CN110715600A - 一种钢轨焊缝错边量在线检测系统 - Google Patents

一种钢轨焊缝错边量在线检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钢轨焊缝错边量在线检测系统，本发明通过激光视觉传感器技术、红外热成像技术以及红外测温技术等实现了钢轨运行过程中自动检测并测量高温焊缝错边量，减少了手动测量时人为主观因素的影响，且测量数据客观真实，测量准确可靠。在检测过程中，自动检测高温焊缝并清除两侧焊渣，既降低了工作人员的劳动强度和被烫伤的风险，又减少了用于清除焊渣的毛刷的无用磨损，提高了使用寿命；通过自动绘制热焊缝两侧钢轨顶部和两侧的轮廓曲线，钢轨焊接质量一目了然；另外，钢轨数据的自动采集、保存以及上传，实现了钢轨焊缝质量的网络化管理。

Description

一种钢轨焊缝错边量在线检测系统
技术领域
本发明涉及钢轨焊缝检测技术领域，特别是一种钢轨焊缝错边量在线检测系统。
背景技术
随着高速铁路的快速发展以及客运安全要求的逐步提高，高铁用无缝钢轨焊接质量的重要性越来越显著。钢轨焊缝错边量是评价钢轨焊接质量的重要指标之一，提高高温焊缝错边量检测水平，提升无缝钢轨的质量，有助于提高高速列车运行平顺性以及行车的安全性。
目前国内焊轨基地检测钢轨焊缝错边量的测量方式基本上都是手工测量，测量工具是数显游标卡尺或千分尺改造而成的波磨尺。测量时需要将钢轨焊缝停在测量工位，先用钢丝刷清理钢轨焊缝两侧的焊渣，然后将波磨尺放于焊缝两侧，距离焊缝中心左右15-25mm处各选取1个测量点，测量焊缝一侧的测量点时将数显卡尺清零，在焊缝另一侧的测量点测量并读取卡尺的示值从而得到轨头顶部或侧面的错边量。轨底脚错边量的测量是采用专用长条形量块跨在焊缝两侧，通过比较样块的挖空高度和焊缝高度的方法判定检查，最后手动记录错边量数值和钢轨的编号。
手工测量的不足主要有错边量测量时需要将焊缝停在指定区域，工作效率较低，人为主观误差较大包括波磨尺的固定、测量点的选取、焊缝中心的判定以及测量数据的填写等，错边量的评定只选取比较焊缝两侧的两个点，评定过于简单，高温焊缝给测量带来安全隐患，人工记录数据不符合现有生产管理的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢轨焊缝错边量在线检测系统，旨在解决现有技术中钢轨焊缝错边量测量依赖手工的问题，实现在线自动完成错边量检测，提高准确度和安全性，提高工作效率。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种钢轨焊缝错边量在线检测系统，所述检测系统包括：
主支架、激光视觉测量模块、红外测温除渣模块；所述激光视觉测量模块以及红外测温除渣模块通过连接固定位固定于主支架上；
所述激光视觉测量模块包括红外热成像传感器和激光视觉测量传感器，所述红外热成像传感器用于感知高温焊缝的位置，所述激光视觉测量传感器用于采集钢轨的3D点云数据以进行错边量计算；
所述红外测温除渣模块包括红外测温单元和焊渣清除单元，所述红外测温单元用于感知高温焊缝的位置，所述焊渣清除单元用于在点云数据采集前进行焊渣的清除。
优选地，所述激光视觉测量模块与红外测温除渣模块之间设置有隔离仓。
优选地，所述红外测温除渣模块下方设置有焊渣收集装置，所述焊渣收集装置为抽拉式设计。
优选地，所述红外测温单元包括红外测温传感器和可见激光指示器，所述红外测温传感器和可见激光指示器上下布置且轴线平行。
优选地，所述焊渣清除单元为3组，分别设置在钢轨轨顶和左右两侧，每一组包括毛刷转动装置、毛刷推进装置和弹簧伸缩装置，所述弹簧伸缩装置设置于毛刷转动装置与毛刷推进装置之间。
优选地，所述连接固定位可上下调节，适用于60轨和50轨。
优选地，所述主支架整体封闭，在左侧面和右侧面设置有钢轨进出口，在进出口位置处设置耐火防尘板，主支架的前面板设有两扇对开门，每扇门上均设置有一个观察窗，后面板设置有一个观察窗。
优选地，所述系统还包括显示控制模块，包括控制电路和工业用嵌入式触摸显示屏，所述控制电路用于实现焊缝的自动清渣以及各个传感器的开关，所述触摸显示屏用于显示焊缝左右的轮廓曲线和测量结果以及相关参数的输入设置，在出现异常和超差错边量时进行语音告警和文字提示。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过设置激光视觉测量模块以及红外测温除渣模块，利用传感器感知高温焊缝的位置，在进行除渣之后利用激光视觉传感器采集3D点云数据，获取焊缝轮廓图像，进行错边量的分析评定，从而实现在钢轨运动过程中实时测量高温热焊缝两侧的错边量，减少了手动测量时人为主观因素的影响，且测量数据客观真实，测量准确可靠。在检测过程中，自动检测高温焊缝并清除两侧焊渣，既降低了工作人员的劳动强度和被烫伤的风险，又减少了用于清除焊渣的毛刷的无用磨损，提高了使用寿命；通过自动绘制热焊缝两侧钢轨顶部和两侧的轮廓曲线，钢轨焊接质量一目了然；另外，钢轨数据的自动采集、保存以及上传，实现了钢轨焊缝质量的网络化管理。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统整体外观示意图；
