发明内容
本发明的目的包括提供一种第三轨检测装置,结构组成简单,能够连续、高效的进行第三轨几何形位参数的测量和存储,同时满足测量精度的要求。
本发明的目的还包括提供一种第三轨检测方法,对第三轨的里程位置数据、轮廓数据以及距离数据进行处理分析来实时高效的进行第三轨几何形位参数的检测,确保对第三轨进行有效的日常维护。
本发明提供的第一种技术方案:
一种第三轨检测装置,包括测量载体、光电编码器、轮廓扫描仪、测距仪、同步控制器、数据传输器以及上位机;所述光电编码器、所述轮廓扫描仪、所述测距仪、所述同步控制器以及所述数据传输器均设置于所述测量载体上;所述同步控制器分别与所述光电编码器、所述轮廓扫描仪、所述测距仪和所述数据传输器连接,所述数据传输器与所述上位机连接;所述轮廓扫描仪与所述上位机连接;所述测距仪与所述上位机连接。
所述同步控制器获取所述光电编码器采集的里程位置数据,并将所述里程位置数据发送给所述数据传输器,同时,所述同步控制器向所述轮廓扫描仪和所述测距仪发送控制信号,控制所述轮廓扫描仪和所述测距仪工作;所述上位机分别获取所述数据传输器发送的所述里程位置数据、所述轮廓扫描仪发送的轮廓数据以及所述测距仪发送的距离数据,并对获取的数据进行分析处理。
进一步地,所述测量载体包括第一车轮、第二车轮以及搭载主体;所述第一车轮和所述第二车轮相对的设置于所述搭载主体上,用于接触第三轨道并沿所述第三轨道运动;所述光电编码器设置于所述第一车轮上;所述轮廓扫描仪设置于所述搭载主体上靠近所述第一车轮的一端;所述数据采集器、所述测距仪以及所述数据传输器均设置于所述搭载主体上。
进一步地,还包括报警器;所述报警器与所述上位机连接。
本发明提供的第二种技术方案:
一种第三轨检测方法,应用于第一种技术方案中所述的第三轨检测装置,包括以下检测步骤:
数据采集,同时采集第三轨的里程位置数据、轮廓数据以及距离数据。
获取检测指标,对所述轮廓数据和所述距离数据进行处理,生成拉出值、导高值以及不平顺度;同时生成支架定位信息。
指标判断,设定拉出值阈值,将所述拉出值与所述拉出值阈值进行对比;设定导高值阈值,将所述导高值与所述导高值阈值进行对比;设定不平顺度阈值,将所述不平顺度与所述不平顺度阈值进行对比。
异常提醒,提取对比结果不正常的所述拉出值,并结合所述里程位置数据和所述支架定位信息进行报警提醒;提取对比结果不正常的所述导高值,并结合所述里程位置数据和所述支架定位信息进行报警提醒;提取对比结果不正常的不平顺度,并结合所述里程位置数据和所述支架定位信息进行报警提醒。
进一步地,所述数据采集步骤和所述获取检测指标步骤中,生成所述拉出值的具体步骤包括:
根据所述距离数据,获取第一检测距离s;同时获取距离补偿参数ρ和载体尺寸L’。
根据第一计算公式生成轨距G:
G=(s-ρ)+L’;
根据所述轮廓数据,生成轨面中心线。
根据所述轨面中心线,获取第一安装距离L1,同时获取第二安装距离L2以及第一中心距L3。
根据第二计算公式生成所述拉出值L0:
L0=L1+L2+L3=L1+L2+G/2。
进一步地,所述根据轮廓数据,生成轨面中心线步骤的具体方法包括:
获取轨面轮廓的线云数据帧。
对所述线云数据帧进行处理,形成轨面数据。
提取所述轨面数据中的轨面中心点数据,并形成轨面中心线。
进一步地,所述数据采集步骤和所述获取检测指标步骤中,生成所述导高值的具体步骤包括:
根据所述轮廓数据,生成轨面中心线。
根据所述轨面中心线和所述距离数据,获取第一检测高度H1;同时获取第一安装高度H2。
根据第三计算公式生成所述导高值H0:
