CN210221000U - 一种线激光钢轨轮廓精度测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种线激光钢轨轮廓精度测量仪及其作业流程，测量仪包括机械模块、电气控制模块和软件模块；所述机械模块包括液压升降机构、横梁、定位机构、扫描运动机构和线激光扫描检测机构；所述液压升降机构上端和机车相连，下端连接所述横梁；所述横梁用于承载所述定位机构和所述扫描运动机构，所述定位结构设置于所述横梁的两端，所述扫描运动机构设置于所述横梁的底部，所述扫描运动机构设置有滑轨，所述线激光扫描检测机构活动安装至所述滑轨上。本实用新型安装简单，使用方便，能够对钢轨进行三维重建模型，分析钢轨的各种常见病害。

Description

一种线激光钢轨轮廓精度测量仪

技术领域

本实用新型涉及铁路维保技术领域，尤其涉及一种线激光钢轨轮廓精度测量仪。

背景技术

钢轨是铁路轨道的主要组成部件。它的功用在于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮的巨大压力，并传递到轨枕上。钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面。在电气化铁道或自动闭塞区段，钢轨还可兼做轨道电路之用。

随着我国铁路、地铁等轨道交通技术高速的发展、机车车辆轴重的增加、车速的提高，对铁路线路的质量提出了更高要求，钢轨表面病害的整治已迫在眉睫。

铁路和地铁等常用的钢轨，它的使用寿命受控于滚动接触产生的疲劳裂纹和磨耗。疲劳裂纹影响钢轨探伤、轮轨运行状态、增加维护成本、缩短钢轨使用寿命，甚至引起断轨；磨耗，特别是曲线上股侧磨导致钢轨过早下道。为延缓钢轨滚动接触疲劳伤损和磨耗的发展、延长钢轨使用寿命，必须采用现代化的钢轨养修技术来实现。而要达到理想的养修效果，首先要对钢轨进行检测，只有在了解了钢轨当前状态的情况下，才能根据不同程度的磨耗和病害进行准确有效的养修。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种线激光钢轨轮廓精度测量仪及其作业流程，测量仪安装简单，使用方便，能够对钢轨进行三维重建模型，分析钢轨的各种常见病害。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：一种线激光钢轨轮廓精度测量仪，包括机械模块、电气控制模块和软件模块；

所述机械模块包括液压升降机构、横梁、定位机构、扫描运动机构和线激光扫描检测机构；所述液压升降机构上端和机车相连，下端连接所述横梁；所述横梁用于承载所述定位机构和所述扫描运动机构，所述定位机构设置于所述横梁的两端，所述扫描运动机构设置于所述横梁的底部，所述扫描运动机构设置有滑轨，所述线激光扫描检测机构活动安装至所述滑轨上。

所述液压升降机构包括上连接法兰、液压缸和下连接法兰；其中，上连接法兰通过螺栓与机车车底架固定；液压缸在液压动力的作用下，可实现升降功能；下连接法兰通过螺栓与横梁固定。

所述液压缸下端设置有连接端头，所述横梁顶部设置有安装座，所述连接端头安装于所述安装座上。

所述横梁上设置有一个或者一个以上的所述液压缸。

所述定位机构包括固定气爪座、固定气爪、固定连接指、固定夹指、定位板和定位传感器；固定气爪座主要起连接支座的作用，端面通过螺栓与横梁连接，底面通过螺栓与固定气爪连接；固定气爪两侧各安装有固定连接指，固定气爪在气动作用下，完成设备对钢轨的固定和释放动作；固定连接指主要起连接作用，一端通过螺栓与固定气爪连接，另一段通过螺栓与固定夹指连接；固定夹指经热处理后硬度较高，直接与钢轨接触，并对钢轨进行固定；定位板通过螺栓与固定气爪座连接，设备下降过程中，与钢轨接触定位，是设备下降到位的接触限位；定位传感器通过螺栓与定位板连接，在定位板与钢轨接触后，定位传感器触发到位信号，传递到上位机控制系统，以便进行后续作业。

所述线激光扫描检测机构包括扫描系统支座，线激光扫描仪固定板和线激光扫描仪；扫描系统支座，主要起支座和连接的作用，该零件顶部通过螺栓固定与扫描运动机构中的模组连接，内部通过螺栓与线激光扫描仪固定板连接；线激光扫描仪固定板，一端面通过螺栓与扫描系统支座连接，另一端面通过螺栓与线激光扫描仪连接，对线激光扫描仪有调整定位的作用；线激光扫描仪，通过螺栓固定在线激光扫描仪固定板，主要对钢轨进行线激光扫描，并将数据传递到数据采集卡。

