CN105507099A - 一种静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***，包括一字型强光光源、环形强光光源、光学检测用高速照相机、图像处理卡、计算机、数据、电源电缆、走行式机械构架、里程传感器，所述里程传感器安装在走行式机械构架上的车轮上，轨道组件包括钢轨、钢轨扣件组合、轨枕、轨枕板、道砟；安装于走行式机械构架上，位于同一股钢轨同一侧，且高于轨面的一台光学检测用高速照相机和一台一字型强光光源构成的一套钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测组；该技术不仅具有钢轨轮廓尺寸、钢轨顶面波浪形磨损、轨底坡度的检测功能，还具有钢轨扣件压紧螺母松动、失效和缺失的检测功能。

Description

一种静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***

技术领域

本发明涉及一种静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***，更确切地说是一种对铁路轨道组件在所加载荷不能使其变形的静止状态下的铁路轨道组件状态进行全面检测的光学检测***。与静态铁路检测相对的是在铁路轨道上加载了诸如客货运列车、轨道车和轨道检测车等足以让铁路轨道组件变形的动态检测。

背景技术

在运行铁路上，无论是因为运行列车的紧急加速造成的车轮空转，还是因为紧急制动减速造成的车轮抱死加剧钢轨顶面波浪形磨损、掉块，或者是正常运行而在轨头产生的波浪形磨损、肥边(飞边)、踏面等原因造成的钢轨轨头非正常磨损或断轨，以及钢轨轨底坡超标等病害均需进行检测。

在采用特殊研制的钢轨磨耗测量仪对钢轨磨损面进行测量时，无论是采用接触型钢轨磨耗测量仪测头还是采用激光测距型钢轨磨耗测量仪的测距激光，均是采集钢轨磨损面同一点的垂向和侧向的坐标值，绘出钢轨磨损面的曲线，再与标准的钢轨顶面对比，计算出钢轨轨头的磨损量，此检测过程所需时间不低于120秒。

在采用轨面波浪形磨损测量仪对钢轨轨面波浪形磨损进行测量时，无论是采用接触型轨面波浪形磨损测量仪还是采用激光测距型轨面波浪形磨损测量仪，均是将轨面波浪形磨损测量仪顺线路方向放置在钢轨顶面，再移动安装于轨面波浪形磨损测量仪测头导轨上的测距测头采集钢轨顶面顺线路方向的钢轨顶面的坐标值，在检测出轨面波浪形磨损测量仪测量长度范围（一般轨面波浪形磨损测量仪的测量范围为1米，此检测过程一般都需要120秒）的钢轨顶面的坐标值后，顺线路移动轨面波浪形磨损测量仪至其测量范围长度的一半（因需要检测的钢轨顶面波浪形磨损量的范围往往超出1米，故需将相邻两次的测量范围重合一部分，一般移动距离都是0.5米），再次启动轨面波浪形磨损测量仪，检测出轨面波浪形磨损测量仪测量长度范围的钢轨顶面的坐标值，如此重复，最后再合成一定长度的轨面波浪形磨损量。

因铁路的两股钢轨在运行中必须保持向道心的一个倾斜角，以保证列车车轮的锥度与钢轨顶面重合，以减少钢轨轨头的磨损，同时还可以给列车车轮提供一个向心力，保证列车安全运行，故必须对轨底坡度进行检测。在采用内部安装有倾角传感器的轨底坡测量仪对钢轨底面的坡度进行检测时，首先要将轨底坡测量仪的轨枕坡度检测基准面放置在轨枕上，测量轨枕的水平倾角，再将轨底坡测量仪的轨底坡度检测基准面卡在钢轨的轨底面，测量出当前钢轨底部的水平倾角，两个角度值之差即为当前钢轨的轨底坡度值，故同一轨枕两侧钢轨的轨底坡度测量需进行三次倾斜角度测量，并进行两次的计算才能够得到，一次测量耗时不低于60秒左右，检测效率低下。

而目前对因为列车运行的振动造成的钢轨扣件组合螺母松动或脱落的检测以及对混凝土轨枕、无砟轨道轨枕板的裂纹和掉块等损伤则是采用人工目测手工记录的方式实施，检测效率低，亟待改进。

