CN107326757A - 待测量构件平直度曲线测量装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种待测量构件平直度曲线测量装置与方法，涉及轨道交通领域。该待测量构件平直度曲线测量装置与方法通过利用至少三个位于同一直线上分布的距离传感器检测在一测量基准面移动的载动设备与一待测量构件的各个部位之间的相对距离参数；再利用位移传感器检测一安装有所述至少三个距离传感器的载动设备在不同时间段的位置信息；最后利用处理器依据获得的多个相对距离参数、载动设备处于不同时间段的多个位置信息、每个所述距离传感器的顺序标记以及预设的距离传感器的数量计算出待测量构件平直度曲线，并将所述待测量构件平直度曲线输出，该待测量构件平直度曲线测量装置的造价成本低，并且可以对直尖轨等构件进行测量，且测量精确度与可靠性均很高。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，具体而言，涉及一种待测量构件平直度曲线测量装置与方法。
背景技术
钢轨、直尖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。由于钢轨在工作过程中，需要与车轮直接接触，因此，钢轨或直尖轨对于车轮的磨损程度以及钢轨或直尖轨自身的磨损程度尤为重要，因此需要在定时对钢轨或直尖轨的表面平顺性进行检测。
现有技术中，主要是基于加速度传感器、角速度传感器、磁传感器采用待测量面相应数据，进而判断轨道平整性；然后通过加速度传感器、角速度传感器、磁传感器的测量方式的传感器造价高，导致测量成本高；并且该方式只能测量一个平面，如轨道板面的平整性，但是对于长直类构件如直尖轨等，其无法在测量构件上直接布置传感器，并且测量得到的轨道平顺性的数据不够精确，可靠性低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种待测量构件平直度曲线测量装置与方法。
第一方面，本发明实施例提供了一种待测量构件平直度曲线测量装置，所述待测量构件平直度曲线测量装置包括：
至少三个位于同一直线上分布的距离传感器，每个所述距离传感器均用于检测在一测量基准面移动的载动设备与一待测量构件的各个部位之间的相对距离参数；
位移传感器，用于检测一安装有所述至少三个距离传感器的载动设备在不同时间段的位置信息；
处理器，分别与每个所述距离传感器、所述位移传感器电连接或通信连接，用于依据获得的多个相对距离参数、载动设备处于不同时间段的多个位置信息、每个所述距离传感器的顺序标记以及预设的距离传感器的数量计算出待测量构件平直度曲线，并将所述待测量构件平直度曲线输出。
第二方面，本发明实施例还提供了一种待测量构件平直度曲线测量方法，所述待测量构件平直度曲线测量方法包括：
利用至少三个位于同一直线上分布的距离传感器检测在一测量基准面移动的载动设备与一待测量构件的各个部位之间的相对距离参数；
利用位移传感器检测一安装有所述至少三个距离传感器的载动设备在不同时间段的位置信息；
利用处理器依据获得的多个相对距离参数、载动设备处于不同时间段的多个位置信息、每个所述距离传感器的顺序标记以及预设的距离传感器的数量计算出待测量构件平直度曲线，并将所述待测量构件平直度曲线输出。
与现有技术相比，本发明提供的待测量构件平直度曲线测量装置与方法，通过利用至少三个位于同一直线上分布的距离传感器检测在一测量基准面移动的载动设备与一待测量构件的各个部位之间的相对距离参数；再利用位移传感器检测一安装有所述至少三个距离传感器的载动设备在不同时间段的位置信息；最后利用处理器依据获得的多个相对距离参数、载动设备处于不同时间段的多个位置信息、每个所述距离传感器的顺序标记以及预设的距离传感器的数量计算出待测量构件平直度曲线，并将所述待测量构件平直度曲线输出，该待测量构件平直度曲线测量装置的造价成本低，并且可以对直尖轨等构件进行测量，且测量精确度高，测试结果的可靠性高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的测量构件平直度曲线测量装置的电路连接框图；
图2为本发明实施例提供的测量构件平直度曲线测量装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的测量构件平直度曲线测量的流程图。
