CN111735408A - 一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，涉及轨道检测技术领域。本发明中：车辆本体的前端和后端均安装有牵引架和照明灯；第一支撑架的下方安装有油门控制器和刹车控制器；第二支撑架的上端安装有控制器；第二支撑架的下方安装有蓄电池放置箱；第三支撑架的下方安装有动力箱；车辆本体的下端固定有激光传感器，激光传感器用于对钢轨廓形进行扫描。本发明通过在钢轨廓形磨耗检测车上安装激光扫描器对钢轨进行扫描，根据激光传感器检测的数据通过计算机进行三维重建，检测钢轨的磨耗数据，能够及时发现钢轨的磨耗情况，并通过在激光传感器的安装座上设置减振弹簧，避免检测车运行时的振动对扫描数据造成影响。
Description
技术领域
本发明属于轨道技术领域，特别是涉及一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车。
背景技术
钢轨是铁路运输中基础的元素，随着机车的高速、重载、高密度运行，机车轮对在钢轨上走行时会对钢轨产生磨损，当磨损超过一定限度，一方面将增加与机车车轮踏面的接触面积,使得运行阻力增大，对机车的行车安全造成极大的影响；另一方面机车车辆会发生剧烈摇摆，严重影响了乘客旅行的舒适度。所以需要经常性地及时地对钢轨断面尺寸和磨损情况进行检测，以保证行车稳定和安全。
由于钢轨的磨耗以及廓形需要进行定期表面相关检测与分析，以达到铁路运营安全的需要，在国内钢轨外形尺寸检测系统的发展进程中，主要包括机械式接触测量、机械和电子、可编程技术等结合开发的电子检测设备(包括光电编码器法)、非接触光学测量等。在这些检测设备中，机械设备需要人工进行检测，存在工作量大、工作环境恶劣、效率低、机械装置与钢轨进行接触式的检测使得所得到的钢轨外形和轨距的准确度和完整性不够高，同时长期的接触式测量使钢轨造成不必要的磨损，以及测量时要经过一些附件的连接点区域较为困难等缺陷，并且容易受到环境的影响；电子设备虽然比机械设备有较大进步，但是还尚未实现在线自动检测，增加了铁路维修周期；非接触光学系统检测性能比以上两种好，精度高，响应快，不易被轨道上的物体碰撞，安全可靠，工作稳定，避免了移动物体之间的接触，也就避免了不必要的磨损，人们可以通过图像的分析和重建得到整个钢轨外形结构。通过真实的钢轨外形与标准钢轨外形图像之间的比较，可以很快地得到钢轨的磨损值。
考虑到上述系统无法实现数据的实时处理，因此有必要开发出一套自动系统，不仅能够检测出钢轨的病害，而且需要对数据进行实时的处理以及数据结果的实时显示。这样大大减少了维修周期，提高了工作效率。为解决这一问题，现在设计一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，通过在钢轨廓形磨耗检测车上安装激光扫描器对列车钢轨进行扫描，从而实现对钢轨的磨耗数据的检测，并通过一系列计算机算法及时检测出磨耗过高的钢轨，从而实现钢轨的及时打磨与更换，从而避免事故的发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，通过在钢轨廓形磨耗检测车上安装激光扫描器对钢轨进行扫描，根据激光传感器检测的数据通过计算机进行三维重建，检测钢轨的磨耗数据，能够及时发现钢轨的磨耗情况，及时更换钢轨，避免事故的发生，并通过在激光传感器的安装座上设置减振弹簧，避免检测车运行时的振动对扫描数据造成影响，导致数据失真，提高了检测数据的真实性。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，包括车辆本体，所述车辆本体的下端安装有一前轮组和一后轮组；所述前轮组和后轮组与钢轨廓形配合；所述前轮组的车轴上安装有一刹车片；
所述车辆本体的前端和后端均安装有若干牵引架和若干照明灯；
所述车辆本体的上表面前端安装有第一支撑架；所述第一支撑架上覆盖有挡风板；
所述第一支撑架的下方固定安装有一油门控制器和一刹车控制器；所述刹车控制器的一侧还设有一手刹控制器；所述刹车控制器通过一电磁刹车器与刹车片连接；
所述车辆本体的上表面中间安装有一第二支撑架；所述第二支撑架的上端安装有两座椅；两所述座椅中安装有一控制器；所述控制器的上表面设有控制面板；
所述第二支撑架的下方安装有一蓄电池放置箱；所述蓄电池放置箱中安装有一蓄电池；所述蓄电池与控制器电性连接；
所述第二支撑架的相对两端面均安装有一挡板；其中一所述挡板上安装有一充电器；所述充电器为蓄电池进行充电；
所述车辆本体的上表面后端安装有一第三支撑架；所述第三支撑架的上端面周侧均固定有一置物挡板；所述第三支撑架的下方安装有一动力箱；所述动力箱内安装有一电机；所述电机通过齿轮、链条与后轮组的车轴连接；所述电机驱动后轮组转动；所述油门控制器控制电机的功率；
所述车辆本体的相对两侧均固定有若干激光传感器，所述激光传感器用于对钢轨廓形进行扫描，并将数据传输至终端设备；所述终端设备根据激光传感器感应的数据检车钢轨廓形的磨耗数据。
进一步地，所述车辆本体的相对两侧均安装有若干固定板；
