CN114964008A - 刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪及测量方法 - Google Patents

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CN114964008A CN202210390008.8A CN202210390008A CN114964008A CN 114964008 A CN114964008 A CN 114964008A CN 202210390008 A CN202210390008 A CN 202210390008A CN 114964008 A CN114964008 A CN 114964008A
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张建昭
郝华龙
李栓
宋伟
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王恩营
杨旭飞
李萌
刘天龙
刘帅
刘德龙
刘亚军
牟超
杨铭
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左永生
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Abstract

本发明公开了一种刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪及测量方法，包括测量模块、爬行机构，测量模块安装在爬行机构内部，爬行机构安装于刚性接触网的汇流排上进行爬行测量；测量模块包括激光发生器、面阵ccd相机，激光发生器正对于接触线，并产生光幕垂直于接触线进行测量；接触线的两侧分别设置有面阵ccd相机，两个面阵ccd相机分别以设定的角度，对两侧接触线均产生面阵成像；通过激光测量及面阵成像，形成接触线三维轮廓图，生成接触线磨耗尺寸及剩余接触线高度。本发明采用激光线束和2套ccd成像技术，近距离、无死角的进行测量，精度高、速度快；实现了接触线磨耗动态连续测量，突破了传统定点测量的手段。

Description

刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪及测量方法
技术领域
本发明涉及城市轨道交通领域，尤其是涉及一种刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪及测量方法。
背景技术
基于刚性接触线磨耗特点，目前行业内无技术手段可实现刚性接触线磨耗残存高度的高精度直接测量，且无法实现刚性接触线，实际残存高度的连续测量监测，只能通过人工排查，定时定点监测的手段，来监测刚性接触线磨耗状态。现有技术中有以下几种监测手段：
1、接触网动态监测设备加装接触线磨耗监测技术：需要电客车及工程车加装接触线磨耗监测模块，设备需定期维护调整，且需专项检测计划安排，维修计划成本及对相关专业计划作业影响巨大，实际运用中动态监测易受运营环境影响，磨耗监测数据精确度低。
2、行业内现有轻便式接触网导线磨耗测量仪：仅支持单点监测，且受设备状态影响(油污、汇流排3几何尺寸)测量精度一般，无法实现连续性监测，传输终端设备18故障率较高，亦无法实现接触线磨耗状态全面持续监测，作业效率低。
3、游标卡尺：需人工排查确认监测点位，进行定点监测，读数不直观，测量效率低，无法实现接触线磨耗状态全面持续监测，监测效率较差。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，其利用线激光和ccd成像技术，通过三维轮廓测量原理实现有效、便捷的测量。本发明的另一目的是提供一种实施上述测量仪的测量方法。
为实现上述目的，本发明一种刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，包括测量模块、爬行机构，测量模块安装在爬行机构内部，爬行机构安装于刚性接触网的汇流排上进行爬行测量；
其中，测量模块包括激光发生器、面阵ccd相机，激光发生器正对于接触线，并产生光幕垂直于接触线进行测量；接触线的两侧分别设置有面阵ccd相机，两个面阵ccd相机分别以设定的角度，对两侧接触线均产生面阵成像；
通过激光测量及面阵成像，形成接触线三维轮廓图，生成接触线磨耗尺寸及剩余接触线高度。
进一步，所述汇流排包括顶部，在顶部下方对称延伸有两个侧壁，各个侧壁下方均设置有夹头，夹头的端部之间形成用于夹持接触线的夹口。
