CN111795698A - 高速轨道检测安装装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路轨道检测领域，提供一种高速轨道检测安装装置，包括：水平设置且依次首尾相接从而在水平面上形成三角形结构的横梁、竖梁和斜梁；其中，横梁上表面的中部和/或下表面的中部设有惯导安装基准面；横梁下表面设有两组以上摄像安装基准面；竖梁包括高梁、低梁以及连接梁，所述高梁的下表面与所述横梁上表面的一端连接，低梁的上表面与所述斜梁下表面的一端连接；低梁的下表面上设有一组以上摄像安装基准面；斜梁下表面的另一端与所述横梁上表面的另一端连接。安装装置可以直接安装在车体或转向架上，在保证结构强度的基础上降低整体重量，并结合惯性导航系统、里程计和激光摄像组件的进行轨道检测，提升轨道检测精度。

Description

高速轨道检测安装装置

技术领域

本发明涉及铁路轨道检测领域，具体涉及一种高速轨道检测安装装置及方法。

背景技术

本世纪以来，国家加大了轨道交通设施的建设，高铁、动车、普铁和地铁等各种轨道里程快速发展，列车运输任务的繁重也达到前所未有的程度。轨道是列车运行的基础，轨道几何参数指标(轨距、水平、轨向、高低、横向偏差和垂向偏差等)的优劣程度与列车运行时的安全性密切相关。

随着轨道交通列车的运行速度、行车密度和载重的不断增加，轨道性能经受着巨大考验，轨道的养护工作难度也在不断增加，轨道(几何参数)检测系统作为保障轨道安全的重要手段得到了高度重视。各类轨道的建设和养护过程中都需要全面检测轨道几何参数，目前国内外的各种轨道交通里程都在快速增加，对轨道检测系统的需求也随之快速增加。

目前，从检测载体和速度方面可将轨道检测系统分为两类：

(1)低速轨道检测系统：主要载体为不带动力的检测小车，通常为T形结构，检测作业时需要人工推行或其他带动力车辆推行，最高检测速度通常小于60公里/小时；

(2)高速轨道检测系统：主要载体为带动力的各种运营车(高铁、动车、普铁、城际、地铁等)和作业车(捣固车、打磨车、巡检车等)，在列车行驶过程中进行轨道检测，最高检测速度通常大于60公里/小时。

目前主要有两类高速轨道检测系统：高速光学轨道检测系统和高速陀螺轨道检测系统。

《GJ-6型轨道检测系统的设计与研制》介绍了一种典型的高速陀螺轨道检测系统，如图1所示，包括陀螺和多个传感器进行数据处理，该轨道检测系统的安装如图2和图3所示，采用直线形安装基座。

现有的高速陀螺轨道检测系统主要有以下缺点：

(1)采用基于惯性基准的轨道检测方案，所需的传感器较多(23个)，系统比较复杂、成本高、使用和维护难度大。

(2)采用直线形安装基座，需要在安装基座、车体和轴箱上安装传感器，安装难度较大。

(3)采用基于陀螺、加速度计、里程计、位移计和激光摄像组件的多传感器简单融合数据处理方法，难以有效克服陀螺误差(零偏、安装误差、标度因数误差等)和加速度计误差(零偏、安装误差、标度因数误差等)对轨道检测精度的负面影响。

(4)在动态的条件下，现有的高速陀螺轨道检测系统中每个陀螺检测的地球自转角度分量大小不断变化，每个加速度计上检测的地球重力加速度分量大小不断变化，不能完全扣除每个陀螺检测的地球自转角速度分量和每个加速度计检测的重力加速度分量，由此导致轨道检测精度下降。

(5)没有针对高速轨道检测的作业工况(环境温度、检测速度和轨道参数)变化特性采用专门的高精度温度补偿和高精度系统标定方法，限制了轨道检测精度的进一步提高。环境温度、检测速度和轨道参数变化较大时轨道检测精度和可靠性明显下降。