所述固定板的下表面周侧安装有若干导向螺柱；所述导向螺柱与安装板上的导向孔配合；所述导向螺柱通过螺母将安装板安装在固定板的下端；
所述安装板的下端设有一安装座；所述激光传感器通过螺钉固定在安装座中，通过激光传感器对钢轨廓形进行扫描，检测钢轨廓形的磨耗情况。
进一步地，所述固定板的相对两侧分别设有一连接板；所述连接板上表面设有一贯通孔；所述贯通孔通过与螺栓配合将固定板固定在车辆本体的下端面上。
进一步地，所述固定板与安装板之间并排安装有若干减振弹簧，通过设置减振弹簧对激光传感器进行减振，避免车辆本体在运行时振动对激光传感器的扫描数据造成影响，导致扫描结果失真。
进一步地，所述第一支撑架的下端设有第一固定座；所述第一固定座通过第一螺栓固定在车辆本体上。
进一步地，所述第二支撑架的下端设有第二固定座；所述第二固定座通过第二螺栓固定在车辆本体上。
进一步地，所述第三支撑架的下端设有第三固定座；所述第三固定座通过第三螺栓固定在车辆本体上。
进一步地，所述控制面板包括蓄电池电量显示器、电源开关、急停按钮、方向控制器和喇叭控制器；方便工作人员在使用过程中控制车辆本体的运行。
进一步地，所述蓄电池为照明灯、控制器、激光传感器、电磁刹车器和电机供电。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过在钢轨廓形磨耗检测车上安装激光扫描器对钢轨进行扫描，根据激光传感器检测的数据通过计算机进行三维重建，检测钢轨的磨耗数据，能够及时发现钢轨的磨耗情况，及时更换钢轨，避免事故的发生，并通过在激光传感器的安装座上设置减振弹簧，避免检测车运行时的振动对扫描数据造成影响，导致数据失真，提高了检测数据的真实性。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车的结构示意图；
图2为一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车的结构示意图；
图3为一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车的结构示意图；
图4为一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车的结构示意图；
图5为一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车的结构示意图；
图6为固定板以及安装板的结构示意图；
图7为固定板以及安装板的结构示意图；
图8为固定板以及安装板的结构示意图；
图9为固定板以及安装板的结构示意图；
图10为固定板的结构俯视图；
图11为前轮组的结构示意图；
图12为前轮组的结俯视图图；
图13为第二支撑架的结构示意图；
图14为第二支撑架的结构示意图；
图15为第二支撑架的结构示意图；
图16为第二支撑架的结构示意图；
图17为第二支撑架的结构示意图；
图18为第二支撑架的结构示意图；
图19为一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车的使用方法流程图；
图20为钢轨垂向的廓形云图；
图21为钢轨垂向的廓形图；
图22为钢轨侧向的廓形图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-车辆本体，2-第一支撑架，3-第二支撑架，4-控制器，5-蓄电池放置箱，6-充电器，7-第三支撑架，8-动力箱，9-油门控制器，10-刹车控制器，11-手刹控制器，12-激光传感器，13-钢轨廓形，101-前轮组，1011-刹车片，102-后轮组，103-牵引架，104-照明灯，105-固定板，1051-连接板，1052-贯通孔，1053-导向螺柱，1054-螺母，106-减振弹簧，107-安装板，1071-安装座，1072-螺钉，201-挡风板，202-第一固定座，203-第一螺栓，301-座椅，302-第二固定座，303-第二螺栓，401-控制面板，701-置物挡板，702-第三固定座，703-第三螺栓。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前端”、“上端面”、“下端面”、“后端”、“顶”、“中间”、“长度”、“内”、“周侧”等指示方位或位置关系，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组件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。
请参阅图1-20所示，本发明为一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，包括车辆本体1，车辆本体1的下端安装有一前轮组101和一后轮组102；前轮组101和后轮组102与钢轨廓形13配合；前轮组101的车轴上安装有一刹车片1011；
车辆本体1的前端和后端均安装有两个牵引架103两个照明灯104；当车辆本体1上的蓄电池电量不足时，可以使用其他车辆通过钢丝绳和牵引架103配合对车辆本体1进行牵引；
通过照明灯104可以在光线不足时对车辆本体1的前后进行照明，避免在视线不足导致发生碰撞；
