CN110080049B - 结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合激光熔覆‑机加工进行增减材修复钢轨的装置，其特征在于：包括激光熔覆‑机加工增减材运动载体(1)以及设置于其上的运动执行部件(2、2’)，运动执行部件(2、2’)为多轴机构，运动执行部件(2、2’)的激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)安装于其中的同一轴上，通过移动及旋转调整位置及姿态，进而使激光熔覆加工头(26)对钢轨(40)的不同部位进行激光熔覆加工，再使机加工头(27)对每个熔覆道的不同法向角度进行机械加工。本发明实现了激光熔覆结合机加工一体式的增减材钢轨修复，通用性强，可以适应不同情况磨损钢轨的激光熔覆增材修复及铣削、打磨或磨削等加工。

Description

结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方法

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及加工方法，可用于提高修复钢轨的加工效率，保证加工质量。

背景技术

对于既有线路服役的钢轨，曲线钢轨和道岔的磨损比较严重。铁路的安全运行对线路的平顺度有很高的要求，在磨损方面，线路的均匀磨损是正常的损耗，一般不影响铁路运行。非均匀磨损，包括曲线钢轨、尖轨、岔心的垂磨和侧磨；钢轨接头的低接头磨损等都影响线路的平顺性，需要通过激光熔覆修复根治。

现有的钢轨在线激光熔覆装置和方法，是先通过激光熔覆装置对钢轨进行激光熔覆修复，再依赖人工经验对钢轨熔覆处进行人工打磨，钢轨激光熔覆装置不具备自动机加工功能和可行的执行算法，而后期的人工打磨，存在耗时耗力、效率低下，严重依赖技术经验，误差大且加工标准得不到保证等等问题，严重制约了本就有限的铁路“天窗期”内的钢轨修复作业。

另一方面，现有的钢轨在线激光熔覆技术，针对钢轨复杂轮廓的测量结构和计算过程，都过于复杂，可靠性较差，对线路沿线的钢轨的不同磨损情况的适应性较差，因此修复的效率和质量得不到保证，而且单纯激光熔覆的装置和方法和后续人工机加工是独立的两个部分，激光熔覆不能用于指导后续机加工的自动化。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及加工方法，以实现钢轨表面的在线修复和强化。

本发明将现场的完好钢轨为参照钢轨，通过激光熔覆修复消除线路上钢轨的局部过量磨损，恢复钢轨的平顺性。本发明的在线激光熔覆修复钢轨的装置及加工方法涉及参照钢轨的轮廓检测、磨损钢轨的轮廓检测、激光熔覆修复和后续机加工等。

本发明通过检测装置检测钢轨的轮廓参数，生成加工路径，通过检测的参数实时控制激光加工头和机加工头的法向和运动轨迹，再依次完成激光熔覆和后续的机加工，将激光熔覆结合机加工进行一体式的增减材修复。

本发明的检测装置可以是距离传感器组，也可以是线扫描成像仪。

当检测装置为距离传感器组时，本发明可以自动调整姿态并反馈控制激光加工头和机加工头的法向位置，从而保证激光加工头和机加工头在法向位置和法向方向上的高度位置始终处于合理范围内。本发明的自适应跟踪装置和方法简化了针对复杂轮廓的测量和计算过程，适应性强，方法简便可靠，对于提高钢轨在线激光熔覆修复的效率，保证修复质量，都具有重要的意义。

当检测装置为线扫描成像仪时，本发明可以在线获得钢轨的三维轮廓数据，通过对磨损钢轨轮廓与参照钢轨轮廓的比较，规划加工路径，读取加工姿态，读取激光加工头和机加工头的法向位置，然后进行钢轨的激光熔覆修复以及后续的机加工。本发明可以对复杂钢轨轮廓进行测量和计算，适应性强，方法简便，有利于提高钢轨在线激光熔覆修复的效率，保证修复质量。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，包括激光熔覆-机加工增减材运动载体以及设置于其上的运动执行部件，所述运动执行部件为多轴机构，所述运动执行部件的激光熔覆加工头、机加工头安装于其中的同一轴上，通过移动及旋转调整所述激光熔覆加工头、机加工头的位置及姿态，进而使所述激光熔覆加工头对钢轨的不同部位进行激光熔覆加工，再使所述机加工头对每个熔覆道的不同法向角度进行机械加工。

方案一，检测装置为距离传感器组：

优选地，所述运动执行部件还包括第一法向距离传感器、第二法向距离传感器，这两个法向距离传感器与所述激光熔覆加工头、机加工头安装于同一轴上、且在钢轨长度方向即X方向上依次前后设置，这两个法向距离传感器在钢轨横向即Y方向上以预定的固定间距L左右设置、且分布于钢轨轨顶靠内侧的区域，进而分别同时检测所述激光熔覆加工头、机加工头与钢轨表面的法线距离参数以用于计算所述同一轴的旋转角度。

优选地，所述同一轴的旋转角度的按如下方式计算：所述激光熔覆加工头和所述机加工头的法线与所述钢轨表面法线的夹角设为α和β，两个法向距离传感器之间的距离为L，第一法向距离传感器的检测距离为h1，第二法向距离传感器的检测距离为h2，法向检测距离差为△h，△h＝h1-h2，则：

α＝arctg(△h/L)，β＝arctg(△h/L)。

优选地，所述运动执行部件还包括高度跟踪距离传感器，其安装于所述同一轴上，以使所述激光熔覆加工头、机加工头在修复过程中的高度保持稳定状态。

优选地，所述多轴机构包括Y轴移动部、Z轴移动部、A轴旋转部，三者分别沿Y方向可移动、沿高度方向即Z方向可移动、沿平行于X方向的A轴可旋转，所述激光熔覆加工头、机加工头、第一法向距离传感器、第二法向距离传感器、高度跟踪距离传感器都安装于所述A轴旋转部上。

优选地，所述机加工头包括作用头、电机主轴、W轴移动部；

其中，所述电机主轴可带动其下方的作用头转动，所述W轴移动部安装在所述电机主轴与所述A轴旋转部之间，可独立于所述Z轴移动部带动所述电机主轴、作用头升降。

优选地，所述运动执行部件包括结构相同的第一运动执行部件和第二运动执行部件，分别布置于所述激光熔覆-机加工增减材运动载体的横向两侧，同时对两股钢轨的不同部位分别独立进行激光熔覆-机加工增减材修复。

为实现上述目的，按照本发明的另一方面，还提供了一种如前所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其中：

根据两个法向距离传感器检测的参数，调整激光熔覆加工头的法向角度；

根据高度跟踪距离传感器检测的参数，调整激光熔覆加工头至钢轨表面的法向垂直距离；

在上述调整到位后，先对钢轨进行在线激光熔覆修复，待熔覆修复全部完成后，再选择现场的完好钢轨作为参照钢轨；

根据两个法向距离传感器检测检测的参数，调整机加工头的法向角度；

根据高度跟踪距离传感器检测的参数，调整机加工头至钢轨表面的法向垂直距离；

在上述各调整到位后，进行最后的机械加工。

优选地，所述在线激光熔覆修复的同时，在激光熔覆加工头后面布置的机加工头也同时进行首次机械粗加工；待熔覆修复全部完成后，再选择现场的完好钢轨作为参照钢轨；根据两个法向距离传感器检测检测的参数，调整机加工头的法向角度；根据高度跟踪距离传感器检测的参数，调整机加工头至钢轨表面的法向垂直距离；在上述各调整到位后，进行最后的机械精加工。

优选地，所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，还包括：

根据两个法向距离传感器检测的参数以及高度跟踪距离传感器检测的参数，定位需要进行激光熔覆加工的区域。

优选地，定位需要进行激光熔覆加工的区域的起点的具体步骤包括：

设从激光熔覆加工头指向前方的两个法向距离传感器的方向为X方向的正向，从钢轨指向轨道横向中纵面的方向为Y方向的正向，修复钢轨需要在Y方向熔覆m道，每道要熔覆n层，每道熔覆的有效横向宽度为λ，每道熔覆厚度为τ；

(1)设高度跟踪距离传感器的跟踪距离为H₀±t₀，H₀为初始高度，t₀为高度误差值，设熔覆道数的变量为i，熔覆层数的变量为j，第一法向距离传感器的检测距离变量为η1，第二法向距离传感器的检测距离变量为η2；

(2)令i＝0，j＝0；

(3)开启激光熔覆加工头的指示激光，对准前端参照钢轨的参考点，记录此时的坐标点为第P_i,j个原点；

(4)开启高度跟踪距离传感器的反馈控制系统，将运动执行部件下降到距离参照钢轨表面H₀±t₀的位置，则η1＝h1，η2＝h2；启动激光熔覆-机加工增减材运动载体，向X方向的正向运动；

