CN118087324A - 一种第三轨横平检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种第三轨横平检测装置及检测方法，包括：安装于辅助起道装置、用以压紧贴合于检测点钢轨的贴轨装置；安装于C点检测小车的光源发射器；安装于贴轨装置、间隔预设距离且保持相对静止的信号接收器和图像识别装置，图像识别装置用以获取标定时和工作时光源发射器在信号接收器上的位置图像信息并对位置图像进行处理，计算出图像中的光源点在同一坐标系下的相对垂直距离，进而计算出正线与道岔分支相对的高差△H；连接图像识别装置、用以接收高差数据、并控制主起道装置和辅助起道装置按照起道量对第三轨执行起道的起道控制系统。本申请通过对第三轨横平检测装置及检测方案进行优化，提高了横平检测精度和检测效率，降低检测成本。

Description

一种第三轨横平检测装置及检测方法

技术领域

本申请涉及轨道车辆技术领域，更具体地说，涉及一种第三轨横平检测装置。还涉及一种第三轨横平检测方法。

背景技术

铁路道岔捣固车是实现铁路正线、铁路道岔的起道、拨道、抄平、钢轨两侧枕下道砟和枕端道砟捣固及夯实作业的大型养路机械设备。随着铁路线路作业精度要求的提高，道岔区作业质量要求越来越高，道岔区的横平检测精度要求也随之提升。

目前，市面上针对道岔区的横平检测的方案主要有两种：一种为接触式检测，另一种为非接触式检测。出于检测安全因素的考量，当前非接触式测量方案应用较为普遍。

专利号为：CN1317611A的专利中，将发射光源安装于主起道装置或者C点检测小车，接收器安装于辅助起道装置；专利号为CN210529385U、CN210529384U中在主起道或辅助起道装置安装水平检测传感器。然而，主起道装置与钢轨轨头下颚和辅助起道装置与钢轨轨头下颚在起拨道时均存在一定机械间隙，通常为3mm～5mm，对检测、控制带来较大误差；随着辅助起道滚行装置在道岔分支线上移动，角度、位移随之变化，用移动图像识别装置记录接收器上光源的位置，图像识别装置的焦距、视野也变化，对图像识别装置的要求较高，需为高速、高清图像识别装置，而且检测解算过程与控制系统相对复杂，成本较高，实现难度大。

有鉴于此，如何设计一种检测精度更高的第三轨横平检测装置及检测方法，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请提供一种第三轨横平检测装置，其成本低、结构简单、算法易实现、处理速度快，且能实时检测第三轨横平参数，从而提高实施效率及检测精度。

本申请还提供一种第三轨横平检测方法，其检测便捷、高效。

本申请提供一种第三轨横平检测装置，包括：

贴轨装置，安装于辅助起道装置、用以压紧贴合于检测点钢轨：

光源发射器，安装于C点检测小车、用以向信号接收器发射光源；

信号接收器，安装于所述贴轨装置、用以接收所述光源发射器发射的光源信号；

图像识别装置，安装于所述贴轨装置、与所述信号接收器间隔预设距离且保持相对静止，所述图像识别装置用以获取标定时和工作时所述光源发射器在所述信号接收器上的位置图像并对所述位置图像进行分析和解算，计算出图像中的光源点在同一坐标系下的相对垂直距离，进而计算出正线与道岔分支相对的高差△H；

