CN206781779U - 一种轨检车下激光扫描轨距测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种轨检车下激光扫描轨距测量装置，所要解决的问题是减少轨距测量误差、提高测量精度和效率。该装置包括二维激光扫描传感器（以下简称传感器）、交换机、工控机、同步信号发生模块、RS232总线和支架，传感器、交换机、工控机和RS232总线依次通过以太网相连，传感器和工控机通过同步信号发生模块相连，传感器安装在支架两端，传感器激光扫描中心轴与轨检车前进方向垂直，传感器水平安装位置高于轨道测量面，至少包括两对传感器，其中一对传感器之间的间距小于轨距，一对传感器之间的间距大于轨距，支架水平安装在轨检车下。传感器的安装位置保证测量数据的稳定性和可靠性，多组传感器多角度同时测量能在一定程度上减少测量误差。
Description
技术领域
本实用新型涉及测量技术领域，尤其是规矩测量仪器设备技术领域。
背景技术
随着铁路客专线路的铺设与提速，以及城市轨道交通的大力建设，轨道状态的监测已成为线路正常运营的保障。为监测提供数据来源的轨道不平顺检测的频率也将大大增加。作为其参数之一，轨距检测一直都是一项重要内容。轨距变化将直接导致列车的卡道和脱轨，造成严重的经济损失和重大的交通事故。
轨距检测方式包括静态检测和动态检测两种。轨检仪是既有线平顺性静态检测的专用仪器。作为一种高精度的轨道几何参数检测仪，得到了各铁路局的广泛使用。其能够检测到的轨道几何参数包括：轨距，里程，水平，轨向及高低。轨距是指钢轨头部踏面下 16 mm处，两股钢轨工作边之间的距离。轨检仪分为 0 级、1 级两个准确度等级，0 级轨检仪用于测量线路允许速度不大于350 km / h 的铁路，其轨距的测量误差要求在0.3mm以内，1级轨检仪用于线路允许速度不大于 200 km/h的普通铁路，其轨距的测量误差要求在0. 5 mm以内。
由于轨检仪具有检测轨道几何参数多、测量误差较小的优点，得到了较广泛的应用，但是其静态检测带来的测量过程耗时耗力、测量效率低下的问题越来越不能满足当前市场的要求。
轨距动态检测是一个新的研究方向，其包括基于计算机视觉系统的非接触式轨距检测方法。根据检测要求，列车前进过程中，在轴承等设备的带动下，光电编码器发出脉冲信号，触发安装在左右轨道内侧的两台CCD工业相机，捕获包括照射在钢轨上的辅助光线的钢轨轮廓图像，通过数据采集卡传输到工控机内，经过图像细化等图像处理方法后，得到钢轨轮廓线上的轨距测量点。在世界坐标系中表示出左右钢轨测量点的坐标后，即可得到轨距参数。
基于计算机视觉系统的非接触式轨距检测方法解决了传统轨捡仪测量效率低下的问题，但是一方面其CCD工业相机受震动影响较大，增加了测量误差；另一方面实用摄影测量方法得到得到钢轨轮廓线上的轨距测量点存在较大误差。
发明内容
本实用新型所要解决的问题是减少轨距测量误差、提高测量精度和效率。
一种轨检车下激光扫描轨距测量装置，包括二维激光扫描传感器、交换机、工控机、同步信号发生模块、RS232总线和支架，二维激光扫描传感器、交换机、工控机和RS232总线依次通过以太网相连，二维激光扫描传感器和工控机通过同步信号发生模块相连，二维激光扫描传感器安装在支架两端，二维激光扫描传感器激光扫描中心轴与轨检车前进方向垂直，二维激光扫描传感器水平安装位置高于轨道测量面，至少包括两对二维激光扫描传感器，其中一对二维激光扫描传感器之间的间距小于轨距，一对二维激光扫描传感器之间的间距大于轨距，支架水平安装在轨检车下。
优选地，二维激光扫描传感器激光扫描中心轴位于水平面上，且与轨检车行进方向垂直。
