CN202195800U - 钢轨自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种钢轨自动测量装置，该测量装置包括底座(1)、测量桁架(2)、外定位装置(5)和内定位装置(6)，其中底座(1)为平板状，方形框状的测量桁架(2)固接于底座(1)上；在测量桁架(2)上共设有十六台激光传感器，该测量装置能对铁路焊轨基地的钢轨在焊接前的断面几何尺寸、平直度、扭曲度以及对称度等进行测量后提供参数，一方面指导调直工艺，另一方面实现自动配轨，为钢轨焊接质量提供保障，该装置测量效率和精度高，提高了钢轨质量和测量速度，并建立了数据库，保证了后续的使用和责任认定。

Description

钢轨自动测量装置

技术领域

本实用新型涉及仪器科学与技术的领域，尤其涉及一种快速、无损、高精度的钢轨自动测量装置。

背景技术

据《2010年铁道统计公报》：截至2010年底，我国铁路营业里程达到9.1万公里，里程长度居世界第二位。在客运专线以及高速铁路建设方面，至2009年，在投产10条客运专线共计3459.4公里基础上，又建成投产武广、甬台温、温福等5条客运专线2318.9公里。2010年又建成投产沪宁、沪杭、广珠、长吉、昌九等高速铁路共1554.3公里；新开工沪昆、合福、大西、云桂、兰新等高速铁路，建设规模8100公里。

目前我国铁路客运专线、高速铁路以及其它正线的钢轨基本实现无缝化，全国共建设有14家长轨厂，这些厂家主要将100米长的钢轨通过焊接工艺制成500米的长轨。

目前，焊轨厂的选配车间在进轨作业时，需要检测钢轨两端部的轨顶宽度、轨腰厚度、轨底宽度、轨高、轨顶平直度、轨侧作用面平直度、扭曲度以及对称度等参数，特别是两端部的平直度和扭曲度超限时，需要进行调直作业。经过调直工序后，钢轨进入配轨台待配轨。配轨就是调整进入焊机钢轨的顺序，使得焊接在一起的两钢轨的端部断面尺寸的差别最小，这样可以保证焊接后焊头的外观几何尺寸的一致性，保证焊头的平直度度等参数满足焊接要求。

而传统的钢轨检测装置，如卡尺、靠尺、机架式钢轨自动平直度检测尺还是便携式钢轨平直度检测直尺等，存在以下缺陷：

1、在检测过程中需要将钢轨停下来，测量效率低；

2、一次测量只能检测钢轨的某一项指标；

3、采用接触式测量，钢轨停下来后用气压或液压装置将钢轨夹紧定位；

4、人工完成，检测结果人为因素大；

5、传统的作业方式是钢轨在调直作业完成后，直接进入下一工序，调直后的钢轨几何参数并未保存作为原始档案，从而导致焊接后的钢轨出现质量问题时，责任认定困难。

为克服这些缺陷，现有技术中通过引入智能化和自动化来解决人工操作中存在的问题，如钢轨平整度智能检测系统及其检测方法(专利号：200910046927)，其公开了一种可实现无缝钢轨连续焊接生产线上自动检测的钢轨平整度智能检测系统，包括数据采集单元、计算机、PLC控制器、显示器、打印机及气动单元；该系统及方法主要用于钢轨焊接后焊头部位的平直度检测；和钢轨平整度智能检测装置(专利号：200920068328)，其公开了一种钢轨平整度智能检测装置，包括检测装置本体及连续在检测装置本体上端的上下移动机构。该钢轨平整度智能检测装置可实现无缝钢轨焊接生产线上的自动检测；该装置主要用于钢轨焊接后焊头部位的平直度检测。

但这些装置功能单一，测量不全面，且测量精确度较差，无法实现钢轨的全面整体精确测量。

为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种钢轨自动测量装置，以克服上述缺陷。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种钢轨自动测量装置，其结构简单，操作方便，能对铁路焊轨基地的钢轨在焊接前的断面几何尺寸、平直度、扭曲度以及对称度等进行测量后提供参数，一方面指导调直工艺，另一方面实现自动配轨，为钢轨焊接质量提供保障，该装置测量效率和精度高，提高了钢轨质量和测量速度，并建立了数据库，保证了后续的使用和责任认定。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种钢轨自动测量装置，该测量装置包括控制系统、底座1、测量桁架2、外定位装置5和内定位装置6，其中底座1为平板状，方形框状的测量桁架2固接于底座1上，两个外定位装置5分别设置于底座1的两侧且位于测量桁架2的外部，两个内定位装置6设置于底座1的中部；其特征在于：