图2为本发明实施例中所提供的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统主要结构示意图；
图3为本发明实施例中所提供的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统主视图；
图4为本发明实施例中所提供的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统左视图；
图5为本发明实施例中所提供的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统右视图；
图6为本发明实施例中所提供的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统后视图；
图7为本发明实施例中所提供的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统主支架内部视图；
图8为本发明实施例中所提供的激光视觉测量模块结构示意图；
图9为本发明实施例中所提供的红外测温除渣模块中红外测温单元结构示意图；
图10为本发明实施例中所提供的红外测温除渣模块中焊渣清除单元结构示意图；
图中，1主支架，2激光视觉测量模块，3红外测温除渣模块，4显示控制模块，5系统除尘模块，6左侧面，7钢轨进出孔，8耐火防沉板，9右侧面，10左门，11右门，12观察窗，13窗帘，14门锁，15后面板，16隔离仓，17焊渣收集装置，18走行轮，19红外热成像传感器，20激光视觉测量传感器，3-1红外测温单元，21红外测温传感器，22可见激光指示器，3-2焊渣清除单元，23毛刷转动装置，24毛刷推进装置，25弹簧伸缩装置。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统进行详细说明。
如图1-10所示，本发明实施例公开了一种钢轨焊缝错边量在线检测系统，所述系统包括：
主支架、激光视觉测量模块、红外测温除渣模块。
所述主支架上设置有激光视觉测量模块和红外测温除渣模块的连接固定位，通过连接固定位将激光视觉测量模块和红外测温除渣模块固定于主支架上。所述连接固定位可上下调节，以适应60轨和50轨等不同规格钢轨的检测。
所述主支架整体封闭，在左侧面和右侧面设置有钢轨进出口，在进出口位置处设置耐火防尘板，耐火防尘板在没有钢轨出入时保持封闭，用以防尘。在主支架的前面板设有两扇对开门，每扇门上均设置有一个观察窗，用于观察激光视觉测量模块和红外测温除渣模块的工作状况。所述观察窗上设置有窗帘，在不需要观察时，将窗帘拉上，以保证激光视觉测量模块的稳定性。在右门上设置有门锁装置。另外，在主支架后面板上同样设置有一个观察窗，用于观察红外测温除渣模块的工作状况。
所述主支架内设置有激光视觉测量模块和红外测温除渣模块的隔离仓，用以减少焊渣和扬尘对视觉检测的影响。对于焊渣的收集，在主支架内红外测温除渣模块的下方设置焊渣收集装置，所述焊渣收集装置采用抽拉式设计，方便拆卸和安装。在所述主支架的底部设有带锁止功能的万向走行轮，方便安装调试时的移动。
所述红外测温除渣模块包括红外测温单元和焊渣清除单元。所述红外测温单元包括红外测温传感器和可见激光指示器，所述红外测温传感器和可见激光指示器上下布置且轴线平行，可见激光指示器按照设计角度倾斜打在运行钢轨上，红外测温传感器对可见激光指示位置处进行红外测温，当焊缝从焊机中送出时，红外测温传感器可以感知到高温焊缝的存在，并启动焊渣清除单元进行焊渣的清除。所述焊渣清除单元包括设置在钢轨轨顶和左右两侧的毛刷转动装置、毛刷推进装置和弹簧伸缩装置。在钢轨运动过程中，系统在设定区域检测到高温焊缝时自动启动毛刷推进装置，将毛刷推进到工作位置，然后启动毛刷转动装置清理焊缝左右两侧的焊渣。高温焊缝经过后，毛刷转动装置停止工作，同时毛刷推进装置将毛刷收回，避免毛刷的过快损耗。弹簧伸缩装置保证新毛刷和用过一段时间的毛刷都能接触到钢轨，同时缓冲钢轨窜动对毛刷推进装置的冲击。通过除渣，防止焊渣影响后续激光视觉测量模块的检测。
所述激光视觉测量模块包括红外热成像传感器和激光视觉测量传感器，所述红外热成像传感器用于实现红热高温焊缝的检测，所述激光视觉测量传感器用于实现焊缝左右轮廓的图像采集与错边量的评定。对于错边量的评定，激光视觉测量传感器沿垂直焊缝的方向分别在钢轨轨顶中心、轨头左右侧面距离轨顶16mm处以及左右轨底脚投射出激光线，用于轨顶、轨头侧面以及轨底脚的错边量测量。
所述激光视觉测量传感器发出激光束，激光束以一定的形状照射到钢轨的表面时，在钢轨的表面投射出线形或其他几何形状的条纹，钢轨表面的反射光线经过摄像头上的透镜在感光芯片上产生一系列像点，这些像点即为钢轨3D点云数据，从而反映出目标物体表面的高低起伏。
