CN206772243U - 一种动态测量钢轨端部直线度的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及钢轨检测技术领域，提供一种动态测量钢轨端部直线度的装置，包括激光位移传感器、传感器固定座、丝杠、伺服驱动的滑块模组、同步带伺服驱动机构、机柜以及控制台；所述机柜中设置有交换机，控制台设置有计算机、键盘、显示器，所述激光位移传感器与交换机连接，交换机与计算机通过千兆网连接；在沿丝杠运动的伺服驱动的滑块模组两侧通过传感器固定座分别设置一台激光位移传感器，其中伺服驱动的滑块模组与同步带伺服驱动机构相连。本实用新型结构简单、使用方便，能够更精确便捷地对钢轨端部的轨顶、轨侧直线度进行检测。

Description

一种动态测量钢轨端部直线度的装置

技术领域

本实用新型涉及钢轨检测技术领域，具体涉及一种动态测量钢轨端部直线度的装置。

背景技术

钢轨在冷却过程中易产生弯曲，钢轨焊接接头处是易产生轨面不平直的部位，直线度作为钢轨焊接接头外观质量的重要指标，其合格与否直接关系到列车运行平稳性及乘坐舒适性。在铺轨作业中，钢轨焊缝位置直线度不合格的钢轨既增加了钢轨精调的难度又难保证钢轨的长期稳定性，所以在两段钢轨焊接前确保焊接接口处直线度对于确保整条铁路线整体直线度意义重大。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种动态种测量钢轨端部直线度的装置，以便更精确便捷地对钢轨端部的轨顶、轨侧直线度进行检测。

为了实现以上目的，本实用新型动态测量钢轨端部直线度的装置，包括机座、激光位移传感器、传感器固定座、丝杠、伺服驱动的滑块模组、同步带伺服驱动机构、机柜以及控制台；所述机柜中设置有交换机，控制台设置有计算机、键盘、显示器，所述激光位移传感器与交换机连接，交换机与计算机通过千兆网连接；在沿丝杠运动的伺服驱动的滑块模组两侧通过传感器固定座分别设置一台激光位移传感器，其中伺服驱动的滑块模组与同步带伺服驱动机构相连。

在上述技术方案中，所述激光位移传感器为GOCATOR高精度激光位移传感器，安装于钢轨上方，能够扫描到钢轨端部轨顶、轨侧轮廓。

在上述技术方案中，包括托辊及钢轨导向机构、钢轨对中及压紧机构，沿钢轨设置3个托辊及钢轨导向机构，3个托辊及钢轨导向机构分别安装于检测时的钢轨端部、距离端部1.5米处、距离端部3米处，其中每2个托辊及钢轨导向机构的中间安装1个钢轨对中及压紧机构。

在上述技术方案中，所述托辊及钢轨导向机构由托辊、位于托辊下方的弹簧组件、与托辊连接的第一气缸，以及布置在钢轨两侧的一对可以通过手柄调节位置的导向滚轮组成。

在上述技术方案中，所述钢轨对中及压紧机构由布置在钢轨两侧的一对气缸、布置在钢轨轨底两侧的摆杆以及与摆杆连接的第二气缸组成，所述一对气缸为一个大气缸和一个小气缸。

钢轨未进入测量装置的状态下，托辊的辊轮处于托起状态，保证钢轨在辊道线上移动时不会撞到测量装置上的各部件；钢轨进入测量装置的范围时，与托辊接触，发生振动，由托辊及钢轨导向机构中的弹簧组件限制辊轮的振幅，从而控制钢轨在一定范围内振动，起到钢轨定位作用；当钢轨端部处于测量位置时，托辊上的气缸会将辊轮下压，钢轨落在相应的检测平台基准平面上，以实现同一检测基准；此时钢轨与导向滚轮相对，导向滚轮通过旋转手柄调整钢轨中心位置。当托辊及钢轨导向机构确保钢轨在竖直方向上的基准后，钢轨对中及压紧机构中的大气缸前推，推动钢轨轨底至气缸极限位，之后小气缸前推，使轨底处于大小气缸之间，确保钢轨的中心位置满足测量要求，压紧机构可通过摆杆将钢轨轨底压在检测基准面上，保证检测基准的唯一性。

在上述技术方案中，机座主要由型材焊接而成，用于支承各个测量部件，为各测量部件提供水平基准。

在上述技术方案中，同步带伺服驱动机构设置在机座上的钢性支架上，从离机座平面由低至高的方向，分别安装有托辊及钢轨导向机构、钢性支架、同步带伺服驱动机构、丝杠、伺服驱动的滑块模组、传感器固定座、激光位移传感器；从轨头至轨尾方向，机座上依次安装有托辊及钢轨导向机构、钢轨对中及压紧机构、机柜、托辊及钢轨导向机构、控制台、钢轨对中及压紧机构、托辊及钢轨导向机构，其中机柜和控制台在钢轨同侧距钢轨一定距离处。