(6)采用单里程计方案，难以避免里程计失效问题。

因此，亟需一种能够提升轨道检测精度且安装难度较小的高速轨道检测系统。

发明内容

针对现有技术存在的多个问题，基于惯性导航系统的传感器配置和测量原理，本发明提供一种高速轨道检测安装装置、高速轨道检测系统及高速轨道检测安装装置的加工方法，能够减少传感器的数量，降低安装难度较小，提升轨道检测精度。

根据本发明的第一方面，提供一种高速轨道检测安装装置，包括：水平设置且依次首尾相接从而在水平面上形成三角形结构的横梁、竖梁和斜梁；其中，

所述横梁上表面的中部和/或下表面的中部设有惯导安装基准面；所述横梁下表面设有两组以上摄像安装基准面；

所述竖梁包括高梁、低梁以及连接高梁和低梁的连接梁，所述高梁和低梁平行，所述高梁的下表面与所述横梁上表面的一端连接，所述低梁的上表面与所述斜梁的下表面的一端连接；所述低梁的下表面上设有一组以上摄像安装基准面；

所述斜梁的下表面的另一端与所述横梁的上表面的另一端连接。

根据本发明一示例实施方式，所述横梁下表面的两端分别设有两组摄像安装基准面。

根据本发明一示例实施方式，所述横梁用于安装惯性导航系统和2套以上激光摄像组件；所述竖梁用于安装1或2套激光摄像组件；所述斜梁用于固定横梁和竖梁。

根据本发明一示例实施方式，所述横梁上表面的一端设有竖梁安装基准面，上表面的另一端设有斜梁安装基准面；所述竖梁的高梁的下表面设有横梁安装基准面，所述竖梁的低梁的上表面设有斜梁安装基准面；所述斜梁下表面的一端设有竖梁安装基准面，下表面的另一端设有横梁安装基准面。

横梁安装基准面、斜梁安装基准面和竖梁安装基准面均用于位置的固定与校准。

根据本发明一示例实施方式，所述高梁和低梁的高度差为所述横梁的上表面和所述横梁的下表面的高度差。

根据本发明一示例实施方式，通过消应力处理工艺和变形控制工艺对横梁、竖梁和斜梁进行处理，消应力处理工艺包括高低温消应力的方法、自然消应力和振动消应力的方法等，能够明显减小材料应力和加工应力；变形控制工艺可包括机床参数控制、粗加工和精加工结合、多次装夹和装夹应力控制的方法等，其中机床参数包括刀头参数、进给速率、主轴转速、切削速率和切削深度。

根据本发明一示例实施方式，所述惯导安装基准面和所述激光摄像组件安装基准面上均设有多个定位销或定位孔，所述竖梁安装基准面、所述斜梁安装基准面和所述横梁安装基准面上均设有多个定位销或定位孔。通过定位销和定位孔使梁与梁之间、梁与激光摄像组件或惯性导航系统之间都具有高精度重复安装功能，可以降低安装难度，方便维护。

根据本发明一示例实施方式，高速轨道检测安装装置还包括多个整体安装孔和多套减振器，多个整体安装孔中，一部分设置在所述竖梁上，另一部分设置在所述横梁上，一个整体安装孔上设有一套减振器。通过减振器将安装装置装到转向架或车体上，可以根据轨道检测精度和动态范围要求，确定减振器的刚度、阻尼和频率参数。