车辆本体1的上表面前端安装有第一支撑架2；第一支撑架2上覆盖有挡风板201；第一支撑架2的下端设有第一固定座202；第一固定座202通过第一螺栓203固定在车辆本体1上；
第一支撑架2的下方固定安装有一油门控制器9和一刹车控制器10；刹车控制器10的一侧还设有一手刹控制器11；其中，刹车控制器10通过一电磁刹车器与刹车片1011连接；当工作人员踩下刹车控制器10时，电机刹车器接收到信号并通电，将刹车片1011抱死，从而实现刹车；通过手刹控制器11将前轮组101手动刹住，避免人员不在时车辆本体1移动，
车辆本体1的上表面中间安装有一第二支撑架3；第二支撑架3的上端安装有两座椅301；第二支撑架3的下端设有第二固定座302；第二固定座302通过第二螺栓303固定在车辆本体1上；
两座椅301中安装有一控制器4；控制器4的上表面设有控制面板401；控制面板401包括蓄电池电量显示器、电源开关、急停按钮、方向控制器和喇叭控制器；方便工作人员在使用过程中控制车辆本体1的运行；蓄电池电量显示器用于显示蓄电池剩余电量，电源开关用于控制车辆本体1上所有电气设备的电源通断；急停按钮用于工作人员在发生紧急情况时控制车辆本体1紧急停车；方向控制器用于控制电机的正转或反转，从而方便工作人员控制车辆本体1的行进方向，分为前进或倒退；喇叭控制器用于控制喇叭发出警报；
第二支撑架3的下方安装有一蓄电池放置箱5；蓄电池放置箱5中安装有一蓄电池；蓄电池与控制器4电性连接；蓄电池为照明灯104、控制器4、激光传感器12、电磁刹车器和电机供电；
第二支撑架3的相对两端面均安装有一挡板304；其中一挡板304上安装有一充电器6；充电器6为蓄电池进行充电；充电器6一端通过插头与插座连接，充电器6另一端通过电线与蓄电池电性连接；
车辆本体1的上表面后端安装有一第三支撑架7；第三支撑架7的上端面周侧均固定有一置物挡板701；第三支撑架7上用于放置工作人员工作时放置杂物或者工作用具，通过置物挡板701进行遮挡，避免物品滑落；
第三支撑架7的下端设有第三固定座702；第三固定座702通过第三螺栓703固定在车辆本体1上；第三支撑架7的下方安装有一动力箱8；动力箱8内安装有一电机；电机通过齿轮、链条与后轮组102的车轴连接；电机驱动后轮组102转动；油门控制器9控制电机的功率；
车辆本体1的相对两侧均固定有若干激光传感器12，激光传感器12用于对钢轨廓形进行扫描，并将数据传输至终端设备；终端设备根据激光传感器12感应的数据检车钢轨廓形的磨耗数据；终端设备为计算机，终端设备接收到激光传感器12的数据后进行三维重建，并跟钢轨的标准廓形数据进行比对，从而得出钢轨的磨耗数据。
其中如图6-10所示，车辆本体1的相对两侧均安装有若干固定板105；固定板105固定安装在挡板304上；固定板105的下表面周侧安装有若干导向螺柱1053；导向螺柱1053与安装板107上的导向孔配合；导向螺柱1053通过螺母1054将安装板107安装在固定板105的下端；固定板105的相对两侧分别设有一连接板1051；连接板1051上表面设有一贯通孔1052；贯通孔1052通过与螺栓配合将固定板105固定在车辆本体1的下端面上，固定板105与安装板107之间并排安装有若干减振弹簧106，通过设置减振弹簧106对激光传感器12进行减振，避免车辆本体1在运行时振动对激光传感器12的扫描数据造成影响，导致扫描结果失真，提高了检测结果的真实性；
安装板107的下端设有一安装座1071；激光传感器12通过螺钉1072固定在安装座1071中，通过激光传感器12对钢轨廓形进行扫描，检测钢轨廓形的磨耗情况。
其中，激光传感器12采用Gocator2340三维智能激光传感器，激光传感器12的工作原理为：激光传感器12将激光线投射到目标物体上，并通过激光传感器12上的相机从一个角度探测目标物体的激光线，并捕获从目标上反射回来的激光，相机每次曝光捕获一个轮廓，从某种意义上说是捕获一个截面。激光传感器12的激光发射器、相机和目标物体构成一个三角形，使用激光发射器与相机之间的已知距离以及两个已知角度(其中一个角度取决于相机上激光返回的位置)来计算传感器和目标之间的距离，并转换为目标的高度，从而实现对目标物体的扫描检测。
并且本申请提出的一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，具有结构简单、使用方便、维护容易、使用寿命长等特点，因其方便、经济、易清理等诸多优点，成为高铁铁路、重载铁路、普速铁路、城市轨道交通进行轨道安全检测的首选工具，简单易操作，工作效率高。
实施例一：如图19所示，本实施例为一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：启动检测车以及检测设备
启动检测车在轨道上开始运行，检测车以时速10km/h的速度在轨道上行驶，并打开检测设备；
步骤二：轨道扫描
通过激光传感器12对钢轨廓形进行扫描检测；
步骤三：数据传输
通过Master810控制器接受激光传感器12的扫描检测数据，并传输至计算机；
步骤四：轨道检测