H0=H1+H2。
进一步地,所述根据轮廓数据,生成轨面中心线步骤的具体方法包括:
获取轨面轮廓的线云数据帧。
对所述线云数据帧进行处理,形成轨面数据。
提取所述轨面数据中的轨面中心点数据,并形成轨面中心线。
进一步地,所述数据采集步骤和所述获取检测指标步骤中,生成所述不平顺度的具体步骤包括:
设定轨面提取步长,根据所述轨面提取步长和所述轮廓数据,依次获取多个轨面数据集。
提取每个所述轨面数据集的最大值和最小值。
在相邻的两个所述轨面数据集内,将一个所述轨面数据集的最小值与另一个所述轨面数据集的最大值进行处理,生成两个参考值。
提取两个所述参考值中的较大值,生成所述不平顺度。
进一步地,所述数据采集步骤和所述获取检测指标步骤中,生成所述支架定位信息的具体步骤包括:
预处理,对所述轮廓数据进行预处理,形成支架线云数据帧。
第一特征处理,设定第一特征判定标准和第一特征判定范围,对所述支架云数据帧逐帧进行第一特征判定:
若在所述第一特征判定范围内,所述支架云数据帧中有一帧不符合所述第一特征判定标准,则重新进行所述预处理。
若在所述第一特征判定范围内,所述支架云数据帧的每一帧均符合所述第一特征判定标准,则进行第二特征处理。
第二特征处理,设定第二特征判定标准,并对所述支架云数据帧逐帧进行第二特征判定:
若所述支架云数据帧中有一帧不符合所述第二特征判定标准,则重新进行所述预处理。
若支架云数据帧中的每一帧均符合所述第二特征判定标准,则确定为支架,并进行编号存储,生成所述支架定位信息。
相比现有的第三轨检测装置及检测方法,本发明提供的一种第三轨检测装置及检测方法的有益效果是:
第三轨检测装置装备光电编码器、轮廓扫描仪以及测距仪来进行第三轨几何形位参数的检测。检测装置组成简单,有效节约成本,且检测高效,能够进行实时在线检测,达到监测所需的精度要求。
第三轨检测方法通过采集里程位置数据进行定位,采集第三轨的轮廓数据和距离数据,以检测第三轨道的几何形位参数,并通过支架定位信息和里程位置数据来确定检测位置,高效精确的对第三轨几何形位参数进行检测,对检测数据的处理高效且准确,确保对第三轨进行有效的维护。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例
请参阅图1,本实施例提供了一种第三轨检测装置100,包括测量载体、光电编码器01、轮廓扫描仪02、测距仪03、同步控制器04、数据传输器05、推杆08、操作板09以及上位机(图中未示出)。
光电编码器01、轮廓扫描仪02、测距仪03、同步控制器04、数据传输器05以及推杆08均设置于测量载体上。操作板09设置于推杆08上。同步控制器04分别与光电编码器01、轮廓扫描仪02、测距仪03以及数据传输器05连接。同步控制器04在接收到光电编码器01发送的里程位置数据后,同时控制轮廓扫描仪02和测距仪03工作,并将接收到的里程位置数据发送给数据传输器05。
上位机设置于操作板09上,上位机分别与数据传输器05、轮廓扫描仪02以及测距仪03连接。上位机同时接收数据传输器05发送的里程位置数据、轮廓扫描仪02发送的轮廓数据以及测距仪03发送的距离数据,并对这些数据进行分析处理,形成需要检测的第三轨的几何形位数据,同时判断几何形位数据是否符合检测标准,实现对第三轨几何形位参数的实时高效检测。
数据传输器05的类型多样,优选地,本实施例中,数据传输器05为无线路由,能与上位机实现无线数据传输。同样地,轮廓扫描仪02和测距仪03均采用无线连接的方式与上位机实现数据传输。