进一步，所述夹头向水平方向延伸有用于所述爬行机构运行的平台。
进一步，所述爬行机构包括箱体单元、两组行走轮、两组导向轮，行走轮安装于所述平台上，导向轮对应于所述平台的竖直侧壁安装。
进一步，所述测量模块安装于所述箱体单元内，所述测量模块的底部与所述箱体单元的底部之间设置有压力弹簧。
进一步，所述面阵ccd相机与水平方向的夹角为45°-60°。
进一步，所述夹口处设置有异物处理器，来清除汇流排及接触线上残留异物。
进一步，所述箱体单元的底部设置有拖行绝缘绳。
一种刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量方法，具体为：
1)使用ccd面阵相机及激光发生器，连续扫描接触线截面轮廓，并传输至终端；
2)以接触线轮廓为基础，扫描并搭建基础计算坐标系；
3)测量扫描已产生线面磨损的接触线，坐标系X轴方向，以设定距离为间隔，形成坐标数据X1至XN；坐标系Y轴方向，以设定距离为间隔，形成坐标数据Y1至YN，最终绘制出线面磨损轮廓曲线；
4)终端内存储有全新未磨损接触线的第一轮廓曲线，对比线面磨损轮廓曲线与第一轮廓曲线，筛选磨耗截面AB线性数据(需要定义什么是AB线性数据)，计算磨耗宽度、残存高度、磨耗角度、磨耗面积；
其中，接触线磨耗角度θ：
Figure BDA0003596438450000031
(θ为磨耗截面AB线偏磨角度，(X1,Y2)(XN,YN)为AB截面初始坐标和终点坐标)；
接触线残存高度：H0＝Ya-limYN；
(H0为接触线残存高度，Ya为接触线磨耗截面纵坐标最大值，limYN为AB截面纵坐标最小值)；
磨耗宽度计算中，磨耗宽度以高度为模型计算变量：
Figure BDA0003596438450000032
下层圆面(0≤L≤9.6424)，磨耗宽度：
Figure BDA0003596438450000033
上层圆面(L＞9.6424)，磨耗宽度：
Figure BDA0003596438450000034
(H为接触线磨耗高度，Y1、Y2...YN为截面AB纵坐标测量值，N为测量总数，Yb为接触线磨耗截面纵坐标最小值；L为接触线磨耗截面AB宽度，R20为接触线模型下层圆面半径，R7.55为接触线模型上层圆面半径，接触线模型上层与下层圆面分界线截面AB宽度为9.6424)；
磨耗面积计算：
下层圆面，磨耗面积：
Figure BDA0003596438450000035
上层圆面，磨耗面积：
Figure BDA0003596438450000041
Figure BDA0003596438450000042
(S为接触线磨耗面积，L为接触线磨耗截面AB宽度，R20为接触线模型下层圆面半径，R7.55为接触线模型上层圆面半径，ΔS为上层圆面向下延伸后与下层圆面的切面面积差)。
进一步，所述ccd面阵相机及激光发生器的采集频率为10HZ-50HZ。
本发明采用激光线束和2套ccd成像技术，近距离、无死角的进行测量，精度高、速度快；实现了接触线磨耗动态连续测量，突破了传统定点测量的手段；测量仪结构小巧、效率高、使用方便。
附图说明
图1为本发明刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪结构示意图；
图2为激光发生器4、面阵ccd相机5结构示意图；
图3为新接触线成像示意图；
图4为磨损后接触线成像示意图；
图5为150线型标准结构；
图6为测量时技术参数示意图；
图7为ZY47锚段磨耗实时测量数据曲线图；
图8为ZY47锚段磨耗历史数据对比变化曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1至图8所示，本发明一种刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，利用线激光和ccd成像技术，通过三维轮廓测量原理进行测量，并开发刚性接触网爬行机构2，使其可以承载测量模块1，使测量模块1实现自动或人工在刚性悬挂上进行持续爬行测量，测量模块1的测量数据无线传输到地面终端设备18，终端设备18可直接显示测量数据，生成数据报表，并可与历史数据进行智能分析对比，生成磨耗变化曲线。
本发明一种刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，包括测量模块1、爬行机构2，测量模块1安装在爬行机构2内部，爬行机构2安装于刚性接触网的汇流排3上进行爬行测量，从而实现接触线近距离测量。爬行机构2设置自动行走测量和手动行走测量两种行走测量模式，可根据工作需求可进行切换，以实现在不同环境下，多种样式刚性接触线的磨耗连续测量。
