CN109253693B - 狭长构件检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种狭长构件检测装置，包括检测平台、纵向移动装置、龙门架、相机横向导向装置、3D相机和激光位移传感器，检测平台上的检测区域设有多条沟槽，多条沟槽相邻两条的间距小于3D相机的视野宽度，沟槽彼此的深度或宽度不同，两个纵向移动装置位于检测平台的两侧并关于检测平台对称，纵向移动装置的齿轮齿条机构驱动检测装置沿导轨纵向滑动，3台3D相机固定在相机桥架上，相机桥架通过丝杠滑台与固定在龙门架上的滚珠丝杠的螺母连接，电机转动通过丝杠螺母带动相机桥架移动，从而实现3部相机同时横向移动，移动量基于激光位移传感器的数据控制，以沟槽为参照，实现对狭长构件的直线度、平面度等参数的检测，且导向精度不受导向误差的影响。

Description

狭长构件检测装置

技术领域

本发明属于狭长构件检测技术领域，具体的，涉及一种狭长构件检测装置。

背景技术

狭长构件在基础结构中起着重要作用，如：钢轨是铁路轨道的重要组成部件，它的作用是承受车轮的巨大压力并传递到轨枕上，引导车轮的运行方向，其必须具备足够的强度、稳定性和耐磨性等特性，为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动面等作用。

随着我国轨道交通事业的迅速发展，特别是随着国家对高速铁路发展的大力提倡，高速铁路已经成为提高铁路运送能力的重要手段，我国的高速铁路里程已达2.5万公里，占世界三分之二，国内外高速铁路发展潜力依然巨大。在铁路系统中，列车行驶速度提高非常显著，使得钢轨的需求量更大及精度要求更高，从而保证列车在行驶过程中的安全性、平稳性和舒适性。然而，高速铁路用长轨直线度等指标的测量一直是困扰生产企业的一个重要技术难题。现有的钢轨直线度等的测量装置主要是借助人力，利用直尺和拉绳法等接触式测量，存在费时费力，效率低下，测量精度不达标等问题。而且，目前的自动检测装置仅限于检测构件的直线度，并不能同时检测直线度和平面度等多项指标。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种狭长构件检测装置，采用3D相机配合激光位移传感器实现对构件的检测和智能导向，可实现相机对弯曲构件的准确跟踪检测，提高检测视野和检测精度，完成对狭长构件如钢轨等的直线度以及平面度等各项指标的检测。

本发明是这样实现的：

一种狭长构件检测装置，其包括检测平台、纵向移动装置、龙门架、相机横向导向装置、3D相机和激光位移传感器，所述检测平台的检测区域设有多条沟槽，多条所述沟槽每相邻两条的间距小于所述3D相机的视野宽度，多条所述沟槽彼此的深度或宽度不同，两个所述纵向移动装置位于所述检测平台的两侧并关于所述检测平台对称，所述纵向移动装置包括导轨组、导轨支架组、立柱、齿条组、齿轮、伺服电机、滑块组和电机支架，所述齿条组固定在所述导轨支架组上，所述导轨支架组固定在所述立柱上，所述立柱固定在调平平台或地基上，保持导轨支架组上的导轨组的导轨上平面水平，所述伺服电机固定在所述电机支架上，所述电机支架与所述滑块组连接，所述滑块组与所述导轨组构成移动副，所述齿轮通过平键与所述伺服电机的输出轴相连，所述齿轮与所述齿条组相啮合构成齿轮齿条机构，所述电机支架固定在所述龙门架的底座上，所述龙门架包括底座、龙门架立柱和龙门架箱型梁，所述龙门架立柱的底部与所述底座相连，所述龙门架立柱的上部与所述龙门架箱型梁的端部相连，所述龙门架横跨所述检测平台，两个所述龙门架立柱关于所述检测平台对称，所述龙门架箱型梁位于所述检测平台的正上方，所述激光位移传感器固定在所述龙门架上，所述激光位移传感器的镜头平面与检测平台的上平面垂直，所述相机横向导向装置包括相机桥架、丝杠滑台、丝杠螺母、电机和滚珠丝杠，所述滚珠丝杠通过联轴器与所述电机的输出轴相连，并固定在所述龙门架箱型梁上，所述相机桥架与所述丝杠滑台连接成一体，所述丝杠滑台与所述丝杠螺母连接，与所述滚珠丝杠构成移动副，使所述相机桥架沿垂直于所述纵向移动装置导轨组方向移动，所述3D相机包括第一3D相机、第二3D相机和第三3D相机，第一3D相机和第二3D相机相对的固定在所述相机桥架的两侧部，第一3D相机和第二3D相机关于所述检测平台对称，且镜头与所述检测平台的平面垂直，第三个3D相机固定在第一3D相机和第二3D相机连线的垂直平分面上，固定在所述相机桥架的顶部，且所述第三3D相机的镜头与所述检测平台的上平面平行。