根据本发明一示例实施方式，高速轨道检测安装装置还包括多个防坠落安装孔，所述多个防坠落安装孔分别设置在三角形结构的安装装置的每个角上，用于与转向架或车体连接。

根据本发明一示例实施方式，在三角形结构的安装装置的每个角上设置一个或两个防坠落安装孔。

根据本发明一示例实施方式，所述防坠落安装孔直接安装防坠链条或通过吊环螺栓安装防坠链条。

根据本发明一示例实施方式，所述防坠链条的一端连接防坠落安装孔或吊环螺栓，另一端与转向架或车体固定。

根据本发明一示例实施方式，横梁、竖梁和斜梁均包括加强筋。

根据本发明一示例实施方式，每两个梁之间通过螺栓连接。

根据本发明一示例实施方式，所述低梁的下表面设有两组摄像安装基准面，其中一组为预留的摄像安装基准面，作为备份使用。

根据本发明一示例实施方式，横梁和竖梁上的摄像安装基准面包括多个凸台，每个凸台上设有多个定位销或定位孔，用于安装激光摄像组件。

根据本发明一示例实施方式，横梁上的惯导安装基准面包括多个凸台，每个凸台上设有多个定位销或定位孔，用于安装惯性导航系统。

根据本发明一示例实施方式，横梁安装基准面、竖梁安装基准面和斜梁安装基准面上均设有多个定位销或定位孔。

根据本发明一示例实施方式，采用消应力处理工艺、机床参数优化工艺、粗精结合加工工艺或装夹应力控制工艺中的一种或多种方法加工横梁、竖梁和斜梁。

根据本发明一示例实施方式，所述消应力处理工艺包括在加工过程中进行多次消应力处理方法，该消应力处理方法包括高低温消应力、自然消应力或振动消应力，明显减小材料应力和加工应力。

根据本发明一示例实施方式，所述机床参数优化工艺包括对机床参数进行优化，降低加工变形和应力，提高加工后各部分的稳定性。所述机床参数包括刀头参数、进给速率、主轴转速、切削速率和切削深度。

根据本发明一示例实施方式，所述粗精结合加工工艺包括采用多次粗加工和精加工相结合方式，提高加工后各部分的稳定性。

根据本发明一示例实施方式，所述装夹应力控制工艺包括加工过程中采用多次装夹和装夹应力控制，提高加工后各部分的稳定性。

根据本发明的第二方面，提供一种高速轨道检测系统，包括所述的高速轨道检测安装装置、惯性导航系统、多套激光摄像组件和里程计；其中，

所述安装装置固定所述惯性导航系统和多套激光摄像组件；

所述惯性导航系统与里程计、激光摄像组件通过电气接口连接，至少用于测量安装装置的姿态、速度和位置数据，并结合里程计数据和激光摄像组件的数据计算轨道几何状态；

所述里程计设置在邻近安装装置的检测车的车轮上。

根据本发明一示例实施方式，所述高速轨道检测系统还包括显示控制装置，所述显示控制装置与所述惯性导航系统通过电气接口连接，至少用于系统的显示和控制。

根据本发明一示例实施方式，所述高速轨道检测系统还包括卫星导航接收机，所述卫星导航接收机与所述惯性导航系统通过电气接口连接，用于测量装载高速轨道检测系统的检测车的位置和速度，同时以卫星导航系统为时间基准的数据和同步的秒脉冲信号。

根据本发明一示例实施方式，所述高速轨道检测系统还包括系统电源，用于为系统各部分供电。

根据本发明一示例实施方式，所述高速轨道检测系统还包括设置在所述高速轨道检测安装装置上的温度传感器，所述温度传感器与所述惯性导航系统通过电气接口连接，用于检测所述高速轨道检测安装装置的温度并通过惯性导航系统进行温度补偿。采用高精度温度标定与补偿方法，根据温度传感器的测量数据和温度标定数据对安装装置变形进行高精度温度补偿，提高轨道检测精度。

