CN208792067U - 一种便携式钢轨波磨检测设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种便携式钢轨波磨检测设备，包括：固定底座，沿钢轨延伸方向固定于钢轨上；激光测距组件，用于测量钢轨波磨；传动组件，设于固定底座上，用于固定激光测距组件并控制激光测距组件沿钢轨延伸方向移动测量钢轨波磨。与现有技术相比，本实用新型采用在定位脚中设置电磁铁的方式进行定位，定位过程更加快捷，可以提高检测效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种钢轨波磨检测设备，尤其是涉及一种便携式钢轨波磨检测设备。
背景技术
钢轨波浪形磨耗(简称波磨)是钢轨投入使用后，轨顶面沿纵向分布的周期性类似波浪形状的不平顺现象，是轨道损伤的主要形式。钢轨波磨不但危及行车安全，产生大量的噪音，而且，如果对波磨不加以控制，任由其肆意扩大，最终将不得不换轨，大大加重了轨道车辆运营成本。科学研究表明，只有在波磨初期的时候对其进行检测和防治，才能有效地对波磨进行控制。因此，需要对波磨进行高精度的测量和准确的分析。
例如中国专利CN 207498757U公开了一种自动化激光精确测量地铁轨道波浪形磨损检测设备，包括：固定底座，沿钢轨延伸方向固定于钢轨上；激光测距组件，用于测量钢轨波磨；传动组件，设于固定底座上，用于固定激光测距组件并控制激光测距组件沿钢轨延伸方向移动测量钢轨波磨。该设备可根据波磨位置通过上位机控制传感器位置，无需手动，检测效率高。然而，该设备通过定位脚和广告钉进行固定，固定过程效率相对不高。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种便携式钢轨波磨检测设备。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种便携式钢轨波磨检测设备，包括：
固定底座，沿钢轨延伸方向固定于钢轨上；
激光测距组件，用于测量钢轨波磨；
传动组件，设于固定底座上，用于固定激光测距组件并控制激光测距组件沿钢轨延伸方向移动测量钢轨波磨。
所述固定底座包括底座主体和分别设于底座主体底部两端的两个定位结构，该定位结构包括定位脚和设于定位脚处的电磁铁模块。
所述定位脚包括与钢轨表面契合的支板和设于支板两侧用于从钢轨两侧夹紧钢轨的卡板，所述卡板与支板转动连接。
所述电磁铁模块包括电源、通断开关、四个铁芯和四个线圈，所述电源和通断开关串联构成电源组件，所述线圈相互并联后与电源组件串联，且四个线圈分别绕设于四个铁芯上，四个铁芯分别位于四个卡板处。
同一定位脚的两个卡板处设置的铁芯上的线圈同向绕设。
所述传动组件包括垫条、T形导轨、步进电机和同步轮，所述T形导轨通过垫条设置于固定底座上，所述步进电机通过同步轮连接激光测距组件。
所述传动组件还包括用于固定所述步进电机的步进电机座。
所述底座主体包括纵梁和设于纵梁两端设有左支架和右支架，所述定位脚分别设于左支架和右支架上。
所述左支架包括相互连接的左侧架和左前侧板，所述右支架包括相互连接的右侧架和右前侧板，所述传动组件设于纵梁且两端分别与左前侧板和右前侧板连接，所述定位结构分别设于左侧架和右侧架上。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1)采用在定位脚中设置电磁铁的方式进行定位，定位过程更加快捷，可以提高检测效率。
2)支板与钢轨表面契合可以便于安装。
3)每个定位脚上设有两个电磁铁，可以从两侧进行夹持，避免滑动。
4)同一定位脚的两个卡板处设置的铁芯上的线圈同向绕设，提高吸附效果。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为定位脚的结构示意图；
图3为电磁铁模块的电路图；
图4为电磁铁上线圈绕制示意图；
图5为应用本实用新型的检测系统的智能终端的系统结构示意图；
图6为智能终端的Linux软件平台结构示意图；