本实用新型动态测量钢轨端部直线度的装置，利用激光测量技术，在钢轨静止状态下，采用两个固定在伺服驱动的滑块模组上并沿着高精度直线丝杠运动扫描的高精度激光位移传感器通过激光测距的方式采集钢轨端部轨顶、轨侧外部轮廓数据，通过计算机对点云数据进行数据融合，得到钢轨端部轨顶、轨侧的三维轮廓，自动分析钢轨端部的轨顶、轨侧外观几何尺寸，再由软件实现轨顶、轨侧的三条呈线性的点集合，拟合出对应直线，自动计算钢轨端部轨顶平直度和轨侧平直度，上传测量结果到焊轨生产管理系统，检测结果实时显示，记录轨顶面或轨侧面直线度存在缺陷的三维轮廓图片。

本实用新型测量装置中，各设备及其功能为：（1）GOCATOR高精度激光位移传感器：扫描钢轨端部轨头和轨侧数据，用于检测轨顶面直线度。（2）伺服驱动的滑块模组：带动高精度激光位移传感器进行动态测量。（3）传感器固定座：用于将2台高精度激光位移传感器安装在滑块模组上。（4）丝杠：给伺服驱动的滑块模组提供运动轨迹，保证检测范围是从钢轨端部轨头至距轨头3m处（轨尾）。（5）同步带伺服驱动机构：给伺服驱动的滑台模组提供运动动力。（6）托辊及钢轨导向机构：实现钢轨竖直方向上的同一基准。（7）对中及压紧机构：实现钢轨水平方向上的基准唯一性。（8）交换机：连接各个高精度激光位移传感器和计算机，用于计算机接收传感器采集的数据。（9）计算机：连接交换机，用于处理检测结果，实现系统的所有软件功能。

该装置的工作流程为：（1）钢轨端部进入测量装置，（2）高精度激光位移传感器通过交换机发送数据给计算机；（3）计算机计算软件拟合出回归直线，得到直线度并上传数据，实时显示检测结果。

本实用新型优点如下：

1. 钢轨端部静止，伺服驱动机构驱动滑块模组带动2台高精度激光位移传感器移动，实现对钢轨的非接触、动态测量，测量点多，数据真实性好，误差小。

2. 设计使用托辊及钢轨导向机构、钢轨对中及压紧机构，控制钢轨在竖直方向和水平方向上的基准统一性和稳定性。

3. 将采集到的数据转化为坐标，然后通过计算机软件分析点云数据、进行数据拟合，计算出直线度，方法简洁、新颖，效率高；在上位机内部编写程序对采集到的点云数据进行分析，可在上位机实时显示检测结果并记录保存结果，若发现不合格钢轨便于即使处理，避免焊接后带来的安全隐患。

4.该实用新型装置，能够有效地针对钢轨端部进行直线度检测，改变原有抽检的检测方式，实现钢轨端部全检，从而能大幅度提高钢轨的利用率，降低后续使用过程中的安全隐患。

附图说明

图1是本实用新型的装置结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本实用新型的托辊及钢轨导向机构示意图。

图4是本实用新型的钢轨对中及压紧机构示意图。

图5是本实用新型装置的数据处理流程图。

图6是本实用新型的数据处理结果图。

其中：1丝杠，2伺服驱动的滑块模组，3托辊及钢轨导向机构， 4钢轨对中及压紧机构，5激光位移传感器，6传感器固定座，3.1托棍，3.2弹簧组件，3.3导向滚轮，4.1大气缸，4.2小气缸，4.3摆杆。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。

如图1、2所示，本实用新型实施例提供一种动态测量钢轨端部直线度的装置，包括激光位移传感器5、传感器固定座6、丝杠1、伺服驱动的滑块模组2、同步带伺服驱动机构、机柜以及控制台；所述机柜中设置有交换机，控制台设置有计算机、键盘、显示器，所述激光位移传感器5与交换机连接，交换机与计算机通过千兆网连接；在沿丝杠1运动的伺服驱动的滑块模组2两侧通过传感器固定座6分别设置一台激光位移传感器5，其中伺服驱动的滑块模组2与同步带伺服驱动机构相连。

在上述实施例中，所述激光位移传感器5为GOCATOR高精度激光位移传感器，空间上位于钢轨端部轨头上方的两侧，整个扫描区域覆盖钢轨轨顶面和轨侧面进行数据采集的区域。

本实施例还包括托辊及钢轨导向机构3、钢轨对中及压紧机构4，沿钢轨设置3个托辊及钢轨导向机构3，3个托辊及钢轨导向机构3分别安装于检测时的钢轨端部、距离端部1.5米处、距离端部3米处，其中每2个托辊及钢轨导向机构3的中间安装1个钢轨对中及压紧机构4。