图标：101-距离传感器；102-位移传感器；103-处理器；104-载动设备；105-待测量构件；106-待测量基准面；107-显示屏。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、图2，本发明实施例提供的一种待测量构件平直度曲线测量装置，所述待测量构件平直度曲线测量装置包括：
至少三个位于同一直线上分布的距离传感器101，每个所述距离传感器101均用于检测一测量基准面106与一待测量构件105的各个部位之间的相对距离参数。
本实施例中，如图2所示，测量基准面106位于待测量构件105的下方，以测量基准面106的一侧为X轴，以与竖直方向与X轴垂直的直线为Y轴建立有坐标系。每个距离传感器101均设置于一载动设备104的表面，本实施例中，载动设备104为一小车。较佳地，所述至少三个距离传感器101之间等间距设置，每个所述距离传感器101每隔预设定的时间采集一次所述相对距离参数，且所述载动设备104在所述预设定的时间内移动的距离等于每相邻的两个所述距离传感器101之间的间距，这样设置可使得最终得出的待测量构件平直度曲线的可靠性更高。本实施例中，距离传感器101可采用激光距离传感器101或红外线距离传感器101，在此不做限制。
位移传感器102，用于检测一安装有所述至少三个距离传感器101的载动设备104在不同时间段的位置信息。
本实施例中，载动设备104在不同时间段的位置信息可以上述建立的坐标系中的坐标。
处理器103，分别与每个所述距离传感器101、所述位移传感器102电连接或通信连接，用于依据获得的多个相对距离参数、载动设备104处于不同时间段的多个位置信息、每个所述距离传感器101的顺序标记以及预设的距离传感器101的数量计算出待测量构件平直度曲线，并将所述待测量构件平直度曲线输出。
本实施例中，处理器103采用单片机，该单片机可以采用但不限于PIC16F877A型8位增强型FLASH微控制器(时钟输入20MHZ，指令周期200ns)。该单片机具有体积小、功能强、高速度、低工作电压、低功耗，具有较大的直接驱动能力，并且该单片机采用哈佛总线结构，程序计数器是13为宽，最大可寻址8K×14的FLASH程序存储空间，可以保存较复杂的程序，368K的数据存储器，256K的EEPROM，程序存储器与数据存储器采用不同的总线，因此可以同时对程序存储器与数据存储器进行存取提高了***的速度，此外，为PIC16F877A型单片机有14个工作源，包括了***功能的中断，定时器的中断以及外部中断等，8级硬件堆栈；5V单电压供电，编程方便，只需用两个引脚在线调试；可以在比较宽的电压范围工作(2.0V-5.5V)。
具体地，所述处理器103用于依据算式
计算出待测量构件平直度曲线，其中，N1表示预设的距离传感器101的数量，h1～hN3表示多个相对距离参数，N2表示所述距离传感器101的顺序标记，K表示所述载动设备104的位置信息，f表示待测量构件平直度曲线，g表示测量基准面106的平直度曲线。
需要说明的是，
可以写成矩阵的形式Ak*[Xk]＝Hk，Hk＝[h1，h2，h3，......hN3)。需要说明的是，如果待测量区段长度测量总长度共为T，且则Ak的表达如下：
其中，I是单位矩阵；Hk表示k位置处的N个距离传感器101测量值，Fk表示k位置处第N个传感器所对应的各个待测量面不平顺值；Gk表示k位置处的校正基准面测量值所组成的一个向量，Gk-[g(k) g(k) … g(k) … g(k)]，Xk由Fk与Gk组成的列向量。
进一步地，当k位置从测量起始点1到终止点时，并将方程联立可整理得到一个大型方程组，其表达如下：
由于其方程个数大于未知数个数，因此可采用最小二乘法对上述方程进行求解，可得到X*＝(ATA)\(ATH)，即f＊为待测量构件平直度曲线，g＊为测量基准面106的平直度曲线。
另外，所述处理器103还用于依据所述待测量构件平直度曲线计算出待测量构件105的平均高度，并依据算式计算出每个位置信息对应的待测量构件105的部位的平直度，其中，f*为待测量构件平直度曲线包含的待测量构件105在不同位置信息下的高度，即待测量构件的绝对不平顺幅值，mean(f*)为待测量构件105的平均高度，为每个位置信息对应的待测量构件105的部位的平直度。例如，测量得到的不同位置信息下的高度为50.001，50.002，50，49.999，49.998，则mean(f*)为50，平直度为0.001，0.002，0，-0.001，-0.002。