所述线激光扫描检测机构包括两个线激光扫描仪，分别为左线激光扫描仪和右线激光扫描仪。

本实用新型提供了一种线激光钢轨轮廓精度测量仪及其作业流程，该设备安装简单，使用方便，能够对钢轨进行三维重建模型，分析钢轨的各种常见病害。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本实用新型的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是本实用新型的机械模块结构示意图。

图2是本实用新型的液压升降机构结构图。

图3是本实用新型的液压升降机构原理图。

图4是本实用新型的定位机构结构图。

图5是本实用新型的线激光扫描检测系统结构图。

图6是本实用新型的电气控制模块原理图。

图7是本实用新型的人机交互界面图。

图8是钢轨三维重建原理图。

图9是线激光扫描检测系统原理图。

图10是显示结果示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。

虽然参照示例性实施方式对本实用新型进行了描述，但是应当理解，本实用新型并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

下面结合附图1至附图10详细说明本实用新型实施例的技术方案。

在本方案中，X轴方向代表沿轨道延伸的方向；Y轴方向代表沿轨道轨距与X轴垂直的方向；Z轴方向代表与轨道地基水平面垂直的方向。

本实用新型实施例提供的一种线激光钢轨轮廓精度测量仪，包括机械模块、电气控制模块和软件模块；

所述机械模块包括液压升降机构1、横梁2、定位机构3、扫描运动机构4和线激光扫描检测机构5；所述液压升降机构1上端和机车相连，下端连接所述横梁2；所述横梁2用于承载所述定位机构3和所述扫描运动机构4，所述定位机构3设置于所述横梁2 的两端，所述扫描运动机构4设置于所述横梁2的底部，所述扫描运动机构4设置有滑轨41，所述线激光扫描检测机构5活动安装至所述滑轨41上。

所述液压升降机构1包括上连接法兰11、液压缸12和下连接法兰13；其中，上连接法兰11通过螺栓与机车车底架固定；液压缸12在液压动力的作用下，可实现升降功能；下连接法兰13通过螺栓与横梁2固定。

所述液压缸下端设置有连接端头，所述横梁2顶部设置有安装座21，所述连接端头安装于所述安装座21上。

所述横梁2上设置有一个或者一个以上的所述液压缸。

所述定位机构3包括固定气爪座31、固定气爪32、固定连接指33、固定夹指34、定位板35和定位传感器36；固定气爪座31 主要起连接支座的作用，端面通过螺栓与横梁2连接，底面通过螺栓与固定气爪32连接；固定气爪32两侧各安装有固定连接指 33，固定气爪32在气动作用下，完成设备对钢轨的固定和释放动作；固定连接指33主要起连接作用，一端通过螺栓与固定气爪32 连接，另一段通过螺栓与固定夹指34连接；固定夹指34经热处理后硬度较高，直接与钢轨接触，并对钢轨进行固定；定位板35通过螺栓与固定气爪座31连接，设备下降过程中，与钢轨接触定位，是设备下降到位的接触限位；定位传感器36通过螺栓与定位板35 连接，在定位板35与钢轨接触后，定位传感器36触发到位信号，传递到上位机控制系统，以便进行后续作业。

所述线激光扫描检测机构5包括扫描系统支座51，线激光扫描仪固定板52和线激光扫描仪53；扫描系统支座51，主要起支座和连接的作用，该零件顶部通过螺栓固定与扫描运动机构4中的模组连接，内部通过螺栓与线激光扫描仪固定板52连接；线激光扫描仪固定板52，一端面通过螺栓与扫描系统支座51连接，另一端面通过螺栓与线激光扫描仪53连接，对线激光扫描仪53有调整定位的作用；线激光扫描仪53，通过螺栓固定在线激光扫描仪固定板52，主要对钢轨进行线激光扫描，并将数据传递到数据采集卡。

所述线激光扫描检测机构5包括两个线激光扫描仪，分别为左线激光扫描仪511和右线激光扫描仪512。

本方案的测量仪进行检测的作业流程，包括：

步骤一，点击“启动”按钮，设备执行自动扫描流程；

步骤二，液压升降机构下降；通过液压升降机构1将横梁2 从初位置移动至轨道扫描检测位置；由定位机构3中的传感器传递定位板与钢轨接触的信号，此时液压升降机构1保持当前位置不再下降；

步骤三，定位机构定位固定；定位机构3中的定位板与钢轨接触的传感器信号触发后，也即代表位置已定位，定位机构3固定气爪进执行夹紧动作进行钢轨固定，并传递钢轨固定信号；