在测量桁架2的一端开口处设有八台激光传感器，该八台激光传感器包括测量轨头宽度的第一传感器1-1和第二传感器1-2、测量轨腰宽度的第三传感器2-1和第四传感器2-2、测量轨底宽度的第五传感器3-1和第六传感器3-2、测量轨高的第七传感器4-1和第八传感器4-2，第一传感器1-1和第二传感器1-2分别位于钢轨3的轨头两侧，第三传感器2-1和第四传感器2-2分别位于钢轨3的轨腰两侧，第五传感器3-1和第六传感器3-2分别位于钢轨3的轨底两侧，第七传感器4-1对应于钢轨3的顶端，第八传感器4-2对应于钢轨3的底端。

其中：在测量桁架2上设置了测量钢轨侧面平直度的第一传感器1-1、第九传感器1-3和第十传感器1-4以及测量钢轨顶面平直度的第七传感器4-1、第十一传感器4-3和第十二传感器4-4，其中，测量钢轨侧面平直度和测量轨头宽度共用了第一传感器，测量钢轨顶面平直度和测量轨高共用了第七传感器；第一传感器1-1、第九传感器1-3和第十传感器1-4平行于钢轨3且对应于钢轨3的侧面；第七传感器4-1、第十一传感器4-3和第十二传感器4-4平行于钢轨3且对应于钢轨3的顶端。

其中：第一传感器1-1和第十传感器1-4距离2米，第九传感器1-3位于第一传感器1-1和第十传感器1-4的中间位置，第七传感器4-1和第十二传感器4-4距离2米，第十一传感器4-3位于第七传感器4-1和第十二传感器4-4的中间位置。

其中：在钢轨的左侧安装了第十三传感器5-1和第十四传感器5-2，其之间的距离为2米；在钢轨的右侧对称位置安装第十五传感器5-3与第十六传感器5-4，其之间的距离为2米。

其中：在测量桁架2的中部设有光电编码器4。

其中：测量装置的控制系统包含多传感器集成控制器11、工业计算机12、数据显示装置18、数据存储装置19以及外部服务器20，多传感器集成控制器11与上述第一至第十六传感器连接，上述的光电编码器4集成了光电开关41和旋转编码器42，多传感器集成控制器11与光电开关41和旋转编码器42连接，工业计算机12上分别设有16通道A/D卡13、USB接口14、VGA接口15、SATA接口16以及EarthNet接口17，多传感器集成控制器11与16通道A/D卡13和USB接口14连接，工业计算机12通过VGA接口15与数据显示装置18连接，通过SATA接口16与据存储装置19连接，通过EarthNet接口17与外部服务器20连接。

通过上述结构，本实用新型能实现以下技术效果：

1、全面检测整个钢轨的断面尺寸、平直度和扭曲度，不限于钢轨的两端部，发现新钢轨的质量问题，及时进行剔除或者调整，避免有缺陷的钢轨进入下一道工序，进一步提高焊接后成品钢轨的质量；

2、自动化的检测模式，极大地降低人为测量误差，可以确保进入下一道工序的钢轨质量；

3、降低作业人员的劳动强度，改善作业环境；

4、可以在钢轨运动中或者静止状态，都可以完成钢轨几何尺寸参数的测量；

5、可以同步测量钢轨的轨顶宽度、轨腰厚度、轨底宽度、轨高、轨顶平直度、轨侧作用面平直度、扭曲度以及对称度等所有的参数；

6、采用了非接触式测量，不需要夹紧定位，测量效率高。

7、将所有的检测数据自动存入检测计算机，建立钢轨几何参数数据库与视频数据库，为今后的钢轨质量事故责任认定提供最原始的资料。

本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本实用新型的测量装置的示意图。

图2显示了测量桁架的正视图。

图3显示了测量桁架的侧视图。

图4显示了8台激光测距传感器测量钢轨断面的示意图。

图5显示了钢轨平直度的测量示意图。

图6显示了钢轨侧作用面平直度的测量示意图。

图7显示了铉测法原理示意图。

图8显示了钢轨扭曲度的测量示意图。

图9显示了钢轨扭曲度的侧面测量示意图。

图10显示了共面法测量扭曲度的原理示意图。

图11显示了本实用新型的控制系统结构图。

具体实施方式

参见图1，显示了本实用新型的钢轨自动测量装置，该测量装置的主体结构包括控制系统、底座1、测量桁架2、外定位装置5和内定位装置6，其中底座1为平板状，方形框状的测量桁架2固接于底座1上，两个外定位装置5分别设置于底座1的两侧且位于测量桁架2的外部，两个内定位装置6设置于底座1的中部，外定位装置5和内定位装置6对待测量的钢轨3进行定位；优选的是，在测量桁架2的中部设有光电编码器4。

