WO2009074058A1 - Dispositif et procédé pour tester des voies de chemin de fer par laser - Google Patents

Description

利用激光检测铁路路轨的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种检测线路的测量设备， 特别是涉及一种利用激光检测铁路路轨的装置及 方法。

背景技术

目前检测铁路路轨的直线性， 主要是靠人眼观察和判断， 然后利用撬杠等工具进行修正， 由于靠人眼判读就造成不可避免的人为误差， 而且检测中间环节比较多， 受人为因素影响太 大， 精度较低。 而在测量弦高时传统的办法是靠拉钢丝， 再由尺去测量出最大弦高， 由于测 量时人工对正， 人眼判读， 而且由于钢丝的自重引起的下挠， 这种方法必须考虑修正值， 比 较麻烦， 再加上环境影响和测量中间环节比较多， 受人为因素影响较大， 测量数据主观性大， 精度较低。 随着火车的不断提速， 对铁路路轨的直线性和弦高的要求大幅提高， 随之对检测 精度的要求也大幅提高， 原先传统的检测方法已经不能满足需要。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足问题， 提供一种利用激光检测铁路路轨的装置， 结构简单合 理， 易操作， 精度高。 另外还提供一种利用激光检测铁路路轨的方法， 方法简单， 精度高、 测 量效率高。

本发明利用激光检测铁路路轨的装置， 包括激光发射器、 定位接收光靶， 所述激光发射 器包括底座、 调整系统、 操作系统、 显示系统、 外壳及把手， 所述激光发射器底部装有与底 座底面垂直的水平旋转轴， 所述激光发射器中部装有与底座底面平行的纵向旋转轴， 所述纵 向旋转轴上垂直装有激光发射体， 所述激光发射体包括激光发射体外壳、 激光器， 其中还包 括位于所述激光发射器和所述定位接收光靶之间的测量靶和图像无线接收装置， 所述定位接 收光靶还包括摄像装置和摄像发射装置， 所述激光发射体内部还装有空间位相调制器， 所述 空间位相调制器的透镜组一端与激光器固定， 所述激光器与空间位相调制器共轴， 该轴为激 光线轴， 所述激光线轴、 水平旋转轴、 纵向旋转轴三轴线共点， 该点为激光出射点 c， 所述定 位接收光靶的靶面 A上设有环形分划线， 所述环形分划线的中心点为 a， 定位接收光靶的下部 与光靶底座的上端固定连接， 光靶底座的下端装有光靶固定装置， 所述光靶底座相对光靶固 定装置可以水平旋转， 所述光靶固定装置上设有调平水泡， 所述测量靶的靶面 B上设有栅格分 划线， 所述栅格分划线上设有一个标准测量点 b， 测量靶的一侧装有与靶面 B共面的直尺， 直 尺上装有可滑动分划板， 测量靶的下部与测量靶底座的上端固定连接， 测量靶底座的下端装 有测量靶固定装置， 所述测量靶固定装置垂直装有铁路轨距尺， 所述铁路轨距尺与直尺平行， 所述靶面4、 靶面 B和滑动分划板的材料为透明或半透明材料。

本发明利用激光检测铁路路轨的装置，其中所述激光出射点 c位于激光发射器固定装置与 铁路路轨内侧面相接触平面的延展面上，所述中心点 a位于光靶固定装置与铁路路轨内侧面相 接触平面的延展面上，所述测量标准点 b位于测量靶固定装置与铁路路轨内侧面相接触平面的 延展面上。

本发明利用激光检测铁路路轨的装置， 当激光发射器、 定位接收光靶和测量靶安装在铁 路路轨上时， 激光出射点 c、 中心点 a和测量标准点 b至铁路路轨顶面距离相等。

本发明利用激光检测铁路路轨的装置， 其中所述靶面 A前端设有滤光片， 所述滤光片为窄 带滤光片。

本发明利用激光检测铁路路轨的装置， 其中所述摄像装置为 CCD或 CMOS摄像头。

本发明利用激光检测铁路路轨的方法， 包括以下步骤：

(一） 选择铁路路轨内侧面上的两个点作为基准点， 利用激光发射器固定装置将激光发 射器安装在第一基准点上， 此时激光出射点 c与第一基准点的路轨内侧面对齐， 利用光靶固定 装置将定位接收光靶安装在第二基准点上，此时环形分划线的中心点 a与第二基准点的路轨内 侧面对齐， 激光出射点 c和中心点 a相对于路轨顶面等高， 第一基准点和第二基准点的连线构 成基准线；

