[发明专利]一种铁轨几何尺寸自动检测与报警系统一体化设备

说明书

本发明公开了一种铁轨几何尺寸自动检测与报警系统一体化设备，它由检测装置、运动控制系统和人机操作界面软件组成。检测设备主体机械结构采用双驱动小车+双直线滑轨+滚筒传送带组成。该设备采用交叉耦合控制+滑模控制思路，有效的提高了双驱动小车的轨迹跟踪精度、抗干扰能力以及保证了两边驱动的同步性，极大降低了测量误差。人机操作界面由控制柜以及柜上人性化的UI界面控制。该设备利用非接触式激光扫描系统对轨道进行激光扫描，得到轨道的点云数据，然后利用点云数据进行逆向三维模型的全状态CAD重构，并与标准模型进行对比，对超过尺寸公差的部分发出警告，并生成检测报告。

技术领域

本发明涉及一种轨道检测设备，特别是涉及一种轨道几何尺寸自动检测及三维重构仪器装置。

背景技术

近年来，随着高速铁路技术的快速发展，无砟轨道结构得到了广泛应用。在火车高铁的轨道生产过程中，需要对轨道的形状、尺寸精度和偏差等进行检测。目前，轨道检测技术主要是采用钢尺、游标卡尺、万能尺、全站仪及配套工具来完成，其中采用游标卡尺等人工方法检测精度足够高，但是检测效率很低，且检测的人为误差难以控制；而采用摄影测量方法，需要进行相当数量的标记点，测试准备工序多，效率难以提高，且精度的稳定性难以保证。在传统的等距离抽样检查检测过程中，若每隔50cm对轨道进行一次测量，则在50cm之间未检测的部分存在较大的偏差不确定性，以至于整个测量报告的可信度不高；若每隔10cm进行一次测量，则测量的时间会大大延长，检测效率远远不能满足轨道板生产的实际需求。而且该测量方案的测量精度实际上约为0.3mm，而CRTSIII允许的加工误差为0.5mm，当前的检测系统在精度上不能完全满足尺寸检测误差的要求。目前主流的检测方法是利用全站仪检测，熟练的操作人员每检测一块轨道板也需要30min左右，其检测速度远低于生产速度，因此对生效效率有很大的制约。

在专利文件申请号为″201310747631.5″，发明名称为″无砟轨道板尺寸检测方法及装置″的中国发明专利申请中，提出了一种轨道检测的方法，所述方法包括一下步骤：步骤S1：从不同方向及位置对所述无砟轨道板进行拍摄，得到无砟轨道板的多个影像相片，步骤S2：对所述多个影像相片进行图像处理，得到该无砟轨道板表面的多个照相测量点的三维坐标；步骤S3：将所述多个照相测量点的三维坐标与该无砟轨道板的三维模型进行匹配，得到所述无砟轨道板的点云形状；步骤S4：将所述无砟轨道板的点云形状上对应于该三维模型上相同面的测量点集进行拟合，并计算所述无砟轨道板尺寸检测量的值。但是该方法存在以下缺点：(1)需要在无砟轨道表面标记多个测量点，然后布上数个摄像头，以及在轨道板上放置标准尺，其操作过程由人工完成，无法实现完全自动化。(2) 该测量方法在对较长的轨道进行检测时，需要布置更多的摄像头来完成影像重构，该过程不仅劳动量大，而且位置要求高。除此之外，该方法会受到场地大小限制，不适合多条轨道同时测量。(3) 采用摄影测量的方法只能获得照相测量点的三维坐标，若采用激光扫描方式，可以直接获得海量的轨道表面激光点云数据。(4)该方案无法对合成的影像进行可操作化重构，即对重构出来的轨道无法进行再编辑；而且无法对超过尺寸偏差的部分给出实体颜色预警。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种能够满足对轨道进行精确测量并生成重构模型以及检测报告的一体化检测系统。

本发明提供的这种轨道几何尺寸自动检测及重构装置，它包括检测装置、运动控制系统和人机操作界面软件。检测设备主体机械结构采用双驱动小车+双直线滑轨+滚筒传送带组成。在双驱动小车内部安装有多个激光测量传感器，可以跟随小车在滚珠丝杠的牵引下沿双直线滑轨上移动，而且激光传感器的固定机架可以根据被测目标的尺寸大小通过伸缩、旋转的方式调整测量位置；在双直线滑轨中间布置有一滚筒传送带，且每条滑道均采用双车道，双车道之间布置有一根滚珠丝杠，一头连接丝杠座，另一头连接伺服电机，丝杠可与小车下方的螺母座相配合；滑轨下方连接导轨垫，导轨垫下方连接底座，底座与地面联系在一起；滑轨、导轨垫、底座均由多段零件拼接而成，便于运输与装卸。