其中，测量模块1包括激光发生器4、面阵ccd相机5，激光发生器4正对于接触线，并产生光幕垂直于接触线6进行测量；接触线6的两侧分别设置有面阵ccd相机5，两个面阵ccd相机5分别以设定的角度，对两侧接触线均产生面阵成像。根据实际应用情况，面阵ccd相机5与水平方向的夹角一般设置为45°-60°，来确保两侧接触线均能产生面阵成像。
本发明通过激光测量及面阵成像，形成接触线三维轮廓图，生成接触线磨耗尺寸及剩余接触线高度。
汇流排3包括顶部7，在顶部7下方对称延伸有两个侧壁8，各个侧壁8下方均设置有夹头9，夹头9的端部之间形成用于夹持接触线6的夹口10。夹头9向水平方向延伸有用于爬行机构2运行的平台11。
爬行机构2包括箱体单元12、两组行走轮13、两组导向轮14，行走轮13安装于平台11上，导向轮14对应于平台11的竖直侧壁8安装。测量模块1安装于箱体单元12内，测量模块1的底部与箱体单元12的底部之间设置有压力弹簧15，来确保测量模块1安装的稳定性。箱体单元12的底部设置有拖行绝缘绳16，在不能使用电力驱动或较为复杂的测量区域，可以通过手持拖行绝缘绳16，来进行人工驱动爬行机构2行走，实现手动行走测量模式。
夹口10处设置有异物处理器17，在测量时，可以及时的来清除汇流排3及接触线上残留异物降低外部因素影响，提高测量精度。
测量时，本发明刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，借助于爬行机构2安装于刚性接触网的汇流排3上，进行爬行测量。爬行机构2走行过程中，测量模块1通过面阵ccd相机5及激光发生器4实现高频测量，测量模块1通过蓝牙连接，将测量数据传输至地面终端设备18，终端设备18通过内部计算分析生成测量数据，并且测量数据通过与历史数据对比，生成磨耗曲线变化分析图，以实现数据的高频、高精确测量及实时对比分析。
本发明刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，通过独特的爬行机构2，走行于刚性接触网上，使用面阵ccd相机5及激光发生器4的激光射线三维轮廓成像技术，进行测量分析计算，实现在刚性接触网上连续磨耗测量，可直接生成接触线磨耗面的磨耗宽度、残存高度、磨耗角度，测量频率高、测量数据精度高。
测量模块1的测量数据可以通过蓝牙，无线传输到地面终端设备18，终端设备18可实现历时数据存储。测量机构可以通过设置实现激光线束及面阵ccd相机5的测量采集频率(频率设置范围为10HZ-50HZ，即每米不小于100个测量点位)，并通过终端设备18实时生成数据采集曲线图，如图7、图8所示，为方庄至十里河ZY47锚段磨耗实时测量数据曲线图，以及历史数据对比变化曲线图，根据实际需求亦可通过终端设备18实现此次测量数据与历时数据进行对比，形成数据变化曲线对比图，以便于及时发现磨耗突变、变化情况。
本发明还提供应用上述刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，而实施的刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量方法，具体为：
1、使用面阵ccd相机5及激光发生器4，采用三维轮廓成像技术，连续扫描接触线截面轮廓，并传输至终端软件；
2、终端软件以新接触线轮廓为基础，扫描并搭建基础计算坐标系，可根据线型，设置不同轮廓计算模式；
3、测量时，测量仪扫描已产生线面磨损的接触线，形成轮廓图像，并与新线轮廓进行对比计算；
4、测量扫描已产生线面磨损的接触线，坐标系X轴方向，以设定距离为间隔，形成坐标数据X1至XN；坐标系Y轴方向，以设定距离为间隔，形成坐标数据Y1至YN，最终绘制出线面磨损轮廓曲线；如：坐标系X轴方向，以2mm为间隔，形成坐标数据；坐标系Y轴方向，以0.2mm为间隔形成坐标数据，最终绘制出轮廓曲线；
5、终端内存储有全新未磨损接触线的第一轮廓曲线，终端后台对比两种轮廓数据：线面磨损轮廓曲线与第一轮廓曲线，筛选磨耗截面AB线性数据(需要定义什么是AB线性数据)，计算磨耗宽度、残存高度、磨耗角度、磨耗面积。
以AB线性数据为基础，计算各磨耗分量数据：
接触线磨耗角度θ：
Figure BDA0003596438450000081
(θ为磨耗截面AB线偏磨角度，(X1,Y2)(XN,YN)为AB截面初始坐标和终点坐标)；
接触线残存高度：H0＝Ya-limYN；
(H0为接触线残存高度，Ya为接触线磨耗截面纵坐标最大值，limYN为AB截面纵坐标最小值)；
