CN115046493A - 钢轨廓形检测方法、系统及存储介质 - Google Patents

钢轨廓形检测方法、系统及存储介质 Download PDF

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李小喜
何晋全
于骐玮
冯平书
王晓涛
姜旭峰
朱鸿野
马占川
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Abstract

本申请实施例提供一种钢轨廓形检测方法，所述方法包括：选取两个一维传感器，并设定所述两个一维传感器的移动路线；沿所述移动路线移动所述两个一维传感器，在移动过程中所述两个一维传感器进行同步数据采集，其中一个一维传感器采集当前位置距离钢轨表面的深度信息，另一个一维传感器采集当前位置距离起始点的位移信息；根据所述深度信息和位移信息获得廓形数据。采用本申请实施例中提供的钢轨廓形检测方法，通过将两个高精度、低成本的一维传感器组合测量深度信息和位移信息结合的方式实现对钢轨廓形的检测，有效的提高了检测精度并且降低了检测成本。

Description

钢轨廓形检测方法、系统及存储介质
技术领域
本申请涉及铁路轨道检测领域，尤其涉及一种钢轨廓形检测方法、系统及存储介质。
背景技术
目前钢轨廓形的检测主要有接触式和非接触式两种，接触式的检测分为机械磨耗尺和电子测量仪两类。非接触式的检测方法主要是基于光学检测技术实现钢轨廓形数据采集，主要分为车载式和便携式检测两个方向。
接触式的检测方法精度可以达到较高程度，因为检测设备和钢轨表面需要紧密接触，检测效率低、设备容易磨损是接触式检测不可避免的缺陷，该缺陷在传统的磨耗尺检测方法中尤为突出。接触式的检验方式具有检验精度高、易携带的特点，较为适用于少量抽样检测的场景。
非接触式的检测方式主要依赖于光学检测技术，实现了动态非接触式检测，让检测效率提高到了较高的水准。在车载式检测方向，因恶劣的检测环境干扰导致实际检测精度相较于理论检测精度有一定下降；在非车载式检测方向，有效规避了大部分恶劣环境的干扰，提高了检测精度。但光学检测设备的成本相对来说比较昂贵。
发明内容
为了解决上述技术及应用缺陷，本申请实施例中提供了一种钢轨廓形检测方法、系统及存储介质。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种钢轨廓形检测方法，所述方法包括：
选取两个一维传感器，并设定所述两个一维传感器的移动路线；
沿所述移动路线移动所述两个一维传感器，在移动过程中所述两个一维传感器进行同步数据采集，其中一个一维传感器采集当前位置距离钢轨表面的深度信息，另一个一维传感器采集当前位置距离起始点的位移信息；
根据所述深度信息和位移信息获得廓形数据。
根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种钢轨廓形检测系统，所述系统包括深度测量模块、基准测量模块、随动驱动模块和中央处理模块；
所述深度测量模块，包括一个一维传感器，用于检测当前位置距离钢轨表面的深度信息；
所述基准测量模块，包括一个一维传感器，用于检测当前位置距离起始点的位移信息；
所述随动驱动模块，用于控制所述深度测量模块和基准测量模块在设定的移动路线上同步移动和数据采集；
所述中央处理模块，包括：
存储器；
处理器；以及
计算机程序；
其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现如本申请实施例第一方面所述的方法。
根据本申请实施例的第三个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行以实现如本申请实施例第一方面所述的方法。
采用本申请实施例中提供的钢轨廓形检测方法，通过将两个高精度、低成本的一维传感器组合测量深度信息和位移信息结合的方式实现对钢轨廓形的检测，有效的提高了检测精度并且降低了检测成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例1提供的一种钢轨廓形检测方法的流程示意图；
图2为本申请实施例1提供的一种钢轨廓形检测方法的原理示意图；
图3为本申请实施例1提供的包含有多个基准测量模块和深度测量模块的一种钢轨廓形检测方法的原理示意图；
图4为本申请实施例2提供的一种钢轨廓形检测系统的原理示意图；
图5为本申请实施例2提供的贴合夹具的位置示意图。
附图标记：
1、钢轨，2、基准测量模块和深度测量模块，3、移动路线，4、深度距离，6、贴合夹具。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种钢轨廓形检测方法，该方法包括：
S101、选取两个一维传感器，并设定所述两个一维传感器的移动路线；