在上述实施例中，所述托辊及钢轨导向机构3由托辊3.1、位于托辊下方的弹簧组件3.2、与托辊连接的第一气缸，以及布置在钢轨两侧的一对可以通过手柄调节位置的导向滚轮3.3组成。

在上述实施例中，所述钢轨对中及压紧机构4由布置在钢轨两侧的一对气缸、布置在钢轨轨底两侧的摆杆4.3以及与摆杆连接的第二气缸组成，所述一对气缸为一个大气缸4.1和一个小气缸4.2。

本实施例当按下电源启动按钮时，同步带伺服驱动机构开始动作，并且带动伺服驱动的滑块模组2沿着丝杠1进行移动，进而使滑块模组上的2台高精度激光位移传感器5沿钢轨方向移动，从而实现对轨顶部分三个面的测量。检测结果实时显示并同步录入系统记录中，便于及时处理。

如图3所示，为本实施例的托辊及钢轨导向机构3示意图，钢轨进入测量装置的状态下，托辊及钢轨导向机构中的弹簧组件3.2限制滚轮的振幅，起到钢轨定位作用；当钢轨端部处于测量位置时，托辊3.1上的气缸会将辊轮下压以实现同一检测基准。导向滚轮3.3通过旋转手柄调整钢轨中心位置。

如图4所示，为本实施例的钢轨对中及压紧机构4示意图，钢轨对中及压紧机构中的大气缸4.1推动钢轨轨底至气缸极限位，小气缸4.2前推使轨底处于大小气缸之间，确保钢轨的中心位置满足测量要求，压紧机构可通过摆杆4.3将钢轨轨底压在检测基准面上，保证检测基准的唯一性。

本实施例装置的检测原理如下：

轨顶面直线度检测原理：通过2台高精度激光位移传感器扫描出轨顶面轮廓数据，软件分析找出轨顶中点处的检测特征点P1、P2、P3等一系列点，由线性回归法拟合出其对应直线后取各个点到回归后的直线之间距离的最大值作为钢轨顶部的直线度。

轨侧面直线度检测原理：通过2台高精度激光位移传感器扫描出轨侧面轮廓数据，软件分析找出轨顶面以下16mm处的检测特征点P1、P2、P3等一系列点，由线性回归法拟合出其对应直线后取各个点到回归后的直线之间距离的最大值作为钢轨侧部的直线度。

本实施例的软件部分主要包含以下部分：网口通信程序，即首先创建负责监听的IP地址以及端口号，然后建立连接并且开始接收数据，进而将采集到的数据通过网线直接传输到上位机，减少对上位机端口的使用；数据采集程序，当点击启动按钮时，上位机将2台激光位移传感器采集到的数据通过上位机内部编写的算法转化为对应的坐标存储在计算机内部；直线度计算程序即数据处理流程，上位机将采集到的数据转化为对应的坐标后进行线性回归分析，并且取各个点到回归直线之间的距离的最大值作为钢轨轨顶面或轨侧面的直线度。

如图5所示，为本实施例中的数据处理流程图，激光位移传感器采集到的原始数据经融合后传输至直线度检测模块，检测结果实时显示并存储。

如图6所示，为本实施例的数据处理结果图，主要通过将采集到的数据在上位机内部通过算法转化为坐标，并且进行线性回归分析，取各个点到回归直线之间的距离的最大值作为钢轨顶部的直线度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种动态测量钢轨端部直线度的装置，其特征是：包括激光位移传感器、传感器固定座、丝杠、伺服驱动的滑块模组、同步带伺服驱动机构、机柜以及控制台；所述机柜中设置有交换机，控制台设置有计算机、键盘、显示器，所述激光位移传感器与交换机连接，交换机与计算机通过千兆网连接；在沿丝杠运动的伺服驱动的滑块模组两侧通过传感器固定座分别设置一台激光位移传感器，其中伺服驱动的滑块模组与同步带伺服驱动机构相连。

2.根据权利要求1所述的动态测量钢轨端部直线度的装置，其特征是：所述激光位移传感器为GOCATOR高精度激光位移传感器，安装于钢轨上方。

3.根据权利要求1所述的动态测量钢轨端部直线度的装置，其特征是：包括托辊及钢轨导向机构、钢轨对中及压紧机构，沿钢轨设置3个托辊及钢轨导向机构，其中每2个托辊及钢轨导向机构的中间安装1个钢轨对中及压紧机构。

4.根据权利要求3所述的动态测量钢轨端部直线度的装置，其特征是：所述托辊及钢轨导向机构由托辊、位于托辊下方的弹簧组件、与托辊连接的第一气缸，以及布置在钢轨两侧的一对可以通过手柄调节位置的导向滚轮组成。

5.根据权利要求3所述的动态测量钢轨端部直线度的装置，其特征是：所述钢轨对中及压紧机构由布置在钢轨两侧的一对气缸、布置在钢轨轨底两侧的摆杆以及与摆杆连接的第二气缸组成，所述一对气缸为一个大气缸和一个小气缸。