根据本发明一示例实施方式，所述惯性导航系统包括陀螺、加速度计、惯性器件电路、导航计算机、温度传感器和通用接口电路；其中，

陀螺用于测量角速度数据；

加速度计用于测量加速度数据；

惯性器件电路用于采集陀螺和加速度计测量数据；

导航计算机至少用于完成惯性导航解算、温度数据解算、激光摄像数据解算、里程计数据解算、多种测量模型和误差补偿模型解算；

温度传感器用于测量温度数据；

通用接口电路至少用于连接里程计、温度传感器和激光摄像组件。

根据本发明一示例实施方式，所述导航计算机还包括电源电路，所述电源电路用于将外部输入电源转换为系统内部需要的各种电源。

根据本发明一示例实施方式，所述通用接口电路还用于连接显示控制装置。

根据本发明一示例实施方式，所述通用接口电路还用于连接卫星导航接收机。

根据本发明一示例实施方式，所述激光摄像组件用于测量安装装置与钢轨之间的相对位置和相对姿态参数，每套激光摄像组件包括激光器、发射光学系统、高速相机和接收光学系统。

根据本发明一示例实施方式，所述里程计包括光电编码器、磁电编码器、电阻编码器或磁钉加霍尔传感器，用于测量装载铁路轨道检测系统的检测车的里程和速度。

根据本发明一示例实施方式，所述里程计为多个，每个里程计安装在一个车轮上。

根据本发明的第三方面，提供一种高速轨道检测车，包括所述高速轨道检测系统和带动力的车，带动力的车包括运营车和作业车，运营车包括高铁、动车、普铁列车、城际列车和地铁，作业车包括捣固车、打磨车和巡检车。

本发明的有益效果是：

本发明提出一种新型安装装置，主要用于安装高速惯性导航轨道检测系统的主要传感器，本发明还提供基于该安装装置的高速轨道检测系统，能够提升铁路轨道检测的精度，具体通过以下几点进行阐述：

(1)本发明提出的安装装置主要由三个梁构成：横梁、竖梁和斜梁；三个梁通过基准面的定位销和定位孔可进行高精度重复安装，能够高精度安装高速惯性导航铁路轨道检测系统的主要传感器(包括惯性导航系统和激光摄像组件)，并且具有高精度重复安装功能。

(2)安装装置的尺寸较大，三个梁的长度通常在1至3m之间，通过结构优化的方法，采用理论分析和仿真计算方法对安装装置的整体以及每个部分进行了结构优化，采用梁式结构和加强筋的方式，在保证结构强度的基础上明显降低整体重量。

(3)本发明对高速轨道检测系统的环境温度和受力状态特性进行全面分析，对安装装置整体及每个部分进行充分的热分析和力学分析，通过改变结构梁参数和加强筋参数，明显降低整体重量。

(4)采用四类加工工艺，明显提高加工精度和稳定性，明显提高在较恶劣的温度和受力条件下安装装置的精度和可靠性，进一步提升整个高速轨道检测系统的精度和可靠性。

(5)安装装置上设置多个防坠落安装孔，通过防坠链条进行防坠略保护，提高安装装置的安全性。

(6)将惯性导航系统、激光摄像组件以及里程计的数据进行深度融合，使用较少的传感器，能够降低安装难度和减小陀螺和加速度计的安装误差，克服地球自转角速度分量和重力加速度分量，提升检测精度。

