[发明专利]三维数字化钢轨激光修复装置和修复方法

说明书

本发明公开了三维数字化钢轨激光修复装置，包括激光熔敷机器人系统和三维模型重建系统；所述机器人系统包括工控机、机器人、机器人控制器、激光发生器、激光焊枪、金属粉送粉器和喷头；所述三维模型重建系统包括激光扫描仪和视频采集卡，所述视频采集卡和所述工控机相连，所述激光扫描仪连接所述视频采集卡。本发明提供了三维数字化钢轨激光修复装置和修复方法，能够自动定位钢轨和重建破损部位三维模型，进而，利用三维模型自动规划机器人运动路径和控制激光开关，实现对破损部位的自动修复。提高了自动化程度和生产效力，改善了加工精度和质量一致性。

技术领域

本发明涉及铁路维保技术领域，尤其涉及三维数字化钢轨激光修复装置和修复方法。

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，对铁对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、地铁钢轨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，特别上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。

发明内容

本发明的目的在于提出三维数字化钢轨激光修复装置和修复方法，能够自动定位钢轨和重建破损部位三维模型，进而，利用三维模型自动规划机器人运动路径和控制激光开关，实现对破损部位的自动修复。提高了自动化程度和生产效力，改善了加工精度和质量一致性。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：三维数字化钢轨激光修复装置和修复方法，包括激光熔敷机器人系统和三维模型重建系统；

所述机器人系统包括工控机、机器人、机器人控制器、激光发生器、激光焊枪、金属粉送粉器和喷头；所述机器人控制器连接所述机器人和所述工控机，所述机器人控制器连接有激光控制器和送粉控制器，所述激光控制器连接所述激光焊枪，所述送粉控制器连接所述金属粉送粉器，所述激光扫描仪连接所示视频采集卡再连接所述工控机；

所述三维模型重建系统包括激光扫描仪和视频采集卡，所述视频采集卡和所述工控机相连，所述激光扫描仪连接所述视频采集卡。

所述工控机连接有显示装置。

所述工控机设置有系统控制软件，所述系统控制软件控制整个系统的各部分协同工作，从而自动完成修复任务。

所述工控机设置有网络连接装置，从而能够通过有线或者无线的方式联网工作。

本发明还公开了三维数字化钢轨激光修复方法，包括使用上述修复装置的激光扫描三维模型重建方法和三维模型驱动机器人的控制方法，以及激光熔敷技术。

所述激光扫描三维模型重建方法，包括，步骤a，工作人员根据钢轨破损程度确认钢轨待修复位置和范围；

步骤b，将三维数字化钢轨激光熔敷机器人放置在确定的位置，保证待修复部分在机器人作业范围之内；

步骤c，运动平台沿钢轨运动，线结构光投射在钢轨表面，CCD摄像机实时采集扫描线信息；

步骤d，通过运动平台运动可以直接读取x坐标，通过CCD摄像机实时采集扫描线信息可以得到y、z坐标；

步骤e，经图像处理、三维重建后获得由扫描点组成的被扫描物体表面的三维形状位置信息；