图7为Linux系统下字符设备驱动结构示意图；
图8为智能终端工作流程示意图；
其中：1、电磁铁组件，2、定位脚，3、左侧架，4、右侧架，5、左前侧板， 6、右前侧板，7、同步轮，8、步进电机，9、步进电机座，10、纵梁，11、T形导轨，12、垫条，13、滑块，14、激光测距传感器，15、激光测距传感器座，16、检测设备，17、终端系统的开关按钮，18、终端的硬件系统，19、锂电池组，20、智能终端，101、带能源，102、通断开关，103、铁芯，104、线圈，21、支板，22、卡板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
一种便携式钢轨波磨检测设备，如图1～图3所示，包括：
固定底座，沿钢轨延伸方向固定于钢轨上；
激光测距组件，用于测量钢轨波磨；
传动组件，设于固定底座上，用于固定激光测距组件并控制激光测距组件沿钢轨延伸方向移动测量钢轨波磨。
固定底座包括底座主体和分别设于底座主体底部两端的两个定位结构，该定位结构包括定位脚2和设于定位脚2处的电磁铁模块1。
定位脚2包括与钢轨表面契合的支板101和设于支板101两侧用于从钢轨两侧夹紧钢轨的卡板22，卡板22与支板101转动连接。
电磁铁模块1包括电源101、通断开关102、四个铁芯103和四个线圈104，电源101和通断开关102串联构成电源组件，线圈104相互并联后与电源组件串联，且四个线圈分别绕设于四个铁芯103上，四个铁芯103分别位于四个卡板22处。
同一定位脚2的两个卡板22处设置的铁芯103上的线圈同向绕设，磁化方向相同，可以提高吸附效果。
使用时，只需要将设备安装于钢轨上，打开通断开关102即可时铁芯磁化，完成吸附。
本设备的其他部分与中国专利CN 207498757U类似，
本检测设备16基本功能是用于支撑固定和移动激光测距传感器14，使激光测距传感器14在钢轨表面上方一定的高度稳定的发出、接收激光信号，整个检测设备16固定在待测钢轨上。
底座主体包括纵梁10，纵梁上固定有左前侧板5、右前侧板6、左侧架3、右侧架4。
传动组件包括垫条11、T形导轨12、同步轮7、步进电机座9。垫条11固定于纵梁10之上，T形导轨12固定于垫条11之上，同步轮7位于纵梁上10部开槽部位，步进电机座9固定于纵梁10内部，步进电机8带动同步轮7通过拖链拖动滑块13横向移动。
测量组件包括滑块13、激光测距传感器14、激光测距传感器座15，滑块13 与T形导轨12之间滑动连接，激光测距传感器座15固定在滑块13之上，激光测距传感器14安装在激光测距传感器座15上。
本申请设备可以被用于集成得到检测系统，如图5所示，终端硬件系统主要包括微处理器、运放电路、ADC模数转换器、电机驱动电路、带触摸功能的LCD液晶显示屏、SD卡、UART接口。终端启动后，处理器通过电机驱动电路驱动位于机械构件上的步进电机转动，步进电机依靠驱动它的脉冲定位，微处理每发出200 个脉冲，即步机电机转动一圈，就控制激光传感器完成一次对钢轨的波磨采集，以使步进电机与激光测距传感器数据采集同步。传感器工作后输出的模拟电压信号经过运放电路进行放大，之后由ADC在处理器的控制下转换成数字信号，并传送给微处理器处理，处理器将波磨数据存储在SD卡上并在LCD屏上显示。硬件系统中还设计了UART接口，可以通过串口线将数据传输到PC机，借助处理功能更为强大的PC机来进行分析。同时，终端可借助SD卡来扩展内存。
该终端硬件系统的处理器需要能够移植嵌入式Linux操作系统且功能强大的微处理器来胜任，所以本实施例中的微处理器采用了SAMSUNG公司的ARM处理器S3C2440A，并围绕S3C2440A处理器设计整个硬件系统，除了处理器本身集成的控制器和外部接口外，还需要扩展Flash、SDRAM、LCD液晶显示屏驱动电路、电源、以及波磨采集所需要的器件等。