优选地，还包括保护架，所述保护架位于检测装置的初始端，两端横跨所述检测平台，并分别固定在所述导轨支架组上。

优选地，所述导轨组由多条导轨拼接而成，所述导轨组的长度大于被检测构件的长度。

优选地，所述导轨支架组由多个导轨支架拼接而成。

优选地，所述滑块组包括两个滑块。

优选地，所述3D相机通过相机架固定在所述相机桥架上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的狭长构件检测装置采用齿轮齿条机构进行传动并用高精度导轨进行导向，传动精度高。

(2)狭长构件检测时，由于相机架的晃动和导向误差，狭长构件被检测出的轮廓会有很大的变形，严重影响了对狭长构件实际轮廓线的检测。构件下的检测平台或基板加上沟槽以后，即使相机受到晃动和导向误差的影响，由相机扫描出的沟槽轮廓线和构件轮廓线在同一目中都会随之晃动或发生导向偏移，但是，狭长构件的轮廓线与沟槽的轮廓线相对距离不会因为晃动或导向偏移而改变，而沟槽的位置和尺寸是已知的，整个被检测构件相对于沟槽描绘，从而得出狭长构件实际的轮廓，极大地提高了对狭长构件的检测精度，很好地避免了由于相机晃动或导向偏移带来的检测误差。

(3)将激光位移传感器的电流电压的变化量传输给PLC，控制伺服电机的正反转运动，使相机桥架产生垂直于纵向导轨的往复移动，保证狭长构件在3台3D相机的视野范围内，采用激光位移传感器实现对构件检测的3D相机的智能导向，可实现相机对弯曲构件的准确跟踪，提高检测视野和检测精度。