为了有效的进行第三轨几何形位参数的检测,光电编码器01、轮廓扫描仪02以及测距仪03均需要设置在适宜的位置才能实现对第三轨几何形位参数的精确、有效检测。
请参阅图2和图3,并结合图1。提供一种用于下接触式的第三轨检测装置100。具体地,测量载体包括搭载主体71、固定板72、第一车轮73、第二车轮74以及安装板76。固定板72与搭载主体71的一端连接。第一车轮73和第二车轮74相对的设置于搭载主体71的两端,且第一车轮73与固定板72连接,并位于固定板72上远离搭载主体71的一侧。第二车轮74与搭载主体71连接。
第一车轮73和第二车轮74用于分别贴附在走行轨道300的轨面上,带动搭载主体71沿走行轨道300运动,实现对第三轨200的检测。为了保证搭载主体71运动的平稳定,第一车轮73可设置多个,优选地,本实施例中,第一车轮73为两个,且相对设置于固定板72的两端。具体地,固定板72远离搭载主体71的两端分别开设有安装孔721。两个第一车轮73分别设置于两个安装孔721中,且轮体位于固定板72远离搭载主体71的一侧。
光电编码器01设置于其中一个第一车轮73上,且位于固定板72远离搭载主体71的一侧。轮廓扫描仪02设置于固定板72远离搭载主体71的一侧,且位于两个第一车轮73之间。由于轮廓扫描仪02需要扫描第三轨200的轨面轮廓,因此,轮廓扫描仪02的安装具有一定角度,为了方便安装,设置安装板76。安装板76与固定板72连接,且位于固定板72远离搭载主体71的一侧。轮廓扫描仪02设置于安装板76上。
可以理解的是,安装板76的形状和结构多样,只要保证轮廓扫描仪02的安装角度,实现对第三轨200轨面轮廓的扫描,其形状和结构都是可取的。
同步控制器04、数据传输器05、测距仪03以及推杆08均设置于搭载主体71上。搭载主体71的结构和形式多种,优选地,本实施例中,搭载主体71为盒体结构。同步控制器04和测距仪03均设置于盒体中,且同步控制器04相对测距仪03靠近固定板72。推杆08的一端铰接在盒体上,另一端设置有把手和操作板09。上位机设置于操作板09上。把手用于作业人员握持推动整个检测装置沿走行轨道300运动。
值得说明的是,上位机用于获取里程位置数据、轮廓数据以及距离数据,并对这些数据进行分析处理,形成结果后进行存储,同时对存在异常的数据集合位置信息进行报警提醒。因此,上位机包括了可进行数据分析处理的处理器和用于显示的显示屏。
处理器的种类多样,可以是通用处理器,包括中央处理器(Central ProcessingUnit,简称CPU)、网络处理器(Network Processor,简称NP)等;还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit,简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。优选地,本实施例中,处理器和显示屏采用一体式集成的形式,为平板电脑。
另外,本实施例中,设置报警器与上位机连接,当检测出异常参数时,上位机控制报警器进行报警提醒。
请参阅图4,本实施例还提供了一种第三轨检测方法。该检测方法可应用在本实施例中提供的第三轨检测装置100上,进行第三轨几何形位参数的检测。第三轨检测方法的检测步骤包括:
S1:数据采集
分别采用光电编码器01、轮廓扫描仪02以及测距仪03同时采集第三轨200的里程位置数据、轮廓数据以及距离数据。
S2:获取检测指标
上位机获取里程位置数据、轮廓数据以及距离数据,并对这些参数进行处理,生成需要检测的参数:拉出值、导高值以及不平顺度。同时生成支架定位信息,以精确的定位检测结果异常的具体位置。