参见图2和图3，具体显示了测量桁架中激光传感器的具体设置，为了对钢轨断面进行全面的测量，需要测量钢轨头部的宽度、钢轨腰部的厚度、钢轨底部的宽度、钢轨高度及对称度；由此，在测量桁架2的一端开口处设有八台激光传感器，包括测量轨头宽度的第一传感器1-1和第二传感器1-2、测量轨腰宽度的第三传感器2-1和第四传感器2-2、测量轨底宽度的第五传感器3-1和第六传感器3-2、测量轨高的第七传感器4-1和第八传感器4-2，而钢轨的对称度则有第一传感器1-1、第二传感器1-2、第五传感器3-1和第六传感器3-2共同实现，其中，参见图3和图4第一传感器1-1和第二传感器1-2分别位于钢轨3的轨头两侧，第三传感器2-1和第四传感器2-2分别位于钢轨3的轨腰两侧，第五传感器3-1和第六传感器3-2分别位于钢轨3的轨底两侧，第七传感器4-1对应于钢轨3的顶端，第八传感器4-2对应于钢轨3的底端。

同时，参见图2、5-6，为了测量钢轨的平直度，该平直度包括两个参数，一个是钢轨顶面的平直度，其是指钢轨顶面的平顺度；一个是钢轨侧面的平直度，其是指钢轨侧面的平顺度；为了测量这两个参数，分别采用了三台激光传感器，在测量桁架2上设置了测量钢轨侧面平直度的第一传感器1-1、第九传感器1-3和第十传感器1-4以及测量钢轨顶面平直度的第七传感器4-1、第十一传感器4-3和第十二传感器4-4，其中，测量钢轨侧面平直度和测量轨头宽度共用了第一传感器，测量钢轨顶面平直度和测量轨高共用了第七传感器；第一传感器1-1、第九传感器1-3和第十传感器1-4平行于钢轨3且对应于钢轨3的侧面，第一传感器1-1和第十传感器1-4距离2米，第九传感器1-3位于第一传感器1-1和第十传感器1-4的中间位置；第七传感器4-1、第十一传感器4-3和第十二传感器4-4平行于钢轨3且对应于钢轨3的顶端，第七传感器4-1和第十二传感器4-4距离2米，第十一传感器4-3位于第七传感器4-1和第十二传感器4-4的中间位置，它们利用了铉测法，如图7所示，显示了该铉测法的原理，其通过测流量中间位置的测量点到两端测量点所连直线之间的距离，从图可知，该钢轨的平直度既为中间点P2到点M的距离。

参见图8-9，为了测量钢轨的扭曲度，采用了4台激光传感器测量，其中，在钢轨的左侧安装了第十三传感器5-1和第十四传感器5-2，其之间的距离为2米；在钢轨的右侧对称位置安装第十五传感器5-3与第十六传感器5-4，其之间的距离为2米；通过钢轨两侧的四台激光传感器，利用共面法原理来计算钢轨的扭曲度；参见图10，得到这四个点的测量数据，钢轨的扭曲值即为点P4到M的值。

参见图11，显示了本实用新型的测量装置的控制系统，该控制系统包含多传感器集成控制器11、工业计算机12、数据显示装置18、数据存储装置19以及外部服务器20，多传感器集成控制器11与上述第一至第十六传感器连接，上述的光电编码器4集成了光电开关41和旋转编码器42，其提供钢轨进入的信号和移动的距离，多传感器集成控制器11与光电开关41和旋转编码器42连接，工业计算机12上分别设有16通道A/D卡13、USB接口14、VGA接口15、SATA接口16以及EarthNet接口17，多传感器集成控制器11与16通道A/D卡13和USB接口14连接，工业计算机12通过VGA接口15与数据显示装置18连接，通过SATA接口16与据存储装置19连接，通过EarthNet接口17与外部服务器20连接，优选的是，数据显示装置18可为数码显示器、液晶显示器等，将现场显示测量值、报警及数据曲线，数据存储装置19可为外部硬盘或服务器，其将测量值、报警数据等所需信息进行存储，外部服务器20可为段或局服务器，该EarthNet接口通过TCP/IP协议和计算机网络将测量数据及时上报。

由此，本实用新型采用动态测量技术，确保钢轨外观尺寸即使在动态运动过程中也可以进行实时测量；原来的钢轨测量都是在钢轨静止条件下进行的，即钢轨停下来之后，采用气压或液压装置将钢轨夹紧定位后再进行测量。本系统采用非接触式激光测距传感器，同时采用钢轨自适应定位技术，让钢轨在一个高度和宽度都很小的范围内摆动，不需要停止下来，从而保证了钢轨测量的简洁性和高效性；而且，采用非接触式自动化的检测模式，极大地降低人为测量误差，可以确保进入下一道工序的钢轨的质量。降低作业人员的劳动强度，改善作业环境；其所有的检测数据自动存入检测计算机，建立钢轨几何参数数据库，为今后的钢轨质量事故责任认定提供最原始的资料。

