RU2314953C2 - Device to check geometrical parameters of rail - Google Patents

Abstract

FIELD: railway transport; measurement facilities.

SUBSTANCE: invention can be used for automatic checking of rail. Proposed device for checking geometrical parameters of rail has measuring platform carrying six optical sensors, three of which check upper surface of rail head at its beginning, center and end, and remaining three sensors check side surface of rail head, respectively, in beginning, center and end, and measuring device connected with sensors. Device contains also mechanism to compress rail in horizontal and vertical planes, and mechanism to shaft rail relative to stationary measuring platform with rail position sensors connected to measuring device. Laser rangers are used as optical sensors.

EFFECT: possibility of measuring rail parameters after straightening out.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного контроля рельса, например, после его рихтовки перед сваркой бесшовных рельсов.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used for automated control of a rail, for example, after straightening it before welding seamless rails.

В настоящее время, в связи с ростом скоростей движения рельсового транспорта, актуальной становится задача объективного контроля за техническим состоянием железнодорожного пути, выполненного из длинномерных бесшовных рельсовых плетей. Поэтому при сварке рельсовых плетей остро встает вопрос по обеспечению точности таких параметров, как высота головки рельса и ширина ее поверхности катания, а также величина вертикального и горизонтального прогиба рельса на базовой длине. Объективный технический контроль за указанными параметрами позволяет ускорить сборку бесшовных рельсовых плетей, снизить затраты на их изготовление и упростить технологию сборки рельсового пути из рельсовых плетей.Currently, in connection with the growth of rail transport speeds, the task of objective control over the technical condition of the railway track made of long seamless rail lashes is becoming urgent. Therefore, when welding rail lashes, the question arises of ensuring the accuracy of such parameters as the height of the rail head and the width of its rolling surface, as well as the magnitude of the vertical and horizontal deflection of the rail at the base length. Objective technical control of these parameters allows you to speed up the assembly of seamless rail lashes, reduce the cost of their manufacture and simplify the technology of assembling a rail track from rail lashes.

Известно устройство для контроля геометрических параметров рельса (см. патент США №4288855, Кл. G01B 7/28, 1981 г.), включающее установленные на базовой платформе контактные датчики, измеряющие величину вертикального и горизонтального прогиба рельса на заданной длине, а также высоту головки рельса и ширину ее поверхности катания.A device for monitoring the geometric parameters of the rail (see US patent No. 4288855, CL G01B 7/28, 1981), including contact sensors installed on the base platform, measuring the value of the vertical and horizontal deflection of the rail at a given length, as well as the height of the head rail and the width of its surface.

Основным недостатком известного устройства является недостаточно высокая точность измерения, связанная с использованием механических контактных датчиков при контроле вновь собираемых рельсовых плетей. Это связано с тем, что рельс в стадии поставки может иметь наружные загрязнения или локальные коррозийные отслоения металла, которые будут восприниматься механическими датчиками.The main disadvantage of the known device is the insufficiently high measurement accuracy associated with the use of mechanical contact sensors in the control of newly assembled rail lashes. This is due to the fact that the rail at the delivery stage may have external pollution or local corrosion exfoliation of the metal, which will be perceived by mechanical sensors.

Кроме того, известное устройство имеет малое быстродействие, необходимое для установления надежного контакта с поверхностью, что затрудняет его использование в автоматических комплексах сборки рельсовых плетей.In addition, the known device has a low speed required to establish reliable contact with the surface, which makes it difficult to use in automatic complexes for assembling rail lashes.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сути является устройство для контроля рельсового пути, взятое в качестве прототипа (см. патент США №4040738, Кл. G01C 3/00, 1977 г.), включающее установленные на базовой платформе бесконтактные оптические датчики, соединенные с измерительным устройством, измеряющие высоту головки рельса и ширину ее поверхности катания, величину вертикального и горизонтального прогиба рельса на заданной длине. Устройство включает три пары оптических датчиков, две пары которых установлены на границах базовой длины, а средняя пара - в ее центре. Каждый оптический датчик включает взаимно сфокусированные осветитель и линейный фотоприемник. Изменение положения фокусного пятна на поверхности рельса регистрируется линейным фотоприемником и по величине его смещения определяется величина отклонения данного параметра от заданной величины.Closest to the claimed device in technical essence is a device for monitoring the rail track, taken as a prototype (see US patent No. 4040738, CL. G01C 3/00, 1977), including mounted on the base platform non-contact optical sensors connected to a measuring device that measures the height of the rail head and the width of its rolling surface, the magnitude of the vertical and horizontal deflection of the rail at a given length. The device includes three pairs of optical sensors, two pairs of which are installed at the borders of the base length, and the middle pair is in its center. Each optical sensor includes a mutually focused illuminator and a linear photodetector. A change in the position of the focal spot on the rail surface is recorded by a linear photodetector and the magnitude of its displacement determines the deviation of this parameter from a given value.