S3:指标判断
针对拉出值设定拉出值阈值,将拉出值与拉出值阈值进行比较,判断拉出值是否满足要求;针对导高值设定导高值阈值,将导高值与导高值阈值进行比较,判断导高值是否满足要求;针对不平顺度设定不平顺度阈值,将不平顺度与不平顺度阈值进行比较,判断不平顺度是否满足要求。
S4:异常提醒
提取出对比结果不正常的拉出值,根据检测该拉出值的里程位置数据,并结合支架定位信息来进行报警提醒;提取对比结果不正常的导高值,根据检测该导高值的里程位置数据,并结合支架定位信息来进行报警提醒;提取对比结果不正常的不平顺度,根据检测该不平顺度的里程位置数据,并结合支架定位信息来进行报警提醒。
请参阅图5、图6和图7,拉出值是根据走行轨道300的轨距、轮廓扫描仪02到走行轨道300的距离以及轮廓扫描仪02到第三轨200的距离来确定的。对拉出值的检测具体方法如下:
第一步,通过测距仪03获取第一检测距离s:
本实施例中,测距仪03获取第一检测距离s的具体方式是在搭载主体71包括车体和设置在车体上的限位轮714、张紧轮711以及测距机构。限位轮714和张紧轮711相对的设置于车体的两端。限位轮714与车体固定连接。张紧轮711与测距机构连接。限位轮714和张紧轮711在测距时,可分别贴附在走行轨道300的侧面,以使车体抵持走行轨道300。
测距机构包括弹性连接件712和测距基板713。弹性连接件712的一端与张紧轮711连接,另一端与测距基板713连接。测距基板713与测距仪03相对应。这样,在检测装置工作时,张紧轮711感受走行轨道300的位置变化来挤压弹性连接件712,以带动测距基板713远离或靠近测距仪03,测距仪03检测自身到测距基板713的距离,以获取第一检测距离s。
第二步,根据第一计算公式计算走行轨道的轨距G:
G=(s-ρ)+L’;
其中,L’为车体的长度,由于车体的长度是是设计量,在检测装置的设计文件中能够直接获取。ρ为测距仪03的相应补偿参数。
第三步,根据轮廓数据,获取第一安装距离L1:
第一安装距离L1是指轮廓扫描仪02安装位置的中心处到第三轨200轨面中心线的距离。第一安装距离L1的获得需要先获取第三轨200轨面中心线位置。
根据轮廓数据获取第三轨200轨面中线的位置的方法多种。优选地,本实施例中,首先对轮廓数据进行处理,轮廓扫描仪02获取的额轮廓数据为轮廓的线云数据帧,在云图像中,轨面轮廓由线帧组成。先将轮廓线进行坐标变换,将其转化为在以轮廓扫描仪02安装位置中心为坐标原点的直角坐标系中。这样,便得到用(x,y)表示的点集合,然后对点集合进行降噪处理。优选地,本实施例中,通过卡尔曼滤波和ROI(region of interest,感兴趣区域)裁剪获得轨头点集合的大致位置。最后提取对轨面进行提取,并找出轨面的中心点形成第三轨200的轨面中心线。
本实施例中,轨面提取和轨面中心线的确定具体方式是通过滑动窗扫描法提取轨面,即确定一个一维的扫描窗以及步长,对二维的轨头点集合依次进行扫描提取,同时对提取的点集做标准判断,可以采用RANSAC(RANdom SAmple Consensus,随机抽样一致算法)拟合提取点集的斜率。若需要提高扫描的效率,可以采用最小二乘法拟合提取点集的斜率。如果斜率满足判断标准,进行存储。扫描完成后,将存储的点集去重后便得到轨面的点集合,提取集合中央的点集数据,便形成轨面中心线。
可以理解的是轨面提取和轨面中心线的确定方式还有多种,只要能够正确的提取第三轨200轨面中心线,其方式都是可取的。
