CN216891811U - 一种钢轨轨底表面检测打磨设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种钢轨轨底表面检测打磨设备，本实用新型包括载物小车、打磨机械臂和视觉检测模块；所述打磨机械臂安装在载物小车上，所述视觉检测模块固定在打磨机械臂的第四节机械臂末端；装置工作过程中，小车沿着备检钢轨前进，打磨机械臂可以调整为检测姿态，使得视觉检测模块正面朝向钢轨的底部，成像后通过图像处理的方法提取外观缺陷；发现缺陷后，对缺陷部位进行定位，机械臂调整为打磨姿态，使视觉检测模块背向轨底，模块中的旋转底座旋转90°，使得相机与光源收纳到保护外壳中，并对轨底缺陷部位进行打磨操作。本实用新型具有自动化程度高、检测精度和效率好、视觉检测模块防尘效果好，检测结果可保存的特点。

Description

一种钢轨轨底表面检测打磨设备

技术领域

本实用新型涉及一种用于钢轨处理的设备，特别涉及一种钢轨轨底表面检测打磨设备。

背景技术

钢轨是轨道交通建设中最基础的部分，在钢轨的生产过程中，会因为加工工艺、生产环境和操作人员的原因，导致钢轨底面出现裂纹、轧痕、压痕和划伤等缺陷。这些缺陷降低了钢轨轨底的表面质量，降低钢轨的性能。在使用过程中，钢轨会受到车轮的压力，存在的这些缺陷会逐渐向内部扩展，严重时可造成钢轨断裂，因此，及早发现并处理这些缺陷具有十分重要的意义。

通常情况下，钢轨S2通过钢轨支架S1支撑在车间里(如图1所示)，目前在钢厂中，主要是人工对钢轨轨底进行检测和处理。工人以目视检测的方式检查钢轨轨底是否存在裂纹、压痕等缺陷，在发现缺陷后，再将缺陷部位用手持打磨机打磨平整。

对于所述的检测和处理的方式，存在不足之处。首先，人工检测的检测结果具有主观性，并且与检测人的经验相关；其次，长时间的检测会造成人眼疲劳，效率低下，还可能会存在漏检的情况；最后，钢轨是放在支架上等待检测的，工作人员在对钢轨轨底检测和打磨的时候，需要长时间仰头，打磨产生的灰尘也会对工作人员的健康造成影响。

实用新型内容

为了解决所述存在的问题，本实用新型提出了一种钢轨轨底表面检测打磨设备。

具体技术方案如下：

一种钢轨轨底表面检测打磨设备，包括载物小车、打磨机械臂和视觉检测模块；

载物小车包括小车车身，在小车车身前后分别转动安装有第一转动轴和第二转动轴，在第一转动轴和第二转动轴的两端均安装有车轮，车轮与地轨滑动接触，在第一转动轴上安装有第一传动齿轮，小车驱动电机固定安装在小车车身的下方，所述小车驱动电机位于第一转动轴和第二转动轴之间，小车驱动电机的输出轴与减速器的输入轴相连接，减速器的输出轴上安装有第二传动齿轮，第一传动齿轮与第二传动齿轮相互啮合，显示屏安装在小车车身的侧面，控制主机安置于小车车身底部；

打磨机械臂包括底座，所述底座通过螺栓固定安装在所述小车车身之上，所述小车车身上表面开设有凹槽，第一电机安装在所述底座的下方，且所述第一电机嵌设在所述凹槽内，所述第一电机的输出轴穿过所述底座，且其输出轴的端部连接有第一节机械臂，所述第一节机械臂侧面安装有第二电机，所述第二电机的输出轴穿过所述第一节机械臂，且其输出轴的端部连接有第二节机械臂，所述第二节机械臂的侧面安装有第三电机，所述第三电机的输出轴穿过所述第二节机械臂，且其输出轴的端部连接有第三节机械臂，第四电机内置安装在第三节机械臂内，所述第四电机的输出端连接第四节机械臂，所述第四节机械臂末端连接有机械臂支座和视觉检测模块，所述机械臂支座呈U形结构，第五节机械臂转动连接在所述机械臂支座上，所述机械臂支座的侧面安装有第五电机，所述第五电机的输出轴与所述第五节机械臂的转轴相连，所述第五节机械臂上固定安装打磨电机，所述打磨电机的输出轴连接砂轮。