(4)配合使用3D相机和沟槽，对狭长构件的检测不仅限于直线度，还能进行平面度等三维的各项指标的高精度检测。

附图说明

图1为本发明的狭长构件检测装置的结构示意图。

图2为本发明的龙门架的结构示意图。

图3为本发明的相机桥架的示意图。

图4为本发明的狭长构件检测装置进行检测时的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图1～4所示，一种狭长构件检测装置，其包括检测平台1、纵向移动装置、龙门架、相机横向导向装置、3D相机和激光位移传感器23，检测平台1的检测区域设有多条沟槽34，多条沟槽34的每相邻两条的间距小于3D相机的视野宽度，多条沟槽34彼此的深度或宽度各不相同，用于彼此区分。两个纵向移动装置位于检测平台1的两侧并关于检测平台对称，纵向移动装置包括导轨组5、导轨支架组3、立柱2、齿条组8、齿轮10、伺服电机14和电机支架15，齿条组8固定在导轨支架组3上，导轨支架组3固定在立柱2上，立柱2固定在调平平台或地基上，用于保持导轨支架组3上的导轨组5的上平面水平，伺服电机14固定在电机支架15上，电机支架15与滑块组12连接，滑块组12与导轨组5构成移动副，齿轮10通过平键与伺服电机14的输出轴相连，齿轮10与齿条组8相啮合构成齿轮齿条机构，电机支架15固定在龙门架的底座18上，龙门架包括底座18、龙门架立柱20和龙门架箱型梁22，龙门架立柱的底部与底座18相连，龙门架立柱20的上部与龙门架箱型梁22的端部相连，龙门架横跨检测平台1，两个龙门架立柱20关于检测平台1对称，龙门架箱型梁22位于检测平台1的正上方，激光位移传感器23固定在龙门架上，激光位移传感器23的镜头平面与检测平台1的上平面垂直，相机横向导向装置包括相机桥架27、丝杠滑台26、丝杠螺母、电机25和滚珠丝杠24，滚珠丝杠24通过联轴器与电机25的输出轴相连，并固定在龙门架箱型梁22上，相机桥架27与丝杠滑台26连接成一体，丝杠滑台26与丝杠螺母连接，与滚珠丝杠24构成移动副，使相机桥架27沿垂直于导轨组5的方向移动，3D相机包括第一3D相机28、第二3D相机29和第三3D相机30，第一3D相机28和第二3D相机29相对的固定在相机桥架27的两侧部，第一3D相机28和第二3D相机29关于检测平台1对称，优选的，第一3D相机28和第二3D相机29的镜头与检测平台1的上平面垂直，第三个3D相机30固定在第一3D相机28和第二3D相机29连线的垂直平分面上，固定在相机桥架27的顶部，且第三3D相机30的镜头与检测平台1的上平面平行。

优选地，还包括保护架7，保护架7位于检测装置的初始端，两端横跨检测平台1，并分别固定在导轨支架组3上。

优选地，导轨组5由多条导轨拼接而成，导轨组5的长度大于被检测构件的长度。

优选地，导轨支架组3由多个导轨支架拼接而成。

优选地，滑块组12包括两个滑块，保证运动稳定性。

优选地，3D相机通过相机架31固定在相机桥架27上。

优选地，在检测平台上固定连接一基板，在基板上设有多条沟槽。

在本实施例中，导轨组通过螺纹连接固定在导轨支架组上，导轨支架组与立柱2通过螺栓连接，立柱通过螺栓固定在调平平台或地基上，保护架7的两端通过螺栓分别固定在检测平台1两侧的导轨支架组3上，齿条组8通过螺栓固定在导轨支架组3上，伺服电机14通过螺栓连接到电机支架15上、电机支架15和滑块组12通过螺栓连接，滑块组12由第一滑块、第二滑块构成，滑块组12与导轨组5相配合构成移动副；齿轮10通过平键与伺服电机14的输出轴相连接，并用螺母和垫片等进行轴向固定；齿轮10和齿条组8相啮合构成齿轮齿条机构；电机支架15通过螺栓固定在龙门架底座18上；如图2所示，龙门架由龙门架底座18、龙门架立柱20和龙门架箱型梁22通过焊接连接成为一个整体；龙门架箱型梁22横跨两个龙门架立柱20，两个龙门架立柱20关于检测平台1中心平面对称布置；激光位移传感器23通过架杆用螺栓固定连接在龙门架立柱上，激光位移传感器镜头平面与检测平台1的上平面垂直。滚珠丝杠24通过联轴器与电机25的输出轴相连接，同时也采用螺母和垫片等进行轴向固定；滚珠丝杠24与电机25构成的整体通过螺栓固定在龙门架箱型梁22上；相机桥架27与丝杠滑台26通过螺栓连接成一体，丝杠滑台26与丝杠螺母用螺栓固定连接，它们和丝杠相配合构成移动副，使相机桥架27沿着垂直于纵向移动装置的导轨方向移动；三个相机支架31通过螺栓连接到相机桥架27上，如图3所示，第一3D相机28、第二3D相29和第三3D相机30分别通过螺栓安装在对应的相机支架31中，第一3D相机28、第二3D相机29面对面安装，关于检测平台1纵向中心平面对称布置，镜头与检测平台1的上平面垂直，第三3D相机30位于第一3D相机28、第二3D相机29连线的垂直平分面上，安装在相机桥架27顶部，镜头与检测平台1上平面平行。