步骤四，扫描运动机构运动；控制卡收到钢轨固定信号后，扫描运动机构4进行X轴方向的运动，并通过数据采集卡记录光栅尺X向坐标数据；

步骤五，线激光扫描检测系统扫描；在扫描运动机构运动过程中，数据采集卡实时采集线激光扫描仪的数据，生成左、右两组线激光扫描仪数据；

步骤六，扫描结束释放固定气爪；

步骤七，液压升降机构上升，设备恢复初位置；

步骤八，数据处理；由采集卡生成的3组数据具有已经标定的对应关系，X向坐标数据与左线激光扫描数据相对应，通过非线性拟合生成钢轨轨头左半部分轮廓，X向坐标数据与右线激光扫描数据相对应，通过非线性拟合生成钢轨轨头右半部分轮廓；再根据X向坐标数据将两部分钢轨轨头轮廓数据进行融合，采用滤波算法剔除干扰值，并对重合部分数据进行最优解取值，以轨腰处为基准点，旋转、拼接生成完整的钢轨轨头三维模型，再将钢轨轨头三维模型进行平移、旋转后与标准钢轨三维模型同时体现在坐标系下；

步骤九，显示区域输出扫描结果；显示屏同时显示生成的钢轨轨头三维模型和标准钢轨三维模型，同时显示数字化对比结果，能得到任何位置处与标准轮廓的差异值；

步骤十，单次作业完成。

所述数据采集卡实时采集各向数据，包括由扫描运动机构4 中光栅尺生成的X向的坐标数据；线激光扫描检测系统5中两个线激光扫描仪生成的Y向坐标及Z向坐标的数据。

数据采集卡，采集到的数据分为3组数据分别为，X向坐标数据，左线激光扫描仪坐标数据和右线激光扫描仪坐标数据；3组数据经上位机进行数据处理，其中X向坐标数据与左线激光扫描仪坐标数据，通过非线性拟合生成钢轨轨头左半部分轮廓；X向坐标数据与右线激光扫描仪坐标数据，通过非线性拟合生成钢轨轨头右半部分轮廓；最后将两部分轮廓数据以轨腰处为基准点，旋转、拼接生成完整的钢轨断面轮廓三维模型，具体参见图10。

本实用新型主要包括机械模块、电气控制模块和软件模块。机械模块为设备的硬件本体，是完成运动动作的执行部分；电气控制模块为设备的控制中心，是控制运动动作的中枢部分；软件模块为设备的人机交互界面，是进行数据处理和显示的操作部分。

机械模块中液压升降机构1中的液压缸上端通过法兰固定在机车底部，下端与横梁2相连，横梁2两端分别固定有定位机构3，横梁2下部分则与扫描运动机构4相连，扫描运动机构4中的直线模组上固定有线激光扫描检测机构5，可实现线激光扫描检测机构5沿钢轨方向的运动。

液压升降机构1还包括液压控制阀、液压锁液压管路及附件。液压缸为设备升降的执行元件，液压缸上端通过法兰固定在机车底部，下端与横梁2相连，通过控制系统控制液压缸，可实现检测设备的升降并使定位板与钢轨柔性接触。

横梁2是设备的主要支架，承载着液压升降机构1、定位机构 3及扫描运动机构4。

液压升降机构工作原理，如附图3所示，设备初始位置时，液压缸处于缩回状态，此时液压锁控制阀失电，液压锁关闭，使液压缸保持缩回状态；当上位机控制系统发出“启动”指令，液压锁控制阀得电，液压锁开通；液压缸换向阀换向，使进油口油进入液压缸无杆腔，此时液压缸开始伸出，设备开始下降，当设备下降到位后，液压缸换向阀处于中位，液压缸保持伸出状态；线激光扫描检测系统扫描完毕后，液压缸换向阀换向，使进油口油进入液压缸有杆腔，此时液压缸开始缩回，设备开始上升，当液压缸上升到位后，液压锁控制阀失电，液压锁关闭，使液压缸保持缩回状态，设备保持初状态。

定位机构3主要由定位板、固定气爪及传感器组成，定位板主要是与钢轨接触进行定位，确定检测设备的Z向坐标系统，固定气爪主要是将钢轨与设备固定，并使设备与钢轨对中，确定Y 向坐标系统，传感器主要传递定位板与钢轨接触的信号。

扫描运动机构4：主要由伺服电机、直线模组及光栅尺组成，可实现线激光扫描系统沿钢轨方向的运动，即X轴方向的运动，并能记录X向坐标数据，用于进一步生成钢轨三维模型。

线激光扫描检测机构5：主要有两个线激光扫描仪组成，可通过两个线激光扫描仪，生成Y向坐标及Z向坐标的数据，在运功系统的作用下结合X向坐标数据，进一步生成钢轨三维模型。