视觉检测模块，包括一个呈圆柱形的空心保护外壳，在保护外壳底部的圆心部位设置有一个马达，马达的输出端连接旋转底，旋转底座整体处于保护外壳之中，在旋转底座上开有两个圆心角为45°的扇形结构的凹槽，对称分布在旋转底座上，在两个凹槽中均安装相机和光源，保护壳的顶部开有和凹槽相同形状的开口。

进一步地，所述控制主机外部设置有保护箱，控制主机与所述显示屏和检测打磨组件使用信号线连接。

进一步地，在打磨电机输出轴上安装有压力传感器。

进一步地，所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机均为步进电机。

一种钢轨底面检测和打磨方法，包括如下步骤：

步骤1)，首先打磨机械臂进行姿态调整，第一电机驱动第一节机械臂旋转，使得第四节机械臂与待检钢轨的摆放方向平行；其次，第二节机械臂和第三节机械臂分别在相应的电机驱动下，调整一定的角度，使得视觉检测组件与钢轨底面之间保持合适的距离，从而使相机能接收到钢轨底面完整的图像；接下来，第四电机驱动第四节机械臂旋转，使视觉检测组件正对钢轨底面，方便成像；

步骤2)，视觉检测模块中的马达开始旋转，驱动旋转底座中的凹槽正好对应保护外壳的开口，使光源发出的光能照射到钢轨底面上，反射的光能够被相机接收,由于保护外壳开口的方向设计，两组相机在检测时能够检测更宽的范围；

步骤3)，在打磨机械臂和视觉检测组件完成姿态调整后，载物小车的小车驱动电机开始启动，经过减速器、齿轮的动力传导，在车轮与地轨之间摩擦力的作用下，装置整体沿着地轨前进，对待检钢轨的底面进行完整的检测；

步骤4)，通过视觉检测组件采集的图像数据会传输回位于小车车身底部的控制主机中进行实时的图像处理，分析钢轨底面是否存在缺陷，图像处理的结果会以日志形式存放于主机之中，便于工作人员调用查看。

步骤5)，在发现缺陷后，小车驱动电机暂停工作，装置停止前进；通过分析缺陷在图像上的位置，对现实中钢轨表面的缺陷进行定位，随后控制第四节机械臂旋转180°，使得视觉检测模块背向钢轨表面，马达旋转，带动旋转底座旋转90°，使旋转底座的凹槽收纳到保护外壳中，防止打磨产生的灰尘污染相机镜头和光源；

步骤6)，打磨机械臂中各个机械臂旋转合适的角度，使砂轮与钢轨底面缺陷部位接触，随之打磨电机启动，对缺陷部位进行打磨，在进行打磨的过程中，第五电机驱动第五节机械臂转动，调整砂轮与钢轨的底面的角度，提高打磨的质量。

步骤7)，打磨完成后，重复所述装置检测时的动作，对未检测的钢轨底面继续检测，直至所有钢轨底面检测和打磨完成。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型可在无人的状态下正常工作，装置可实现对预设检测区间内钢轨底面的实时动态检测，及时发现钢轨底面存在的缺陷，并且对缺陷部位进行打磨。

2.本实用新型的视觉检测模块由于其机构设计，使得装置在打磨的过程中，有效防止打磨产生的粉尘弄脏摄像机镜头和光源。

3.本实用新型检测模块检测出异常后，会自动保存缺陷位置的图像并且记录缺陷位置，以日志文件的形式保存在控制主机中，可供工作人员随时调用查看。

附图说明

以下附图中：

图1为钢轨底面检测和打磨系统示意图；

图2为装置的整体结构示意图；

图3为载物小车结构示意图；

图4为打磨机械臂和视觉检测模块的结构示意图；

图5为视觉检测模块保护外壳结构示意图；

图6为视觉检测模块旋转底座结构示意图；

图7为视觉检测模块的剖视图；

图8为处于表面检测状态时装置结构示意图；

图9为处于打磨状态时装置结构示意图；

图中：

S1钢轨支架，S2钢轨，S3钢轨底面检测和打磨装置；1载物小车、2打磨机械臂、3视觉检测模块；101地轨、102小车车身、103显示屏、104车轮、105第一转动轴、106第二转动轴、107小车驱动电机、108第二传动齿轮、109第一传动齿轮、110减速器、111控制主机；201第一电机、202为底座、203第一节机械臂、204第二电机、205第二节机械臂、206第三电机、207第三节机械臂、208第四节机械臂、209机械臂支座、210第五节机械臂、211打磨电机、212第五电机、213压力传感器、214砂轮；301保护外壳、302相机、303马达、304旋转底座、305为光源；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本实施例提供了一种钢轨轨底表面检测打磨设备S3，如图2所示，包括载物小车1、打磨机械臂2和视觉检测模块3；