(二） 打开图像无线接收装置， 根据接收到的定位接收光靶的图像调整激光发射器的调 整系统， 改变激光发射器发射激光的倾角和水平方向， 使激光光斑打在环形分划线的中心点 a 上， 此时激光线轴与基准线在同一铅垂面上；

(三）利用测量靶固定装置将测量靶安装在待测点的铁路路轨上， 此时标准测量点 b与待 测点的路轨内侧面对齐， 标准测量点 b相对于路轨顶面的高度与激光出射点 c和中心点 a相等；

(四）根据激光在靶面 B上显示的位置相对于标准测量点 b的水平距离 m， 纵向距离 n得 出各测量点相对基准线的水平偏差为 m、 纵向偏差为 n， 根据激光在滑动分划板显示的位置相 对于测量点 b的距离 X得出该测量点的弦高为 x。

本发明与传统方法相比具有显著的特点： 采用激光进行测量， 激光发射器给出基准线， 再由定位接收光靶完成点定位， 光斑经过摄像传输的发射和无线接收装置， 直接由操作者根 据显示器接收的图像进行微调， 大大的避免了原先只靠人眼判读所带来的误差， 准确性高， 效率高。 本发明设备简单易操作， 激光发射体是激光发射部分， 它带有空间位相调制器 （专 利号为 CN97225486), 发出的激光光斑为环状， 其中心亮点能保证激光线准确对准定位接收 光靶中心， 且在整个工作范围内无需调焦， 提高了精度。 定位接收光靶完成环状光斑的接收， 同时通过摄像发射装置将光斑传输给给图象无线接收装置， 再经过测量靶和它们之间进行对 比， 从而完成测量任务， 使测量精度也大大提高。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图 1为本发明利用激光检测铁路路轨的装置及方法的示意图；

图 2为激光发射器结构示意图。

具体实施方式

如图 1和图 2所示， 本发明利用激光检测铁路路轨的装置， 包括激光发射器 1、 定位接收光 靶 2， 激光发射器包括底座 27、 调整系统、 操作系统、 显示系统、 外壳 16及把手， 激光发射器 1底部装有与底座 27底面垂直的水平旋转轴 15， 激光发射器 1中部装有与底座 27底面平行的纵 向旋转轴 8， 纵向旋转轴 8上垂直装有激光发射体 9， 激光发射体 9包括激光发射体外壳 10、 激 光器 13，其中还包括位于激光发射器 1和所述定位接收光靶 2之间的测量靶 3和图像无线接收装 置 6， 定位接收光靶 2还包括摄像装置 4和摄像发射装置 5， 摄像装置 4为 CCD或 CMOS摄像头， 激 光发射体 9内部还装有空间位相调制器 11 (专利号为 CN97725486 ), 空间位相调制器 11的透镜 组 12—端与激光器 13固定， 激光器 13与空间位相调制器 11共轴， 该轴为激光线轴 14， 激光线 轴 14、 水平旋转轴 15、 纵向旋转轴 8三轴线共点， 该点为激光出射点 c， 定位接收光靶 2的靶面 A上设有环形分划线 24， 环形分划线 24的中心点为 a， 定位接收光靶 2的下部与光靶底座 25的上 端固定连接， 光靶底座 25的下端装有光靶固定装置 21， 光靶底座 25相对光靶固定装置 21可以 水平旋转， 光靶固定装置 21上设有调平水泡 26， 测量靶 3的靶面 B上设有栅格分划线 7， 栅格分 划线 7上设有一个标准测量点 b， 测量靶 3的一侧装有与靶面 B共面的直尺 20， 直尺 20上装有可 滑动分划板 18， 测量靶 3的下部与测量靶底座 28的上端固定连接， 测量靶底座 28的下端装有测 量靶固定装置 22， 测量靶固定装置 22垂直装有铁路轨距尺 19， 铁路轨距尺 19与直尺 20平行， 靶面 A、靶面 B和滑动分划板 18的材料为透明或半透明材料， 靶面 A前端设有滤光片 23， 所述滤 光片 23为窄带滤光片， 可以阻止背景光通过， 只允许激光束一个小范围波长的激光通过。 本发明在产品设计上还要保证两个方面： 一是激光出射点 c位于激光发射器固定装置 17 与铁路路轨内侧面相接触平面的延展面上，中心点 a位于光靶固定装置 21与铁路路轨内侧面相 接触平面的延展面上，测量标准点 b位于测量靶固定装置 22与铁路路轨内侧面相接触平面的延 展面上； 二是当激光发射器 1、 定位接收光靶 2和测量靶 3安装在铁路路轨上时， 激光出射点 c、 中心点 a和测量标准点 b至铁路路轨顶面距离相等。