优选地，二维激光扫描传感器的安装位置：二维激光扫描传感器激光扫描中心点与轨道测量面最近点的连线与扫描中心轴所成夹角θ∈[π/18,π/6)。
优选地，同步信号发生模块为基于CPLD的同步信号发生模块。
优选地，支架包括左右固定架，左右固定架安装在轨检车下，二维激光扫描传感器对称安装在左右固定架上。
优选地，支架还包括水平横梁，水平横梁安装在左右固定架下，二维激光扫描传感器安装在水平横梁两端。
二维激光扫描传感器的安装位置保证测量数据的稳定性和可靠性，二维激光扫描传感器测量精度高，多组二维激光扫描传感器多角度同时测量能在一定程度上减少测量误差，保证测量精度；由于二维激光扫描传感器利用光学原理，读数延迟小，可按轨检车行进速度实时测量，测量效率高。
附图说明
图1是一种轨检车下激光扫描轨距测量装置结构示意图。
图2是一种轨检车下激光扫描轨距测量装置安装在轨检车下时的整体结构示意图。
图3是一种轨检车下激光扫描轨距测量装置原理示意图。
图4是一种轨检车下激光扫描轨距测量装置使用方法原理示意图。
图中1、二维激光扫描传感器；2、支架；3、固定架；4、横梁；5、轨道；6、轨检车。
具体实施方式
实施例1
如图1-3所示，一种轨检车下激光扫描轨距测量装置，包括二维激光扫描传感器、交换机、工控机、同步信号发生模块、RS232总线和支架，二维激光扫描传感器、交换机、工控机和RS232总线依次通过以太网相连，二维激光扫描传感器和工控机通过同步信号发生模块相连，二维激光扫描传感器安装在支架两端，二维激光扫描传感器激光扫描中心轴与轨检车前进方向垂直，二维激光扫描传感器水平安装位置高于轨道测量面，至少包括两对二维激光扫描传感器，其中一对二维激光扫描传感器之间的间距小于轨距，一对二维激光扫描传感器之间的间距大于轨距，支架水平安装在轨检车下。装置工作过程：二维激光扫描传感器将测量数据经过交换机传输至工控机，由工控机完成数据采集、数据标定、尺度变化、数据处理和数据显示。为了保证支架两端的二维激光扫描传感器同步扫描，工控机通过RS232总线向同步信号发生系统发送同步命令，同步信号发生系统向两端的二维激光扫描传感器发送同步信号。
二维激光扫描传感器激光扫描中心轴位于水平面上，且与轨检车行进方向垂直。二维激光扫描传感器激光扫描中心轴的位置保证了二维激光扫描传感器激光扫描中心点与轨道测量面最近点的连线与扫描中心轴所成夹角θ∈(0,π/6)。
二维激光扫描传感器水平安装位置高于轨道测量面时，为了减少误差，同时保证测量数据的稳定可靠性，使得二维激光扫描传感器在一定的震动范围内始终保持在轨道测量面以上，θ应较大；另一方面为了给二维激光扫描传感器x轴扫描留下空间，避免扫描到的最近点位于轨距点以上，θ不应过大，权衡之下，将θ设置为该范围。
二维激光扫描传感器对称安装在支架两端。支架包括左右固定架和水平横梁，水平横梁安装在左右固定架下，二维激光扫描传感器安装在水平横梁两端。
如图4所示，装置的使用方法：（1）、提取同时同位置间距小于轨距的一对二维激光扫描传感器最小测量值，设为a1、b1，提取同时同位置间距大于轨距的一对二维激光扫描传感器最小测量值，设为a2、b2；（2）、提取最小测量值相应的测量点，获得上述测量点与二维激光扫描传感器扫描中心点的连线与扫描中心轴所成夹角，对于间距小于轨距的一对二维激光扫描传感器，设为α1、β1，对于间距大于轨距的一对二维激光扫描传感器，设为α2、β2；（3）、对于间距小于轨距的一对二维激光扫描传感器，设两二维激光扫描传感器间距为c1，则所测轨距s1= c1+ a1cosα1+ b1cosβ1，对于间距大于轨距的一对二维激光扫描传感器，设两二维激光扫描传感器间距为c2，轨道宽度为g，则所测轨距s2=c2-2g- a2cosα2- b2cosβ2，则平均轨距s’=(s1+s2)/2=( c1+ c2+ a1cosα1+ b1cosβ1 - a2cosα2- b2cosβ2)/2-g。该测量轨距值与车载GPS定位数据相结合即是带有地理坐标的完整轨距值。