发明内容

本发明旨在克服以上现有技术的不足，提供一种精确而快速的，能避免人为失误的光学检测***。

本发明解决技术问题采用技术方案如下：

一种静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***，包括一字型强光光源、环形强光光源、光学检测用高速照相机、图像处理卡、计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）、数据、电源电缆、走行式机械构架、里程传感器，所述里程传感器安装在走行式机械构架上的车轮上，所述轨道组件包含了钢轨、钢轨扣件组合、轨枕、道砟、无砟轨道轨枕板，所述安装于走行式机械构架上位于同一股钢轨同一侧且高于轨面的一台光学检测用高速照相机和一台一字型强光光源构成一套钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测组，所述分别安装于走行式机械构架上位于同一股钢轨两侧的两套钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测组构成一个单股钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测单元，所述安装于走行式机械构架上位于铁路两股钢轨且高于钢轨顶面的上方的两个单股钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测单元构成一套完整的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***，所述安装于走行式机械构架上位于钢轨顶面上方的一台光学检测用高速照相机和套装于高速照相机镜头外圈的一台环形强光光源构成一个轨道病害一体化轨道病害光学检测单元，所述安装于走行式机械构架上位于两股钢轨顶面上方的两个轨道病害一体化轨道病害光学检测单元构成一套完整的轨道病害光学检测分***，

进一步地，所述钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***和轨道病害一体化轨道病害光学检测分***的光学检测用高速照相机均用数据、电源电缆经图像处理卡与计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）连接。

进一步地，所述安装于可在两股钢轨上走行的走行式机械构架上构成钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测单元的两组一字型强光光源的位置必须处于钢轨两侧面高于轨道顶面的位置，两组一字型强光光源发出的两组斜向一字型强光面具有共面性，且垂直于钢轨的中心线，保证两组斜向一字型强光面投射到钢轨和钢轨扣件组合侧面时形成比环境光强烈的漫反射光线，清晰地标识出钢轨和钢轨扣件组合的轮廓，保证斜向安装的高速照相机能够采集到清晰的钢轨及钢轨扣件组合的轮廓图像。

进一步地，所述安装于可在两股钢轨上走行的走行式机械构架上的构成钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测单元的高速照相机的位置必须处于钢轨两侧高于轨道顶面的斜向位置，保证高速照相机能够拍摄到一字型强光面照射到钢轨及钢轨扣件组合两侧所形成的漫反射光线，通过图像处理卡及计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）的处理，结合高速照相机的拍摄角度进行修正后得到准确的钢轨及钢轨扣件组合轮廓，并合成一幅完整的钢轨及钢轨扣件组合断面轮廓图像，再通过机器视觉软件的计算得到准确的钢轨及钢轨扣件组合轮廓数据。

进一步地，所述计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）计算出的钢轨外部尺寸与计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）内存的标准钢轨外形尺寸相比较后，计算出轨头的磨损、掉块，肥边(飞边)、踏面等原因造成的钢轨磨损量。

进一步地，所述利用计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）计算出的钢轨的外部尺寸，计算出同一股钢轨在一定距离内高度差，计算出钢轨的波浪形磨损值，用于判定同一股钢轨在一定距离内的钢轨顶面是否需要打磨。

进一步地，所述利用计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）计算出的钢轨的外部尺寸，计算出钢轨的轨底坡度，用于判定钢轨的轨底坡度是否需要调整。

进一步地，所述钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测单元所检测出的钢轨扣件组合轮廓断面尺寸用于计算包括扣件压紧螺母顶面距扣件压紧螺栓顶面的距离（包含扣件压紧螺母顶面以上的扣件压紧螺栓剩余的螺纹数量）、扣件压紧螺母顶面距钢轨扣件外侧顶面的距离、扣件压紧螺母顶面距钢轨铁垫板外侧顶面的距离等关键参数，检测出包括扣件压紧螺母松动、扣件压紧螺母丢失、钢轨扣件丢失等钢轨扣件组合的病害，计算出钢轨扣件的失效率、扣件压紧螺母丢失率、钢轨扣件丢失率等参数，同时拍摄并存储下钢轨扣件压紧螺母丢失、钢轨扣件丢失等病害的图像。

进一步地，所述单套钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测单元可以单独测量单侧钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸，也可以同时使用两套钢轨及钢轨扣件组合的轮廓断面尺寸光学检测单元构成一套钢轨及钢轨扣件组合的轮廓断面尺寸光学检测分***，对铁路两侧的两股钢轨及钢轨扣件组合的轮廓断面尺寸同时检测。