另外，所述待测量构件平直度曲线测量装置还包括显示屏107，所述显示屏107与所述处理器103电连接，所述处理器103还用于若其中一个或多个待测量构件105的平直度大于预设定的标准阈值时生成报警提示信息，并将报警提示信息、待测量构件105的平直度以及与待测量构件105的平直度关联的位置信息发送至所述显示屏107显示。
例如，预设定的标准阈值为0.001，则将上述的平直度的绝对值为0.002关联的位置信息发送至显示屏107显示。
本发明实施例的工作原理为：载动设备104被驱动从测量基准面106的起点移动，在移动的过程中，位于载动设备104表面的多个距离传感器101采集与待测量构件105之间的相对距离参数传输至处理器103处理，处理器103执行上述的功能得到待测量构件平直度曲线，从而得到待测量构件105的平顺性情况。较佳地，处理器103还可以得出待测量构件105的每个部位的平直度，工作人员即可在显示屏107观察到待测量构件105具体那个部位不平顺，从而进行精确的维修。
请参阅图3，本发明实施例还提供了一种待测量构件平直度曲线测量方法，需要说明的是，本实施例所提供的待测量构件平直度曲线测量方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本发明实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。所述待测量构件平直度曲线测量方法包括：
步骤S301：利用至少三个位于同一直线上分布的距离传感器101检测一测量基准面106与一待测量构件105的各个部位之间的相对距离参数。
步骤S302：利用位移传感器102检测一安装有所述至少三个距离传感器101的载动设备104在不同时间段的位置信息。
本实施例中，所述至少三个距离传感器101之间等间距设置，每个所述距离传感器101每隔预设定的时间采集一次所述相对距离参数，且所述载动设备104在所述预设定的时间内移动的距离等于每相邻的两个所述距离传感器101之间的间距。
步骤S303：利用处理器103依据获得的多个相对距离参数、载动设备104处于不同时间段的多个位置信息、每个所述距离传感器101的顺序标记以及预设的距离传感器101的数量计算出待测量构件平直度曲线，并将所述待测量构件平直度曲线输出。
具体地，步骤S303可以包括：利用所述处理器103依据算式
计算出待测量构件平直度曲线。
其中，N1表示预设的距离传感器101的数量，h1～hN3表示多个相对距离参数，N2表示所述距离传感器101的顺序标记，K表示所述载动设备104的位置信息，f表示待测量构件平直度曲线，g表示测量基准面106的平直度曲线。
步骤S304：依据所述待测量构件平直度曲线计算出待测量构件105的平均高度，并依据算式计算出每个位置信息对应的待测量构件105的部位的平直度。
其中，f*为待测量构件平直度曲线包含的待测量构件105在不同位置信息下的高度，mean(f*)为待测量构件105的平均高度，为每个位置信息对应的待测量构件105的部位的平直度。
步骤S305：判断其中一个或多个待测量构件105的平直度是否大于预设定的标准阈值，如果是，则执行步骤S306。
步骤S306：生成报警提示信息。
步骤S307：将报警提示信息、待测量构件105的平直度以及与待测量构件105的平直度关联的位置信息发送至一显示屏107显示。
综上所述，本发明提供的待测量构件平直度曲线测量装置与方法，通过利用至少三个位于同一直线上分布的距离传感器检测在一测量基准面移动的载动设备与一待测量构件的各个部位之间的相对距离参数；再利用位移传感器检测一安装有所述至少三个距离传感器的载动设备在不同时间段的位置信息；最后利用处理器依据获得的多个相对距离参数、载动设备处于不同时间段的多个位置信息、每个所述距离传感器的顺序标记以及预设的距离传感器的数量计算出待测量构件平直度曲线，并将所述待测量构件平直度曲线输出，该待测量构件平直度曲线测量装置的造价成本低，并且可以对直尖轨等构件进行测量，且测量精确度高，测试结果的可靠性高。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种待测量构件平直度曲线测量装置，其特征在于，所述待测量构件平直度曲线测量装置包括：