(7)里程计为多个，提升检测精度，避免单个里程计的失效。

(8)采用一种整体减振方案，对安装装置和安装在安装装置上的传感器进行整体减振。

(9)实时检测安装装置温度，采用高精度温度标定与补偿方法，根据温度传感器的测量数据和温度标定数据对安装装置变形进行高精度补偿，提高轨道检测精度。

附图说明

图1是现有技术中高速陀螺轨道检测系统传感器安装示意图；

图2是现有技术中直线形安装基座的结构图。

图3是现有技术中直线形安装基座的实物图。

图4是高速轨道检测安装装置的立体图。

图5是高速轨道检测安装装置的俯视图。

图6是横梁的其中一个角度的立体图。

图7是横梁的另一个角度的立体图。

图8是横梁的俯视图。

图9是横梁的仰视图。

图10是竖梁的其中一个角度的立体图。

图11是竖梁的另一个角度的立体图。

图12是竖梁的主视图。

图13是竖梁的俯视图。

图14是竖梁的仰视图。

图15是斜梁的其中一个角度的立体图。

图16是斜梁的另一个角度的立体图。

图17是斜梁的俯视图。

图18是斜梁的仰视图。

图19是第二种实施方式的高速轨道检测系统的结构图。

图20是高速轨道检测安装装置安装有惯性导航系统和激光摄像组件的其中一个角度的立体图。

图21是高速轨道检测安装装置安装有惯性导航系统和激光摄像组件的另一个角度的立体图。

图22是高速轨道检测安装装置安装有惯性导航系统和激光摄像组件的俯视图。

图23是高速轨道检测安装装置安装有惯性导航系统和激光摄像组件的左视图。

图24是高速轨道检测安装装置安装有惯性导航系统和激光摄像组件的后视图。

图25是高速轨道检测安装装置安装有惯性导航系统和激光摄像组件的仰视图。

图26是激光摄像组件的结构图。

图27是第四种实施方式的高速铁路轨道检测系统的结构图。

其中，1—高速轨道检测安装装置，11—横梁，11A—横梁上表面，11B横梁下表面，111—惯导安装基准面，112—摄像安装基准面，113—竖梁安装基准面，114—斜梁安装基准面，12—竖梁，12A—竖梁上表面，12B—竖梁下表面，121—高梁，121B—高梁下表面，122—连接梁，123—低梁，123A—低梁上表面，123B—低梁下表面，d—高梁和低梁的高度差，124—摄像安装基准面，125—横梁安装基准面，126—斜梁安装基准面，13—斜梁，13A—斜梁上表面，13B—斜梁下表面，131—横梁安装基准面，132—竖梁安装基准面，14—整体安装孔，15—防坠落安装孔，2—惯性导航系统，3—激光摄像组件，4—里程计，5—显示控制装置，6—系统电源，7—卫星导航接收机，8—减振器。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。

根据本发明的第一种实施方式，为了提升轨道检测精度，本发明基于惯性导航系统，提供一种能够安装惯性导航系统和激光摄像组件的高速轨道检测安装装置，如图4和图5所示，包括水平设置且依次首尾相接从而在水平面上形成三角形结构的横梁11、竖梁12和斜梁13。

如图6-9所示，横梁11用于安装惯性导航系统和2套激光摄像组件，包括横梁上表面11A和横梁下表面11B，横梁上表面11A用于与惯性导航系统、竖梁12和斜梁13的固定与校准，包括位于中间的惯导安装基准面111和分布在惯导安装基准面111两边的竖梁安装基准面113和斜梁安装基准面114，竖梁安装基准面113和斜梁安装基准面114上均设有多个定位孔。图8中竖梁安装基准面113为矩形，斜梁安装基准面114为五边形，在实际场景中，可以根据竖梁12和斜梁13的形状设置其他形状的安装基准面；横梁下表面11B用于与惯性导航系统和2套激光摄像组件的固定与校准，包括位于中间的惯导安装基准面111和分布在惯导安装基准面111两边的两组摄像安装基准面112。惯导安装基准面111包括多个凸台，每个凸台上设有2个定位销，用于与惯性导航系统的高精度重复安装。摄像安装基准面112包括多个凸台，每个凸台上设有3个定位销，用于与激光摄像组件的高精度重复安装。横梁11的两侧设有2个整体安装孔14，用于安装装置的整体安装或减振器的安装。每个整体安装孔14通过减振器安装到转向架或车体上。根据轨道检测精度和动态范围要求，确定减振器的刚度、阻尼和频率参数。每个整体安装孔14的两侧设有两个防坠落安装孔15，防坠落安装孔15上直接安装防坠链条或通过吊环螺栓安装防坠链条，再通过防坠链条固定到转向架或车体上。横梁下表面11B加工了多个异形加强筋，用于提高整体结构强度。

如图10-14所示，竖梁12用于安装1套激光摄像组件，由高梁121、低梁123和连接梁122组成。高梁121和低梁123均与水平面平行，高梁121和低梁123的高度差d为横梁上表面11A和横梁下表面11B的高度之差，连接梁122用于连接高梁121和低梁12。竖梁12包括竖梁上表面12A和竖梁下表面12B，竖梁上表面12A包括低梁上表面123A。低梁上表面123A用于与斜梁13的固定与校准，包括斜梁安装基准面126，斜梁安装基准面126上设有多个定位孔，图13中斜梁安装基准面126为五边形，可以根据斜梁13的形状调整斜梁安装基准面为其他形状。竖梁下表面12B包括高梁下表面121B和低梁下表面123B。高梁下表面121B用于与横梁11的固定与校准，包括横梁安装基准面125，横梁安装基准面125上设有多个定位孔，图14中横梁安装基准面125为矩形，可以根据横梁11的形状调整横梁安装基准面为其他形状。低梁下表面123B用于与激光摄像组件的固定与校准，包括摄像安装基准面124，图14中包括两组摄像安装基准面124，其中一组为预留的摄像安装基准面，作为备份使用，每组摄像安装基准面124包括多个凸台，每个凸台上设有3个定位销，用于与激光摄像组件的高精度重复安装。竖梁12上设有一个整体安装孔14，用于安装装置的整体安装或减振器的安装，与横梁11上的两个整体安装孔14配合，将整个三角形结构的三个梁固定在车体上。每个整体安装孔14通过减振器安装到转向架或车体上。根据轨道检测精度和动态范围要求，确定减振器的刚度、阻尼和频率参数。竖梁12上还设有两个防坠落安装孔15，防坠落安装孔15上直接安装防坠链条或通过吊环螺栓安装防坠链条，再通过防坠链条固定到转向架或车体上。竖梁下表面12B加工了多个异形加强筋，用于提高整体结构强度。