（3）、对于间距小于轨距的一对二维激光扫描传感器，设两二维激光扫描传感器间距为c1，则所测轨距s1= c1+ a1cosα1+ b1cosβ1，对于间距大于轨距的一对二维激光扫描传感器，设两二维激光扫描传感器间距为c2，轨道宽度为g，则所测轨距s2=c2-2g- a2cosα2-b2cosβ2，则平均轨距s’=(s1+s2)/2=( c1+ c2+ a1cosα1+ b1cosβ1 - a2cosα2- b2cosβ2)/2-g
实施例3
与实施例1的主要区别在于二维激光扫描传感器的安装位置：二维激光扫描传感器激光扫描中心点与轨道测量面最近点的连线与扫描中心轴所成夹角θ=0。此时，轨距仪直接测量轨道工作面之间的距离，计算简单、误差小。但是要保证传感器不被损坏，对轨道有一定要求。
装置的使用方法：（1）、提取同时同位置间距小于轨距的一对二维激光扫描传感器最小测量值，设为a1、b1，提取同时同位置间距大于轨距的一对二维激光扫描传感器最小测量值，设为a2、b2；（2）、提取最小测量值相应的测量点，获得上述测量点与二维激光扫描传感器扫描中心点的连线与扫描中心轴所成夹角，对于间距小于轨距的一对二维激光扫描传感器，设为α1、β1，对于间距大于轨距的一对二维激光扫描传感器，设为α2、β2，此时α1、β1、α2、β2均为0；（3）、对于间距小于轨距的一对二维激光扫描传感器，设两二维激光扫描传感器间距为c1，则所测轨距s1= c1+ a1cosα1+ b1cosβ1= c1+ a1+ b1，对于间距大于轨距的一对二维激光扫描传感器，设两二维激光扫描传感器间距为c2，轨道宽度为g，则所测轨距s2=c2-2g-a2cosα2- b2cosβ2=c2-2g- a2- b2，则平均轨距s’=(s1+s2)/2=( c1+ c2+ a1+ b1- a2- b2)/2-g。
Claims (6)
1.一种轨检车下激光扫描轨距测量装置，其特征为包括二维激光扫描传感器、交换机、工控机、同步信号发生模块、RS232总线和支架，二维激光扫描传感器、交换机、工控机和RS232总线依次通过以太网相连，二维激光扫描传感器和工控机通过同步信号发生模块相连，二维激光扫描传感器安装在支架两端，二维激光扫描传感器激光扫描中心轴与轨检车前进方向垂直，二维激光扫描传感器水平安装位置高于轨道测量面，至少包括两对二维激光扫描传感器，其中一对二维激光扫描传感器之间的间距小于轨距，一对二维激光扫描传感器之间的间距大于轨距，支架水平安装在轨检车下。
2.根据权利要求1中所述的一种轨检车下激光扫描轨距测量装置，其特征为二维激光扫描传感器激光扫描中心轴位于水平面上，且与轨检车行进方向垂直。
3.根据权利要求2中所述的一种轨检车下激光扫描轨距测量装置，其特征为二维激光扫描传感器的安装位置：二维激光扫描传感器激光扫描中心点与轨道测量面最近点的连线与扫描中心轴所成夹角θ∈(π/18,π/6)。
4.根据权利要求1中所述的一种轨检车下激光扫描轨距测量装置，其特征为同步信号发生模块为基于CPLD的同步信号发生模块。
5.根据权利要求1中所述的一种轨检车下激光扫描轨距测量装置，其特征为支架包括左右固定架，左右固定架安装在轨检车下，二维激光扫描传感器对称安装在左右固定架上。
6.根据权利要求5中所述的一种轨检车下激光扫描轨距测量装置，其特征为支架还包括水平横梁，水平横梁安装在左右固定架下，二维激光扫描传感器安装在水平横梁两端。
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