利用上述装置检测铁路路轨的方法， 操作过程如下：

首先选择铁路路轨内侧面上的两个点作为基准点， 利用激光发射器固定装置 17将激光发 射器 1安装在第一基准点上， 此时激光出射点 c与第一基准点的路轨内侧面对齐， 利用光靶固 定装置 21将定位接收光靶 2安装在第二基准点上， 此时环形分划线 24的中心点 a与第二基准点 的路轨内侧面对齐， 激光出射点 c和中心点 a相对于路轨顶面等高， 第一基准点和第二基准点 的连线构成基准线。

接着打开图像无线接收装置 6，根据接收到的定位接收光靶 2的图像调整激光发射器 1的调 整系统， 改变激光发射器 1发射激光的倾角和水平方向， 使激光光斑打在环形分划线 24的中心 点 a上， 此时激光线轴 14与基准线在同一铅垂面上。

然后利用测量靶固定装置 22将测量靶 3安装在待测点的铁路路轨上， 此时标准测量点 b与 待测点的路轨内侧面对齐， 标准测量点 b相对于路轨顶面的高度与激光出射点 c和中心点 a相 等。 最后根据激光在靶面 B上显示的位置相对于标准测量点 b的水平距离 m， 纵向距离 n得出该 测量点相对基准线的水平偏差为 m、 纵向偏差为 n， 当测量铁路路轨弯曲部分的弦高时， 根据 激光在滑动分划板 18显示的位置相对于测量点 b的距离 X直接得出该测量点的弦高为 x，一般每 隔 5米采样一次， 从而得出各测量点相对基准线的水平和纵向偏差， 或者找出铁路路轨弯曲部 分的最大弦高。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述， 并非对本发明的范围进行 限定， 在不脱离本发明设计精神的前提下， 本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作 出的各种变形和改进， 均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

工业实用性

本发明利用激光检测铁路路轨的装置及方法， 主要应用于检测铁路路轨的直线性， 同样 也可应用在其他类似工程的直线性检测上， 本发明的检测装置结构简单， 使用方便， 利用该 检测装置的检测方法精度高， 效率高。

Claims

权 利 要 求

1、 一种利用激光检测铁路路轨的装置， 包括激光发射器（1)、 定位接收光靶（2)， 所述 激光发射器包括底座 （27)、 调整系统、 操作系统、 显示系统、 外壳 （16)及把手， 所述激光 发射器 （1)底部装有与底座 （27)底面垂直的水平旋转轴 （15)， 所述激光发射器 （1) 中部 装有与底座 （27)底面平行的纵向旋转轴 （8)， 所述纵向旋转轴 （8)上垂直装有激光发射体

(9)， 所述激光发射体 （9)包括激光发射体外壳 （10)、 激光器 （13)， 其特征在于： 还包括 位于所述激光发射器（1)和所述定位接收光靶（2)之间的测量靶（3)和图像无线接收装置