起道控制系统，连接所述图像识别装置、用以接收高差数据、并控制主起道装置和辅助起道装置按照起道量对第三轨执行起道。

在一些实施例中，所述贴轨装置包括：

滚轮，用以压紧贴合于检测点钢轨；

加载机构，连接所述辅助起道装置与所述滚轮、用以向所述滚轮提供加载力、以使所述滚轮压紧贴合于检测点钢轨；

安装板，用以将所述信号接收器及所述图像识别装置固定于所述贴轨装置。

在一些实施例中，所述加载机构具体为弹簧、磁铁、气缸，或者液压缸。

在一些实施例中，所述光源发射器具体为旋转激光发射器、点激光发射器、线激光发射器、紫外线发射器，或者红外线发射器。

本发明还提供一种第三轨横平检测方法，包括步骤：

保持图像识别装置的视野、焦距不变，并且在标准线路上标定使得测量平面与正线钢轨平面平行；

在标准线路标定时，通过所述图像识别装置记录标定位时发射光源在信号接收器上的位置；

在道岔区作业时，记录信号接收器上光源的位置，同时，通过图像识别装置记录工作时发射光源在信号接收器上的位置；

将相同视野、相同焦距下获取的图像，通过图像分析和解算标定时与工作时发射光源在信号接收器上的位置信号，计算出图像中的光源点在同一坐标系下的相对垂直距离△H、或正线与道岔分支的相对高差△H以及第三轨的基本起道量；

将检测到的偏差信号△H，传递给主辅起道控制系统，由所述主辅起道控制系统控制主起道装置和辅助起道装置按照起道量动作，达到标定时预设值停止动作；

判断接收光源是否与标定时的光源位置相重合，若是，则结束动作，若否，则由所述主辅起道控制系统重复控制执行起道动作。

在一些实施例中，所述步骤：保持图像识别装置的视野、焦距不变，并且在标准线路上标定使得测量平面与正线钢轨平面平行，具体包括步骤：

将信号接收器和图像识别装置安装于贴轨装置，以使所述信号接收器和所述图像识别装置相对静止并保证图像识别装置视野和焦距不变；

将光源发射器安装于C点检测小车，C点检测小车完全贴合于钢轨，以使所述光源发射器发射出的光源在信号接收器上，以及在标准线路上标定使得测量平面或激光平面与正线钢轨平面相平行。

在一些实施例中，所述步骤：将信号接收器和图像识别装置安装于贴轨装置，以使所述信号接收器和所述图像识别装置相对静止并保证图像识别装置视野和焦距不变之前，还包括步骤：

在辅助起道装置上安装贴轨装置，调节贴轨装置的加载机构使滚轮的轮缘与检测点钢轨完全贴合。

在一些实施例中，所述步骤：将检测到的偏差信号△H，传递给起道控制系统，由所述起道控制系统控制主起道装置和辅助起道装置按照起道量动作，达到标定时预设值停止动作，还包括：

所述起道控制系统控制辅助起道装置跟随主起道装置动作，以防止所述辅助起道装置过起。

本申请所提供的第三轨横平检测装置，具有如下技术优点：

1、通过在辅助起道装置上对应于第三轨检测点设置贴轨装置，使检测点始终贴合钢轨，能够真实地反应第三检测轨的位置变化状态，提高钢轨位置检测精度；

2、通过将正线检测点设置于捣固车作业区域的C点检测小车上，利用C点检测小车的贴轨特性，提高横平检测系统的检测精度；

3、通过设置第三轨检测点的信号接收位置和图像识别装置相对位置保持不变，固化图像识别范围和对象，规避了因第三轨检测点在作业过程中的位置变化所导致的图像检测焦距和角度的变化带来检测和识别的难度，极大地简化了图像识别处理算法和设备配置，保证检测算法速度、精度的前提下，极大地提升了检测的可靠性，降低了设备配置和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的辅助起道装置和贴轨装置的检测原理图；

图2为本申请所提供的辅助起道装置和贴轨装置的主视图；

图3为本申请所提供的第三轨横平检测装置的侧视图；

图4为本申请提供的发射光源到接收器上的位置示意图；

图5为本申请提供的标定时与作业时图像识别装置记录光源的示意图；

图6为本申请提供的第三轨横平检测方法的示意图；

其中，1-辅助起道装置、2-贴轨装置、3-C点检测小车、4-光源发射器、5-信号接收器、6-图像识别装置、7-正线、8-道岔分支、9-测量平面、10-钢轨平面、11-主起道装置；

21-滚轮、22-加载机构。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参考图1。本申请提供一种第三轨横平检测装置，主要包括贴轨装置2、光源发射器4、信号接收器5、图像识别装置6和起道控制系统。