如图3所示，载物小车1包括小车车身102，在小车车身前后分别转动安装有第一转动轴105和第二转动轴106，在第一转动轴105和第二转动轴106的两端均安装有车轮104，车轮与地轨101滑动接触，在第一转动轴105上安装有第一传动齿轮109，小车驱动电机107固定安装在小车车身102的下方,所述小车驱动电机107位于第一转动轴105和第二转动轴106之间，小车驱动电机107的输出轴与减速器110的输入轴相连接，减速器110的输出轴上安装有第二传动齿轮108，第一传动齿轮109与第二传动齿轮108相互啮合，显示屏103安装在小车车身102的侧面，控制主机111安置于小车车身102底部；

如图4所示，打磨机械臂2包括底座202，所述底座202通过螺栓固定安装在所述小车车身102之上，所述小车车身102上表面开设有凹槽，第一电机201安装在所述底座202的下方，且所述第一电机201嵌设在所述凹槽内，所述第一电机201的输出轴穿过所述底座202，且其输出轴的端部连接有第一节机械臂203，所述第一节机械臂203侧面安装有第二电机204，所述第二电机204的输出轴穿过所述第一节机械臂203，且其输出轴的端部连接有第二节机械臂205，所述第二节机械臂205的侧面安装有第三电机206，所述第三电机206的输出轴穿过所述第二节机械臂205，且其输出轴的端部连接有第三节机械臂207，第四电机(图4中未示出)内置安装在第三节机械臂207内，所述第四电机的输出端连接第四节机械臂208，所述第四节机械臂208末端连接有机械臂支座209和视觉检测模块3，所述机械臂支座209呈U形结构，第五节机械臂210转动连接在所述机械臂支座209上，所述机械臂支座209的侧面安装有第五电机212，所述第五电机212的输出轴与所述第五节机械臂210的转轴相连，所述第五节机械臂210上固定安装打磨电机211，所述打磨电机211的输出轴连接砂轮214。具体地，打磨机械臂2中的第一电机201、第二电机204、第三电机206、第四电机和第五电机212均为步进电机，以便于控制机械臂的旋转角度。主要的工作部位是打磨使用的砂轮214；在打磨电机输出轴上安装有压力传感器，可以检测砂轮是否接触到钢轨底面。

如图5和图6所示，视觉检测模块3，包括一个呈圆柱形的空心保护外壳301，在保护外壳301底部的圆心部位设置有一个马达303，马达303的输出端连接旋转底座304，旋转底座304整体处于保护外壳301之中，在旋转底座304上开有两个圆心角为45°的扇形结构的凹槽，对称分布在旋转底座304上，在两个凹槽中均安装相机302和光源305，保护壳301的顶部开有和凹槽相同形状的开口。

所述控制主机111外部设置有保护箱，控制主机111与所述显示屏103、打磨机械臂2、视觉检测模块3使用信号线连接，实现对装置的整体控制；

在装置进行检测时，如图7所示，在图中，将待检钢轨底面S2抽象为一块薄板。

一种钢轨底面检测和打磨方法，包括如下步骤：

步骤1)，首先打磨机械臂2进行姿态调整，第一电机201驱动第一节机械臂203旋转，使得第四节机械臂208与待检钢轨的摆放方向平行；其次，第二节机械臂205和第三节机械臂207分别在相应的电机驱动下，调整一定的角度，使得视觉检测组件3与钢轨底面之间保持合适的距离，从而使相机302能接收到钢轨底面S2完整的图像；接下来，第四电机驱动第四节机械臂208旋转，使视觉检测组件3正对钢轨底面，方便成像；

步骤2)，视觉检测模块3中的马达303开始旋转，驱动旋转底座304中的凹槽正好对应保护外壳301的开口，使光源305发出的光能照射到钢轨底面上，反射的光能够被相机302接收,由于保护外壳开口的方向设计，两组相机在检测时能够检测更宽的范围；

步骤3)，在打磨机械臂2和视觉检测组件3完成姿态调整后，载物小车1的小车驱动电机107开始启动，经过减速器110、齿轮的动力传导，在车轮104与地轨101之间摩擦力的作用下，装置整体沿着地轨101前进，对待检钢轨的底面S2进行完整的检测；