S102、沿所述移动路线移动所述两个一维传感器，在移动过程中所述两个一维传感器进行同步数据采集，其中一个一维传感器采集当前位置距离钢轨表面的深度信息，另一个一维传感器采集当前位置距离起始点的位移信息；
S103、根据所述深度信息和位移信息获得廓形数据。
具体的，本实施例中深度信息可采用能够检测距离参数的深度测量模块实现，例如点激光测距仪。当然，其他能够有效测量出当前位置与钢轨表面之间距离的一维传感器均可以应用，本实施例不做特殊限定。位移信息可采用能够检测位移参数的基准测量模块实现，例如光栅尺测距仪。当然，其他能够有效测量当前位置与起始位置之间位移的一维传感器均可以应用，本实施例不做特殊限定。
如图2所示，本实施例所提出的方法在实际应用时可先判断深度测量模块和基准测量模块启动是否成功。如果启动失败，则中断检测过程。启动成功后，驱动深度测量模块和基准测量模块在预先设定的移动路线上进行同步移动，并在移动过程中检测相同位置距离钢轨1表面的深度信息和距离起始点的位移信息。深度测量模块所测数据为当前位置沿测量方向到钢轨1表面的深度距离Ri。基准测量模块所测数据为当前位置相对起始点的位移量Li。将深度测量模块和基准测量模块所采集的数据进行整理得到数据点集Ui＝{L1R1，L2R2，…LiRi}，其中i＝1,2,3…n。同时，如图2所示，基准测量模块和深度测量模块2的移动路线3与深度测量模块的测量方向(即：深度距离4)之间存在夹角θ。
在获得数据点集Ui＝{L1R1，L2R2，…LiRi}的基础上，根据实际传感器布设情况设定一个参考坐标系。然后根据该参考坐标系将Ui进行转换运算后获得钢轨廓形的断面二维坐标数据点集Wi。
进一步的，本实施例所提出的方法还包括：
将所述两个一维传感器采用多角度组合方式对钢轨的同一个断面进行数据采集，所述数据采集的范围覆盖所述钢轨的整体断面，并将每个角度组合的数据采集线段在同一个平面上进行标定拼接，获得廓形数据。
具体的，本实施例中，钢轨廓形的断面二维坐标数据点集Wi由空间坐标x和y组成。通常来说，要完成钢轨的全断面检测，仅使用一组基准测量模块和深度测量模块是不足以全面覆盖的。因此，当需要检测更全面的廓形区段数据时就要增加基准测量模块的覆盖区段长度。例如使用更长的基准测量模块或者使用多形状的基准测量模块增加覆盖面积，也可以使用更多的深度测量模块成一定角度配合达到更大的覆盖范围，如图3所示。经过标定拼接后，即可将多个钢轨廓形的断面二维坐标数据点集Wi组合拼接，测量获得更为完整的廓形数据，从而实现全断面钢轨廓形测量。
此外，本实施例在获得廓形数据之后，也可以通过比对得到磨耗数据。具体的，调用标准廓形模型，将检测获得的廓形数据与标准比对模型进行匹配对比，从而可以测量出各个测量角度的磨耗体积、垂磨和侧磨等数据。同时，也可以将廓形数据和磨耗数据在显示器中进行展示并存储，让数据拥有更高的可利用和可视化属性。
实施例2
对应实施例1，本实施例提出了一种钢轨廓形检测系统，如图4所示，所述系统包括深度测量模块、基准测量模块、随动驱动模块和中央处理模块；
所述深度测量模块，包括一个一维传感器，用于检测当前位置距离钢轨表面的深度信息；
所述基准测量模块，包括一个一维传感器，用于检测当前位置距离起始点的位移信息；
所述随动驱动模块，用于控制所述深度测量模块和基准测量模块在设定的移动路线上同步移动和数据采集；
所述中央处理模块，包括：
存储器；
处理器；以及
计算机程序；
其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现实施例1所述的方法。
具体的，本实施例中，深度测量模块可由点激光测距仪等能够有效测量出当前位置与钢轨表面之间距离的传感器设备实现。点激光测距仪相较于结构光的传感器成本更低，检测精度也较高。基准测量模块则可由光栅尺测距仪等能够实现高精度位移测量的传感器实现。光栅测距技术的分辨率在0.1-10μm之间。光栅测距是一种较为成熟的技术，检测精度较高的同时具有较低的成本，是性价比较高的选择。
随动驱动模块可由驱动轨道和驱动装置组成。驱动轨道可为深度测量模块和基准测量模块提供移动路线。驱动装置可驱动深度测量模块和基准测量模块在驱动轨道上移动，以实现深度测量模块和基准测量模块随动同步测量。
本实施例所提出的系统在经过集成化后，可以手持测量，也可以安装到简易小车上测量，还可以搭载在大型机械上进行钢轨廓形测量，组装简单，适应性强。
此外，由于现有的激光检测方式有固定的有效量程和激光发射角度的限制，很难使用一个激光源把钢轨的整体廓形检测完成。并且在钢轨廓形的检测应用中，需要将检测廓形与标准廓形做匹配来分析钢轨状态或指导打磨作业，这就需要在匹配时使用基准来作为匹配的依据。
