[發明專利]一種鐵軌幾何尺寸自動檢測與報警系統一體化設備

在審

• 申請號: 201910801614.2
• 申請日: 2019-08-28
• 公開（公告）號: CN112444198A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 鐘國梁;彭博文;竇煒強;張雪超
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種鐵軌幾何尺寸自動檢測與報警系統一體化設備，它由檢測裝置、運動控制系統和人機操作界面軟件組成。檢測設備主體機械結構采用雙驅動小車+雙直線滑軌+滾筒傳送帶組成。該設備采用交叉耦合控制+滑模控制思路，有效的提高了雙驅動小車的軌跡跟蹤精度、抗干擾能力以及保證了兩邊驅動的同步性，極大降低了測量誤差。人機操作界面由控制柜以及柜上人性化的UI界面控制。該設備利用非接觸式激光掃描系統對軌道進行激光掃描，得到軌道的點云數據，然后利用點云數據進行逆向三維模型的全狀態CAD重構，并與標準模型進行對比，對超過尺寸公差的部分發出警告，并生成檢測報告。

技術領域

本發明涉及一種軌道檢測設備，特別是涉及一種軌道幾何尺寸自動檢測及三維重構儀器裝置。

背景技術

近年來，隨著高速鐵路技術的快速發展，無砟軌道結構得到了廣泛應用。在火車高鐵的軌道生產過程中，需要對軌道的形狀、尺寸精度和偏差等進行檢測。目前，軌道檢測技術主要是采用鋼尺、游標卡尺、萬能尺、全站儀及配套工具來完成，其中采用游標卡尺等人工方法檢測精度足夠高，但是檢測效率很低，且檢測的人為誤差難以控制；而采用攝影測量方法，需要進行相當數量的標記點，測試準備工序多，效率難以提高，且精度的穩定性難以保證。在傳統的等距離抽樣檢查檢測過程中，若每隔50cm對軌道進行一次測量，則在50cm之間未檢測的部分存在較大的偏差不確定性，以至于整個測量報告的可信度不高；若每隔10cm進行一次測量，則測量的時間會大大延長，檢測效率遠遠不能滿足軌道板生產的實際需求。而且該測量方案的測量精度實際上約為0.3mm，而CRTSIII允許的加工誤差為0.5mm，當前的檢測系統在精度上不能完全滿足尺寸檢測誤差的要求。目前主流的檢測方法是利用全站儀檢測，熟練的操作人員每檢測一塊軌道板也需要30min左右，其檢測速度遠低于生產速度，因此對生效效率有很大的制約。

在專利文件申請號為″201310747631.5″，發明名稱為″無砟軌道板尺寸檢測方法及裝置″的中國發明專利申請中，提出了一種軌道檢測的方法，所述方法包括一下步驟：步驟S1：從不同方向及位置對所述無砟軌道板進行拍攝，得到無砟軌道板的多個影像相片，步驟S2：對所述多個影像相片進行圖像處理，得到該無砟軌道板表面的多個照相測量點的三維坐標；步驟S3：將所述多個照相測量點的三維坐標與該無砟軌道板的三維模型進行匹配，得到所述無砟軌道板的點云形狀；步驟S4：將所述無砟軌道板的點云形狀上對應于該三維模型上相同面的測量點集進行擬合，并計算所述無砟軌道板尺寸檢測量的值。但是該方法存在以下缺點：(1)需要在無砟軌道表面標記多個測量點，然后布上數個攝像頭，以及在軌道板上放置標準尺，其操作過程由人工完成，無法實現完全自動化。(2) 該測量方法在對較長的軌道進行檢測時，需要布置更多的攝像頭來完成影像重構，該過程不僅勞動量大，而且位置要求高。除此之外，該方法會受到場地大小限制，不適合多條軌道同時測量。(3) 采用攝影測量的方法只能獲得照相測量點的三維坐標，若采用激光掃描方式，可以直接獲得海量的軌道表面激光點云數據。(4)該方案無法對合成的影像進行可操作化重構，即對重構出來的軌道無法進行再編輯；而且無法對超過尺寸偏差的部分給出實體顏色預警。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足之處，提供一種能夠滿足對軌道進行精確測量并生成重構模型以及檢測報告的一體化檢測系統。

本發明提供的這種軌道幾何尺寸自動檢測及重構裝置，它包括檢測裝置、運動控制系統和人機操作界面軟件。檢測設備主體機械結構采用雙驅動小車+雙直線滑軌+滾筒傳送帶組成。在雙驅動小車內部安裝有多個激光測量傳感器，可以跟隨小車在滾珠絲杠的牽引下沿雙直線滑軌上移動，而且激光傳感器的固定機架可以根據被測目標的尺寸大小通過伸縮、旋轉的方式調整測量位置；在雙直線滑軌中間布置有一滾筒傳送帶，且每條滑道均采用雙車道，雙車道之間布置有一根滾珠絲杠，一頭連接絲杠座，另一頭連接伺服電機，絲杠可與小車下方的螺母座相配合；滑軌下方連接導軌墊，導軌墊下方連接底座，底座與地面聯系在一起；滑軌、導軌墊、底座均由多段零件拼接而成，便于運輸與裝卸。