CN108106565A - 一种钢轨平直度和扭曲度检测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢轨平直度和扭曲度检测设备及方法，包括多个光谱共焦位移传感器和多个线性激光轮廓传感器；光谱共焦位移传感器在钢轨轨头两侧及钢轨底部两侧对称布置，测量钢轨轨头侧面及钢轨底部被测量点到传感器的距离；线性激光轮廓传感器放置在钢轨轨头顶部，采集钢轨踏面曲线；多个光谱共焦位移传感器和多个线性激光轮廓传感器与数据采集存储器连接，分析处理得到钢轨平直度和扭曲度。本发明的检测方法主要采用光谱共焦位移传感器和线性激光轮廓传感器采集钢轨表面几何参数，然后通过数据分析计算得到钢轨的平直度和扭曲度数据。

Description

一种钢轨平直度和扭曲度检测设备及方法

技术领域

本发明涉及钢轨自动化检测领域，尤其涉及一种钢轨平直度和扭曲度检测设备及方法。

背景技术

随着我国高速铁路和客运专线的发展，长钢轨的质量越来越引起重视。钢轨的平直度和扭曲度是衡量钢轨质量的重要指标之一，直接影响列车的运行速度和舒适性，严重时甚至会危及行车安全。钢轨焊接前需对钢轨的外形进行检测，避免不合格的钢轨投入生产，造成不必要的损失，因此需开发高精度的钢轨平直度和扭曲度检测***以满足对其越来越高的要求。

王旺华等人利用16个相同型号的激光测距传感器，采用非接触式测量方法完成对钢轨断面几何尺寸、钢轨平直度和扭曲度的在线自动测量，但是该方法在计算平直度时，只能采集三个断面的信息，不能扫描测量范围内整个钢轨的起伏情况，结果可靠性较差，同时激光测距传感器容易受灯光、锈斑等影响造成测量精度不高。

李力等人利用多个可移动激光轮廓传感器和位移传感器也完成了对钢轨断面几何尺寸、钢轨平直度和扭曲度的全面自动测量，但是该方法在钢轨检测时，需要将钢轨传送到轨端检测范围内停线检测，检测效率有待提高。

许海光等人发明了一种钢轨平直度测量仪，主要利用激光位移传感器检测钢轨顶面和测面的平直度。在检测时，直线运动机构带着激光位移传感器沿着直线导轨做往复直线运动，传感器扫描被测钢轨顶工作面和钢轨侧工作面，对被测数据进行处理后得到钢轨的平直度。该方法在钢轨的单侧放置激光位移传感器，但实际检测中，直线运动机构不可避免的会发生振动，从而带动传感器一起振动，会产生传感器零点偏移的问题，导致单侧测量的不准确，同时该方法也需要停线检测，检测效率也有待提高。

因此，现有的钢轨检测技术存在很多问题。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种钢轨平直度和扭曲度检测设备及方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种钢轨平直度和扭曲度检测设备，包括多个光谱共焦位移传感器和多个线性激光轮廓传感器；所述光谱共焦位移传感器在钢轨轨头两侧及钢轨底部两侧对称布置，测量钢轨轨头侧面及钢轨底部被测量点到传感器的距离；所述线性激光轮廓传感器放置在钢轨轨头顶部，采集钢轨踏面曲线；所述多个光谱共焦位移传感器和多个线性激光轮廓传感器与数据采集存储器连接，分析处理得到钢轨平直度和扭曲度。