如图5所示，本实施例中，为了增大单个激光的检测范围，在钢轨轨颚上增加贴合夹具6。该贴合夹具6设置在钢轨轨颚直线的下方，且贴合夹具6水平突出于所述钢轨的侧面。通过贴合夹具6给定一个钢轨轨颚的延长作为比较基准。增加该基准线后，可以变相的采集到激光照射不到的轨颚下方直线部分，改善了因遮挡而导致激光测量范围有限的问题，从而实现单个激光完成钢轨工作踏面的廓形测量。以延长出的基准线作为匹配依据，实现检测廓形与标准廓形的匹配，实现磨耗的测量和指导打磨模式的生成。
本实施例所提出的系统还可包括上位交互模块，该上位交互模块具有显示功能，可将检测获得的廓形数据以图表形式呈现在显示器上，便于技术人员直观查看数据。同时，还可提供电源供电模块为系统各个模块进行供电。
实施例3
本实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行以实现一种钢轨廓形检测方法。该钢轨廓形检测方法可参照实施例1所记载的内容，本实施例不再进行赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种钢轨廓形检测方法，其特征在于，所述方法包括：
选取两个一维传感器，并设定所述两个一维传感器的移动路线；
沿所述移动路线移动所述两个一维传感器，在移动过程中所述两个一维传感器进行同步数据采集，其中一个一维传感器采集当前位置距离钢轨表面的深度信息，另一个一维传感器采集当前位置距离起始点的位移信息；
根据所述深度信息和位移信息获得廓形数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述深度信息和位移信息获得廓形数据的过程包括：
获取深度信息和位移信息，并将所述深度信息和位移信息整合后获得包含整个钢轨廓形信息的多个数据点集；
设定参考坐标系，并根据所述参考坐标系将所述多个数据点集转换为对应的钢轨廓形的断面二维坐标数据点集；
将所述多个钢轨廓形的断面二维坐标数据点集拼接获得完整的廓形数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述深度信息和位移信息获得廓形数据之后，所述方法还包括：
将所述廓形数据与预设标准廓形模型进行比对，获得磨耗数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述深度信息和位移信息获得廓形数据之后，所述方法还包括：
将所述廓形数据进行图形化显示。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述两个一维传感器采用多角度组合方式对钢轨的同一个断面进行数据采集，所述数据采集的范围覆盖所述钢轨的整体断面，并将每个角度组合的数据采集线段在同一个平面上进行标定拼接，获得廓形数据。
6.一种钢轨廓形检测系统，其特征在于，所述系统包括深度测量模块、基准测量模块、随动驱动模块和中央处理模块；
所述深度测量模块，包括一个一维传感器，用于检测当前位置距离钢轨表面的深度信息；
所述基准测量模块，包括一个一维传感器，用于检测当前位置距离起始点的位移信息；
所述随动驱动模块，用于控制所述深度测量模块和基准测量模块在设定的移动路线上同步移动和数据采集；
所述中央处理模块，包括：
存储器；
处理器；以及
计算机程序；
其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现如权利要求1至5任一项所述的方法。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括上位交互模块，所述上位交互模块用于将所述廓形数据进行图形化显示。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电源供电模块，所述电源供电模块用于为深度测量模块、基准测量模块、随动驱动模块、中央处理模块和上位交互模块供电。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括贴合夹具，所述贴合夹具设置在钢轨轨颚直线的下方，且所述贴合夹具水平突出于所述钢轨的侧面；
所述深度测量模块，还用于检测当前位置距离所述贴合夹具表面的夹具深度信息，所述夹具深度信息用于作为非全断面检测时的匹配基准。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述深度测量模块和基准测量模块采用多角度组合方式对钢轨的同一个断面进行数据采集，所述数据采集的范围覆盖所述钢轨的整体断面，并将每个角度组合的数据采集线段在同一个平面上进行标定拼接，获得廓形数据。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1至5任一项所述的方法。
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