其中，贴轨装置2安装于辅助起道装置1、用以压紧贴合于检测点钢轨。光源发射器4安装于C点检测小车3、用以向信号接收器5发射光源。信号接收器5和图像识别装置6均安装在贴轨装置2上，两者相对静止且保持一定的距离。信号接收器5用于接收光源发射器4发射的光源信号，图像识别装置6用以获取标定时和工作时光源发射器4在信号接收器5上的位置图像信息，并对位置图像信息进行分析和解算，计算出图像中的光源点在同一坐标系下的相对垂直距离，进而计算出正线7与道岔分支8相对的高差△H。起道控制系统连接图像识别装置6，通过起道控制系统接收图像识别装置6传输的高差数据，并控制主起道装置11和辅助起道装置1按照起道量对第三轨执行相应的起道动作。

本发明中的C点检测小车3为检测装置的接触部件，其位于捣固车工作区域，配合其它检测小车及传感器实现线路检测及反馈控制。C点检测小车3具有预加载气缸，通过预加载气缸可以保证检测小车的轮缘能够紧贴待检测的钢轨头部内侧。

因此，本发明通过将光源发射器4安装于捣固车C点检测小车3上，使发射光源位置受间隙影响降低至最小，从而提高检测点精度。

本发明在辅助起道装置1上加装贴轨装置2，通过在第三轨检测点设计贴轨装置2，使检测点始终贴合钢轨，能够真实地反应第三检测轨的位置变化状态，提高钢轨位置检测精度。信号接收器5及检测图像识别装置6均安装于贴轨装置2，两者相对静止且间隔预设距离，保证图像识别装置6的视野和焦距不变，能够减小检测点位置的间隙影响、简化计算，进一步提高钢轨位置检测精度及处理速度。

本发明提供的第三轨横平检测装置，对检测装置进行方案优化：采用将正线7检测点设置于捣固车作业区域的C点检测小车3上，利用C点检测小车3的贴轨特性，提高横平检测系统的检测精度；通过在第三轨检测点设计贴轨装置2，使检测点始终贴合钢轨，并且使图像识别装置6和信号接收器5间隔预设距离且保持相对静止，基于恒定视野和焦距下图像识别方案，相较于传统检测视野、焦距变化的安装方案，图像处理时算法相对轻便，处理速度更快，检测更加精准可靠。

如图2和图3所示。在一种具体实施例中，贴轨装置2包括：滚轮21、加载机构22和安装板(图中未示出)，加载机构22连接辅助起道装置1与滚轮21，通过加载机构22向滚轮21提供加载力，以使滚轮21压紧贴合于检测点钢轨。安装板通过螺栓等锁紧件固定在贴轨装置2上，安装板的数量可以为一个，信号接收器5及图像识别装置6集成固定在安装板上，进而固定在贴轨装置2上。安装板可以为两个，信号接收器5及图像识别装置6分别安装于各自的安装板上。信号接收器5及图像识别装置6也可以直接安装在贴轨装置2上。或者通过加装加固结构等方式。不论何种结构，均应当保证图像识别装置6和信号接收器5间隔距离且保持相对静止。工作时，通过加载机构22使滚轮21压紧贴合于检测点钢轨，以提高检测精度。

上述的光源信号优选但不限于为旋转激光、点激光、线激光、紫外线，或者红外线等可见或不可见光源。

本发明中的加载机构22优选但不限于为弹簧、磁铁、气缸，或者液压缸。

如图6所示。除此之外，本发明还提供一种第三轨横平检测方法，包括如下步骤：

步骤一、保持图像识别装置6的视野、焦距不变，并且在标准线路上标定使得测量平面9与正线7钢轨平面10平行；

步骤二、记录标定位时发射光源在信号接收器5上的位置；

步骤三、在道岔区作业时，记录信号接收器5上光源的位置，同时，通过图像识别装置6记录工作时发射光源在信号接收器5上的位置；

步骤四、将相同视野、相同焦距下获取的图像，通过图像分析和解算标定时与工作时发射光源在信号接收器5上的位置信号，计算出图像中的光源点在同一坐标系下的相对垂直距离、正线7与道岔分支8的相对高差△H以及第三轨的基本起道量；