一种钢轨平直度和扭曲度检测方法，包括步骤：

(1)在钢轨轨头顶部放置一台线性激光轮廓传感器，并在钢轨底部两侧对称放置两台光谱共焦位移传感器，其相互之间夹角为90度；

(2)所述线性激光传感器采集钢轨踏面曲线数据，所述光谱共焦位移传感器采集到轨底距离数据，分析采集的数据得到钢轨踏面最高点的位置；

(3)钢轨往前运动时，传感器组采集到一系列钢轨踏面最高点数据，分析采集的最高点数据得到钢轨垂直平直度。

一种钢轨平直度和扭曲度检测方法，包括步骤：

(1)在钢轨轨头两侧对称布置两台光谱共焦位移传感器，相对位置为d；

(2)实时测量传感器到对应钢轨两侧的距离d1、d2，分析采集的数据得到钢轨侧面到传感器距离理想值d1’、d2’；

(3)钢轨往前运动时，传感器采集并分析出一系列d1’、d2’数据，分析采集到的距离数据得到钢轨水平平直度。

一种钢轨平直度和扭曲度检测方法，包括步骤：

(1)在钢轨底部设置两组传感器，每组传感器包括在钢轨底部两侧对称放置两台光谱共焦位移传感器，其相互之间夹角为90度；

(2)测得钢轨底部四个点P1、P2、P3、P4的位置；

(3)钢轨往前运动时，传感器采集一个点的一系列数据，取平均值；

(4)以其中三个点确定一个平面，通过分析第四个点到该平面的距离，得到钢轨扭曲度。

设计多组传感器组，提高检测精度。

有益效果：本发明具有以下优点：(1)实现了在线实时检测钢轨平直度和扭曲度，无需钢轨停止，提高了检测效率；(2)通过上下左右配对放置传感器，消除钢轨运行过程中横向振动、纵向振动引起的检测误差，并解决现有检测方法中钢轨单侧测量问题，解决传感器零点偏移问题，提高了检测精度；(3)结合上下传感器阵列，确保检测点高度保持同一水平线，符合国家标准，确保了水平平直度检测点高度的精确；(4)通过采用线性激光位移传感器，使得垂直平直度检测点始终可以精确测量钢轨踏面中点、踏面最高点；(5)本检测***工作温度范围宽、环境适应性强、对被测钢轨表面条件无要求，不受电磁干扰影响。

附图说明

图1是本发明检测原理示意图；

图2是本发明检测设备总体布局图；

图3是钢轨垂直平直度检测的传感器布局图；

图4是钢轨水平平直度检测的传感器布局图；

图5是钢轨扭曲度检测的传感器布局图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1所示是本发明所述的钢轨平直度和扭曲度检测设备，包括多个光谱共焦位移传感器和多个线性激光轮廓传感器。多个光谱共焦位移传感器G放置在钢轨轨头两侧以及钢轨底部两侧对称布置，用来测量钢轨轨头侧面以及钢轨底部被测量点到传感器的距离；多个线性激光轮廓传感器X放置在钢轨轨头顶部来采集钢轨踏面曲线。多个光谱共焦位移传感器和多个线性激光轮廓传感器与数据采集存储器连接，从而将采集到的数据进行分析处理得到钢轨的平直度和扭曲度数据。

如图2所示，本发明的具体实施方式，在待测钢轨上部配备3台线性激光轮廓传感器，在待测钢轨两侧配备7对光谱共焦位移传感器，在待测钢轨下部配备3对光谱共焦位移传感器。

检测钢轨的垂直平直度

钢轨垂直平直度是指钢轨行车面的波浪起伏状况。通过在钢轨顶端放置多组线性激光轮廓传感器，实时扫描运动钢轨踏面，可采集到钢轨踏面曲线及踏面最高点位置；同时在钢轨的下方，放置两排数目与线性激光传感器相同的光谱共焦位移传感器，两者配合使用，以此来消除因为钢轨上下振动而产生的影响。将采集到的多组踏面最高点位置数据进行分析，采用小波算法滤去机器振动干扰信号，得出钢轨的垂直平直度。

如图3所示，在钢轨端部断面上方放置一台线性激光轮廓传感器X1，并在端部断面下方对称放置两台光谱共焦位移传感器G11、G12，其相互之间夹角为90度，并使其测量点的中心与轨底边缘的距离为10毫米左右，两者配合使用，以消除钢轨上下振动的影响。

同样的，分别在距钢轨端部断面1m处和钢轨尾部断面处各放置一组相同配置的传感器X2、G21、G23和X3、G31、G32。

垂直平直度测量具体处理方式如下：

(1)线性激光传感器X采集钢轨踏面曲线数据，光谱共焦位移传感器G采集其到轨底距离数据，对二者采集到的数据进行分析，找到钢轨踏面最高点的位置；

(2)当钢轨往前运动时，每组传感器可采集到一系列的钢轨踏面最高点数据，对每组传感器采集到的最高点数据进行处理，即可得到各组传感器测量得到的钢轨垂直平直度，

(3)设计三组传感器，提高测量准确度。

检测钢轨的水平平直度

钢轨水平平直度是指钢轨导向面水平方向的起伏状况。通过在钢轨两侧放置已标定好相对位置为d的两排光谱共焦位移传感器，实时测量传感器到钢轨两侧的距离d1、d2，则钢轨的宽度即为d-d1-d2。通过对采集到的数据进行分析，并过滤掉机器振动和钢轨左右摆动的干扰型号，即可得到钢轨的水平平直度。

如图4所示，在待测钢轨两侧距离轨头最高点16mm处配备已标定好相对位置为d的7对光谱共焦位移传感器R阵列。

水平平直度测量具体处理方式如下：

(1)每台传感器测量其到对应钢轨两侧的距离d1、d2，则钢轨的宽度即为d-d1-d2，对二者采集到的数据进行分析，过滤机器振动干扰和钢轨左右摆动的影响，可得到钢轨侧面到传感器距离理想值d1’、d2’；