检测装置的龙门架、相机桥架、3D相机、激光位移传感器、相机横向导向装置、纵向移动装置的各部分安装好后，如图4所示，借助伺服电机驱动齿轮10与齿条组传动，以驱动整个检测装置。龙门架与高精度导轨组通过滑块连接，实现纵向的大尺寸、高精度移动。将检测装置移至保护架7下，避免在检测平台上放置钢轨的过程中，撞到检测装置，起到防护的作用。此时将钢轨放置在带有沟槽的检测平台1上，等待相机检测。

3D相机、相机横向导向装置、纵向移动装置和激光位移传感器均通电启动后，开始进行检测。激光位移传感器安装在相机的前方，与相机横向导向装置结合对3D相机进行导向，相机横向导向装置实现利用激光位移传感器的检测信息对3D相机的横向运动进行导向的功能，3台3D相机固定在相机桥架上，相机桥架27通过丝杠滑台与固定在龙门架上的滚珠丝杠螺母连接，电机带动相机桥架移动，从而实现3部3D相机同时横向移动，移动量由激光位移传感器的数据决定，当激光位移传感器23检测到钢轨弯曲变形将超出相机视野范围时，便会将电流电压变化的模拟量，通过模/数转换为数字量，传输给PLC，用于控制电机的正反转运动，使相机桥架产生横向的左右移动，保证被检测构件如钢轨的检测区在3台3D相机的视野范围内，使3D相机虽受视野范围的限制，也可将因弯曲而超出视野的钢轨全部检测到。

以相机横向导向装置移动的方向为X轴方向，沟槽深度方向为Z轴方向，伺服电机移动方向为Y轴方向。当检测到钢轨第一条轮廓时，检测到的会有1个、2个或3个沟槽，各沟槽之间的距离是定值，各沟槽尺寸也是定值。沟槽间距根据相机视野而定，应保证相机在检测的过程中，至少有一个沟槽在相机视野之内。检测出的第一条轮廓中沟槽的数据，可以通过各沟槽之间的距离将所有沟槽的坐标值全部得出，以备于后续检测出的沟槽轮廓坐标与其进行比较。

在检测平台1上设有间距小于视野宽度的多条不同深度(或不同宽度)的沟槽34，由于相机在同一轮廓中检测到的会有1个、2个或3个沟槽，沟槽间彼此不同的深度或宽度用以彼此区分，选取其中深度(或宽度)最小(或为某一固定值)的沟槽轮廓线，与其深度(或宽度)相对应的基准槽进行加(减)运算，得出X方向的位移偏差。即使相机受到导向装置晃动或导向误差的影响，钢轨被检测出的轮廓线与沟槽轮廓的相对距离也不会改变，将得到的X方向的位移偏差与3D相机的检测数据进行补偿，对钢轨的实际轮廓进行复原，得出钢轨实际的平面度和直线度等指标。往后依次检测出的轮廓线均做相同的处理，得出钢轨的实际轮廓线的检测数据。

例如：钢轨轮廓检测的具体过程如下：

1.根据相机检测出的数据，对钢轨每个点的数据(X₀,Y₀,Z₀)进行提取。

2.以第三3D相机30检测出的第一目中的沟槽作为基准槽，因受相机视野范围的影响，故在本例中基准槽只是4个沟槽中的1个、2个、或3个沟槽，各沟槽间的距离固定且已知，可以计算出未被相机检测到的沟槽，从而得出各沟槽的在不同纵向位置的所有数据，这些数据称为基准数据。