(5)令△h1＝η1-h1，△h2＝η2-h2，△z＝max(△h1，△h2)；

(6)令i＝i+1，其中i＝1,2,……，取整数；

(7)令j＝j+1，其中j＝1,2,……，取整数；

(8)根据△z与τ μ1的比较，其中μ1为倍数系数，确定激光熔覆的起点，定义此点为A_i,j点；

(9)根据△z与τ μ2的比较，其中μ2为倍数系数，确定需要旋转进行激光熔覆的起点，定义此点为A2_i,j点。

优选地，在步骤(8)中，判断△z≥0.5τ是否满足，如果是，定义此点为A_i,j点，记录此点的X坐标和Y坐标，进入下一步；否则，等待。

优选地，在步骤(9)中，判断△z≥1.5τ是否满足,如果是，定义此点为A2_i,j点，记录此点的X坐标和Y坐标；否则，直接跳转到下一步。

优选地，在步骤(9)中还包括在A2_i,j点调整激光熔覆加工头的法向角度，具体步骤为：

在A2_i,j点按照α＝arctg(△h/L)的计算结果，其中△h＝h1-h2，将A轴旋转部旋转α角。

优选地，开始进行激光熔覆修复和定位需要进行激光熔覆加工的区域的终点的具体步骤包括：

(10)判断指示激光是否到达A_i,j点，如果是，开始进行激光熔覆修复；否则，等待；

(11)根据△z与τ μ3的比较，其中μ3为倍数系数，确定以α旋转角进行激光熔覆的终点，定义此点为B2_i,j点；

(12)根据△z与τ μ4的比较，其中μ4为倍数系数，确定激光熔覆的终点，定义此点为B_i,j点。

优选地，在步骤(11)中，判断-△z≥1.5τ是否满足，如果是，定义此点为B2_i,j点，记录此点的X坐标和Y坐标；否则，直接跳转进入下一步。

优选地，在步骤(11)中还包括在B2_i,j点调整激光熔覆加工头的法向角度，具体步骤为：

在B2_i,j点按照α＝arctg(△h/L)的计算结果，其中△h＝h1-h2，将A轴旋转部旋转-α角。

优选地，结束单道单层激光熔覆修复以及其它道其它层的迭代的具体步骤包括：

(13)判断指示激光是否到达B_i,j点，如果是，结束激光熔覆修复；否则，等待；

(14)判断j≥n是否满足，如果是，说明第i道第n层已经熔覆完毕，将运动执行部件沿Y方向平移λ距离，然后，进到下一步；否则，返回到步骤(7)；

(15)判断i≥m是否满足，如果是，说明第m道第n层已经熔覆完毕，进到下一步；否则，返回到步骤(6)；

(16)结束熔覆修复，进行机加工。

优选地，对熔覆道的机加工的具体步骤包括：

(17)设每个熔覆道内机加工头角度变化次数的变量为q,法向角度的变量设为β_i,k，第一法向距离传感器的检测距离变量设为η1_i,k，第二法向距离传感器的检测距离变量设为η2_i,k；

(18)令i＝0，k＝0；

(19)令i＝i+1，其中i＝1,2,……，取整数；

(20)令k＝k+1，其中k＝1,2,……，取整数；

(21)将指示激光对准B_i，k点，激光熔覆-机加工增减材运动载体继续前行到后端参照钢轨，并对准后端参照钢轨的参考原点，P＇点；开启高度跟踪距离传感器的反馈控制系统，将运动执行部件下降到距离后端参照钢轨表面H₀±t₀的位置；

(22)按照β_i,k＝arctg(△h/L)的计算结果，将A轴旋转部旋转β_i,k角，则第一法向距离传感器的跟踪距离为η1_i,k±t₁，第二法向距离传感器的跟踪距离为η2_i,k±t₂，其中t₁、t₂为高度误差值；启动激光熔覆-机加工增减材运动载体，向X方向的负向运动；

(23)判断机加工头是否到达B_i,k点，如果是，降低并启动机加工头开始机加工；否则，等待；

(24)判断机加工头是否到达A_i,k，如果是，关闭机加工头并提升到待机位置，停止机加工；否则，等待。

优选地，其它道熔覆道的迭代以及机加工终止的具体步骤包括：

(25)判断k≥q是否满足，如果是，说明第i道第k个角度的机加工完毕，将运动执行部件沿Y方向平移λ距离，然后，进到下一步；否则，返回到步骤(20)；

(26)判断i≥m是否满足，如果是，说明第m道第k个角度的机加工完毕，进到下一步；否则，返回到步骤(19)；

(27)结束。

方案二，检测装置为线扫描成像仪：

所述运动执行部件还包括运动模块，以及安装在其上的线扫描成像仪；独立于所述激光熔覆加工头、机加工头所安装的同一轴，所述运动模块安装于另一轴上，且在钢轨长度方向即X方向上既可带动所述线扫描成像仪相对于所述运动载体做前后运动，又可相对于所述运动载体静止、随运动载体前后运动；所述线扫描成像仪，用于对钢轨的轮廓进行扫描成像、规划加工路径，且反馈检测的参数用于计算所述激光熔覆加工头、机加工头安装的同一轴的旋转角度以及使所述激光熔覆加工头、机加工头在修复过程中的高度保持稳定状态，并追踪控制钢轨外侧的边缘距离。

优选地，所述多轴机构包括Y轴移动部、Z轴移动部、A轴旋转部、X轴移动轨道，前三者分别沿Y方向可移动、沿高度方向即Z方向可移动、沿平行于X方向的A轴可旋转，所述激光熔覆加工头、机加工头、都安装于所述A轴旋转部上，所述运动模块安装于所述X轴移动轨道上。

优选地，根据线扫描成像仪检测的参数，调整激光熔覆加工头的法向角度、调整激光熔覆加工头至钢轨表面的法向垂直距离；

在上述调整到位后，先对钢轨进行在线激光熔覆修复，待熔覆修复全部完成后，再选择现场的完好钢轨作为参照钢轨；

根据线扫描成像仪检测的参数，调整机加工头的法向角度、调整机加工头至钢轨表面的法向垂直距离；

在上述各调整到位后，进行最后的机械加工。

优选地，所述在线激光熔覆修复的同时，在激光熔覆加工头后面布置的机加工头也同时进行首次机械粗加工；待熔覆修复全部完成后，再选择现场的完好钢轨作为参照钢轨；根据线扫描成像仪检测的参数，调整机加工头的法向角度、调整机加工头至钢轨表面的法向垂直距离；在上述各调整到位后，进行最后的机械精加工。

优选地，采用线扫描成像仪对钢轨进行检测以及定位激光熔覆起点的具体的步骤包括：

设从激光熔覆加工头指向前方的线扫描成像仪的方向为X方向的正向，从钢轨指向轨道横向中纵面的方向为Y方向的正向，设需要检测的钢轨长度为L1，修复钢轨需要在Y方向熔覆m道，每道要熔覆n层，熔覆道数的变量为i，熔覆层数的变量为j，每道熔覆的有效横向宽度为λ，每道熔覆厚度为τ；

(1)令i＝0，j＝0；

(2)开启激光熔覆加工头的指示激光，对准前端参照钢轨的参考点，记录此时的坐标点为第P_i,j个原点,并记录此点的X、Y、Z坐标；

(3)开启线扫描成像仪，启动激光熔覆-机加工增减材运动载体，向X方向的正向匀速运动，并记录钢轨的三维轮廓参数；同时开启对钢轨的外侧边缘距离的反馈控制，即通过检测钢轨的外侧边缘与检测窗口的边缘之间的距离，同时反馈控制Y轴移动部，使钢轨的外侧边缘距离控制在W±Δw范围内，其中W为跟踪控制距离，Δw为跟踪误差；