进一步地，所述安装于可在两股钢轨上走行的走行式机械构架上的构成轨道病害一体化光学图像检测分***的两组高速照相机和套装于高速照相机镜头外的两组面型强光光源均固定在钢轨上方高于钢轨顶面的位置，且两组面型强光光源所发出的面型强光必须覆盖到整根轨枕，两组高速照相机所拍摄的范围也必须覆盖到整根轨枕。

进一步地，所述套装于高速照相机镜头外的两组面型强光光源如出现光照度不足的情况时，可以在走行式机械构架上的适当位置加装面型强光光源。

进一步地，所述轨道病害光学检测分***由安装于可在两股钢轨上走行的走行式机械构架上的位于两股钢轨顶面上方的两组一体化轨道病害光学检测单元构成，所述两组轨道病害一体化轨道病害光学检测单元从轨道的两侧同时采集轨道（含钢轨、轨枕或无砟轨道轨枕板）的图像经图像处理卡处理以后在计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）中合成一幅完整的轨道图像，所述计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）将轨道病害光学检测分***定距离采集的轨道图像与其内存的无病害图像对比并记录下病害图像。

进一步地，所述的轨道病害光学检测单元所判断并提取出钢轨顶面有损伤的钢轨图像的位置距一字型强光光源的距离，在安装于走行式机械构架的走行轮上的里程传感器的辅助定位下，保证在钢轨顶面损伤的中心位置准确启动钢轨轮廓光学检测***，最终准确判断轨道顶面是否伤损，确认伤损程度。

进一步地，所述的轨道病害光学检测单元所判断并提取出轨枕的中心位置距一字型强光光源的距离，在安装于走行式机械构架的走行轮上的里程传感器的辅助定位下，保证在钢轨扣件组合的中心位置准确启动钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***，最终准确判断钢轨扣件组合是否松动、螺母是否缺失。

进一步地，所述钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***和轨道病害光学检测分***都安装在可在两股钢轨上走行的走行式机械构架上。

本发明所述检测***的工作原理如下：

安装于走行式机械构架上的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***的分布于铁路轨道的两股钢轨两侧的四台一字型强光光源发出的一字型强光面同时从两股钢轨的两侧垂直于钢轨斜向照射在钢轨及钢轨扣件组合上，在钢轨及钢轨扣件组合的两侧形成钢轨及钢轨扣件组合清晰的轮廓漫反射光带，利用安装于其后侧部位或前侧部位的高速照相机拍摄下钢轨及钢轨扣件组合轮廓光带，经过图像处理卡的处理后得到的图像数据，再经计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）结合高速照相机的拍摄角度进行修正后，得到准确的钢轨及钢轨扣件组合轮廓，通过机器视觉软件的计算得到准确的钢轨及钢轨扣件组合轮廓数据。用以计算出含钢轨轨头的肥边（飞边）、踏面、掉块、磨损量、钢轨的轨底坡度和轨顶面波浪形磨损量等钢轨的非正常性磨损数据，同时对钢轨扣件组合的松动率、失效率及螺母丢失率作出准确的判断。而对在环形强光光源照射下所拍摄的轨枕及钢轨顶面的图像的解析、对比和判断，可以得到钢轨顶面的裂纹、掉块及轨枕和无砟轨道轨枕板的裂纹、掉块的病害数据，给维修工作提供正确的指导。

一字型强光光源的主要功能是：

一字型强光光源发出的一字型强光面从钢轨侧面垂直照射到钢轨及钢轨扣件组合上形成比环境光更明亮的钢轨及钢轨扣件组合轮廓散射强光带，便于高速照相机拍摄到清晰的轮廓图像。