(6)， 所述定位接收光靶 （2) 还包括摄像装置 （4) 和摄像发射装置 （5)， 所述激光发射体

(9) 内部还装有空间位相调制器 （11)， 所述空间位相调制器 （11) 的透镜组 （12) —端与 激光器（13) 固定， 所述激光器（13)与空间位相调制器（11)共轴， 该轴为激光线轴（14)， 所述激光线轴 （14)、 水平旋转轴 （15)、 纵向旋转轴 （8)三轴线共点， 该点为激光出射点 c， 所述定位接收光靶（2) 的靶面 A上设有环形分划线 （24)， 所述环形分划线 （24) 的中心点为 a， 定位接收光靶 （2) 的下部与光靶底座 （25) 的上端固定连接， 光靶底座 （25) 的下端装 有光靶固定装置 （21)， 所述光靶底座 （25)相对光靶固定装置 （21)可以水平旋转， 所述光 靶固定装置 （21) 上设有调平水泡 （26)， 所述测量靶 （3) 的靶面 B上设有栅格分划线 （7)， 所述栅格分划线 （7) 上设有一个标准测量点 b， 测量靶 （3) 的一侧装有与靶面 B共面的直尺

(20)， 直尺 （20) 上装有可滑动分划板 （18)， 测量靶 （3) 的下部与测量靶底座 （28) 的上 端固定连接， 测量靶底座（28)的下端装有测量靶固定装置（22)， 所述测量靶固定装置（22) 垂直装有铁路轨距尺 （19)， 所述铁路轨距尺 （19) 与直尺 （20) 平行， 所述靶面4、 靶面 B 和滑动分划板 （18) 的材料为透明或半透明材料。

2、根据权利要求 1所述的利用激光检测铁路路轨的装置， 其特征在于： 所述激光出射点 c 位于激光发射器固定装置（17)与铁路路轨内侧面相接触平面的延展面上， 所述中心点 a位于 光靶固定装置（21)与铁路路轨内侧面相接触平面的延展面上， 所述测量标准点 b位于测量靶 固定装置 （22) 与铁路路轨内侧面相接触平面的延展面上。

3、根据权利要求 2所述的利用激光检测铁路路轨的装置，其特征在于：当激光发射器（1)、 定位接收光靶 （2) 和测量靶 （3) 安装在铁路路轨上时， 激光出射点 c、 中心点 a和测量标准 点 b至铁路路轨顶面距离相等。

4、根据权利要求 3所述的利用激光检测铁路路轨的装置， 其特征在于： 所述靶面 A前端设 有滤光片 （23)， 所述滤光片 （23 ) 为窄带滤光片。

5、根据权利要求 4所述的利用激光检测铁路路轨的装置，其特征在于：所述摄像装置（4) 为 CCD或 CMOS摄像头。

6、 一种利用激光检测铁路路轨的方法， 包括以下步骤：

(一） 选择铁路路轨内侧面上的两个点作为基准点， 利用激光发射器固定装置 （17 ) 将 激光发射器 （1 ) 安装在第一基准点上， 此时激光出射点 c与第一基准点的路轨内侧面对齐， 利用光靶固定装置 （21 ) 将定位接收光靶 （2 ) 安装在第二基准点上， 此时环形分划线 （24) 的中心点 a与第二基准点的路轨内侧面对齐， 激光出射点 c和中心点 a相对于路轨顶面等高， 第 一基准点和第二基准点的连线构成基准线；

(二）打开图像无线接收装置 （6)， 根据接收到的定位接收光靶（2 ) 的图像调整激光发 射器 （1 ) 的调整系统， 改变激光发射器 （1 ) 发射激光的倾角和水平方向， 使激光光斑打在 环形分划线 （24) 的中心点 a上， 此时激光线轴 （14) 与基准线在同一铅垂面上；

(三）利用测量靶固定装置 （22 )将测量靶（3 )安装在待测点的铁路路轨上， 此时标准 测量点 b与待测点的路轨内侧面对齐，标准测量点 b相对于路轨顶面的高度与激光出射点 c和中 心点 a相等；

(四） 根据激光在靶面 B上显示的位置相对于标准测量点 b的水平距离 m， 纵向距离 n得出 各测量点相对基准线的水平偏差为 m、 纵向偏差为 n， 根据激光在滑动分划板 （18 ) 显示的位 置相对于测量点 b的距离 X得出该测量点的弦高为 x。