计算机将接受的激光传感器12的扫描检测数据与预存的标准钢轨廓形进行比对；
步骤五：输出预警报告
当检测车行驶到轨道磨耗过高区域时，激光传感器12扫描检测的轨道磨耗数据超过预存的标准钢轨廓形阈值，计算机输出预警报告通知检测人员。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (9)
1.一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，包括车辆本体(1)，其特征在于：所述车辆本体(1)的下端安装有一前轮组(101)和一后轮组(102)；所述前轮组(101)和后轮组(102)与钢轨廓形(13)配合；所述前轮组(101)的车轴上安装有一刹车片(1011)；
所述车辆本体(1)的前端和后端均安装有若干牵引架(103)和若干照明灯(104)；
所述车辆本体(1)的上表面前端安装有第一支撑架(2)；所述第一支撑架(2)上覆盖有挡风板(201)；
所述第一支撑架(2)的下方固定安装有一油门控制器(9)和一刹车控制器(10)；所述刹车控制器(10)的一侧还设有一手刹控制器(11)；所述刹车控制器(10)通过一电磁刹车器与刹车片(1011)连接；
所述车辆本体(1)的上表面中间安装有一第二支撑架(3)；所述第二支撑架(3)的上端安装有两座椅(301)；两所述座椅(301)中安装有一控制器(4)；所述控制器(4)的上表面设有控制面板(401)；
所述第二支撑架(3)的下方安装有一蓄电池放置箱(5)；所述蓄电池放置箱(5)中安装有一蓄电池；所述蓄电池与控制器(4)电性连接；
所述第二支撑架(3)的相对两端面均安装有一挡板(304)；其中一所述挡板(304)上安装有一充电器(6)；所述充电器(6)为蓄电池进行充电；
所述车辆本体(1)的上表面后端安装有一第三支撑架(7)；所述第三支撑架(7)的上端面周侧均固定有一置物挡板(701)；所述第三支撑架(7)的下方安装有一动力箱(8)；所述动力箱(8)内安装有一电机；所述电机通过齿轮、链条与后轮组(102)的车轴连接；所述电机驱动后轮组(102)转动；所述油门控制器(9)控制电机的功率；
所述车辆本体(1)的相对两侧均固定有若干激光传感器(12)，所述激光传感器(12)用于对钢轨廓形进行扫描，并将数据传输至终端设备；所述终端设备根据激光传感器(12)感应的数据检车钢轨廓形的磨耗数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，其特征在于，所述车辆本体(1)的相对两侧均安装有若干固定板(105)；
所述固定板(105)的下表面周侧安装有若干导向螺柱(1053)；所述导向螺柱(1053)与安装板(107)上的导向孔配合；所述导向螺柱(1053)通过螺母(1054)将安装板(107)安装在固定板(105)的下端；
所述安装板(107)的下端设有一安装座(1071)；所述激光传感器(12)通过螺钉(1072)固定在安装座(1071)中。
3.根据权利要求2所述的一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，其特征在于，所述固定板(105)的相对两侧分别设有一连接板(1051)；所述连接板(1051)上表面设有一贯通孔(1052)；所述贯通孔(1052)通过与螺栓配合将固定板(105)固定在车辆本体(1)的下端面上。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，其特征在于，所述固定板(105)与安装板(107)之间并排安装有若干减振弹簧(106)。
5.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，其特征在于，所述第一支撑架(2)的下端设有第一固定座(202)；所述第一固定座(202)通过第一螺栓(203)固定在车辆本体(1)上。
6.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，其特征在于，所述第二支撑架(3)的下端设有第二固定座(302)；所述第二固定座(302)通过第二螺栓(303)固定在车辆本体(1)上。
7.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，其特征在于，所述第三支撑架(7)的下端设有第三固定座(702)；所述第三固定座(702)通过第三螺栓(703)固定在车辆本体(1)上。
8.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，其特征在于，所述控制面板(401)包括蓄电池电量显示器、电源开关、急停按钮、方向控制器和喇叭控制器。
9.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描技术的钢轨廓形磨耗检测车，其特征在于，所述蓄电池为照明灯(104)、控制器(4)、激光传感器(12)、电磁刹车器和电机供电。
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