硬件系统中的液晶屏选用了SHARP公司的3.5寸TFT液晶屏LQ035Q7DH06，它带有四线电阻式触摸屏，微处理器通过其LCD控制器驱动液晶屏，液晶屏与LCD 控制器之间需要设计驱动电路，驱动电路主要提供包括多路电压源，控制时序和像素信号的电路，背光源电路以及公共电极电压电路。我们通过扩展触摸屏控制可以实现终端的触摸屏功能，触摸屏控制器提供了四个信号线接口连接触摸屏，它与处理器通过SPI总线相连，当触摸屏被按下，触摸屏控制器进行AD转换，并产生中断时，通过GPIO来通知处理器中断，处理器转换后的信号经过坐标换算得到触点的坐标。S3C2440A的GPIO驱动能力有限，所以硬件系统还设计了电机驱动电路，以使微处理器能稳定可靠的驱动步进电机工作，这里使用ULN2003达林顿集成驱动芯片设计了电机驱动电路。硬件系统还使用了处理器的SD卡接口和UART通道，设计了SD卡存储接口电路扩展SD卡，设计了串口通信接口，方便与PC机的数据交互。
终端软件系统采用以Linux+Qt-embedded的软件系统，通过LCD显示屏的触摸功能实现发送步进电机和激光测距传感器开始工作和结束工作的控制指令，对硬件系统采集到的数据分析处理并将其实时的显示在用QT/E所开发的人机交互应用程序界面上。
如图6所示，整个嵌入式Linux软件平台是在PC机上的Ubuntu16.04Linux 操作系统下建立的，具体内容包括:建立交叉编译环境、移植Bootloader(U-boot)、移植嵌入式Linux内核和制作根文件系统，驱动程序以及人机交互应用程序界面的编写。
如图7所示，为本实施例字符设备驱动结构示意图，在Linux系统下，设备驱动程序隐藏了设备的具体操作细节，对各种不同的设备提供了一致的接口，把每个设备映射为一个特殊的设备文件，用户程序可以像对其他文件操作那样对此设备文件进行操作，驱动程序则正确无误的将这些操作传递给相关硬件，并使硬件能够做出正确的反应。本实施例的波磨采集设备使用的是激光测距传感器，将其和ADC 数模转换器作为一个设备来进行驱动设计。Linux系统下波磨采集设备的驱动设计主要是完成设备的初始化和file_operations结构体中的函数定义和实现。对于激光传感器的操作主要是通过处理器的I/O口产生驱动时序信号，使其按序输出模拟信号，而对于ADC的操作主要是通过处理器的SPI接口，令其完成传感器输出的每个模拟信号的模数转换，所以可以在file_operations结构体中定义open,release,read 函数，open函数主要完成设备的初始化和注册，release函数主要完成设备的注销和资源的释放，read函数读取模拟信号，并完成模数转换。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。而脉冲信号的频率和脉冲数是控制电机的两个重要方面。步进电机4路脉冲输出由相应硬件地址的bit0～bit3控制，bit0对应MOTOR A+，bit1对应MOTOR B+，bit2对应MOTOR_A-，bit3对应MOTOR_B-。针对整步模式下的步进电机进行脉冲分配信号，半步模式的步进电机正转导电状态时的控制顺序为A+_A+B+_B+_B+A-_A-_ —A-B-_B-，整步模式的步进电机正转导电状态时的控制顺序为A+_B+_A-_B-。因此在程序中需要通过编制脉冲分配信号来控制步进电机，并通过修改脉冲分配信号来实现对步进电机方向的控制。本实施例中的步进电机只响应应用程序传送给驱动的步进量和部分参数，只能顺序地进行控制操作，因此它可作为字符设备来进行驱动。在驱动程序中，需要提供几个操作函数的入口点，分别为open、read、write、ioet1等。而ioct1函数尤为重要，系统通过调用这个函数可以控制步进电机的转动。
在嵌入式Linux操作系统的驱动中，已经有许多相关驱动，如LCD驱动、触摸屏驱动、SD卡驱动和UART串口驱动等，在上述硬件设备的支持下，只需要按照本实施例中的硬件资源，修改相应的驱动，并将这些驱动加入到操作系统内核中，每次开机系统启动后，就可以被应用程序使用。另外，本实施例在嵌入式Linux根文件系统中移植了QT-embedded图形库，这样我们就可以更方便开发出图形界面应用程序，方便用户操作使用，借助QT软件，我们可以在PC机上开发好界面，交叉编译后就可以在波磨检测设备上使用，不用受到设备本身的约束。