磨耗宽度计算中，磨耗宽度以高度为模型计算变量：
Figure BDA0003596438450000082
下层圆面(0≤L≤9.6424)，磨耗宽度：
Figure BDA0003596438450000083
上层圆面(L＞9.6424)，磨耗宽度：
Figure BDA0003596438450000084
(H为接触线磨耗高度，Y1、Y2...YN为截面AB纵坐标测量值，N为测量总数，Yb为接触线磨耗截面纵坐标最小值；L为接触线磨耗截面AB宽度，R20为接触线模型下层圆面半径，R7.55为接触线模型上层圆面半径，接触线模型上层与下层圆面分界线截面AB宽度为9.6424)；
磨耗面积计算：
下层圆面，磨耗面积：
Figure BDA0003596438450000085
上层圆面，磨耗面积：
Figure BDA0003596438450000091
Figure BDA0003596438450000092
(S为接触线磨耗面积，L为接触线磨耗截面AB宽度，R20为接触线模型下层圆面半径，R7.55为接触线模型上层圆面半径，ΔS为上层圆面向下延伸后与下层圆面的切面面积差)。
其中，L0为扁平接触线上下层分界宽度，双圆面积差ΔS约为7.667278048mm2。
本发明主要特点：
1、针对刚性悬挂接触网开发爬行机构2，使其可以承载测量模块1，在刚性接触网汇流排3上爬行，实现近距离测量。爬行机构2可实现自动行走测量和手动行走测量两种模式。
2、将接触线标准线型技术规格及磨耗换算方式输入终端设备18程序软件内(如图6所示，以150线型为例)，测量机构通过激光线束和2套面阵ccd相机5，形成现场接触线三维成像轮廓图，三维成像轮廓数据通过终端设备18与标准线型轮廓图进行计算分析，形成接触线磨耗测量数据，数据具体如下表所示：
Figure BDA0003596438450000101
3、测量时工人利用绝缘绳或绝缘杆，拖行爬行机构2，实现连续测量，亦可使用自行走模式进行自动测量。
4、测量模块1的测量数据可以通过蓝牙，无线传输到地面终端设备18，终端设备18可实现历时数据存储。测量机构可以通过设置实现激光线束及面阵ccd相机5的测量采集频率，并通过终端设备18实时生成数据采集曲线图，如图7、图8所示，根据实际需求亦可通过终端设备18实现此次测量数据与历时数据进行对比，形成数据变化曲线对比图，以便于及时发现磨耗突变、变化情况。
5、测量机构及爬行机构2，设计轻便小巧，便于携带且安装方便、效率高、使用方便，使近距离的连续测量成为可能。
6、终端设备18外观精致小巧，内置***功能强大，界面便于操作，数据自动存储并可导出表格，且可实现与历史数据对比分析，生成数据报表。
7、测量数据直观、快捷便于读数识别。
8、采用激光线束和2套ccd成像技术，近距离，无死角的进行测量，精度高，速度快。
9、实现了接触线磨耗动态连续测量，并可生成数据变化曲线报表，突破了传统定点测量的手段。
本发明技术指标如下：
1、使用线型：圆线、扁平线，规格：85、110、120、150、250。
2、测量精度：可实现残存高度误差值±0.02mm。
3、测量间隔：高频连续测量，每米不低于100点。
4、爬行机构2最大爬行速度：≮5km/h。
5、爬行机构2重量：≯3kg。
6、残存高度精度：不低于测量值的1％。
7、数据传输：蓝牙技术，无线传输，传输距离5-10m。
8、适用场合：刚性接触网悬挂***，测量接触线磨耗。
9、工作温度：-5℃-50℃。
10、供电方式：内置石墨烯电池，连续工作≮8小时。
11、测量***自带数据补偿功能。
12、可自动生成数据曲线。
13、可记录历史数据并同步比较磨耗变化曲线。

Claims (10)

1.一种刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，其特征在于，包括测量模块、爬行机构，测量模块安装在爬行机构内部，爬行机构安装于刚性接触网的汇流排上进行爬行测量；
其中，测量模块包括激光发生器、面阵ccd相机，激光发生器正对于接触线，并产生光幕垂直于接触线进行测量；接触线的两侧分别设置有面阵ccd相机，两个面阵ccd相机分别以设定的角度，对两侧接触线均产生面阵成像；
通过激光测量及面阵成像，形成接触线三维轮廓图，生成接触线磨耗尺寸及剩余接触线高度。
2.如权利要求1所述的刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，其特征在于，所述汇流排包括顶部，在顶部下方对称延伸有两个侧壁，各个侧壁下方均设置有夹头，夹头的端部之间形成用于夹持接触线的夹口。