步骤五、将检测到的偏差信号△H，传递给起道控制系统，由起道控制系统控制主起道装置11和辅助起道装置1按照起道量动作，达到标定时预设值停止动作。

参考图1。道岔捣固车位于正线7及道岔作业时，辅助起道装置1的伸出长度BC随着道岔分支8的分叉逐渐发生位移；C点检测小车3至辅助起道装置1与车架交点的距离AC，其始终保持不变；AB为发射光源与信号接收器5之间的距离，随着辅助起道装置1的伸缩长度BC的变化，位移AB及∠BAC也随之发生变化。

在步骤一中，在标准线路上标定使得测量平面9或激光平面与正线7钢轨平面10平行，此时发射器发射出光源在信号接收器5上，如图4中D示意。

在步骤二中，信号接收器5接收发射信号的同时，图像识别装置6记录标定位时光源在光源接收器上的位置，如图5中F示意。

在步骤三中，道岔区作业时，信号接收器5上光源的位置，如图4中E示意，同时，通过图像识别装置6记录工作时光源在信号接收器5上的位置，如图5中G示意。

在步骤四中，将相同视野、相同焦距下获取的图像，通过图像处理方式解算标定时与工作时光源在信号接收器5上的位置信号，计算出图像中的光源点在同一坐标系下的相对垂直距离，从而计算出正线7与道岔分支8的相对高差△H，由此精准地控制第三轨的基本起道量。

在步骤五中，将检测到的偏差信号△H传递给主辅起道控制系统，由主辅起道控制系统发出控制指令，控制主辅起道装置的伺服阀、油缸等动作至设定值，直到达到标定时预设值停止动作。

在步骤六中，图像识别装置6判断接收光源的位置是否与标定时的光源位置相重合，如果与标定时的光源位置相重合，则结束动作，若与标定时的光源位置不重合，则由主辅起道控制系统控制执行起道，直到检测出接收光源与标定时重合为止。

此外，为了避免辅助起道过起的情况，采用辅助起道控制跟随主起道控制的方法，以确保第三轨的稳定控制。

在步骤一中：保持图像识别装置6的视野、焦距不变，并且在标准线路上标定使得测量平面9与正线7钢轨平面10平行，具体包括如下步骤：

将信号接收器5和图像识别装置6安装于贴轨装置2，以使信号接收器5和图像识别装置6相对静止并保证图像识别装置6视野和焦距不变。

上述布设方式，简化了图像处理算法，提升检测精度、检测可靠性及检测成本。

在步骤一：将信号接收器5和图像识别装置6安装于贴轨装置2，以使信号接收器5和图像识别装置6相对静止并保证图像识别装置6视野和焦距不变之前，还包括步骤：

调节贴轨装置2，以使所述贴轨装置2的在辅助起道装置1上安装贴轨装置2，调节加载机构22使滚轮21的轮缘与检测点钢轨完全贴合。

将光源发射器4安装于C点检测小车3，C点检测小车3完全贴合于钢轨，以使光源发射器4发射出的光源在信号接收器5上，以及在标准线路上标定使得测量平面9或激光平面与正线7钢轨平面10相平行，从而保证动作的精准性。

步骤五：将检测到的偏差信号△H，传递给起道控制系统，由所述起道控制系统控制主起道装置11和辅助起道装置1按照起道量动作，达到标定时预设值停止动作，还包括：

起道控制系统控制辅助起道装置1跟随主起道装置11动作，以防止辅助起道装置1过起。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本申请所提供的第三轨横平检测装置及检测方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种第三轨横平检测装置，其特征在于，包括：

贴轨装置(2)，安装于辅助起道装置(1)、用以压紧贴合于检测点钢轨：

光源发射器(4)，安装于C点检测小车(3)、用以向信号接收器(5)发射光源；

信号接收器(5)，安装于所述贴轨装置(2)、用以接收所述光源发射器(4)发射的光源信号；

图像识别装置(6)，安装于所述贴轨装置(2)、与所述信号接收器(5)间隔预设距离且保持相对静止，所述图像识别装置(6)用以获取标定时和工作时所述光源发射器(4)在所述信号接收器(5)上的位置图像并对所述位置图像进行分析和解算，计算出图像中的光源点在同一坐标系下的相对垂直距离，进而计算出正线(7)与道岔分支(8)相对的高差△H；