如图15-18所示，斜梁13用于固定横梁11和竖梁12，包括斜梁上表面13A和斜梁下表面13B，斜梁下表面13B用于与横梁11和竖梁12的固定与校准，包括分布在斜梁下表面13B两端的横梁安装基准面131和竖梁安装基准面132。图18中，横梁安装基准面131位于右侧，基准面上设有多个定位孔，横梁安装基准面131为五边形，可以根据横梁11的形状调整横梁安装基准面为其他形状。竖梁安装基准面132位于右侧，基准面上设有多个定位孔，竖梁安装基准面132为五边形，可以根据竖梁12的形状调整竖梁安装基准面为其他形状。斜梁下表面13B加工了多个异形加强筋，用于提高整体结构强度。

采用螺栓通过定位孔将横梁11、竖梁12和斜梁13安装在一起，形成如图4和图5的结构。现有的高速陀螺检测系统的安装基座只能安装到列车的转向架上，而高速轨道检测安装装置适应性好，可以直接安装在列车的车体上也可以安装在转向架上，明显降低了安装难度。

安装装置上还设有多个用于布线和安装激光摄像组件保护罩的螺纹孔。

安装装置的尺寸较大，三个梁的长度通常在1至3m之间。为了保证结构强度，又尽可能降低整体重量，本发明采用理论分析和仿真计算方法进行结构优化，采用梁式结构和加强筋方式明显降低了整体重量；同时对高速轨道检测系统的环境温度和受力状态特性进行全面分析，对安装装置整体及每个部分进行了充分的热分析和力学分析，通过改变结构梁参数和加强筋参数明显降低了整体重量。但由于安装装置的尺寸较大，大尺寸零件高精度加工和变形控制的难度较大。为了满足高速轨道检测系统在恶劣的温度和受力条件下长期工作需求，在加工工程中采用消应力处理工艺、机床参数优化工艺、粗精结合加工工艺或装夹应力控制工艺中一种或多种工艺对三个梁进行优化。具体来说，消应力处理工艺包括在加工过程中进行多次消应力处理方法，该消应力处理方法包括高低温消应力、自然消应力或振动消应力，明显减小材料应力和加工应力。机床参数优化工艺包括对机床参数进行优化，降低加工变形和应力，提高加工后各部分的稳定性。机床参数包括刀头参数、进给速率、主轴转速、切削速率和切削深度。粗精结合加工工艺包括采用多次粗加工和精加工相结合方式，提高加工后各部分的稳定性。装夹应力控制工艺包括加工过程中采用多次装夹和装夹应力控制，提高加工后各部分的稳定性。

根据本发明的第二种实施方式，提供一种高速轨道检测系统，如图19所示，包括第一种实施方式的高速轨道检测安装装置1、惯性导航系统2、3套激光摄像组件3、3个里程计4、显示控制装置5、系统电源6和3个减振器8。

如图20-25所示，高速轨道检测安装装置1上固定惯性导航系统2和3套激光摄像组件3。高速轨道检测安装装置1上的惯导安装基准面111通过定位销与惯性导航系统2固定与校准，惯性导航系统2可以安装在横梁上表面11A，也可以安装在横梁下表面11B。摄像安装基准面112和摄像安装基准面124通过定位销与激光摄像组件3固定与校准。