本实用新型的优点如下：

1、解决了钢轨几何尺寸测量的多传感器集成与同步技术。系统将光电开关传感器和光电编码器集成起来，通过可编程逻辑器件(CPLD)和微处理器等电子器件，产生测量控制信号，控制16路激光测距传感器同步工作，同时给出输出测量值所在的位置。

2、攻克了进轨作业时动态钢轨自适应定位难题。采用了基于预紧弹簧机构的钢轨在线定位装置，使得钢轨在动态运行过程中，钢轨在宽度和高度两个方向在±2mm的范围内摆动，可以确保在钢轨动态通过本测量装置时空间位置与姿态的稳定性，提高测量的可靠性与精度。

3、攻克了钢轨动态测量中数据实时采集、显示和存储难题。由于钢轨在运动过程中进行测量，同时要求实时采集、显示和存储数据，因而其数据处理量很大，本系统采用了多核CPU多线程技术来进行数据的实时采集、显示和存储，从而保证了本系统的有效性和实时性。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (6)

1.一种钢轨自动测量装置，该测量装置包括控制系统、底座(1)、测量桁架(2)、外定位装置(5)和内定位装置(6)，其中底座(1)为平板状，方形框状的测量桁架(2)固接于底座(1)上，两个外定位装置(5)分别设置于底座(1)的两侧且位于测量桁架(2)的外部，两个内定位装置(6)设置于底座(1)的中部；其特征在于：

在测量桁架(2)的一端开口处设有八台激光传感器，该八台激光传感器包括测量轨头宽度的第一传感器(1-1)和第二传感器(1-2)、测量轨腰宽度的第三传感器(2-1)和第四传感器(2-2)、测量轨底宽度的第五传感器(3-1)和第六传感器(3-2)、测量轨高的第七传感器(4-1)和第八传感器(4-2)，第一传感器(1-1)和第二传感器(1-2)分别位于钢轨(3)的轨头两侧，第三传感器(2-1)和第四传感器(2-2)分别位于钢轨(3)的轨腰两侧，第五传感器(3-1)和第六传感器(3-2)分别位于钢轨(3)的轨底两侧，第七传感器(4-1)对应于钢轨(3)的顶端，第八传感器(4-2)对应于钢轨(3)的底端。

2.如权利要求1所述的钢轨自动测量装置，其特征在于：在测量桁架(2)上设置了测量钢轨侧面平直度的第一传感器(1-1)、第九传感器(1-3)和第十传感器(1-4)以及测量钢轨顶面平直度的第七传感器(4-1)、第十一传感器(4-3)和第十二传感器(4-4)，其中，测量钢轨侧面平直度和测量轨头宽度共用了第一传感器，测量钢轨顶面平直度和测量轨高共用了第七传感器；第一传感器(1-1)、第九传感器(1-3)和第十传感器(1-4)平行于钢轨(3)且对应于钢轨(3)的侧面；第七传感器(4-1)、第十一传感器(4-3)和第十二传感器(4-4)平行于钢轨(3)且对应于钢轨(3)的顶端。

3.如权利要求2所述的钢轨自动测量装置，其特征在于：第一传感器(1-1)和第十传感器(1-4)距离2米，第九传感器(1-3)位于第一传感器(1-1)和第十传感器(1-4)的中间位置，第七传感器(4-1)和第十二传感器(4-4)距离2米，第十一传感器(4-3)位于第七传感器(4-1)和第十二传感器(4-4)的中间位置。

4.如权利要求2所述的钢轨自动测量装置，其特征在于：在钢轨的左侧安装了第十三传感器(5-1)和第十四传感器(5-2)，其之间的距离为2米；在钢轨的右侧对称位置安装第十五传感器(5-3)与第十六传感器(5-4)，其之间的距离为2米。

5.如权利要求1、2、3或4所述的钢轨自动测量装置，其特征在于：在测量桁架(2)的中部设有光电编码器(4)。

6.如权利要求5所述的钢轨自动测量装置，其特征在于：测量装置的控制系统包含多传感器集成控制器(11)、工业计算机(12)、数据显示装置(18)、数据存储装置(19)以及外部服务器(20)，多传感器集成控制器(11)与上述第一至第十六传感器连接，上述的光电编码器(4)集成了光电开关(41)和旋转编码器(42)，多传感器集成控制器(11)与光电开关(41)和旋转编码器(42)连接，工业计算机(12)上分别设有16通道A/D卡(13)、USB接口(14)、VGA接口(15)、SATA接口(16)以及EarthNet接口(17)，多传感器集成控制器(11)与16通道A/D卡(13)和USB接口(14)连接，工业计算机(12)通过VGA接口(15)与数据显示装置(18)连接，通过SATA接口(16)与据存储装置(19)连接，通过EarthNet接口(17)与外部服务器(20)连接。

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