根据相机每一目检测到的沟槽数据，选取其中深度(或宽度)最小(或为某一固定值)的沟槽轮廓线，与其深度(或宽度)相对应的沟槽在该纵向位置Y₀处的基准数据进行加(减)运算，得出X方向的位移偏差ΔX。同样得出Z方向的数据偏差ΔZ。

3.将位移偏差ΔX和ΔZ与相机检测的数据进行补偿：

X＝X₀+ΔX,Y＝Y₀,Z＝Z₀+ΔZ

得到被测钢轨每一点的测量数据(X,Y,Z)。从而得到钢轨的轮廓，进一步可以根据需要整理直线度、平面度等各项数据。这些数据都不受导向误差的影响。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种狭长构件检测装置，其包括检测平台、纵向移动装置、龙门架、相机横向导向装置、激光位移传感器和3D相机，其特征在于：

所述检测平台的检测区域设有多条沟槽，多条所述沟槽每相邻两条的间距小于所述3D相机的视野宽度，多条所述沟槽彼此的深度或宽度不同，

两个所述纵向移动装置位于所述检测平台的两侧并关于所述检测平台对称，所述纵向移动装置包括导轨组、导轨支架组、立柱、齿条组、齿轮、伺服电机、滑块组和电机支架，所述齿条组固定在所述导轨支架组上，所述导轨支架组固定在所述立柱上，所述立柱固定在调平平台或地基上，保持导轨支架组上的导轨组导轨上表面水平，所述伺服电机固定在所述电机支架上，所述电机支架与所述滑块组连接，所述滑块组与所述导轨组构成移动副，所述齿轮通过平键与所述伺服电机的输出轴相连，所述齿轮与所述齿条组相啮合构成齿轮齿条机构，所述电机支架固定在所述龙门架的底座上，

所述龙门架包括底座、龙门架立柱和龙门架箱型梁，所述龙门架立柱的底部与所述底座相连，所述龙门架立柱的上部与所述龙门架箱型梁的端部相连，所述龙门架横跨所述检测平台，两个所述龙门架立柱关于所述检测平台对称，所述龙门架箱型梁位于所述检测平台的正上方，所述激光位移传感器固定在所述龙门架上，所述激光位移传感器的镜头平面与检测平台的平面垂直，

所述相机横向导向装置包括相机桥架、丝杠滑台、丝杠螺母、电机和滚珠丝杠，所述滚珠丝杠通过联轴器与所述电机的输出轴相连，并固定在所述龙门架箱型梁上，所述相机桥架与所述丝杠滑台连接成一体，所述丝杠滑台与所述丝杠螺母连接，与所述滚珠丝杠构成移动副，使所述相机桥架沿垂直于所述导轨组的方向移动，

所述3D相机包括第一3D相机、第二3D相机和第三3D相机，第一3D相机和第二3D相机相对固定在所述相机桥架的两侧部，第一3D相机和第二3D相机关于所述检测平台对称，且镜头与所述检测平台的上平面垂直，第三个3D相机固定在第一3D相机和第二3D相机连线的垂直平分面上，固定在所述相机桥架的顶部，且所述第三3D相机的镜头与所述检测平台的上平面平行。

2.根据权利要求1所述的狭长构件检测装置，其特征在于：还包括保护架，所述保护架位于检测装置的初始端，两端横跨所述检测平台，并分别固定在所述导轨支架组上。

3.根据权利要求1所述的狭长构件检测装置，其特征在于：所述导轨组由多条导轨拼接而成，所述导轨组的长度大于被检测构件的长度。

4.根据权利要求3所述的狭长构件检测装置，其特征在于：所述导轨支架组由多个导轨支架拼接而成。

5.根据权利要求1所述的狭长构件检测装置，其特征在于：所述滑块组包括两个滑块。

6.根据权利要求1所述的狭长构件检测装置，其特征在于：所述3D相机通过相机架固定在所述相机桥架上。