(4)在获得长度大于L1的钢轨三维轮廓参数后，激光熔覆-机加工增减材运动载体返回P_i,j点待命位置；

(5)令检测点相对于参考钢轨的最大高度差为△Z；

(6)令i＝i+1，其中i＝1,2,……，取整数；

(7)令j＝j+1，其中j＝1,2,……，取整数；

(8)根据△Z与τ μ1的比较，其中μ1为倍数系数，确定激光熔覆的起点，定义此点为A_i,j点；

(9)根据△Z与τ μ2的比较，其中μ2为倍数系数，确定需要旋转进行激光熔覆的起点，定义此点为A2_i,j点。

优选地，在步骤(8)中，判断△z≥0.5τ是否满足，如果是，定义此点为A_i,j点，记录此点的X、Y、Z坐标，进入下一步。

优选地，在步骤(9)中，判断△z≥1.5τ是否满足,如果是，定义此点为A2_i,j点，记录此点的X、Y、Z坐标。

优选地，在步骤(9)中还包括在A2_i,j点调整激光熔覆加工头的法向角度，具体步骤为：

根据检测点处与参考钢轨的三维轮廓的横截面对比，修正激光熔覆加工头的姿态，将A轴旋转部(23)旋转α角。

优选地，开始进行激光熔覆修复和定位激光熔覆终点的具体步骤包括：

(10)判断指示激光是否到达A_i,j点，如果是，开始进行激光熔覆修复；

(11)根据△Z与τ μ3的比较，其中μ3为倍数系数，确定以α旋转角进行定激光熔覆的终点，定义此点为B2_i,j点；

(12)根据△Z与τ μ4的比较，其中μ4为倍数系数，确定激光熔覆的终点，定义此点为B_i,j点,记录此点的X、Y、Z坐标。

优选地，在步骤(11)中，判断-△Z≥1.5τ是否满足，如果是，定义此点为B2_i,j点，记录此点的X、Y、Z坐标。

优选地，在步骤(11)中还包括在B2_i,j点调整激光熔覆加工头的法向角度，具体步骤为：

根据检测点处与参考钢轨的三维轮廓的横截面对比，修正激光熔覆加工头的姿态，将A轴旋转部旋转-α角。

优选地，激光熔覆加工时，每一道每一层激光熔覆修复的终止过程的具体步骤包括：

(13)判断指示激光是否到达B_i,j点，如果是，结束激光熔覆修复；

(14)判断j≥n是否满足，如果是，说明第i道第n层已经熔覆完毕，将运动执行部件沿Y方向平移λ距离，然后，进到下一步；否则，返回到步骤(7)；

(15)判断i≥m是否满足，如果是，说明第m道第n层已经熔覆完毕，进到下一步；否则，返回到步骤(6)；

(16)结束熔覆修复，准备机加工。

优选地，对熔覆道的机加工的具体步骤包括：

(17)设每个熔覆道内机加工头角度变化次数的变量为q,法向角度的变量设为β_i,k；

(18)令i＝0，k＝0；

(19)令i＝i+1，其中i＝1,2,……，取整数；

(20)令k＝k+1，其中k＝1,2,……，取整数；

(21)将指示激光对准B_i，k点，激光熔覆-机加工增减材运动载体继续前行到后端参照钢轨，并对准后端参照钢轨的参考原点，P＇点；将运动执行部件下降到机加工高度；

(22)根据熔覆增材后的检测点处与参考钢轨的三维轮廓的横截面对比，修正机加工头的姿态，将A轴旋转部旋转β_i,k角；启动激光熔覆-机加工增减材运动载体，向X方向的负向运动；

(23)判断机加工头是否到达B_i,k点，如果是，降低并启动机加工头开始机加工；

(24)判断机加工头是否到达A_i,k，如果是，关闭机加工头并提升到待机位置，停止机加工。

优选地，机加工终止过程的具体步骤包括：

(25)判断k≥q是否满足，如果是，说明第i道第k个角度的机加工完毕，将运动执行部件(2、2’)沿Y方向平移λ距离，然后，进到下一步；否则，返回到步骤(20)；

(26)判断i≥m是否满足，如果是，说明第m道第k个角度的机加工完毕，进到下一步；否则，返回到步骤(19)；

(27)结束。

优选地，整个过程中，所述运动模块相对于所述运动载体静止、随运动载体前后运动。

方案三，检测装置为线扫描成像仪，采用运动模块运动：

与方案二不同的是，进行钢轨轮廓参数的检测时，在所述运动载体不移动的情况下，所述运动模块相对于所述运动载体做前后运动，将所述运动载体的启动和移动替换为所述运动模块的启动和移动。

优选地，在启动所述运动模块之前，先通过移动调整所述多轴机构，以使得所述线扫描成像仪的移动不受到阻挡。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，将激光熔覆结合机加工进行一体式的增减材修复，将激光熔覆加工头、机加工头安装于同一轴上，通过移动及旋转调整激光熔覆加工头、机加工头的位置及姿态，进而使布置在前的激光熔覆加工头对钢轨的不同部位进行激光熔覆加工，再使布置在后的机加工头对每个熔覆道的不同法向角度进行机械加工，以实现钢轨表面的在线修复和强化。

2、本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方法涉及参照钢轨的轮廓检测、磨损钢轨的轮廓检测、激光熔覆修复和后续机加工等。通过检测装置检测钢轨的轮廓参数，生成加工路径，通过检测的参数实时控制激光加工头和机加工头的法向和运动轨迹，再依次完成激光熔覆和后续的机加工，将激光熔覆结合机加工进行一体式的增减材修复。本发明可以自动控制姿态并控制激光加工头和机加工头的法向位置，从而保证激光加工头和机加工头在法向位置和法向方向上的高度位置始终处于合理范围内。本发明对于提高钢轨在线激光熔覆修复的效率，保证修复质量，都具有重要的意义。

3、本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方案一，采用法向距离传感器实时检测磨损钢轨型面的法向角度变化，以提高激光熔覆修复的质量。

4、本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方案一，采用高度跟踪距离传感器，反馈控制激光加工头和机加工头的垂直距离，避免钢轨在长度方向存在的路基误差的不利影响。

5、本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方案一，机加工头的法向角度，通过法向距离传感器检测作为参照标准的钢轨上获取，该方法快捷可靠，避免了复杂的型面计算及定位工作。

6、本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方案二和方案三，采用线扫描成像仪，可以在线获得钢轨的三维轮廓数据，在生成加工路径后，可以读取加工姿态，读取激光加工头和机加工头的法向位置，本发明的方案二和方案三可以对复杂钢轨轮廓进行测量和计算，适应性强，方法简便，有利于提高钢轨在线激光熔覆修复的效率，保证修复质量。

7.本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方案二和方案三，通过线光源跟踪控制钢轨的外侧边缘距离，如图11所示。通过检测窗口对钢轨外侧边缘距离进行检测，同时反馈控制Y轴移动部，使钢轨的外侧边缘距离控制在W±Δw范围内，其中W为跟踪控制距离，Δw为跟踪误差。该方法可以解决激光熔覆-机加工增减材运动载体因为轮距比钢轨间距大造成左右蛇形运动现象。

8.本发明通用性强，可以适应不同情况磨损钢轨的激光熔覆增材修复及铣削、打磨或磨削等加工，尤其适合在铁路现场进行钢轨的修复和机加工，恢复钢轨的尺寸，提高使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置中激光熔覆-机加工增减材运动载体的主视示意图；

图2是本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置中激光熔覆-机加工增减材运动载体的俯视示意图；

图3是本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置中运动执行部件的主视示意图；

图4是本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置中运动执行部件的立体示意图；

图5是本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置中运动执行部件的旋转状态示意图；

图6是本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置中法向距离传感器的角度检测原理示意图；

图7是本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的控制框图示意图；

图8是本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方法的钢轨修复示意图。

图9是本发明采用线扫描成像仪的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置中激光熔覆-机加工增减材运动载体的主视示意图。

图10是本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的激光熔覆-机加工增减材运动载体及线扫描成像仪布置示意图。

图11是本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置中钢轨外侧边缘距离检测原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

作为本发明的一种较佳实施方式，如图1-5所示，本发明提供一种结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，包括采用伺服电机驱动、在钢轨上前进或后退运行的激光熔覆-机加工增减材运动载体1例如修复车以及设置于其上的运动执行部件2、2’。如图1-2所示，所述运动执行部件2、2’包括结构相同的第一运动执行部件2和第二运动执行部件2’，分别布置于所述激光熔覆-机加工增减材运动载体1的横向两侧，同时对左右两边的两股钢轨40的不同部位分别独立进行激光熔覆-机加工增减材修复。每个所述运动执行部件2、2’为多轴机构，每个所述运动执行部件2、2’上均各自安装有一个激光熔覆加工头26和一个机加工头27，且两个加工头均安装于其中的同一轴上，通过移动及旋转调整所述激光熔覆加工头26、机加工头27的位置及姿态，进而使所述激光熔覆加工头26对钢轨40的不同部位进行激光熔覆加工，再使所述机加工头27对每个熔覆道的不同法向角度进行机械加工。本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，将激光熔覆结合机加工进行一体式的增减材修复，将激光熔覆加工头、机加工头安装于同一轴上，通过移动及旋转调整激光熔覆加工头、机加工头的位置及姿态，进而使布置在前的激光熔覆加工头对钢轨的不同部位进行激光熔覆加工，再使布置在后的机加工头对每个熔覆道的不同法向角度进行机械加工，以实现钢轨表面的在线修复和强化。