环形强光光源的主要功能是：

环形强光光源是套装在高速照相机镜头外侧，从顶面照射到轨枕、钢轨及钢轨扣件组合上，其照射的范围与高速照相机拍摄的范围相同，便于高速照相机拍摄清晰的平面图像。

面形强光光源的主要功能是：

面形强光光源是安装走行式机械构架上，从顶面照射到轨枕、钢轨及钢轨扣件组合上，其照射的范围与高速照相机拍摄的范围相同，便于高速照相机拍摄清晰的平面图像。

高速照相机的主要功能是：

拍摄钢轨及钢轨扣件组合轮廓图像和轨枕、钢轨及钢轨扣件组合的平面图像。

图像处理卡的主要功能是：

对高速照相机拍摄到的图像进行光学重心的计算、图像边界的锐化处理。

计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）的主要功能是：

对从图像处理卡得到的图像数据进行计算、对比、统计、存储、输出和报表的形成，同时合成并显示钢轨及钢轨扣件组合轮廓图像，存储轨道各种病害的照片，便于人工提取、确认。

本发明的有益效果如下：

与现有检测方式相比较，本发明具有对钢轨轨头的肥边（飞边）、踏面、掉块、轨头磨损量和轨顶面波浪形磨损量等钢轨的非正常性磨损病害的进行快速而高效的检测并量化，以前对钢轨轨头的肥边（飞边）、踏面和轨头磨损量的检测每处需要120秒以上，而对轨顶波浪形磨损量检测速度每米需要120秒以上，而且还得分别用不同的仪器检测，而对因为列车运行的振动造成的钢轨扣件组合螺母松动或脱落的检测目前还处于人工巡视目测，同时对混凝土轨枕、无砟轨道轨枕板的裂纹和掉块等损伤则是采用人工目测手工记录的方式实施，检测效率低。

但采用本发明技术以后，其检测时间由120秒/处提高到1/30秒/处，检测数据密度提高了20倍以上，本发明技术不仅具有钢轨轮廓尺寸的检测功能，还具有钢轨扣件压紧螺母松动、失效和缺失的检测功能，同时也具备无砟轨道轨枕板裂纹、掉块、有砟轨道轨枕裂纹、掉块和钢轨局部磨损、掉块及包含钢轨轨头磨损量、轨顶面波浪形磨损量、踏面、肥边（飞边）、钢轨裂纹和钢轨的轨底坡度的检测功能，与人工检测相比较，兼具了轨顶面磨耗测量仪、轨道波浪形磨损测量仪和轨底坡度测量仪等多种检测仪器的功能，降低了检测人员的劳动强度，极大地提高了检测效率，降低了检测成本。且对多个检测项目的可以一次性完成。

附图说明

图1是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***的***构成示意图；

图2是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***的检测原理示意图；

图3是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***检测到的无砟轨道的钢轨及钢轨扣件组合轮廓实际显示合成图像；

图4是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***检测到的无砟轨道的钢轨及钢轨扣件组合轮廓成像合成图；

图5是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***检测到的有砟轨道的钢轨及钢轨扣件组合轮廓成像合成图之一（弹条压紧扣件方式）；

图6是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***检测到的有砟轨道的钢轨及钢轨扣件组合轮廓成像合成图之二（弹簧压紧扣件方式）；

图7是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中轨道病害光学检测分***的检测原理示意图；

图8是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中轨道病害光学检测分***检测出的无砟轨道轨枕板裂纹和钢轨顶面掉块、钢轨裂纹图像；

图9是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中轨道病害光学检测分***检测出的有砟轨道轨枕裂纹、轨枕掉块和钢轨顶面局部磨损、掉块及裂纹图像；

图10是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***检测出的钢轨断面实际显示合成图像；

图11是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***检测出的钢轨断面合成示意图；

图12是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***检测出的钢轨顶面磨损部分与标准钢轨断面的对比示意图（图中阴影部分为轨头已磨损部分）；

图13是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***检测出的钢轨顶面踏面部分与标准钢轨断面的对比示意图（图中阴影部分为轨头压塌和已磨损部分）；

图14是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***检测出的钢轨顶面部分与标准钢轨断面的对比示意图（图中阴影部分为轨头磨损和肥边或飞边部分）；

图15是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***检测出的钢轨顶面部分与标准钢轨断面的对比示意图（图中阴影部分为钢轨顶面掉块部分）；

图16是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***检测出的钢轨顶面部分与标准钢轨断面的对比示意图（图中阴影部分为轨头已磨损部分，图中的高度H用于钢轨波浪形磨损计算）；

图17是本发明的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***中所用的一体化轨道病害光学检测单元示意图；

