[發明專利]一種激光軌道平順度檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 201710986949.7
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107764213A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 王啟華;王東波;王海波
• 申請（專利權）人: 王啟華
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩,吳歡燕

技術領域

本發明涉及激光準直測量技術領域，具體涉及一種激光軌道平順度檢測裝置及方法。

背景技術

鐵路軌道的軌向和高低是軌道平順性檢查中的兩個基本幾何尺寸參數。軌向是指軌道中心線沿地表面的橫向走向，在直線上是否平直，在曲線上是否圓順。如果軌道的軌向不平順就會引起列車的左右搖晃和蛇行運動，并因此而加大車輛對軌道的橫向沖擊力,同時進一步加劇軌向的不平順性。高低是指軌道頂面的縱向高低差，當軌道前后高低存在不平順時，列車通過這些軌道時會出現顛簸和沖擊，上述過程可以進一步加劇高低向的不平順。上述不平順度，必將加大列車對軌道的破壞力，由此還會加速輪軌的磨損和縮短軌枕的壽命。因此直接影響著列車高速運行時的安全性、平穩性和舒適度。

國外一般采用大型軌檢車對鐵路軌道幾何尺寸進行經常性的綜合檢測。而在國內大型軌檢車主要用于對軌道進行每季度性的復測和檢查。軌檢車一般采用的是慣性基準法測量系統，它是在運動的車體內，利用加速度傳感器或陀螺建立一個慣性參考基準，通過對這兩種慣性器件的測量值進行復雜的解析計算，實現對軌道幾何參數的綜合測量。它們運行速度高，檢測指標全面，但是其結構十分復雜，制造成本極高，而且體積龐大，因而不太適合常規的軌道施工作業和維護作業。國內外開發的多種軌道檢測小車，它們一般采用弦測法，采用位移傳感器和傾角傳感器，結合信號處理技術和單片機技術，以手推小車為載體，可對雙側軌道或單側軌道的多項幾何狀態參數(包括軌距、水平、三角坑；軌向、高低等)同時進行檢測。它主要用于常規的施工作業和維護作業，具有較高的檢測精度和檢測效率，為指導合理施工和維修作業提供了有利條件。但是，其中對于軌向、高低的檢測是利用1m弦逐步遞推計算而得，由于軌道內側表面和軌頂面的平面可能存在的不平整性，測量值和實際狀態會存在不確定的偏差，檢測精度受到一定的影響。在大量的日常軌道維護中，多年來沿用著人工拉弦方法檢測軌道平順度，由于受長鋼絲弦線下沉彎曲、傳統工具精度差，受自然環境和人為主觀因素影響，而導致檢測精度差和工作效率低的問題突出，根本無法適應提速后的鐵路系統軌道維修的質量和效率需要。

隨著激光技術的采用，近年來在大型養路機械上，例如軌道搗固車上均配套有基于激光準直測量技術的激光自動起撥道系統，該系統是通過在線路前方小車上固定的激光發射器發射的激光束與搗固車前端安置的激光接收器建立起激光基準線，由激光測量系統精確檢測，確認被測線路的起撥道量，通過控制電路直接控制搗固車進行維修作業。而在一般養路維修作業中使用的激光軌道平順度檢測儀，一般是在被檢測軌道上，將激光發射儀和定位靶相隔一定距離放置并按要求固定。使用始端的激光發射儀上的望遠鏡初步瞄準終端的定位靶，再經過微調激光發射儀的光束方向而使激光光斑中心位于定位靶靶面中心，由此在軌道上方空間建立起與軌道中心線平行的一條激光基準線。目前主要采用人工目測方法對定位靶和測量靶面上的光斑位置進行確認。當測量靶沿軌道中心線移動的時候，通過位移傳感器檢測出在測量靶靶面上的激光光斑中心位移量，即可以得出軌道上各測量點的軌向和高低不平順度。由于激光束的能量中心線是一條極為理想的直線，以激光束代替實體弦線，同時配以各種改進了的光斑(圓斑或同心圓環)、改進了的目視靶標(易于辨識的柵格形狀)，以及對檢測數據的計算機處理，使得這類激光檢測儀與傳統的人工拉弦方法相比明顯提高了檢測精度和工作效率。同時與類似的產品軌道檢測小車相比，其結構簡單，這種直觀直接的測量還可以在一定程度上減少各種間接測量和復雜換算引起的累積誤差。因而，近年來已經開始在鐵路系統推廣應用。

但是，這些激光軌道平順度檢測儀存在下列主要問題：

1、在建立激光基準弦線時，由激光發射儀發出的紅色光束(光斑或同心光環)，經過望遠鏡瞄準和人工粗調、精調后，需要確認其已經入射到定位靶上的網格靶中心；在檢測作業中，還需要頻繁地確認光斑中心是否對中測量靶上的網格靶中心，然后讀取位移傳感器顯示的偏差值。然而由于目前的光電位置傳感器(例如PSD、CCD等器件)在使用上遇到的局限性，較長距離的激光軌道平順度檢測儀一般都采用目視方法辨別基準光斑中心與網格靶中心的對中情況。由此，若清晰識別網格靶線需要一定的照明光強，而紅光光斑邊緣的清晰辨別則需要一定的暗環境條件。野外工作環境下自然光照度變化很大，光斑太亮和環境太暗時眼睛容易疲勞或受到傷害，環境太亮和光斑太弱時識別精度會大幅度下降。這種情況使得實際上的檢測精度受到很大影響，同時明顯限制了目前檢測工作距離的延長。