(2)当钢轨往前运动时，每对传感器可采集并分析出一系列d1’、d2’数据；

(3)对每对传感器采集到的距离数据进行处理，即可得到各组传感器测量得到的钢轨水平平直度；

(4)设计7对传感器，可提高测量准确度。

另外，采用两排传感器左右两侧同时检测，可解决现有检测方法中钢轨单侧测量问题和传感器零点偏移问题，同时可消除左右振动影响。

检测钢轨的扭曲度

钢轨扭曲度是指钢轨纵向的扭曲程度。在钢轨的下方放置多个光谱共焦位移传感器，测量钢轨底面的四个点的位置，以其中三个点确定一个平面，通过分析第四个点到该平面的距离分析钢轨扭曲度；另外还可通过计算对角线的长度，间接得到钢轨扭曲度的值。

如图5所示，在钢轨的下方放置3对光谱共焦位移传感器，以其中2对传感器即可完成对钢轨扭曲度的测量。

具体实施方式是：在钢轨端部断面下方对称放置两个光谱共焦位移传感器，其相互之间夹角为90度，并使其测量点的中心与轨底边缘的距离为10毫米左右；同样的，在距端部1米的钢轨断面下方对称放置另外两个光谱共焦位移传感器，如此四个传感器便可测得钢轨底部四个点P1、P2、P3、P4的位置。因为钢轨是在线运动检测，因此每个传感器可以采集与其相对应的点附近多个点的位置数据，取其平均值，如此P1、P2、P3、P4便是所检测区域范围内的一个综合平均值，结果更准确。以其中三个点如P1、P2、P3确定一个平面，通过分析第四个点P4到该平面的距离分析钢轨扭曲度；另外还可通过计算对角线的长度，间接得到钢轨扭曲度的值。

Claims (8)

1.一种钢轨平直度和扭曲度检测设备，其特征在于：包括多个光谱共焦位移传感器和多个线性激光轮廓传感器；

所述光谱共焦位移传感器在钢轨轨头两侧及钢轨底部两侧对称布置，测量钢轨轨头侧面及钢轨底部被测量点到传感器的距离；

所述线性激光轮廓传感器放置在钢轨轨头顶部，采集钢轨踏面曲线；

所述多个光谱共焦位移传感器和多个线性激光轮廓传感器与数据采集存储器连接，分析处理得到钢轨平直度和扭曲度。

2.根据权利要求1所述的钢轨平直度和扭曲度检测设备，其特征在于：钢轨底部两侧的光谱共焦位移传感器相互之间夹角为90度。

3.一种钢轨平直度和扭曲度检测方法，其特征在于：包括步骤：

(1)在钢轨轨头顶部放置一台线性激光轮廓传感器，并在钢轨底部两侧对称放置两台光谱共焦位移传感器，其相互之间夹角为90度；

(2)所述线性激光传感器采集钢轨踏面曲线数据，所述光谱共焦位移传感器采集到轨底距离数据，分析采集的数据得到钢轨踏面最高点的位置；

(3)钢轨往前运动时，传感器组采集到一系列钢轨踏面最高点数据，分析采集的最高点数据得到钢轨垂直平直度。

4.根据权利要求3所述的钢轨平直度和扭曲度检测方法，其特征在于：设计多组传感器组，提高检测精度。

5.一种钢轨平直度和扭曲度检测方法，其特征在于：包括步骤：

(1)在钢轨轨头两侧对称布置两台光谱共焦位移传感器，相对位置为d；

(2)实时测量传感器到对应钢轨两侧的距离d1、d2，分析采集的数据得到钢轨侧面到传感器距离理想值d1’、d2’；

(3)钢轨往前运动时，传感器采集并分析出一系列d1’、d2’数据，分析采集到的距离数据得到钢轨水平平直度。

6.根据权利要求5所述的钢轨平直度和扭曲度检测方法，其特征在于：设计多组传感器组，提高检测精度。

7.一种钢轨平直度和扭曲度检测方法，其特征在于：包括步骤：

(1)在钢轨底部设置两组传感器，每组传感器包括在钢轨底部两侧对称放置两台光谱共焦位移传感器，其相互之间夹角为90度；

(2)测得钢轨底部四个点P1、P2、P3、P4的位置；

(3)钢轨往前运动时，传感器采集一个点的一系列数据，取平均值；

(4)以其中三个点确定一个平面，通过分析第四个点到该平面的距离，得到钢轨扭曲度。

8.根据权利要求7所述的钢轨平直度和扭曲度检测方法，其特征在于：设计多组传感器组，提高检测精度。