3.如权利要求2所述的刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，其特征在于，所述夹头向水平方向延伸有用于所述爬行机构运行的平台。
4.如权利要求3所述的刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，其特征在于，所述爬行机构包括箱体单元、两组行走轮、两组导向轮，行走轮安装于所述平台上，导向轮对应于所述平台的竖直侧壁安装。
5.如权利要求4所述的刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，其特征在于，所述测量模块安装于所述箱体单元内，所述测量模块的底部与所述箱体单元的底部之间设置有压力弹簧。
6.如权利要求1所述的刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，其特征在于，所述面阵ccd相机与水平方向的夹角为45°-60°。
7.如权利要求2所述的刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，其特征在于，所述夹口处设置有异物处理器，来清除汇流排及接触线上残留异物。
8.如权利要求4所述的刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量仪，其特征在于，所述箱体单元的底部设置有拖行绝缘绳。
9.一种刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量方法，其特征在于，该方法具体为：
1)使用ccd面阵相机及激光发生器，连续扫描接触线截面轮廓，并传输至终端；
2)以接触线轮廓为基础，扫描并搭建基础计算坐标系；
3)测量扫描已产生线面磨损的接触线，坐标系X轴方向，以设定距离为间隔，形成坐标数据X1至XN；坐标系Y轴方向，以设定距离为间隔，形成坐标数据Y1至YN，最终绘制出线面磨损轮廓曲线；
4)终端内存储有全新未磨损接触线的第一轮廓曲线，对比线面磨损轮廓曲线与第一轮廓曲线，筛选磨耗截面AB线性数据(需要定义什么是AB线性数据)，计算磨耗宽度、残存高度、磨耗角度、磨耗面积；
其中，接触线磨耗角度θ：
Figure FDA0003596438440000021
θ为磨耗截面AB线偏磨角度，(X1,Y2)(XN,YN)为AB截面初始坐标和终点坐标；
接触线残存高度：H0＝Ya-limYN；
H0为接触线残存高度，Ya为接触线磨耗截面纵坐标最大值，limYN为磨耗截面AB的截面纵坐标最小值；
磨耗宽度计算中，磨耗宽度以高度为模型计算变量：
Figure FDA0003596438440000022
下层圆面(0≤L≤9.6424)，磨耗宽度：
Figure FDA0003596438440000023
上层圆面(L＞9.6424)，磨耗宽度：
Figure FDA0003596438440000024
H为接触线磨耗高度，Y1、Y2...YN为磨耗截面AB纵坐标测量值，N为测量总数，Yb为接触线磨耗截面纵坐标最小值；L为接触线磨耗截面AB宽度，R20为接触线模型下层圆面半径，R7.55为接触线模型上层圆面半径，接触线模型上层与下层圆面分界线磨耗截面AB宽度为9.6424；
磨耗面积计算：
下层圆面，磨耗面积：
Figure FDA0003596438440000031
上层圆面，磨耗面积：
Figure FDA0003596438440000032
Figure FDA0003596438440000033
S为接触线磨耗面积，L为接触线磨耗截面AB宽度，R20为接触线模型下层圆面半径，R7.55为接触线模型上层圆面半径，ΔS为上层圆面向下延伸后与下层圆面的切面面积差。
10.如权利要求9所述的刚性接触网轻便式接触线连续磨耗测量方法，其特征在于，所述ccd面阵相机及激光发生器的采集频率为10HZ-50HZ。
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CN116147504A (zh) * 2023-04-18 2023-05-23 领视科技成都有限公司 一种车载非接触式接触线磨耗测量方法及***
CN117029696A (zh) * 2023-10-08 2023-11-10 天津津铁供电有限公司 一种用于刚性悬挂接触网的磨耗检测方法及检测设备

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