方案一，检测装置采用距离传感器。

如图3-6所示，所述距离传感器组包括括第一法向距离传感器41、第二法向距离传感器42，高度跟踪距离传感器43；所述运动执行部件2、2’还包括第一法向距离传感器41、第二法向距离传感器42，这两个法向距离传感器41、42与所述激光熔覆加工头26、机加工头27安装于同一轴上、且在钢轨长度方向即X方向上依次前后设置，这两个法向距离传感器41、42在钢轨横向即Y方向上以预定的固定间距L左右设置、且分布于钢轨轨顶靠内侧的区域，进而分别同时检测所述激光熔覆加工头26、机加工头27与钢轨40表面的法线距离参数以用于计算所述同一轴的旋转角度。

如图3-5所示，所述多轴机构至少是三轴机构，包括Y轴移动部21、Z轴移动部22、A轴旋转部23，三者分别沿Y方向可移动、沿高度方向即Z方向可移动、沿平行于X方向的A轴可旋转，三轴相互垂直，每个轴均包括工作台和伺服电机，所述Y轴移动部21和Z轴移动部22均具有溜板，伺服电机驱动溜板在工作台上移动，所述A轴旋转部23具有支撑板25，所述激光熔覆加工头26、机加工头27、第一法向距离传感器41、第二法向距离传感器42、高度跟踪距离传感器43都安装于所述A轴旋转部23的支撑板25上。关于三轴的具体安装方式，例如是，A轴旋转部23安装在Z轴移动部22的溜板上，Z轴移动部22的溜板安装在Y轴移动部21的溜板上，也可以是其它三轴安装方式。优选地，所述机加工头27包括作用头271、电机主轴272、W轴移动部273；作用头271可以是用于铣削、打磨或磨削等之一或多功能组合或可切换的各种机加工头，其中，所述电机主轴272可带动其下方的作用头271转动，所述W轴移动部273安装在所述电机主轴272与所述A轴旋转部23之间，可独立于所述Z轴移动部22带动所述电机主轴272、作用头271升降。本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方法，采用法向距离传感器实时检测磨损钢轨型面的法向角度变化，以提高激光熔覆修复的质量。本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方法，机加工头的法向角度，通过法向距离传感器检测作为参照标准的钢轨上获取，该方法快捷可靠，避免了复杂的型面计算及定位工作。

如图1、3-5所示，所述运动执行部件2、2’还包括高度跟踪距离传感器43，其安装板通过W轴移动部273的安装板与支撑板25固定连接，其检测点位于所述机加工头27的侧面，其检测线的空间直线路径与所述机加工头27的中心法线平行，两者在参照钢轨上处于相同的Y坐标位置，可以使所述激光熔覆加工头26、机加工头27在修复过程中的高度保持稳定状态。所述Z轴移动部22的初步升降用于对激光熔覆加工头26、机加工头27、第一法向距离传感器41、第二法向距离传感器42、高度跟踪距离传感器43的整体进行调节，高度跟踪距离传感器43先实现对激光熔覆加工头26的高度跟踪；所述A轴旋转部23的旋转带动所述机加工头27和高度跟踪距离传感器43的旋转，高度跟踪距离传感器43实现对机加工头27的高度跟踪，利用同一个高度跟踪距离传感器43可以实现对激光熔覆加工头26和机加工头27两者的高度跟踪且互不影响。本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方法，采用高度跟踪距离传感器，反馈控制激光加工头和机加工头的垂直距离，避免钢轨在长度方向存在的路基误差的不利影响。

如图6、8所示，在钢轨修复过程中，激光熔覆加工头26和机加工头27需要与钢轨表面始终保持距离恒定和法向垂直姿态，以满足工艺要求并避免碰撞。对于磨损钢轨的修复，随着小车的前进，钢轨磨损面法线的角度发生变化，钢轨在长度方向上的高度差也因为路基的变化而发生变化。此时控制系统根据第一法向距离传感器41的检测距离h1和第二法向距离传感器42的检测距离h2计算法线的变化角度(在熔覆阶段以α表示，在机加工阶段以β表示)。高度跟踪距离传感器43可以反馈控制在钢轨长度方向上的高度差。通过上述措施，可以使激光熔覆加工头和机加工头在修复过程中的法向姿态和高度距离保持稳定状态。

如图3-5所示，在激光熔覆加工头26的前面安装有第一法向距离传感器41和第二法向距离传感器42，这两个传感器的安装方向垂直于钢轨的长度方向，构成传感器组，用于检测钢轨表面的磨损倾斜角度。激光熔覆加工头26和机加工头27的法线与钢轨40表面法线的夹角设为α和β，其计算方法如下所述：如图6、8所示，设两个法向距离传感器之间的距离为L，第一法向距离传感器41的检测距离为h1，第二法向距离传感器42的检测距离为h2，法向检测距离差为△h，△h＝h1-h2，则：

α＝arctg(△h/L)，同理，β＝arctg(△h/L)。

本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其中：

根据两个法向距离传感器41、42检测的参数，调整激光熔覆加工头26的法向角度；

根据高度跟踪距离传感器43检测的参数，调整激光熔覆加工头26至钢轨表面的法向垂直距离；

在上述调整到位后，先对钢轨40进行在线激光熔覆修复，待熔覆修复全部完成后，再选择现场的完好钢轨作为参照钢轨；

根据两个法向距离传感器检测41、42检测的参数，调整机加工头27的法向角度；

根据高度跟踪距离传感器43检测的参数，调整机加工头27至钢轨表面的法向垂直距离；

在上述各调整到位后，进行最后的机械加工。

优选地，所述在线激光熔覆修复的同时，在激光熔覆加工头26后面布置的机加工头27也同时进行首次机械粗加工；待熔覆修复全部完成后，再选择现场的完好钢轨作为参照钢轨；根据两个法向距离传感器检测41、42检测的参数，调整机加工头27的法向角度；根据高度跟踪距离传感器43检测的参数，调整机加工头27至钢轨表面的法向垂直距离；在上述各调整到位后，进行最后的机械精加工。

本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，具体实现步骤为：

设从激光熔覆加工头26指向前方的两个法向距离传感器41、42的方向为X方向的正向，从钢轨指向轨道横向中纵面的方向为Y方向的正向，修复钢轨需要在Y方向熔覆m道，每道要熔覆n层，每道熔覆的有效横向宽度为λ，每道熔覆厚度为τ；

(1)设高度跟踪距离传感器43的跟踪距离为H₀±t₀，H₀为初始高度，t₀为高度误差值，设熔覆道数的变量为i，熔覆层数的变量为j，设高度跟踪距离传感器43的检测距离变量为H，第一法向距离传感器41的检测距离变量为η1，第二法向距离传感器42的检测距离变量为η2；

(2)令i＝0，j＝0；

(3)开启激光熔覆加工头26的指示激光20，对准前端参照钢轨的参考点，记录此时的坐标点为第P_i,j个原点；

(4)开启高度跟踪距离传感器43的反馈控制系统，启动Z轴移动部22，带动运动执行部件2、2’下降到距离参照钢轨表面H₀±t₀的位置，则η1＝h1，η2＝h2；启动激光熔覆-机加工增减材运动载体1，向X方向的正向运动；

(5)令△h1＝η1-h1，△h2＝η2-h2，△z＝max(△h1，△h2)；

(6)令i＝i+1，其中i＝1,2,……，取整数；

(7)令j＝j+1，其中j＝1,2,……，取整数；

(8)根据△z与τ μ1的比较，其中μ1为倍数系数，确定激光熔覆的起点，定义此点为A_i,j点；具体地，在步骤8中，判断△z≥0.5τ是否满足，如果是，定义此点为A_i,j点，记录此点的X坐标和Y坐标，进入下一步；否则，等待；

(9)根据△z与τ μ2的比较，其中μ2为倍数系数，确定需要旋转进行激光熔覆的起点，定义此点为A2_i,j点；具体地，在步骤(9)中，判断△z≥1.5τ是否满足,如果是，定义此点为A2_i,j点，记录此点的X坐标和Y坐标，按照α＝arctg(△h/L)的计算结果，其中△h＝h1-h2，将A轴旋转部23旋转α角，进入下一步；否则，跳转到步骤(10)；

(10)判断指示激光20是否到达A_i,j点，如果是，开始进行激光熔覆修复；否则，等待；

(11)根据△z与τ μ3的比较，其中μ3为倍数系数，确定停止旋转激光熔覆的终点，定义此点为B2_i,j点；具体地，在步骤(11)中，判断-△z≥1.5τ是否满足，如果是，定义此点为B2_i,j点，记录此点的X坐标和Y坐标，按照α＝arctg(△h/L)的计算结果，其中△h＝h1-h2，将A轴旋转部23旋转α角；否则，进入下一步；