图18是目前采用接触型钢轨磨耗测量仪对钢轨轨头磨损面进行测量的示意图；

图19是目前采用激光测距型钢轨磨耗测量仪对钢轨轨头磨损面进行测量的示意图；

图20是目前采用轨面波浪形磨损测量仪对钢轨轨面波浪形磨损进行测量的示意图；

图21是目前采用激光测距型轨面波浪形磨损测量仪对钢轨轨面波浪形磨损进行测量的示意图；

图22是目前采用轨底坡测量仪对钢轨底面的坡度进行测量的示意图。

图中标记为：1-钢轨；1.1-轨头；1.2-轨腰；1.3-轨底；1.4-轨头磨损部分；1.5-踏面；1.6-肥边（飞边）；1.7-轨顶局部磨损、掉块；1.8-钢轨磨损面；2-钢轨扣件组合；2.1-钢轨扣件；2.2-扣件压紧弹条；2.3-垫片；2.4-扣件压紧螺母；2.5-扣件压紧螺栓；2.6-钢轨铁垫板；2.7--钢轨绝缘垫板；2.8-无砟轨道轨枕板压紧螺栓；2.9-钢轨压紧弹簧；3-轨枕；3.1-轨枕裂纹；3.2-轨枕掉块；3.3-无砟轨道轨枕板裂纹；3.4-钢轨裂纹；4-高速照相机；4.1-高速照相机镜头；4.2-高速照相机拍摄区域；5-一字型强光光源；5.1-一字型强光面照射区域；6-环形强光光源；6.1-环形强光光源照射区域；7-图像处理卡；8-计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）；9-走行式机械构架；10-里程传感器；11-轮廓数字光学检测组；12-钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测单元；13-轨道病害光学检测单元；14-道砟；15-无砟轨道轨枕板；16-数据、电源电缆；17-钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***；18-轨道病害光学检测分***；19-距离传感器；20-钢轨磨耗测量仪；20.1-接触型钢轨磨耗测量仪测头；20.2-钢轨磨耗测量仪侧磨标尺；20.3-钢轨磨耗测量仪垂磨标尺；20.4-钢轨磨耗测量仪显示屏；20.5-钢轨磨耗测量仪侧向定位块；20.6-钢轨磨耗测量仪垂向定位块；20.7-激光测距型钢轨磨耗测量仪的测距激光；21-轨面波浪形磨损测量仪；21.1-接触型轨面波浪形磨损测量仪测头；21.2-轨面波浪形磨损测量仪长度标尺；21.3-轨面波浪形磨损测量仪垂磨标尺；21.4-轨面波浪形磨损测量仪显示屏；21.5-轨面波浪形磨损测量仪垂向定位块；21.6-轨面波浪形磨损测量仪测头导轨；21.7-激光测距型轨面波浪形磨损测量仪的测距激光；22-轨底坡测量仪；22.1-轨底坡测量仪的轨底坡度检测基准面；22.2-轨底坡测量仪的轨枕坡度检测基准面；23-钢轨轨腰的垂向中心线；H-钢轨顶面距钢轨顶面的高度差；L-扣件压紧螺栓顶面与扣件压紧螺母顶面的高度差；X-钢轨压紧弹簧的相邻弹簧丝之间的距离；Y-扣件压紧螺栓顶面与钢轨铁垫板顶面的高度差；a1-左侧钢轨轨底坡度数；a2-右侧钢轨轨底坡度数。

具体实施方式

实施例1

参见图1，一种静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***，此***是用于静态铁路轨道组件及轨道病害的检测，该***包括钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***17、轨道病害光学检测分***18、图像处理卡8、计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）9、数据、电源电缆16和走行式机械构架9、里程传感器10、距离传感器19组成，也可将钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***17或轨道病害光学检测分***18单独装在走行式机械构架9上和图像处理卡8、计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）9、数据、电源电缆16、距离传感器19相连接，实现相应的检测功能。

实施例2

参见图2，一种静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***17，包括高速照相机4、一字型强光光源5、图像处理卡8、计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）9、数据、电源电缆16、走行式机械构架9、里程传感器10、距离传感器19，所述一字型强光光源5和高速照相机4设置在钢轨一侧，所述一台光学检测用高速照相机4和一台一字型强光光源5构成一套钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测组11，所述钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测组11设置在钢轨1侧面高于轨面的位置，所述分别位于同一股钢轨1两侧的两套钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测组11构成一组钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测单元12，所述位于钢轨1两侧的两组一字型强光光源5发出的两组斜向一字型强光面5.1同时投射到钢轨1和钢轨扣件组合2，两组一字型强光光源5投射出的两组斜向一字型强光面5.1具有共面性，且垂直于钢轨1的中心线，保证两组斜向一字型强光面5.1投射到钢轨1和钢轨扣件组合2侧面时形成比环境光强烈的漫反射光线，清晰地标识出钢轨1和钢轨扣件组合2的轮廓，保证钢轨1及钢轨扣件组合2在一字型强光面5.1照射下的轮廓能够在高速照相机4的感光器械上呈现清晰的图像。