Основным недостатком известного устройства является то, что измерение параметров рельса производится по отраженной составляющей падающего излучения. На эксплуатируемом участке рельсового пути поверхность рельса представляет собой зеркальную поверхность, которая хорошо отражает зеркальную составляющую падающего излучения. Рельсы, которые не были в эксплуатации, имеют низкую отражательную способность, а следовательно, известное устройство практически не будет работоспособным.The main disadvantage of the known device is that the measurement of the rail parameters is carried out on the reflected component of the incident radiation. On the exploited section of the rail track, the surface of the rail is a mirror surface that reflects well the mirror component of the incident radiation. Rails that were not in use have a low reflectivity, and therefore, the known device will practically not be operational.

Кроме того, известное устройство измеряет параметры рельса путем передвижения на специальной технологической платформе и делает контрольные замеры относительно имеющегося рельсового пути, который был предварительно выставлен как по горизонтали, так и по вертикали. При контроле рельса, прошедшего рихтовку, отсутствуют технологические базы, относительно которых можно измерять его основные параметры, т.е. без установки рельса на контрольный участок пути, измерить его параметры при помощи известного устройства невозможно.In addition, the known device measures the parameters of the rail by moving on a special technological platform and makes control measurements with respect to the existing rail track, which was previously set both horizontally and vertically. When monitoring a rail that has passed straightening, there are no technological bases with respect to which its basic parameters can be measured, i.e. without installing the rail on the control section of the track, it is impossible to measure its parameters using a known device.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно измерение параметров рельса после его рихтовки.The aim of the present invention is to remedy these disadvantages, namely the measurement of the parameters of the rail after its straightening.

Указанная цель в устройстве для контроля геометрических параметров рельса, включающем базовую платформу, на которой установлены шесть оптических датчиков, три из которых контролируют верхнюю поверхность головки рельса в его начале, центре и конце, а оставшиеся три датчика - боковую поверхность головки рельса, соответственно в начале, центре и конце, а также измерительное устройство, соединенное с датчиками, достигается тем, что в устройство дополнительно введен механизм для заневоливания рельса в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также механизм передвижения рельса относительно неподвижной измерительной платформы, снабженной датчиками положения рельса, подключенными к измерительному устройству, при этом в качестве оптических датчиков используются лазерные дальномеры.The specified goal in the device for monitoring the geometric parameters of the rail, including the base platform on which six optical sensors are installed, three of which control the upper surface of the rail head at its beginning, center and end, and the remaining three sensors - the side surface of the rail head, respectively, at the beginning , the center and the end, as well as the measuring device connected to the sensors, is achieved by the fact that a mechanism is additionally introduced into the device for covering the rail in horizontal and vertical planes x, and the movement mechanism of the rail relative to the fixed measuring platform provided with a rail position sensor connected to the measuring apparatus, wherein a laser range finders are used as optical sensors.

Указанное выполнение устройства позволяет жестко устанавливать рельс, поступающий после рихтовки относительно оптических измерительных датчиков, что обеспечивает высокую точность измерения, а использование в качестве оптических датчиков лазерных дальномеров позволяет использовать оптически не отражающие поверхности рельса.The specified implementation of the device allows you to rigidly install the rail coming after straightening relative to the optical measuring sensors, which ensures high measurement accuracy, and the use of laser range finders as optical sensors allows the use of optically non-reflecting rail surfaces.

Для повышения точности измерения механизм передвижения рельса относительно неподвижной измерительной платформы выполнен в виде роликового конвейера, при этом устройство для заневоливания рельса в горизонтальной плоскости выполнено в виде набора подпружиненных направляющих роликовых опор, установленных попарно вдоль платформы на уровне шейки рельса, а для заневоливания рельса в вертикальной плоскости - в виде подпружиненных роликов, упирающихся в поверхность катания рельса.To increase the accuracy of measurement, the mechanism for moving the rail relative to the stationary measuring platform is made in the form of a roller conveyor, while the device for covering the rail in the horizontal plane is made in the form of a set of spring-loaded guide rails of roller bearings installed in pairs along the platform at the level of the rail neck, and for covering the rail in the vertical planes - in the form of spring-loaded rollers abutting against the rolling surface of the rail.