(12)根据△z与τ μ4的比较，其中μ4为倍数系数，确定激光熔覆的终点，定义此点为B_i,j点；具体地，在步骤(12)中，判断-△z≥0.5τ是否满足，如果是，定义此点为B_i,j点，记录此点的X坐标和Y坐标；否则，等待；

(13)判断指示激光20是否到达B_i,j点，如果是，结束激光熔覆修复；否则，等待；

(14)判断j≥n是否满足，如果是，说明第i道第n层已经熔覆完毕，启动Y轴移动部(21)，带动运动执行部件2、2’平移λ距离，然后，进到下一步；否则，返回到步骤(7)；

(15)判断i≥m是否满足，如果是，说明第m道第n层已经熔覆完毕，进到下一步；否则，返回到步骤(6)；

(16)结束熔覆修复，进行机加工。

机加工的具体步骤：

(17)设每个熔覆道内机加工头27角度变化次数的变量为q,法向角度的变量设为β_i,k，第一法向距离传感器41的检测距离变量设为η1_i,k，第二法向距离传感器42的检测距离变量设为η2_i,k；

(18)令i＝0，k＝0；

(19)令i＝i+1，其中i＝1,2,……，取整数；

(20)令k＝k+1，其中k＝1,2,……，取整数；

(21)将指示激光20对准B_i，k点，激光熔覆-机加工增减材运动载体1继续前行到后端参照钢轨，并对准后端参照钢轨的参考原点，P^＇点；开启高度跟踪距离传感器43的反馈控制系统，启动Z轴移动部22，带动运动执行部件2、2’下降到距离后端参照钢轨表面H₀±t₀的位置；

(22)按照β_i,k＝arctg(△h/L)的计算结果，将A轴旋转部23旋转β_i,k角，则第一法向距离传感器41的跟踪距离为η1_i,k±t₁，第二法向距离传感器42的跟踪距离为η2_i,k±t₂；启动激光熔覆-机加工增减材运动载体1，向X方向的负向运动；

(23)判断机加工头27是否到达B_i,k点，如果是，降低并启动机加工头27开始机加工；否则，等待；

(24)判断机加工头27是否到达A_i,k，如果是，关闭机加工头27并提升到待机位置，停止机加工；否则，等待；

(25)判断k≥q是否满足，如果是，说明第i道第k个角度的机加工完毕，启动Y轴移动部(21)，带动运动执行部件2、2’平移λ距离，然后，进到下一步；否则，返回到步骤(20)；

(26)判断i≥m是否满足，如果是，说明第m道第k个角度的机加工完毕，进到下一步；否则，返回到步骤(19)；

(27)结束。

本发明结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的加工方法，是采用激光熔覆增材修复钢轨的磨损部位，再采用铣削或磨削等机加工方法恢复钢轨尺寸。

具体实施方式中，三个距离传感器(第一法向距离传感器41，第二法向距离传感器42，高度跟踪距离传感器43)均采用频率380KHz的超声距离传感器，检测距离范围20～150mm，反馈值0～10V，重复精度在±0.15％以内。

如图7所示，控制系统通过输入模块采集各距离传感器的值，经过数据分析，并结合工艺参数设置值，计算出各个轴需要实时补偿运动的值，发送给各个轴的伺服驱动器，从而控制伺服电机运动。

其中，高度跟踪距离传感器43采用PID反馈控制方式。三个距离传感器的值分别用高速模拟量输入模块读入CNC内进行赋值，CNC通过法向角度修正公式求出需要旋转的角度值β(或α)。CNC通过β(或α)值实时调整A轴旋转部23的角度，使激光熔覆加工头26和机加工头27保持正确的角度。系统通过同步功能给变量实时赋值，达到自动计算β(或α)值和调整A轴旋转部23角度的目的。机加工的作用头的加工角度检测示意图如图8所示。

方案二，检测装置为线扫描成像仪。

与方案一不同的是，如图9-10所示，所述运动执行部件2、2’还包括运动模块11、11’，以及安装在其上的线扫描成像仪3、3’；独立于所述激光熔覆加工头26、机加工头27所安装的同一轴，所述运动模块11、11’安装于另一轴上，且在钢轨长度方向即X方向上既可带动所述线扫描成像仪3、3’相对于所述运动载体做前后匀速运动，又可相对于所述运动载体静止、随运动载体前后运动；所述线扫描成像仪3、3’，用于对钢轨40的轮廓进行扫描成像、规划加工路径，且反馈检测的参数用于计算所述激光熔覆加工头26、机加工头27安装的同一轴的旋转角度以及使所述激光熔覆加工头26、机加工头27在修复过程中的高度保持稳定状态，并追踪控制钢轨外侧的边缘距离。

如图9-10所示，所述多轴机构包括Y轴移动部21、Z轴移动部22、A轴旋转部23、X轴移动轨道，前三者分别沿Y方向可移动、沿高度方向即Z方向可移动、沿平行于X方向的A轴可旋转，所述激光熔覆加工头26、机加工头27、都安装于所述A轴旋转部23上，所述运动模块11、11’安装于所述X轴移动轨道上。

如图10所示，激光熔覆-机加工增减材运动载体1的左右两侧各有两组共四组线扫描成像仪，包括外侧线光源31,内侧线光源32、外侧CCD摄像头33，内侧CCD摄像头34。每组线扫描成像仪由一个线光源和一个CCD摄像头组成。单根钢轨时一般只需使用外侧的线光源和CCD摄像头；在道岔等多根钢轨时，内、外侧的线光源和CCD摄像头都开启工作。

通过外侧线光源31跟踪控制钢轨40的外侧边缘距离，如图11所示。通过检测窗口35对钢轨40的外侧边缘与检测窗口35的边缘36之间的距离进行检测，同时反馈控制Y轴移动部，使钢轨40的外侧边缘距离控制在W±Δw范围内，其中W为跟踪控制距离，Δw为跟踪误差。该方法可以解决激光熔覆-机加工增减材运动载体1因为轮距比钢轨间距大造成左右蛇形运动现象。

本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其中：

根据线扫描成像仪3、3’检测的参数，调整激光熔覆加工头26的法向角度、调整激光熔覆加工头26至钢轨表面的法向垂直距离；

在上述调整到位后，先对钢轨40进行在线激光熔覆修复，待熔覆修复全部完成后，再选择现场的完好钢轨作为参照钢轨；

根据线扫描成像仪3、3’检测的参数，调整机加工头27的法向角度、调整机加工头27至钢轨表面的法向垂直距离；

在上述各调整到位后，进行最后的机械加工。

优选地，所述在线激光熔覆修复的同时，在激光熔覆加工头26后面布置的机加工头27也同时进行首次机械粗加工；待熔覆修复全部完成后，再选择现场的完好钢轨作为参照钢轨；根据线扫描成像仪3、3’检测的参数，调整机加工头27的法向角度、调整机加工头27至钢轨表面的法向垂直距离；在上述各调整到位后，进行最后的机械精加工。

优选地，本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，具体的步骤包括：

设从激光熔覆加工头26指向前方的线扫描成像仪3、3’的方向为X方向的正向，从钢轨指向轨道横向中纵面的方向为Y方向的正向，设需要检测的钢轨长度为L1，修复钢轨需要在Y方向熔覆m道，每道要熔覆n层，熔覆道数的变量为i，熔覆层数的变量为j，每道熔覆的有效横向宽度为λ，每道熔覆厚度为τ；

(1)令i＝0，j＝0；

(2)开启激光熔覆加工头26的指示激光20，对准前端参照钢轨的参考点，记录此时的坐标点为第P_i,j个原点,并记录此点的X、Y、Z坐标；

(3)开启线扫描成像仪3，3’，启动激光熔覆-机加工增减材运动载体1，向X方向的正向匀速运动，并记录钢轨的三维轮廓参数；同时开启对钢轨40的外侧边缘距离的反馈控制，即通过检测钢轨40的外侧边缘与检测窗口35的边缘36之间的距离，同时反馈控制Y轴移动部，使钢轨40的外侧边缘距离控制在W±Δw范围内，其中W为跟踪控制距离，Δw为跟踪误差；

(4)在获得长度大于L1的钢轨三维轮廓参数后，激光熔覆-机加工增减材运动载体1返回P_i,j点待命位置；

(5)令检测点相对于参考钢轨的最大高度差为△Z；

(6)令i＝i+1，其中i＝1,2,……，取整数；

(7)令j＝j+1，其中j＝1,2,……，取整数；

(8)根据△Z与τ μ1的比较，其中μ1为倍数系数，确定激光熔覆的起点，定义此点为A_i,j点；优选地，在步骤(8)中，判断△z≥0.5τ是否满足，如果是，定义此点为A_i,j点，记录此点的X、Y、Z坐标，进入下一步。