步骤4)，通过视觉检测组件3采集的图像数据会传输回位于小车车身102底部的控制主机111中进行实时的图像处理，分析钢轨底面S2是否存在缺陷，图像处理的结果会以日志形式存放于主机111之中，便于工作人员调用查看。

步骤5)，在发现缺陷后，小车驱动电机107暂停工作，装置停止前进；通过分析缺陷在图像上的位置，对现实中钢轨表面的缺陷进行定位，随后控制第四节机械臂208旋转180°，使得视觉检测模块3背向钢轨表面，马达303旋转，带动旋转底座304旋转90°，使旋转底座304的凹槽收纳到保护外壳中，防止打磨产生的灰尘污染相机302镜头和光源305；

步骤6)，打磨机械臂2中各个机械臂旋转合适的角度，使砂轮214与钢轨底面缺陷部位接触，随之打磨电机211启动，对缺陷部位进行打磨，在进行打磨的过程中，第五电机212驱动第五节机械臂210转动，调整砂轮214与钢轨的底面的角度，提高打磨的质量。

步骤7)，打磨完成后，重复所述装置检测时的动作，对未检测的钢轨底面继续检测，直至所有钢轨底面检测和打磨完成。

以上所述的实施例仅是本实用新型的最佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种钢轨轨底表面检测打磨设备，包括载物小车(1)、打磨机械臂(2)和视觉检测模块(3)；其特征在于：

载物小车(1)包括小车车身(102)，在小车车身前后分别转动安装有第一转动轴(105)和第二转动轴(106)，在第一转动轴(105)和第二转动轴(106)的两端均安装有车轮(104)，车轮与地轨(101)滑动接触，在第一转动轴(105)上安装有第一传动齿轮(109)，小车驱动电机(107)固定安装在小车车身(102)的下方，所述小车驱动电机(107)位于第一转动轴(105)和第二转动轴(106)之间，小车驱动电机(107)的输出轴与减速器(110)的输入轴相连接，减速器(110)的输出轴上安装有第二传动齿轮(108)，第一传动齿轮(109)与第二传动齿轮(108)相互啮合，显示屏(103)安装在小车车身(102)的侧面，控制主机(111)安置于小车车身(102)底部；

打磨机械臂(2)包括底座(202)，所述底座(202)通过螺栓固定安装在所述小车车身(102)之上，所述小车车身(102)上表面开设有凹槽，第一电机(201)安装在所述底座(202)的下方，且所述第一电机(201)嵌设在所述凹槽内，所述第一电机(201)的输出轴穿过所述底座(202)，且其输出轴的端部连接有第一节机械臂(203)，所述第一节机械臂(203)侧面安装有第二电机(204)，所述第二电机(204)的输出轴穿过所述第一节机械臂(203)，且其输出轴的端部连接有第二节机械臂(205)，所述第二节机械臂(205)的侧面安装有第三电机(206)，所述第三电机(206)的输出轴穿过所述第二节机械臂(205)，且其输出轴的端部连接有第三节机械臂(207)，第四电机内置安装在第三节机械臂(207)内，所述第四电机的输出端连接第四节机械臂(208)，所述第四节机械臂(208)末端连接有机械臂支座(209)和视觉检测模块(3)，所述机械臂支座(209)呈U形结构，第五节机械臂(210)转动连接在所述机械臂支座(209)上，所述机械臂支座(209)的侧面安装有第五电机(212)，所述第五电机(212)的输出轴与所述第五节机械臂(210)的转轴相连，所述第五节机械臂(210)上固定安装打磨电机(211)，所述打磨电机(211)的输出轴连接砂轮(214)；

视觉检测模块(3)，包括一个呈圆柱形的空心保护外壳(301)，在保护外壳(301)底部的圆心部位设置有一个马达(303)，马达(303)的输出端连接旋转底座(304)，旋转底座(304)整体处于保护外壳(301)之中，在旋转底座(304)上开有两个圆心角为45°的扇形结构的凹槽，对称分布在旋转底座(304)上，在两个凹槽中均安装相机(302)和光源(305)，保护外壳(301)的顶部开有和凹槽相同形状的开口。

2.如权利要求1所述的一种钢轨轨底表面检测打磨设备，其特征在于，所述控制主机外部设置有保护箱，控制主机与所述显示屏和检测打磨组件使用信号线连接。

3.如权利要求1所述的一种钢轨轨底表面检测打磨设备，其特征在于，在所述打磨电机输出轴上安装有压力传感器。

4.如权利要求1所述的一种钢轨轨底表面检测打磨设备，其特征在于，进一步地，所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机均为步进电机。

Images