В качестве оптических дальномеров в заявляемом устройстве использованы лазерные триангуляционные датчики, измеряющие с высокой точностью расстояние до поверхности рельса, что позволяет в реальном времени определять величину отклонения измеренного значения от базового размера.As optical rangefinders in the inventive device used laser triangulation sensors that measure with high accuracy the distance to the surface of the rail, which allows in real time to determine the deviation of the measured value from the base size.

Заявляемое устройство позволяет в реальном времени измерять основные геометрические характеристики рихтованного рельса и не имеет аналогов среди известных устройств, используемых для контроля геометрических параметров рельсов перед их сваркой в длинномерные плети, а значит соответствует критерию «изобретательский уровень».The inventive device allows in real time to measure the basic geometric characteristics of the straightened rail and has no analogues among the known devices used to control the geometric parameters of the rails before welding them into long lashes, and therefore meets the criterion of "inventive step".

На фиг.1 представлен чертеж, поясняющий принцип работы заявляемого устройства.Figure 1 presents a drawing explaining the principle of operation of the inventive device.

На фиг.2 представлена блок-схема измерительного устройства.Figure 2 presents a block diagram of a measuring device.

Устройство (фиг.1) содержит рельс 1, заневоленый в горизонтальной плоскости роликами 2 и в вертикальной плоскости роликом 3; роликовый конвейер 4; вертикальную опорную балку 5 с оптическими датчиками 6 (Д1, Д2, Д3); горизонтальную опорную балку 7 с оптическими датчиками 8 (Д4, Д5, Д6); датчики наличия рельса 9 (Д7) и 10 (Д8).The device (figure 1) contains a rail 1, gouged in the horizontal plane by the rollers 2 and in the vertical plane by the roller 3; roller conveyor 4; vertical support beam 5 with optical sensors 6 (D1, D2, D3); horizontal support beam 7 with optical sensors 8 (D4, D5, D6); Rail presence sensors 9 (D7) and 10 (D8).

На фиг.2 приведена блок-схема микропроцессорного измерительного устройства 11, включающего микропроцессор 12; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 13; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 14; расширитель ввода-вывода (РВВ)15; информационную шину 16; преобразователь сигналов датчиков 17; клавиатуру 18; индикаторное устройство 19.Figure 2 shows a block diagram of a microprocessor measuring device 11, including a microprocessor 12; random access memory (RAM) 13; read only memory (ROM) 14; I / O expander (RVV) 15; information bus 16; a sensor signal transducer 17; keyboard 18; indicator device 19.

Устройство работает следующим образом. С клавиатуры 18 задают отображаемые на индикаторе 19 требуемые режимы контроля геометрических параметров рельса 1, например высоту головки рельса, ширину ее поверхности катания, а также величину вертикального и горизонтального прогиба рельса на заданной длине.The device operates as follows. From the keyboard 18, the required control modes of the geometric parameters of the rail 1 are displayed, which are displayed on the indicator 19, for example, the height of the rail head, the width of its rolling surface, as well as the vertical and horizontal deflection of the rail for a given length.

Датчики 9 и 10 фиксируют наличие рельса 1 на роликовом конвейере 4. Для исключения ошибок измерения рельс 1 заневолен как в горизонтальной плоскости при помощи роликов 2, так и в вертикальной плоскости при помощи ролика 3. При этом датчики Д1-ДЗ и Д4-Д6 в циклическом режиме измеряют расстояние в трех сечениях соответственно до верхней и боковой поверхности рельса. По результатам измерений устройство 11 вычисляет геометрические параметры рельса: высоту головки рельса, ширину ее поверхности катания, а также величину вертикального и горизонтального прогиба рельса на заданной длине. Поскольку рельс заневолен относительно базовых поверхностей (датчиков Д1-Д3 и Д4-Д6), то высоту головки рельса и ширину ее поверхности катания измеряют непосредственно по показаниям датчиков Д1-Д3 и Д4-Д6, а стрелка вертикального прогиба Δ_в оценивается по результатам измерений каждого датчика Д1-Д3 по формуле:Sensors 9 and 10 detect the presence of rail 1 on the roller conveyor 4. To eliminate measurement errors, rail 1 is awkward both in the horizontal plane with the help of rollers 2 and in the vertical plane with the roller 3. In this case, the sensors D1-DZ and D4-D6 in cyclic mode measure the distance in three sections, respectively, to the upper and lateral surface of the rail. According to the measurement results, the device 11 calculates the geometric parameters of the rail: the height of the rail head, the width of its rolling surface, as well as the magnitude of the vertical and horizontal deflection of the rail at a given length. Since the rail is awkward with respect to the base surfaces (sensors D1-D3 and D4-D6), the height of the rail head and the width of its rolling surface are measured directly from the readings of sensors D1-D3 and D4-D6, and the arrow of vertical deflection Δ _in is estimated from the results of measurements of each D1-D3 sensor according to the formula:

Стрелка горизонтального прогиба Δ_г оценивается по результатам измерений каждого датчика Д4-Д6 по формуле:The arrow of the horizontal deflection Δ _g is estimated by the measurement results of each sensor D4-D6 according to the formula:

Указанные измеренные или рассчитанные геометрические параметры рельса отображаются на индикаторном устройстве 19 (мониторе или графопостроителе). Контрольные значения измеряемых величин хранятся в ПЗУ 14. При превышении заданных контрольных величин данный участок рельса отмечается как «БРАК».The indicated measured or calculated geometric parameters of the rail are displayed on the indicator device 19 (monitor or plotter). The control values of the measured values are stored in ROM 14. If the specified control values are exceeded, this section of the rail is marked as “BRAC”.

В качестве оптического дальномера при проведении измерений использовался сертифицированный лазерный дальномер марки "Лабракон", работающий по принципу триангуляционного измерителя расстояния с допустимой погрешностью измерения расстояния не хуже 10 мкм.When measuring, we used a certified laser range finder of the Labracon brand, operating on the principle of a triangulation distance meter with an acceptable distance measurement error of no worse than 10 microns.

Усредненная точность измерения основных геометрических параметров движущегося рельса не хуже 0,1 мм.The average measurement accuracy of the basic geometric parameters of a moving rail is not worse than 0.1 mm.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет надежно контролировать высоту головки рельса и ширину ее поверхности катания, а также величину вертикального и горизонтального прогиба рельса на заданной длине.Thus, the claimed device allows you to reliably control the height of the rail head and the width of its rolling surface, as well as the magnitude of the vertical and horizontal deflection of the rail at a given length.

Claims (3)

1. Устройство для контроля геометрических параметров рельса, включающее измерительную платформу, на которой установлены шесть оптических датчиков, три из которых контролируют верхнюю поверхность головки рельса в его начале, центре и конце, а оставшиеся три датчика - боковую поверхность головки рельса, соответственно в начале, центре и конце, а также измерительное устройство, соединенное с датчиками, отличающееся тем, что содержит механизм для заневоливания рельса в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также механизм передвижения рельса относительно неподвижной измерительной платформы, снабженной датчиками положения рельса, подключенными к измерительному устройству, при этом в качестве оптических датчиков используются лазерные дальномеры.1. A device for monitoring the geometric parameters of the rail, including a measuring platform on which six optical sensors are installed, three of which control the upper surface of the rail head at its beginning, center and end, and the remaining three sensors - the side surface of the rail head, respectively, at the beginning, the center and end, as well as a measuring device connected to the sensors, characterized in that it contains a mechanism for covering the rail in horizontal and vertical planes, as well as a movement mechanism rail relatively stationary measuring platform, equipped with rail position sensors connected to the measuring device, while laser range finders are used as optical sensors. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм передвижения рельса относительно неподвижной измерительной платформы выполнен в виде роликового конвейера, при этом устройство для заневоливания рельса в горизонтальной плоскости выполнено в виде набора подпружиненных направляющих роликовых опор, установленных попарно вдоль платформы на уровне шейки рельса, а для заневоливания рельса в вертикальной плоскости - в виде подпружиненных роликов, упирающихся в поверхность катания рельса.2. The device according to claim 1, characterized in that the mechanism for moving the rail relative to the stationary measuring platform is made in the form of a roller conveyor, while the device for covering the rail in the horizontal plane is made in the form of a set of spring-loaded guide rails mounted in pairs along the platform at the neck level rail, and for covering the rail in a vertical plane - in the form of spring-loaded rollers abutting against the rolling surface of the rail. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве оптических дальномеров использованы лазерные триангуляционные датчики.3. The device according to claim 1, characterized in that laser triangulation sensors are used as optical range finders.

Images