(9)根据△Z与τ μ2的比较，其中μ2为倍数系数，确定需要旋转进行激光熔覆的起点，定义此点为A2_i,j点。优选地，在步骤(9)中，判断△z≥1.5τ是否满足,如果是，定义此点为A2_i,j点，记录此点的X、Y、Z坐标。优选地，在步骤(9)中还包括在A2_i,j点调整激光熔覆加工头26的法向角度，具体步骤为：根据检测点处与参考钢轨的三维轮廓的横截面对比，修正激光熔覆加工头26的姿态，将A轴旋转部23旋转α角。

(10)判断指示激光20是否到达A_i,j点，如果是，开始进行激光熔覆修复；

(11)根据△Z与τ μ3的比较，其中μ3为倍数系数，确定停止旋转激光熔覆的终点，定义此点为B2_i,j点；优选地，在步骤(11)中，判断-△Z≥1.5τ是否满足，如果是，定义此点为B2_i,j点，记录此点的X、Y、Z坐标。优选地，在步骤(11)中还包括在B2_i,j点调整激光熔覆加工头26的法向角度，具体步骤为：根据检测点处与参考钢轨的三维轮廓的横截面对比，修正激光熔覆加工头26的姿态，将A轴旋转部23旋转-α角。

(12)根据△Z与τ μ4的比较，其中μ4为倍数系数，确定激光熔覆的终点，定义此点为B_i,j点,记录此点的X、Y、Z坐标。

(13)判断指示激光20是否到达B_i,j点，如果是，结束激光熔覆修复；

(14)判断j≥n是否满足，如果是，说明第i道第n层已经熔覆完毕，将运动执行部件2、2’沿Y方向平移λ距离，然后，进到下一步；否则，返回到步骤(7)；

(15)判断i≥m是否满足，如果是，说明第m道第n层已经熔覆完毕，进到下一步；否则，返回到步骤(6)；

(16)结束熔覆修复，准备机加工。

优选地，机加工的具体步骤包括：

(17)设每个熔覆道内机加工头27角度变化次数的变量为q,法向角度的变量设为β_i,k；

(18)令i＝0，k＝0；

(19)令i＝i+1，其中i＝1,2,……，取整数；

(20)令k＝k+1，其中k＝1,2,……，取整数；

(21)将指示激光20对准B_i，k点，激光熔覆-机加工增减材运动载体1继续前行到后端参照钢轨，并对准后端参照钢轨的参考原点，P＇点；将运动执行部件2、2’下降到机加工高度；

(22)根据熔覆增材后的检测点处与参考钢轨的三维轮廓的横截面对比，修正机加工头27的姿态，将A轴旋转部23旋转β_i,k角；启动激光熔覆-机加工增减材运动载体1，向X方向的负向运动；

(23)判断机加工头27是否到达B_i,k点，如果是，降低并启动机加工头27开始机加工；

(24)判断机加工头27是否到达A_i,k，如果是，关闭机加工头27并提升到待机位置，停止机加工。

优选地，机加工终止过程的具体步骤包括：

(25)判断k≥q是否满足，如果是，说明第i道第k个角度的机加工完毕，将运动执行部件2、2’沿Y方向平移λ距离，然后，进到下一步；否则，返回到步骤(20)；

(26)判断i≥m是否满足，如果是，说明第m道第k个角度的机加工完毕，进到下一步；否则，返回到步骤(19)；

(27)结束。

优选地，整个过程中，所述运动模块11、11’相对于所述运动载体静止、随运动载体前后运动。

方案三，检测装置为线扫描成像仪，采用运动模块运动。

与方案二不同的是，在进行钢轨轮廓检测时，在所述运动载体不移动的情况下，所述运动模块11、11’相对于所述运动载体做前后运动，在方案二的前述具体步骤中，将所述运动载体的启动和移动替换为所述运动模块11、11’的启动和移动，其余的步骤相同。该方案特别适合对短距离的钢轨进行固定测量，以便提高测量精度，然后再进行如前所述的激光熔覆修复。

优选地，在启动所述运动模块11、11’之前，先通过移动调整所述多轴机构例如移动所述Y轴移动部21，以使得所述线扫描成像仪3、3’的移动不受到阻挡。

本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方法涉及参照钢轨的轮廓检测、磨损钢轨的轮廓检测、激光熔覆修复和后续机加工等。通过传感器检测钢轨的轮廓参数，生成加工路径，通过检测的参数实时控制激光加工头和机加工头的法向和运动轨迹，再依次完成激光熔覆和后续的机加工，将激光熔覆结合机加工进行一体式的增减材修复。本发明可以自动调整姿态并反馈控制激光加工头和机加工头的法向位置，从而保证激光加工头和机加工头在法向位置和法向方向上的高度位置始终处于合理范围内。

本发明的检测装置为距离传感器时，其自适应跟踪装置和方法简化了针对复杂轮廓的测量和计算过程，适应性强，方法简便可靠，对于提高钢轨在线激光熔覆修复的效率，保证修复质量，都具有重要的意义。

本发明的检测装置为线扫描成像仪时，通过线光源跟踪控制钢轨的外侧边缘距离，同时反馈控制Y轴移动部，使钢轨的外侧边缘距离控制在W±Δw范围内，其中W为跟踪控制距离，Δw为跟踪误差。该方法可以解决激光熔覆-机加工增减材运动载体1因为轮距比钢轨间距大造成左右蛇形运动现象。

本发明的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置及方法，通用性强，可以适应不同情况磨损钢轨的激光熔覆增材修复及铣削、打磨或磨削等加工，尤其适合在铁路现场进行钢轨的修复和机加工，恢复钢轨的尺寸，提高使用寿命。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (38)

1.一种结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，其特征在于：包括激光熔覆-机加工增减材运动载体(1)以及设置于其上的运动执行部件(2、2’)，所述运动执行部件(2、2’)为多轴机构，所述运动执行部件(2、2’)的激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)安装于其中的同一轴上，通过移动及旋转调整所述激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)的位置及姿态，进而使所述激光熔覆加工头(26)对钢轨(40)的不同部位进行激光熔覆加工，再使所述机加工头(27)对每个熔覆道的不同法向角度进行机械加工；

所述运动执行部件(2、2’)还包括第一法向距离传感器(41)、第二法向距离传感器(42)，这两个法向距离传感器(41、42)与所述激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)安装于同一轴上、且在钢轨长度方向即X方向上依次前后设置，这两个法向距离传感器(41、42)在钢轨横向即Y方向上以预定的固定间距L左右设置、且分布于钢轨轨顶靠内侧的区域，进而分别同时检测所述激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)与钢轨(40)表面的法线距离参数以用于计算所述同一轴的旋转角度。

2.如权利要求1所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，其特征在于：所述同一轴的旋转角度的按如下方式计算：

所述激光熔覆加工头(26)和所述机加工头(27)的法线与所述钢轨(40)表面法线的夹角设为α和β，两个法向距离传感器(41、42)之间的距离为L，第一法向距离传感器(41)的检测距离为h1，第二法向距离传感器(42)的检测距离为h2，法向检测距离差为△h，△h＝h1-h2，则：

α＝arctg(△h/L)，β＝arctg(△h/L)。

3.如权利要求2所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，其特征在于：

所述运动执行部件(2、2’)还包括高度跟踪距离传感器(43)，其安装于所述同一轴上，以使所述激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)在修复过程中的高度保持稳定状态。

4.如权利要求3所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，其特征在于：

所述多轴机构包括Y轴移动部(21)、Z轴移动部(22)、A轴旋转部(23)，三者分别沿Y方向可移动、沿高度方向即Z方向可移动、沿平行于X方向的A轴可旋转，所述激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)、第一法向距离传感器(41)、第二法向距离传感器(42)、高度跟踪距离传感器(43)都安装于所述A轴旋转部(23)上。

5.如权利要求4所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，其特征在于：

所述机加工头(27)包括作用头(271)、电机主轴(272)、W轴移动部(273)；

其中，所述电机主轴(272)可带动其下方的作用头(271)转动，所述W轴移动部(273)安装在所述电机主轴(272)与所述A轴旋转部(23)之间，可独立于所述Z轴移动部(22)带动所述电机主轴(272)、作用头(271)升降。

6.如权利要求1所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，其特征在于：

所述运动执行部件(2、2’)包括结构相同的第一运动执行部件(2)和第二运动执行部件(2’)，分别布置于所述激光熔覆-机加工增减材运动载体(1)的横向两侧，同时对两股钢轨(40)的不同部位分别独立进行激光熔覆-机加工增减材修复。