确定第三轨200轨面中心线后,根据轮廓扫描仪02的安装角度θ以及轮廓扫描仪02检测到的自身安装位置中心处到第三轨200轨面中心线的距离,便能获得第一安装距L1。
第四步,根据第二计算公式获取拉出值L0:
L0=L1+L2+L3=L1+L2+G/2;
其中第二安装距离L2为轮廓扫描仪02安装位置中心处到邻近的走行轨道300的内侧面的距离,该距离通过随轮廓扫描仪02的安装位置确定,为设计参数,可在检测装置的设计文件中获得。
第五步,对拉出值L0进行判断:
将计算出的拉出值L0与设定的拉出值阈值进行比较,若拉出值L0满足要求,则将数据存储的上位机中;若拉出值L0不正常,则存储拉出值L0,同时进行在上位机上显示拉出值L0检测异常的里程位置数据和支架定位信息,并进行报警提醒,方便作业人员按照指示进行维护。
请参阅图8,并结合图5。导高值时根据轮廓扫描仪02安装位置中心处到走行轨道300轨面的高度和轮廓扫描仪02安装位置中心处到第三轨200轨面的高度来确定的。导高值的具体检测步骤如下:
第一步,确定第一检测高度H1:
第一检测高度H1是在第三轨200的对面中心线所在竖直方向上,第三轨200轨面到轮廓扫描仪02安装位置中心处的高度。要获得第一检测高度H1,需要先确定第三轨200轨面中心线的位置。第三轨200轨面中心线位置的确定方法多种,优选地,本实施例中,采用与检测拉出值L0是确定第三轨200轨面中心线位置的方法相同,这里不再赘述。
确定第三轨200轨面中心线的位置后,根据轮廓扫描仪02的安装角度θ以及轮廓扫描仪02检测到的自身安装位置中心处到第三轨200轨面中心线的距离,便能获得第一检测高度H1。
第二步,根据第三计算公式,获得导高值H0;
H0=H1+H2;
其中第一安装高度H2是指在第三轨200的对面中心线所在竖直方向上,轮廓扫描仪02安装位置中心处到走行轨道300轨面的高度,该距离通过随轮廓扫描仪02的安装位置确定,为设计参数,可在检测装置的设计文件中获得。
第三步,对导高值H0进行判断:
将计算出的导高值H0与设定的导高值阈值进行比较,若导高值H0满足要求,则将数据存储的上位机中;若导高值H0不正常,则存储导高值H0,同时进行在上位机上显示导高值H0检测异常的里程位置数据和支架定位信息,并进行报警提醒,方便作业人员按照指示进行维护。
不平顺度的检测主要采取对第三轨200轮廓数据的处理来进行判断。不平顺度的判断步骤如下:
第一步,获取轨面数据集:
采用多帧缓存的方式,首先设定存储的步长,沿第三轨200截面方向依次逐帧存储,形成多个轨面数据集。
第二步,生成不平顺度:
提取每个轨面数据集中的最大值和最小值。并在相邻的两个轨面数据集内,将一个轨面数据集的最小值与另一个轨面数据集的最大值进行处理,生成两个参考值,选取较大的参考值最为不平顺度。
第三步,逐帧判断:
不同的相邻轨面数据集之间形成不同的不平顺度,设定不平顺度阈值,分别进行比较。若不平顺度满足要求,则将数据存储的上位机中;若不平顺度不正常,则存储不平顺度,同时进行在上位机上显示不平顺度检测异常的里程位置数据和支架定位信息,并进行报警提醒,方便作业人员按照指示进行维护。
请参阅图9,第三轨200上容易出现几何形位参数变化的地方主要集中在固定第三轨200的支架上。因此,支架处时检测维护的重点,另外,对支架进行位置确定,也能帮助作业人员很快确定发生几何形位参数异常的地方。生成支架定位信息时十分必要的,本实施例中,生成支架定位信息的具体步骤包括:
第一步,预处理:
轮廓数据获取后,需要对轮廓数据进行降噪处理,并裁剪出疑似支架的部分。
第二步,第一特征处理:
如图10所示,支架的线云数据帧具有明显的两个特征区。第一特征区的点云具有明显的线型特征,设定第一特征判定标准,并根据支架的宽度确定第一特征判定范围,每一帧依次进行第一特征判定。优选地,本实施例中,采用相似性计算来进行判定。若有一帧不符合判定标准,则重新选取轮廓数据进行判定,若每一帧均符合判定标准,则进行存储,当达到第一特征判定范围的界限时,将存储的线云数据帧进行第二特征的判定。
第三步,第二特征处理:
请结合图10,第二特征区具有明显的面特征,根据面特征设定第二特征判定标准,优选地,本实施例中,选用平直度作为判定标准。将进行第一特征判定后存储的线云数据帧进行联合计算,形成面,并获取平直度进行第二特征判定。若不符合判定标准,则重新选取轮廓数据进行判定,若符合判定标准,则进行编号存储,便形成支架定位信息。
本实施例提供了一种第三轨检测装置及检测方法。第三轨检测装置100通过设置光电编码器01、轮廓扫描仪02、测距仪03实现所需检测数据的获取,并通过上位机进行数据处理和参数检测,同时形成检测结果,并提醒作业人员进行维护。高效实时的完成第三轨200几何形位参数的检测。
第三轨检测装置100整体结构简单,与现有的检测装置相比,节约了成本,方便作业人员操作,提高了检测的效率。通过集成上位机等设备,可方便检测数据的上传和存储,有利于数据的收集和保存。报警提示能够显示里程位置数据和支架定位信息,方便作业人员快速确定异常位置,进一步提高了维护效率。
第二实施列
请参阅图11、图12和图13。第三轨200与动力机车的接触方式分为下接触式和上接触式。由于接触方式的不同,轮廓扫描仪02的安装位置需要作出适应性的调整。本实施例提供了一种上接触式的第三轨检测装置100。以满足对上接触式的第三轨200进行轮廓扫描,确保能正常进行第三轨几何形位参数的检测。
上接触式的第三轨检测装置100与第一实施例中提供的下接触式的第三轨检测装置100的区别在于:在固定板72上处安装延伸板75。具体的,延伸板75包括连接端751、延伸段752以及安装端753。连接端751和安装端753相对的设置在延伸段752的两端。连接端751与固定板72连接。轮廓扫描仪02设置于安装端753上。
上接触式的第三轨检测装置100其他结构与第一实施例中提供的下接触式的第三轨检测装置100的结构均相同,这里不再赘述。
本实施例提供的一种上接触式的第三轨检测装置100,可适应上接触时的第三轨200,确保对上接触式的第三轨200几何形位参数的检测。
本发明提供的第三轨检测装置及检测方法,至少具有以下几点有益效果:
第三轨检测装置100通过设置光电编码器01、轮廓扫描仪02、测距仪03实现所需检测数据的获取,并通过上位机进行数据处理和参数检测,同时形成检测结果,并提醒作业人员进行维护。高效实时的完成第三轨200几何形位参数的检测。
第三轨检测装置100整体结构简单,与现有的检测装置相比,节约了成本,方便作业人员操作,提高了检测的效率。通过集成上位机等设备,可方便检测数据的上传和存储,有利于数据的收集和保存。报警提示能够显示里程位置数据和支架定位信息,方便作业人员快速确定异常位置,进一步提高了维护效率。
上接触式的第三轨检测装置100可适应上接触时的第三轨200,确保对上接触式的第三轨200几何形位参数的检测。
需要说明的是,所有附图中带箭头的附图标记是指代方法流程顺序或虚体结构,例如孔、槽、腔等,不带箭头的附图标记是指代实体结构。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。