在工作过程中整个电气控制模块部分完成对设备的运行、定位、检测扫描、恢复初位置等一系列动作。工作时，通过液压升降机构1将横梁2从初位置移动至轨道扫描检测位置。由定位机构3中的传感器传递定位板与钢轨接触的信号，此时液压升降机构1保持当前位置不再下降。再由横梁2两端的定位机构3中的定位板和固定气爪进行位置定位和固定，此时线激光扫描检测系统5落位，开始扫描检测。由扫描运动机构4进行X轴方向的运动，并通过光栅尺记录X向坐标数据反馈至软件模块部分，扫描过程中，线激光扫描检测系统5中的两个线激光扫描仪完成对钢轨的扫描检测，生成Y向坐标及Z向坐标的数据反馈至软件模块部分，扫描结束后，设备恢复初位置，软件模块部分显示分析结果。

软件模块部分主要是进行数据处理和显示的操作部分。当到达指定的检测位置后通过人机交互界面操作可完成对轨道钢轨的扫描检测工作，各步骤操作完成均有提示。点击“启动”按钮执行自动扫描流程：启动→液压升降机构下降→定位机构定位固定→扫描运动机构运动→线激光扫描检测系统扫描→扫描结束释放固定气爪→液压升降机构上升→设备恢复初位置→显示区域输出扫描结果；点击“停止”按钮，可在自动扫描流程任意位置停止设备动作；点击“停止”后可通过点击“恢复初位置”按钮，使设备回到初始位置；按钮“扫描”、“气爪释放”“手动升降”均为手动分步动作按钮。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

本实用新型提供了一种线激光钢轨轮廓精度测量仪，该设备安装简单，使用方便，能够对钢轨进行三维重建模型，分析钢轨的各种常见病害。这些常见的病害包括：波浪磨耗、侧面磨耗、不平顺度、掉块及压溃凹陷等。

Claims (7)

1.一种线激光钢轨轮廓精度测量仪，其特征在于：包括机械模块、电气控制模块和软件模块；

所述机械模块包括液压升降机构(1)、横梁(2)、定位机构(3)、扫描运动机构(4)和线激光扫描检测机构(5)；所述液压升降机构(1)上端和机车相连，下端连接所述横梁(2)；所述横梁(2)用于承载所述定位机构(3)和所述扫描运动机构(4)，所述定位机构(3)设置于所述横梁(2)的两端，所述扫描运动机构(4)设置于所述横梁(2)的底部，所述扫描运动机构(4)设置有滑轨(41)，所述线激光扫描检测机构(5)活动安装至所述滑轨(41)上。

2.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述液压升降机构(1)包括上连接法兰(11)、液压缸(12)和下连接法兰(13)；其中，上连接法兰(11)通过螺栓与机车车底架固定；液压缸(12)在液压动力的作用下，可实现升降功能；下连接法兰(13)通过螺栓与横梁(2)固定。

3.如权利要求2所述的测量仪，其特征在于：所述液压缸下端设置有连接端头，所述横梁(2)顶部设置有安装座(21)，所述连接端头安装于所述安装座(21)上。

4.如权利要求3所述的测量仪，其特征在于：所述横梁(2)上设置有一个或者一个以上的所述液压缸。

5.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述定位机构(3)包括固定气爪座(31)、固定气爪(32)、固定连接指(33)、固定夹指(34)、定位板(35)和定位传感器(36)；固定气爪座(31)主要起连接支座的作用，端面通过螺栓与横梁(2)连接，底面通过螺栓与固定气爪(32)连接；固定气爪(32)两侧各安装有固定连接指(33)，固定气爪(32)在气动作用下，完成设备对钢轨的固定和释放动作；固定连接指(33)主要起连接作用，一端通过螺栓与固定气爪(32)连接，另一段通过螺栓与固定夹指(34)连接；固定夹指(34)经热处理后硬度较高，直接与钢轨接触，并对钢轨进行固定；定位板(35)通过螺栓与固定气爪座(31)连接，设备下降过程中，与钢轨接触定位，是设备下降到位的接触限位；定位传感器(36)通过螺栓与定位板(35)连接，在定位板(35)与钢轨接触后，定位传感器(36)触发到位信号，传递到上位机控制系统，以便进行后续作业。

6.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述线激光扫描检测机构(5)包括扫描系统支座(51)，线激光扫描仪固定板(52)和线激光扫描仪(53)；扫描系统支座(51)，主要起支座和连接的作用，该零件顶部通过螺栓固定与扫描运动机构(4)中的模组连接，内部通过螺栓与线激光扫描仪固定板(52)连接；线激光扫描仪固定板(52)，一端面通过螺栓与扫描系统支座(51)连接，另一端面通过螺栓与线激光扫描仪(53)连接，对线激光扫描仪(53)有调整定位的作用；线激光扫描仪(53)，通过螺栓固定在线激光扫描仪固定板(52)，主要对钢轨进行线激光扫描，并将数据传递到数据采集卡。

7.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述线激光扫描检测机构(5)包括两个线激光扫描仪，分别为左线激光扫描仪(511)和右线激光扫描仪(512)。

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