7.一种如权利要求3-5任一项所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于：

根据两个法向距离传感器(41、42)检测的参数，调整激光熔覆加工头(26)的法向角度；

根据高度跟踪距离传感器(43)检测的参数，调整激光熔覆加工头(26)至钢轨表面的法向垂直距离；

在上述调整到位后，先对钢轨(40)进行在线激光熔覆修复，待熔覆修复全部完成后，再选择现场的完好钢轨作为参照钢轨；

根据两个法向距离传感器检测(41、42)检测的参数，调整机加工头(27)的法向角度；

根据高度跟踪距离传感器(43)检测的参数，调整机加工头(27)至钢轨表面的法向垂直距离；

在上述各调整到位后，进行最后的机械加工。

8.如权利要求7所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于：

所述在线激光熔覆修复的同时，在激光熔覆加工头(26)后面布置的机加工头(27)也同时进行首次机械粗加工；待熔覆修复全部完成后，再选择现场的完好钢轨作为参照钢轨；根据两个法向距离传感器检测(41、42)检测的参数，调整机加工头(27)的法向角度；根据高度跟踪距离传感器(43)检测的参数，调整机加工头(27)至钢轨表面的法向垂直距离；在上述各调整到位后，进行最后的机械精加工。

9.如权利要求7-8任一项所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，还包括：

根据两个法向距离传感器(41、42)检测的参数以及高度跟踪距离传感器(43)检测的参数，定位需要进行激光熔覆加工的区域。

10.如权利要求9所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，定位需要进行激光熔覆加工的区域的起点的具体步骤包括：

设从激光熔覆加工头(26)指向前方的两个法向距离传感器(41、42)的方向为X方向的正向，从钢轨指向轨道横向中纵面的方向为Y方向的正向，修复钢轨需要在Y方向熔覆m道，每道要熔覆n层，每道熔覆的有效横向宽度为λ，每道熔覆厚度为τ；

(1)设高度跟踪距离传感器(43)的跟踪距离为H₀±t₀，H₀为初始高度，t₀为高度误差值，设熔覆道数的变量为i，熔覆层数的变量为j，第一法向距离传感器(41)的检测距离变量为η1，第二法向距离传感器(42)的检测距离变量为η2；

(2)令i＝0，j＝0；

(3)开启激光熔覆加工头(26)的指示激光(20)，对准前端参照钢轨的参考点，记录此时的坐标点为第P_i,j个原点；

(4)开启高度跟踪距离传感器(43)的反馈控制系统，将运动执行部件(2、2’)下降到距离参照钢轨表面H₀±t₀的位置，则η1＝h1，η2＝h2；启动激光熔覆-机加工增减材运动载体(1)，向X方向的正向运动；

(5)令△h1＝η1-h1，△h2＝η2-h2，△z＝max(△h1，△h2)；

(6)令i＝i+1，其中i＝1,2,……，取整数；

(7)令j＝j+1，其中j＝1,2,……，取整数；

(8)根据△z与τμ1的比较，其中μ1为倍数系数，确定激光熔覆的起点，定义此点为A_i,j点；

(9)根据△z与τμ2的比较，其中μ2为倍数系数，确定需要旋转进行激光熔覆的起点，定义此点为A2_i,j点。

11.如权利要求10所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，在步骤(8)中，判断△z≥0.5τ是否满足，如果是，定义此点为A_i,j点，记录此点的X坐标和Y坐标，进入下一步。

12.如权利要求10所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，在步骤(9)中，判断△z≥1.5τ是否满足,如果是，定义此点为A2_i,j点，记录此点的X坐标和Y坐标。

13.如权利要求11所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，在步骤(9)中还包括在A2_i,j点调整激光熔覆加工头(26)的法向角度，具体步骤为：

在A2_i,j点按照α＝arctg(△h/L)的计算结果，其中△h＝h1-h2，将A轴旋转部(23)旋转α角。

14.如权利要求10-13任一项所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，开始进行激光熔覆修复和定位需要进行激光熔覆加工的区域的终点的具体步骤包括：

(10)判断指示激光(20)是否到达A_i,j点，如果是，开始进行激光熔覆修复；

(11)根据△z与τμ3的比较，其中μ3为倍数系数，确定以α旋转角进行激光熔覆的终点，定义此点为B2_i,j点；

(12)根据△z与τμ4的比较，其中μ4为倍数系数，确定激光熔覆的终点，定义此点为B_i,j点,记录此点的X坐标和Y坐标。

15.如权利要求14所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，在步骤(11)中，判断-△z≥1.5τ是否满足，如果是，定义此点为B2_i,j点，记录此点的X坐标和Y坐标。

16.如权利要求15所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，在步骤(11)中还包括在B2_i,j点调整激光熔覆加工头(26)的法向角度，具体步骤为：

在B2_i,j点按照α＝arctg(△h/L)的计算结果，其中△h＝h1-h2，将A轴旋转部(23)旋转-α角。

17.如权利要求14所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，在激光熔覆加工的区域，每一道每一层激光熔覆修复的终止过程的具体步骤包括：

(13)判断指示激光(20)是否到达B_i,j点，如果是，结束激光熔覆修复；

(14)判断j≥n是否满足，如果是，说明第i道第n层已经熔覆完毕，将运动执行部件(2、2’)沿Y方向平移λ距离，然后，进到下一步；否则，返回到步骤(7)；

(15)判断i≥m是否满足，如果是，说明第m道第n层已经熔覆完毕，进到下一步；否则，返回到步骤(6)；

(16)结束熔覆修复，准备机加工。

18.如权利要求17所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，对熔覆道的机加工的具体步骤包括：

(17)设每个熔覆道内机加工头(27)角度变化次数的变量为q,法向角度的变量设为β_i,k，第一法向距离传感器(41)的检测距离变量设为η1_i,k，第二法向距离传感器(42)的检测距离变量设为η2_i,k；

(18)令i＝0，k＝0；

(19)令i＝i+1，其中i＝1,2,……，取整数；

(20)令k＝k+1，其中k＝1,2,……，取整数；

(21)将指示激光(20)对准B_i，k点，激光熔覆-机加工增减材运动载体(1)继续前行到后端参照钢轨，并对准后端参照钢轨的参考原点，P^＇点；开启高度跟踪距离传感器(43)的反馈控制系统，将运动执行部件(2、2’)下降到距离后端参照钢轨表面H₀±t₀的位置；

(22)按照β_i,k＝arctg(△h/L)的计算结果，将A轴旋转部(23)旋转β_i,k角，则第一法向距离传感器(41)的跟踪距离为η1_i,k±t₁，第二法向距离传感器(42)的跟踪距离为η2_i,k±t₂，其中t₁、t₂为高度误差值；启动激光熔覆-机加工增减材运动载体(1)，向X方向的负向运动；

(23)判断机加工头(27)是否到达B_i,k点，如果是，降低并启动机加工头(27)开始机加工；

(24)判断机加工头(27)是否到达A_i,k，如果是，关闭机加工头(27)并提升到待机位置，停止机加工。

19.如权利要求18所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，机加工终止过程的具体步骤包括：

(25)判断k≥q是否满足，如果是，说明第i道第k个角度的机加工完毕，将运动执行部件(2、2’)沿Y方向平移λ距离，然后，进到下一步；否则，返回到步骤(20)；

(26)判断i≥m是否满足，如果是，说明第m道第k个角度的机加工完毕，进到下一步；否则，返回到步骤(19)；

(27)结束。

20.一种结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，其特征在于：包括激光熔覆-机加工增减材运动载体(1)以及设置于其上的运动执行部件(2、2’)，所述运动执行部件(2、2’)为多轴机构，所述运动执行部件(2、2’)的激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)安装于其中的同一轴上，通过移动及旋转调整所述激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)的位置及姿态，进而使所述激光熔覆加工头(26)对钢轨(40)的不同部位进行激光熔覆加工，再使所述机加工头(27)对每个熔覆道的不同法向角度进行机械加工；

所述运动执行部件(2、2’)还包括运动模块(11、11’)，以及安装在其上的线扫描成像仪(3、3’)；

独立于所述激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)所安装的同一轴，所述运动模块(11、11’)安装于另一轴上，且在钢轨长度方向即X方向上既可带动所述线扫描成像仪(3、3’)相对于所述运动载体做前后运动，又可相对于所述运动载体静止、随运动载体前后运动；

所述线扫描成像仪(3、3’)，用于对钢轨(40)的轮廓进行扫描成像、规划加工路径，且反馈检测的参数用于计算所述激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)安装的同一轴的旋转角度以及使所述激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)在修复过程中的高度保持稳定状态，并追踪控制钢轨外侧的边缘距离。