惯性导航系统2与激光摄像组件3、里程计4、显示控制装置5通过电气接口连接，至少用于测量高速轨道检测安装装置1的姿态、速度和位置数据，并结合里程计4数据和激光摄像组件3的数据计算轨道几何状态。惯性导航系统2包括陀螺、加速度计、惯性器件电路、导航计算机、温度传感器、电源电路和通用接口电路；其中，陀螺用于测量角速度数据；加速度计用于测量加速度数据；惯性器件电路用于采集陀螺和加速度计测量数据；导航计算机至少用于完成惯性导航解算、温度数据解算、激光摄像数据解算、里程计数据解算、多种测量模型和误差补偿模型解算；温度传感器用于测量温度数据；电源电路用于将外部输入电源转换为系统内部需要的各种电源；通用接口电路至少用于连接里程计、温度传感器、激光摄像组件和显示控制装置。

激光摄像组件3用于测量高速轨道检测安装装置1与钢轨之间的相对位置和相对姿态参数，如图26所示，每套激光摄像组件3包括激光器、发射光学系统、高速相机和接收光学系统。激光器发出的激光经过发射光学系统准直整形后变为线形激光，照射到平面目标上的激光光斑形状为一条直线，照射到钢轨等非平面目标上的激光光斑为曲线。照射到目标上的激光光斑经过接收光学系统后成像到高速相机的面阵成像单元(CMOS或CCD)上，采用相机标定、图像处理和三角测量方法可以高精度测量激光光斑各处在激光平面坐标系中的二维坐标。每套激光摄像组件3内部还集成了温度传感器，通过温度传感器测量温度数据，采用全温标定和误差补偿方法提高测量精度。高速轨道检测系统采用3套激光摄像组件3测量高速轨道检测安装装置1与钢轨之间的相对位置(横向位移、垂向位移)和姿态(方位角、俯仰角、横滚角)参数，每套激光摄像组件3可以测量该组件相对于钢轨的横向位移和垂向位移，通过三套激光摄像组件3可以测量高速轨道检测安装装置1上3个位置相对于钢轨的横向位移和垂向位移，由此可以计算高速轨道检测安装装置1相对于钢轨的相对位置(横向位移、垂向位移)和姿态(方位角、俯仰角、横滚角)参数。

里程计4用于测量装载高速轨道检测系统的检测车的里程和速度，一个里程计4安装在邻近安装装置1的检测车的一个车轮上，包括光电编码器、磁电编码器、电阻编码器或磁钉加霍尔传感器。

显示控制装置5至少用于系统的显示和控制。

系统电源6用于为系统各部分供电。

减振器8安装在整体安装孔14上，减振器8用于将高速轨道检测安装装置1安装到转向架或车体上并进行减振。根据轨道检测精度和动态范围要求，确定减振器的刚度、阻尼和频率参数。

高速轨道检测系统还包括设置在高速轨道检测安装装置1上的温度传感器，温度传感器与惯性导航系统2通过电气接口连接，用于检测高速轨道检测安装装置1的温度并通过惯性导航系统进行温度补偿。

根据本发明的第三种实施方式，提供一种高速轨道检测车，包括第二种实施方式高速轨道检测系统和带动力的车，带动力的车为地下的轨道用的检测车，例如地铁，在惯性导航系统2初始对准时需要输入地理位置。

根据本发明的第四种实施方式，提供一种高速铁路轨道检测系统，第四种实施方式与第二种实施方式的检测系统基本相同，不同点在于，如图27所示，第四种实施方式的高速轨道检测系统还包括卫星导航接收机7，卫星导航接收机7与惯性导航系统2通过电气接口连接，用于测量装载高速轨道检测系统的检测车的位置和速度，同时以卫星导航系统为时间基准的数据和同步的秒脉冲信号。

根据本发明的第五种实施方式，提供一种高速轨道检测车，包括第四种实施方式高速轨道检测系统和带动力的车，带动力的车为地面上的轨道用的检测车，包括运营车和作业车，运营车包括高铁、动车、普铁列车和城际列车，作业车包括捣固车、打磨车和巡检车。