至少三个位于同一直线上分布的距离传感器，每个所述距离传感器均用于检测在一测量基准面移动的载动设备与一待测量构件的各个部位之间的相对距离参数；
位移传感器，用于检测一安装有所述至少三个距离传感器的载动设备在不同时间段的位置信息；
处理器，分别与每个所述距离传感器、所述位移传感器电连接或通信连接，用于依据获得的多个相对距离参数、载动设备处于不同时间段的多个位置信息、每个所述距离传感器的顺序标记以及预设的距离传感器的数量计算出待测量构件平直度曲线，并将所述待测量构件平直度曲线输出。
2.根据权利要求1所述的待测量构件平直度曲线测量装置，其特征在于，所述处理器用于依据算式
计算出待测量构件平直度曲线，其中，N1表示预设的距离传感器的数量，h1～hN3表示多个相对距离参数，N2表示所述距离传感器的顺序标记，K表示所述载动设备的位置信息，f表示待测量构件平直度曲线，g表示测量基准面的平直度曲线。
3.根据权利要求1所述的待测量构件平直度曲线测量装置，其特征在于，所述处理器还用于依据所述待测量构件平直度曲线计算出待测量构件的平均高度，并依据算式计算出每个位置信息对应的待测量构件的部位的平直度，其中，f*为待测量构件平直度曲线包含的待测量构件在不同位置信息下的高度，即待测量构件的绝对不平顺幅值，mean(f*)为待测量构件的平均高度，为每个位置信息对应的待测量构件的部位的平直度。
4.根据权利要求3所述的待测量构件平直度曲线测量装置，其特征在于，所述待测量构件平直度曲线测量装置还包括显示屏，所述显示屏与所述处理器电连接，所述处理器还用于若其中一个或多个待测量构件的平直度大于预设定的标准阈值时生成报警提示信息，并将报警提示信息、待测量构件的平直度以及与待测量构件的平直度关联的位置信息发送至所述显示屏显示。
5.根据权利要求1所述的待测量构件平直度曲线测量装置，其特征在于，所述至少三个距离传感器之间等间距设置，每个所述距离传感器每隔预设定的时间采集一次所述相对距离参数，且所述载动设备在所述预设定的时间内移动的距离等于每相邻的两个所述距离传感器之间的间距。
6.一种待测量构件平直度曲线测量方法，其特征在于，所述待测量构件平直度曲线测量方法包括：
利用至少三个位于同一直线上分布的距离传感器检测在一测量基准面移动的载动设备与一待测量构件的各个部位之间的相对距离参数；
利用位移传感器检测一安装有所述至少三个距离传感器的载动设备在不同时间段的位置信息；
利用处理器依据获得的多个相对距离参数、载动设备处于不同时间段的多个位置信息、每个所述距离传感器的顺序标记以及预设的距离传感器的数量计算出待测量构件平直度曲线，并将所述待测量构件平直度曲线输出。
7.根据权利要求6所述的待测量构件平直度曲线测量方法，其特征在于，所述利用处理器依据获得的多个相对距离参数、载动设备处于不同时间段的多个位置信息、每个所述距离传感器的顺序标记以及预设的距离传感器的数量计算出待测量构件平直度曲线，并将所述待测量构件平直度曲线输出的步骤包括：利用所述处理器依据算式
计算出待测量构件平直度曲线，其中，N1表示预设的距离传感器的数量，h1～hN3表示多个相对距离参数，N2表示所述距离传感器的顺序标记，K表示所述载动设备的位置信息，f表示待测量构件平直度曲线，g表示测量基准面的平直度曲线。
8.根据权利要求6所述的待测量构件平直度曲线测量方法，其特征在于，所述待测量构件平直度曲线测量方法还包括：
依据所述待测量构件平直度曲线计算出待测量构件的平均高度，并依据算式计算出每个位置信息对应的待测量构件的部位的平直度，其中，f*为待测量构件平直度曲线包含的待测量构件在不同位置信息下的高度，即待测量构件的绝对不平顺幅值，mean(f*)为待测量构件的平均高度，为每个位置信息对应的待测量构件的部位的平直度。
9.根据权利要求8所述的待测量构件平直度曲线测量方法，其特征在于，所述待测量构件平直度曲线测量方法还包括：若其中一个或多个待测量构件的平直度大于预设定的标准阈值时生成报警提示信息，并将报警提示信息、待测量构件的平直度以及与待测量构件的平直度关联的位置信息发送至一显示屏显示。
10.根据权利要求6所述的待测量构件平直度曲线测量方法，其特征在于，所述至少三个距离传感器之间等间距设置，每个所述距离传感器每隔预设定的时间采集一次所述相对距离参数，且所述载动设备在所述预设定的时间内移动的距离等于每相邻的两个所述距离传感器之间的间距。
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