21.如权利要求20所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，其特征在于：

所述多轴机构包括Y轴移动部(21)、Z轴移动部(22)、A轴旋转部(23)、X轴移动轨道，前三者分别沿Y方向可移动、沿高度方向即Z方向可移动、沿平行于X方向的A轴可旋转，所述激光熔覆加工头(26)、机加工头(27)、都安装于所述A轴旋转部(23)上，所述运动模块(11、11’)安装于所述X轴移动轨道上。

22.如权利要求21所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，其特征在于：

所述机加工头(27)包括作用头(271)、电机主轴(272)、W轴移动部(273)；

其中，所述电机主轴(272)可带动其下方的作用头(271)转动，所述W轴移动部(273)安装在所述电机主轴(272)与所述A轴旋转部(23)之间，可独立于所述Z轴移动部(22)带动所述电机主轴(272)、作用头(271)升降。

23.如权利要求20所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置，其特征在于：

所述运动执行部件(2、2’)包括结构相同的第一运动执行部件(2)和第二运动执行部件(2’)，分别布置于所述激光熔覆-机加工增减材运动载体(1)的横向两侧，同时对两股钢轨(40)的不同部位分别独立进行激光熔覆-机加工增减材修复。

24.一种如权利要求20-21任一项所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于：

根据线扫描成像仪(3、3’)检测的参数，调整激光熔覆加工头(26)的法向角度、调整激光熔覆加工头(26)至钢轨表面的法向垂直距离；

在上述调整到位后，先对钢轨(40)进行在线激光熔覆修复，待熔覆修复全部完成后，再选择现场的完好钢轨作为参照钢轨；

根据线扫描成像仪(3、3’)检测的参数，调整机加工头(27)的法向角度、调整机加工头(27)至钢轨表面的法向垂直距离；

在上述各调整到位后，进行最后的机械加工。

25.如权利要求24所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于：

所述在线激光熔覆修复的同时，在激光熔覆加工头(26)后面布置的机加工头(27)也同时进行首次机械粗加工；待熔覆修复全部完成后，再选择现场的完好钢轨作为参照钢轨；根据线扫描成像仪(3、3’)检测的参数，调整机加工头(27)的法向角度、调整机加工头(27)至钢轨表面的法向垂直距离；在上述各调整到位后，进行最后的机械精加工。

26.如权利要求24-25任一项所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，采用线扫描成像仪(3、3’)对钢轨进行检测以及定位激光熔覆起点的具体的步骤包括：

设从激光熔覆加工头(26)指向前方的线扫描成像仪(3、3’)的方向为X方向的正向，从钢轨指向轨道横向中纵面的方向为Y方向的正向，设需要检测的钢轨长度为L1，修复钢轨需要在Y方向熔覆m道，每道要熔覆n层，熔覆道数的变量为i，熔覆层数的变量为j，每道熔覆的有效横向宽度为λ，每道熔覆厚度为τ；

(1)令i＝0，j＝0；

(2)开启激光熔覆加工头(26)的指示激光(20)，对准前端参照钢轨的参考点，记录此时的坐标点为第P_i,j个原点,并记录此点的X、Y、Z坐标；

(3)开启线扫描成像仪(3，3’)，启动激光熔覆-机加工增减材运动载体(1)，向X方向的正向匀速运动，并记录钢轨的三维轮廓参数；同时开启对钢轨(40)的外侧边缘距离的反馈控制，即通过检测钢轨(40)的外侧边缘与检测窗口(35)的边缘(36)之间的距离，同时反馈控制Y轴移动部，使钢轨(40)的外侧边缘距离控制在W±Δw范围内，其中W为跟踪控制距离，Δw为跟踪误差；

(4)在获得长度大于L1的钢轨三维轮廓参数后，激光熔覆-机加工增减材运动载体(1)返回P_i,j点待命位置；

(5)令检测点相对于参考钢轨的最大高度差为△Z；

(6)令i＝i+1，其中i＝1,2,……，取整数；

(7)令j＝j+1，其中j＝1,2,……，取整数；

(8)根据△Z与τμ1的比较，其中μ1为倍数系数，确定激光熔覆的起点，定义此点为A_i,j点；

(9)根据△Z与τμ2的比较，其中μ2为倍数系数，确定需要旋转进行激光熔覆的起点，定义此点为A2_i,j点。

27.如权利要求26所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，在步骤(8)中，判断△z≥0.5τ是否满足，如果是，定义此点为A_i,j点，记录此点的X、Y、Z坐标，进入下一步。

28.如权利要求26所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，在步骤(9)中，判断△z≥1.5τ是否满足,如果是，定义此点为A2_i,j点，记录此点的X、Y、Z坐标。

29.如权利要求28所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，在步骤(9)中还包括在A2_i,j点调整激光熔覆加工头(26)的法向角度，具体步骤为：

根据检测点处与参考钢轨的三维轮廓的横截面对比，修正激光熔覆加工头(26)的姿态，将A轴旋转部(23)旋转α角。

30.如权利要求26所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，开始进行激光熔覆修复和定位激光熔覆终点的具体步骤包括：

(10)判断指示激光(20)是否到达A_i,j点，如果是，开始进行激光熔覆修复；

(11)根据△Z与τμ3的比较，其中μ3为倍数系数，确定停止旋转激光熔覆的终点，定义此点为B2_i,j点；

(12)根据△Z与τμ4的比较，其中μ4为倍数系数，确定激光熔覆的终点，定义此点为B_i,j点,记录此点的X、Y、Z坐标。

31.如权利要求30所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，在步骤(11)中，判断-△Z≥1.5τ是否满足，如果是，定义此点为B2_i,j点，记录此点的X、Y、Z坐标。

32.如权利要求31所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，在步骤(11)中还包括在B2_i,j点调整激光熔覆加工头(26)的法向角度，具体步骤为：

根据检测点处与参考钢轨的三维轮廓的横截面对比，修正激光熔覆加工头(26)的姿态，将A轴旋转部(23)旋转-α角。

33.如权利要求30所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，激光熔覆加工时，每一道每一层激光熔覆修复的终止过程的具体步骤包括：

(13)判断指示激光(20)是否到达B_i,j点，如果是，结束激光熔覆修复；

(14)判断j≥n是否满足，如果是，说明第i道第n层已经熔覆完毕，将运动执行部件(2、2’)沿Y方向平移λ距离，然后，进到下一步；否则，返回到步骤(7)；

(15)判断i≥m是否满足，如果是，说明第m道第n层已经熔覆完毕，进到下一步；否则，返回到步骤(6)；

(16)结束熔覆修复，准备机加工。

34.如权利要求33所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，对熔覆道的机加工的具体步骤包括：

(17)设每个熔覆道内机加工头(27)角度变化次数的变量为q,法向角度的变量设为β_i,k；

(18)令i＝0，k＝0；

(19)令i＝i+1，其中i＝1,2,……，取整数；

(20)令k＝k+1，其中k＝1,2,……，取整数；

(21)将指示激光(20)对准B_i，k点，激光熔覆-机加工增减材运动载体(1)继续前行到后端参照钢轨，并对准后端参照钢轨的参考原点，P^＇点；将运动执行部件(2、2’)下降到机加工高度；

(22)根据熔覆增材后的检测点处与参考钢轨的三维轮廓的横截面对比，修正机加工头(27)的姿态，将A轴旋转部(23)旋转β_i,k角；启动激光熔覆-机加工增减材运动载体(1)，向X方向的负向运动；

(23)判断机加工头(27)是否到达B_i,k点，如果是，降低并启动机加工头(27)开始机加工；

(24)判断机加工头(27)是否到达A_i,k，如果是，关闭机加工头(27)并提升到待机位置，停止机加工。

35.如权利要求34所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，机加工终止过程的具体步骤包括：

(25)判断k≥q是否满足，如果是，说明第i道第k个角度的机加工完毕，将运动执行部件(2、2’)沿Y方向平移λ距离，然后，进到下一步；否则，返回到步骤(20)；

(26)判断i≥m是否满足，如果是，说明第m道第k个角度的机加工完毕，进到下一步；否则，返回到步骤(19)；

(27)结束。

36.如权利要求26所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，

整个过程中，所述运动模块(11、11’)相对于所述运动载体静止、随运动载体前后运动。

37.如权利要求26所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，

进行钢轨轮廓参数的检测时，在所述运动载体不移动的情况下，所述运动模块(11、11’)相对于所述运动载体做前后运动，将所述运动载体的启动和移动替换为所述运动模块(11、11’)的启动和移动。

38.如权利要求37所述的结合激光熔覆-机加工进行增减材修复钢轨的装置的加工方法，其特征在于，

在启动所述运动模块(11、11’)之前，先通过移动调整所述多轴机构，以使得所述线扫描成像仪(3、3’)的移动不受到阻挡。

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