软件系统的应用程序界面是一个钢轨波磨采集界面实例，文件菜单中包含:打开,保存,另存为,退出四个功能键。帮助菜单只有一个关于功能键，用于对设计的应用程序进行概述。界面上还设计了几个功能按钮，用户可以通过触摸屏点击按钮，实现相应的功能。
本实施例的智能终端工作流程如图8所示，主要为：开机，等待系统启动后，液晶屏上显示波磨采集初始界面，界面上面集成有菜单和按钮控件，可以使用触摸笔点击液晶屏上的按钮控件，然后调用相应的驱动程序，驱动相应的硬件设备工作以实现其功能。例如:点击采集波磨按钮可以使微处理器发出对步进电机和激光测距传感器的控制指令，使其开始工作，这样就得到了被测钢轨的波磨信号(数据存储到SD卡)，这个过程持续进行直到完成程序预先设定的一个行程的波磨采集任务结束为止，结束后在界面上显示波磨数据；点击结束采集按钮，结束采集；点击去燥按钮，对采集到的被测钢轨波磨数据进行去噪，然后将波磨磨损图显示在界面上，在坐标图上可以点击放大或缩小按钮来查看波磨坐标图的局部和整体。另外，文件菜单中也有相应的功能键，用来实现存储和打开文件的功能等。当智能终端通过UART通信串口连接到PC机上，PC机可以像读取U盘一样来读取存储在SD 卡上的波磨数据文件。成功完成波磨采集任务后，终端关机，整个智能终端的工作结束。
Claims (8)
1.一种便携式钢轨波磨检测设备，包括：
固定底座，沿钢轨延伸方向固定于钢轨上；
激光测距组件，用于测量钢轨波磨；
传动组件，设于固定底座上，用于固定激光测距组件并控制激光测距组件沿钢轨延伸方向移动测量钢轨波磨；
其特征在于，所述固定底座包括底座主体和分别设于底座主体底部两端的两个定位结构，该定位结构包括定位脚(2)和设于定位脚(2)处的电磁铁模块(1)。
2.根据权利要求1所述的一种便携式钢轨波磨检测设备，其特征在于，所述定位脚(2)包括与钢轨表面契合的支板(21)和设于支板(21)两侧用于从钢轨两侧夹紧钢轨的卡板(22)，所述卡板(22)与支板(21)转动连接。
3.根据权利要求2所述的一种便携式钢轨波磨检测设备，其特征在于，所述电磁铁模块(1)包括电源(101)、通断开关(102)、四个铁芯(103)和四个线圈(104)，所述电源(101)和通断开关(102)串联构成电源组件，所述线圈(104)相互并联后与电源组件串联，且四个线圈分别绕设于四个铁芯(103)上，四个铁芯(103)分别位于四个卡板(22)处。
4.根据权利要求3所述的一种便携式钢轨波磨检测设备，其特征在于，同一定位脚(2)的两个卡板(22)处设置的铁芯(103)上的线圈同向绕设。
5.根据权利要求1所述的一种便携式钢轨波磨检测设备，其特征在于，所述传动组件包括垫条(12)、T形导轨(11)、步进电机(8)和同步轮(7)，所述T形导轨(11)通过垫条(12)设置于固定底座上，所述步进电机(8)通过同步轮(7)连接激光测距组件。
6.根据权利要求5所述的一种便携式钢轨波磨检测设备，其特征在于，所述传动组件还包括用于固定所述步进电机(8)的步进电机座(9)。
7.根据权利要求1所述的一种便携式钢轨波磨检测设备，其特征在于，所述底座主体包括纵梁(10)和设于纵梁(10)两端设有左支架和右支架，所述定位脚(2)分别设于左支架和右支架上。
8.根据权利要求7所述的一种便携式钢轨波磨检测设备，其特征在于，所述左支架包括相互连接的左侧架(3)和左前侧板(5)，所述右支架包括相互连接的右侧架(4)和右前侧板(6)，所述传动组件设于纵梁(10)且两端分别与左前侧板(5)和右前侧板(6)连接，所述定位结构分别设于左侧架(3)和右侧架(4)上。
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