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 (10)

1.一种高速轨道检测安装装置，其特征在于，包括：水平设置且依次首尾相接从而在水平面上形成三角形结构的横梁、竖梁和斜梁；其中，

所述横梁上表面的中部和/或下表面的中部设有惯导安装基准面；所述横梁下表面设有两组以上摄像安装基准面；

所述竖梁包括高梁、低梁以及连接高梁和低梁的连接梁，所述高梁和低梁平行，所述高梁的下表面与所述横梁上表面的一端连接，所述低梁的上表面与所述斜梁下表面的一端连接；所述低梁的下表面上设有一组以上摄像安装基准面；

所述斜梁下表面的另一端与所述横梁上表面的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的高速轨道检测安装装置，其特征在于，所述横梁、竖梁和斜梁上均设有加强筋。

3.根据权利要求1所述的高速轨道检测安装装置，其特征在于，所述惯导安装基准面和所述摄像安装基准面上均设有多个定位销或定位孔，所述竖梁安装基准面、所述斜梁安装基准面和所述横梁安装基准面上均设有多个定位销或定位孔。

4.根据权利要求1所述的高速轨道检测安装装置，其特征在于，还包括多个整体安装孔和多套减振器，多个整体安装孔中，一部分设置在所述竖梁上，另一部分设置在所述横梁上，一个整体安装孔上设有一套减振器。

5.根据权利要求1所述的高速轨道检测安装装置，其特征在于，还包括多个防坠落安装孔，所述多个防坠落安装孔分别设置在三角形结构的安装装置的每个角上，用于与转向架或车体连接；所述防坠落安装孔直接安装防坠链条或通过吊环螺栓安装防坠链条；所述防坠链条的一端连接防坠落安装孔或吊环螺栓，另一端与转向架或车体固定。

6.根据权利要求1所述的高速轨道检测安装装置，其特征在于，采用消应力处理工艺、机床参数优化工艺、粗精结合加工工艺和装夹应力控制工艺中的一种或多种方法加工横梁、竖梁和斜梁。

7.根据权利要求1所述的高速轨道检测安装装置，其特征在于，所述消应力处理工艺包括在加工过程中进行多次消应力处理方法，该消应力处理方法包括高低温消应力、自然消应力或振动消应力；

所述机床参数优化工艺包括对机床参数进行优化，降低加工变形和应力；

所述粗精结合加工工艺包括采用多次粗加工和精加工相结合方式；

所述装夹应力控制工艺包括加工过程中采用多次装夹和装夹应力控制。

8.一种高速轨道检测系统，其特征在于，包括：权利要求1-5中任一项所述的高速轨道检测安装装置、惯性导航系统、多套激光摄像组件和里程计；其中，

所述安装装置上固定所述惯性导航系统和多套激光摄像组件；

所述惯性导航系统与里程计、激光摄像组件通过电气接口连接，所述惯性导航系统至少用于测量安装装置的姿态、速度和位置数据，并结合里程计数据和激光摄像组件的数据计算轨道几何状态；所述惯性导航系统包括陀螺、加速度计、惯性器件电路、导航计算机、温度传感器和通用接口电路；导航计算机至少用于完成惯性导航解算、温度数据解算、激光摄像数据解算、里程计数据解算、多种测量模型和误差补偿模型解算；

所述里程计设置在邻近安装装置的检测车的车轮上。

9.根据权利要求7所述的高速轨道检测系统，其特征在于，还包括卫星导航接收机，所述卫星导航接收机与所述惯性导航系统通过电气接口连接，用于测量装载高速轨道检测系统的检测车的位置和速度，同时以卫星导航系统为时间基准的时间数据和同步的秒脉冲信号。

10.根据权利要求7所述的高速轨道检测系统，其特征在于，还包括设置在所述高速轨道检测安装装置上的温度传感器，所述温度传感器与所述惯性导航系统通过电气接口连接，用于检测所述高速轨道检测安装装置的温度并通过惯性导航系统进行温度补偿。

Images