起道控制系统，连接所述图像识别装置(6)、用以接收高差数据、并控制主起道装置(11)和辅助起道装置(1)按照起道量对第三轨执行起道。

2.根据权利要求1所述的第三轨横平检测装置，其特征在于，所述贴轨装置(2)包括：

滚轮(21)，用以压紧贴合于检测点钢轨；

加载机构(22)，连接所述辅助起道装置(1)与所述滚轮(21)、用以向所述滚轮(21)提供加载力、以使所述滚轮(21)压紧贴合于检测点钢轨；

安装板，用以将所述信号接收器(5)及所述图像识别装置(6)固定于所述贴轨装置(2)。

3.根据权利要求2所述的第三轨横平检测装置，其特征在于，所述加载机构(22)具体为弹簧、磁铁、气缸，或者液压缸。

4.根据权利要求1～3任一项所述的第三轨横平检测装置，其特征在于，所述光源发射器(4)具体为旋转激光发射器、点激光发射器、线激光发射器、紫外线发射器，或者红外线发射器。

5.一种第三轨横平检测方法，其特征在于，包括步骤：

保持图像识别装置(6)的视野、焦距不变，并且在标准线路上标定使得测量平面(9)与正线(7)的钢轨平面(10)平行；

在标准线路标定时，通过所述图像识别装置(6)记录标定位时发射光源在信号接收器(5)上的位置；

在道岔区作业时，记录所述信号接收器(5)上光源的位置，同时，通过所述图像识别装置(6)记录工作时发射光源在所述信号接收器(5)上的位置；

将相同视野、相同焦距下获取的图像，通过图像分析和解算标定时与工作时发射光源在所述信号接收器(5)上的位置信号，计算出图像中的光源点在同一坐标系下的相对垂直距离△H、或正线(7)与道岔分支(8)的相对高差△H以及第三轨的基本起道量；

将检测到的偏差信号△H，传递给主辅起道控制系统，由所述主辅起道控制系统控制主起道装置(11)和辅助起道装置(1)按照起道量动作，达到标定时预设值停止动作；

判断接收光源是否与标定时的光源位置相重合，若是，则结束动作，若否，则由所述主辅起道控制系统重复控制执行起道动作。

6.根据权利要求5所述的第三轨横平检测方法，其特征在于，所述步骤：保持图像识别装置(6)的视野、焦距不变，并且在标准线路上标定使得测量平面(9)与正线(7)钢轨平面(10)平行，具体包括步骤：

将信号接收器(5)和图像识别装置(6)安装于贴轨装置(2)，以使所述信号接收器(5)和所述图像识别装置(6)相对静止并保证所述图像识别装置(6)视野和焦距不变；

将光源发射器(4)安装于C点检测小车(3)，C点检测小车(3)完全贴合于钢轨，以使所述光源发射器(4)发射出的光源在信号接收器(5)上，以及在标准线路上标定使得测量平面(9)或激光平面与正线(7)钢轨平面(10)相平行。

7.根据权利要求6所述的第三轨横平检测方法，其特征在于，所述步骤：将信号接收器(5)和图像识别装置(6)安装于贴轨装置(2)，以使所述信号接收器(5)和所述图像识别装置(6)相对静止并保证图像识别装置(6)视野和焦距不变之前，还包括步骤：

在辅助起道装置(1)上安装贴轨装置(2)，调节贴轨装置(2)的加载机构(22)使滚轮(21)的轮缘与检测点钢轨完全贴合。

8.根据权利要求5所述的第三轨横平检测方法，其特征在于，所述步骤：将检测到的偏差信号△H，传递给起道控制系统，由所述起道控制系统控制主起道装置(11)和辅助起道装置(1)按照起道量动作，达到标定时预设值停止动作，还包括：

所述起道控制系统控制辅助起道装置(1)跟随主起道装置(11)动作，以防止所述辅助起道装置(1)过起。