为保证高速照相机4能够准确的拍摄到钢轨扣件组合2轮廓的图像，必须用距离传感器19和里程传感器10相结合或者用一体化轨道病害光学检测单元13和里程传感器10，用距离传感器19或者一体化轨道病害光学检测单元13检测出扣件压紧螺栓2.5的中心位置与钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***17的一字型强光光源5的距离，控制钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***17的高速照相机4进行轮廓图像的拍摄。

高速照相机4拍摄的图像经数据、电源电缆16传输到图像处理卡8，处理后得到的图像数据，再经数据、电源电缆16传输到计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）9，结合高速照相机的拍摄角度进行修正后得到准确的钢轨1及钢轨扣件组合2轮廓，再通过机器视觉软件的计算得到准确的钢轨1及钢轨扣件组合2轮廓数据。

单套钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测单元12可以单独测量单股钢轨1及钢轨扣件组合2轮廓断面尺寸，也可以同时使用两套钢轨及钢轨扣件组合的轮廓断面尺寸光学检测单元12构成一套钢轨及钢轨扣件组合的轮廓断面尺寸光学检测分***17，对铁路两侧的两股钢轨1及钢轨扣件组合2的轮廓断面尺寸同时检测。

经计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）9计算出的钢轨1外部尺寸与计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）9内存的标准钢轨外形尺寸相比较后，计算出轨头1.1的磨损1.4、踏面1.5、肥边(飞边)1.6、掉块1.7等原因造成的钢轨磨损量，用于判定同一股钢轨1,的轨头1.1是否需要打磨或维修。为用户的维修提供量化的依据。

利用计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）9计算得到的钢轨1的外部尺寸，计算出同一股钢轨1在一定距离内钢轨顶面距钢轨底面高度Hn、Hn-1、Hn-2、Hn-3、Hn-4、……Hn-n，计算出钢轨1的波浪形磨损值H，用于判定同一股钢轨1在一定距离内的钢轨顶面1.8是否需要打磨。为用户的维修提供量化的依据。

利用计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）9计算得到的钢轨扣件组合2的外部尺寸，计算出同一组钢轨扣件组合2的扣件压紧螺栓2.5顶面与扣件压紧螺母2.4顶面的距离L及扣件压紧螺栓2.5露出扣件压紧螺母2.4顶面的螺纹数是否满足相关要求；

同时计算出同一组钢轨扣件组合2的扣件压紧螺母2.4顶面与钢轨扣件2.1（或钢轨铁垫板2.6）顶面的距离Y，又或者通过计算钢轨压紧弹簧2.9的相邻弹簧丝之间的距离X，检测出扣件压紧螺母2.4是否出现松动、失效等问题，也可以判定出扣件压紧螺母2.4是否丢失，计算出扣件压紧螺母2.4的松动率、失效率和丢失率等需要的参数；。

利用计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）9计算得到的钢轨1的外部尺寸，计算出两侧钢轨轨腰1.2的垂向中心线23相对于走行式机械构架9的角度a1、a2，即是两侧钢轨的轨底坡角度a1、a2。

还可以用高速照相机4拍摄病害图像，以便于人工判读、确认。

实施例3

所述一台光学检测用高速照相机4和一组环形强光光源6构成一套轨道病害光学检测单元13，所述轨道病害光学检测单元13设置在钢轨1顶面上方，所述光学检测用高速照相机4经数据、电源电缆16与图像处理卡8、计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）9连接。所述，所述高速照相机4采集的图像经数据、电源电缆16传输到图像处理卡8，经图像边界的锐化和光学重心的计算以后传输到计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）9，由计算机（或笔记本电脑又或掌上电脑）9对图像信息进行处理后，得到钢轨顶面的局部磨损、掉块1.7和钢轨裂纹3.4信息及图像；同时得到无砟轨道轨枕板裂纹3.3、轨枕裂纹3.1和轨枕掉块3.2等病害信息及图像，给启动钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***17的进行钢轨局部磨损、掉块1.7的量化提供距离信息，并对钢轨1、无砟轨道轨枕板15、轨枕3的病害进行初步判断，同时给人工判读、确认提供图像依据。