从钢轨焊接结束后离开焊机到焊缝达到在线检测系统的时间不超过一分钟，焊缝依旧处于红热状态，本发明利用红外热成像传感器的红外热成像原理判断焊缝是否到达视觉检测位置，当到达检测位置时，红外热成像传感器感知并发送触发信号，利用激光视觉测量传感器迅速采集钢轨及周围区域的三维点云数据，并根据点云数据实现焊缝左右轮廓的图像采集，方便进行错边量分析评定。
三维点云数据反映出了焊缝及其周边钢轨平面的高低起伏，由焊缝两侧钢轨的三维数据确认钢轨平面基线及其视场范围内钢轨的平直度曲线，该曲线的峰值部分即为焊缝区域，根据错边量定义，选取测量点并计算错边量的值，最终将轨顶面、轨头侧面以及轨底位置的错边量数据发送至显示控制模块。
所述系统还包括显示控制模块，包括控制电路和工业用嵌入式触摸显示屏，所述控制电路用于实现焊缝的自动清渣以及各个传感器的开关，所述触摸显示屏用于显示焊缝左右的轮廓曲线和测量结果以及相关参数的输入设置等，在出现异常和超差错边量时，可进行语音告警和文字提示。
所述系统还包括系统除尘模块，采用工业吸尘器装置，吸收焊渣清除过程中的扬尘。所述系统除尘模块由控制电路控制，在高温焊缝经过前后自动开启和关闭。
本发明实施例通过设置激光视觉测量模块以及红外测温除渣模块，利用传感器感知高温焊缝的位置，在进行除渣之后利用激光视觉传感器采集3D点云数据，获取焊缝轮廓图像，进行错边量的分析评定，从而实现在钢轨运动过程中实时测量高温热焊缝两侧的错边量，减少了手动测量时人为主观因素的影响，且测量数据客观真实，测量准确可靠。在检测过程中，自动检测高温焊缝并清除两侧焊渣，既降低了工作人员的劳动强度和被烫伤的风险，又减少了用于清除焊渣的毛刷的无用磨损，提高了使用寿命；通过自动绘制热焊缝两侧钢轨顶部和两侧的轮廓曲线，钢轨焊接质量一目了然；另外，钢轨数据的自动采集、保存以及上传，实现了钢轨焊缝质量的网络化管理。
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 (8)

1.一种钢轨焊缝错边量在线检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：
主支架、激光视觉测量模块、红外测温除渣模块；所述激光视觉测量模块以及红外测温除渣模块通过连接固定位固定于主支架上；
所述激光视觉测量模块包括红外热成像传感器和激光视觉测量传感器，所述红外热成像传感器用于感知高温焊缝的位置，所述激光视觉测量传感器用于采集钢轨的3D点云数据以进行错边量计算；
所述红外测温除渣模块包括红外测温单元和焊渣清除单元，所述红外测温单元用于感知高温焊缝的位置，所述焊渣清除单元用于在点云数据采集前进行焊渣的清除。
2.根据权利要求1所述的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统，其特征在于，所述激光视觉测量模块与红外测温除渣模块之间设置有隔离仓。
3.根据权利要求1所述的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统，其特征在于，所述红外测温除渣模块下方设置有焊渣收集装置，所述焊渣收集装置为抽拉式设计。
4.根据权利要求1所述的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统，其特征在于，所述红外测温单元包括红外测温传感器和可见激光指示器，所述红外测温传感器和可见激光指示器上下布置且轴线平行。
5.根据权利要求1所述的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统，其特征在于，所述焊渣清除单元为3组，分别设置在钢轨轨顶和左右两侧，每一组包括毛刷转动装置、毛刷推进装置和弹簧伸缩装置，所述弹簧伸缩装置设置于毛刷转动装置与毛刷推进装置之间。
6.根据权利要求1所述的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统，其特征在于，所述连接固定位可上下调节，适用于60轨和50轨。
7.根据权利要求1所述的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统，其特征在于，所述主支架整体封闭，在左侧面和右侧面设置有钢轨进出口，在进出口位置处设置耐火防尘板，主支架的前面板设有两扇对开门，每扇门上均设置有一个观察窗，后面板设置有一个观察窗。
8.根据权利要求1所述的一种钢轨焊缝错边量在线检测系统，其特征在于，所述系统还包括显示控制模块，包括控制电路和工业用嵌入式触摸显示屏，所述控制电路用于实现焊缝的自动清渣以及各个传感器的开关，所述触摸显示屏用于显示焊缝左右的轮廓曲线和测量结果以及相关参数的输入设置，在出现异常和超差错边量时进行语音告警和文字提示。
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