滑轮(15-4)与钢丝绳(16)相适配，每个所述钢丝绳(16)一端连接在安装臂板(8)上，每个所述钢丝绳(16)另一端连接有配重块(15-3)，所述配重块(15-3)位于立柱(4)内。

2.如权利要求1所述的一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，其特征在于，所述安装臂板(8)与校准尺(28)互相平行，所述安装臂板(8)与校准尺(28)之间的横向直线距离为240mm。

3.如权利要求1所述的一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，其特征在于，所述探测装置(9)包括多个激光感测头，多个所述激光感测头依次均匀排列在安装臂板(8)上；所述动力系统(10)包括换向器(10-1)，所述换向器(10-1)连接有交流伺服电动机(10-2)，所述换向器(10-1)位于安装臂板(8)中部，所述换向器(10-1)位于激光感测头上方。

4.如权利要求1所述的一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，其特征在于，所述导轨组件(12)包括竖直设置的余摆线齿条(12-2)和两个直线导轨(12-1)，所述余摆线齿条(12-2)位于两个所述直线导轨(12-1)之间，所述光栅尺(14)位于其中一个直线导轨(12-1)外侧；所述滑动组件(11)包括滚轮(11-1)11-1和两个滑块，所述滚轮(11-1)11-1连接在换向器(10-1)的输出轴上，所述滚轮(11-1)11-1与余摆线齿条(12-2)相适配，两个所述滑块分别与直线导轨(12-1)相适配。

5.如权利要求1所述的一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，其特征在于，所述定位装置(7)包括底板(17)，所述底板(17)两端分别固定有两个相对设置的随动夹板(18)，每个所述随动夹板(18)两侧均设置有液压缸a(19)，所述液压缸a(19)下端连接有脚轮(29)，沿所述基座(6)长向设置有运动导轨(20)，所述脚轮(29)沿运动导轨(20)运动；

所述底板(17)长边侧面均向内开设有凹槽(23)，所述凹槽(23)的底部为斜面，所述基座(6)上固定有定位楔块(24)，所述定位楔块(24)位于凹槽(23)内，且所述定位楔块(24)与凹槽(23)的接触面相适配，所述定位楔块(24)长度小于凹槽(23)长度。

6.如权利要求1所述的一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，其特征在于，所述定位装置(7)还包括有液压缸b(21)和挡销(31)，所述液压缸b(21)和挡销(31)分别位于无砟轨道板两侧，所述液压缸b(21)与底板(17)垂直，所述液压缸b(21)上端活动连接有转动压板(32)；所述挡销(31)垂直穿过随动夹板(18)；所述定位装置(7)还包括有支撑钉(25)，所述支撑钉(25)位于随动夹板(18)与无砟轨道板之间，且固定在随动夹板(18)上；所述底板(17)上还活动连接有定位块(26)，所述定位块(26)位于无砟轨道板下端。

7.如权利要求4所述的一种用于测量无砟轨道板表面轮廓的装置，其特征在于，所述基座(6)一端固定有夹具挡销(22)，所述夹具挡销(22)为液压缸结构，所述夹具挡销(22)中心至直线导轨(12-1)的横向距离为2725mm，所述直线导轨(12-1)与夹具挡销(22)位于立柱(4)的同一侧。

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