本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***，其特征在于：包括一字型强光光源、环形强光光源、光学检测用高速照相机、图像处理卡、计算机、数据、电源电缆、走行式机械构架、里程传感器，所述里程传感器安装在走行式机械构架上的车轮上，轨道组件包括钢轨、钢轨扣件组合、轨枕、轨枕板、道砟；安装于走行式机械构架上，位于同一股钢轨同一侧，且高于轨面的一台光学检测用高速照相机和一台一字型强光光源构成的一套钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测组；分别安装于走行式机械构架上，位于同一股钢轨两侧的两套钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测组，构成一个单股钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测单元；安装于走行式机械构架上，位于铁路两股钢轨之上的两个单股钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测单元构成一套完整的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***；安装于走行式机械构架上位于钢轨顶面的一台光学检测用高速照相机和套装于高速照相机镜头外圈的一台环形强光光源构成一个轨道病害一体化轨道病害光学检测单元；安装于走行式机械构架上，位于两股钢轨顶面上方的两个轨道病害一体化轨道病害光学检测单元构成一套完整的轨道病害光学检测分***；所述轨道病害光学检测分***从轨道的两侧同时采集轨道的图像经图像处理卡处理后，在计算机中合成一幅完整的轨道图像，计算机将轨道病害光学发检测分***定距离采集的轨道图像与其内存的无病害图像对比并记录下病害图像，所述一套完整的钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***和一套完整的轨道病害光学检测分***构成一套完整的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***。

2.根据权利要求1所述的一种静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***，其特征在于：位于钢轨两侧的一字型强光光源发出的一字型光线形成的两个强光面具有共面性，且同时垂直于钢轨的中心线照射到钢轨两侧和钢轨扣件组合两侧，所述一字型强光光源发出的一字型强光面投射到钢轨和钢轨扣件组合表面形成比环境光强烈的漫反射光，清晰地标识出钢轨和钢轨扣件组合的轮廓，所述位于钢轨两侧的光学检测用高速照相机斜向拍摄到的钢轨和钢轨扣件组合的轮廓图像经图像处理卡处理后，其图像数据传输到计算机经角度修正后合成一张完整的包含钢轨和钢轨扣件组合的断面图，并计算出所需要的钢轨和钢轨扣件组合的轮廓尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***，其特征在于：一台光学检测用高速照相机和套装于高速照相机镜头外圈的一台环形强光光源构成一套轨道病害光学检测单元，所述轨道病害光学检测单元设置在高于钢轨顶面的钢轨上方，所述环形强光光源照射范围应当超过轨枕长度的一半，所述光学检测用高速照相机的拍摄范围也应当与强光光源照射到的范围重合，所述光学检测用高速照相机拍摄的图像经图像处理卡处理后的图像数据传输到计算机；所述计算机通过对前后图像数据的处理、对比，判断并提取出有损伤或裂纹的钢轨顶面图像和有裂纹或损伤的轨枕或无砟轨道轨枕板的图像。

4.根据权利要求3所述的一种静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***，其特征在于，启动方式为定距离启动，或为轨道病害光学检测单元所判断并计算出钢轨顶面有损伤的钢轨图像的中心位置距一字型强光光源的距离启动，或为轨道病害光学检测单元所判断并提取出的轨枕中心位置距一字型强光光源的距离启动，或为安装于走行式机械构架上的非接触式的距离测量传感器所检测出的钢轨压紧螺栓中心位置距一字型强光光源的距离启动；以上几种方式的启动距离均为安装于走行式机械构架走行轮上的里程传感器所测量出的走行距离。

5.根据权利要求1所述的静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***，其特征在于：所述静态铁路轨道组件轮廓尺寸及病害光学检测***是对铁路轨道组件在所加载荷不能使其变形的静止状态下对铁路轨道组件的静态参数进行监测，所述钢轨及钢轨扣件组合轮廓断面尺寸光学检测分***、轨道病害光学检测分***及非接触式的距离测量传感器均安装在可在钢轨上移动的装有轮子的走行式机械构架上。