专利名称：轨道板精调测量系统及其调整测量方法
技术领域：
本发明涉及一种在高速铁路修建时安装轨道板的精确测量定位设备，特别是涉及一种高速铁路轨道板精密调整系统及其调整测量方法。
背景技术：
能承载列车时速超过每小时300公里的铁路被称为高速铁路，包括城际轨道交通、客运专线、客货混运线路和货运专线等等。传统的有碴轨道承载能力和平顺度均无法保证高速列车的安全行驶。板式无碴轨道是一种较少维修的轨道结构，它利用成型的组合材料代替道碴，将轮轨力分布并传递到路基基础上。板式无碴轨道一般由基础防冻层、支承层、防排水系统、轨道板、轨道扣件系统、轨道以及其他附属设施共同构成。作为板式无碴轨道重要组成部份的轨道板，替代普通铁路的道碴和轨枕，通过扣件系统直接安放钢轨，其铺设的精度将直接影响轨道最终的平顺性。为满足高速列车运行时对轨道几何尺寸的特殊要求，在安装轨道板时必须进行精确定位，安装定位的最终精度与所设计的理论值偏差要求在亚毫米级的精度范围内。
现有的测量定位方法是使用高精度的测量机器人，人工将需要测量的坐标输入到仪器内，为了提高测量精度，还需要在铁路两旁的控制点上修建水泥观测墩来放置测量机器人进行对中整平，即便如此，测量机器人的高度仍不是一个定值，因为测量机器人在每次测量之前都需要靠自身基座的三个调整螺旋进行整平，每搬动一次测量机器人，其整平后的高度都很难保持一致。另外，目前测量用的棱镜是使用木质脚架将其架设在需要被测量的点上，再使用钢卷尺量取棱镜的高度，对中精度和棱镜的高度都难以得到精确的值，而且每一个环节都需要人工进行干预，不但增加出错几率，生产效率也十分低下。因此，现有的测量定位设备和方法根本无法满足这样的高精度要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种轨道板精密调整测量系统，该系统能对高速铁路轨道板进行高精度的安装定位。
本发明还要提供一种上述系统的调整测量方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是轨道板精调测量系统，包括测量机器人，还包括测量控制装置、调整量显示终端、精密微型棱镜、精密测量标架和精密对中三脚架组成，其中，测量控制装置包括工控机、与工控机相连的数传电台、与测量机器人相连的数传电台；调整量显示终端与工控机相连；精密微型棱镜放置在精密测量标架上。
本发明的有益效果是本发明不需要采用人工测量，测量机器人的高度是定值，因此能进行高精度的测量安装定位，特别适用于高速铁路的板式无碴轨道的精调作业，具有极好的市场前景。
图1是本发明的组成框图。
图2是精密微型棱镜的剖视图。其中，图2a是精密微型棱镜主视图的剖视图，图2b是精密微型棱镜侧视图的局部剖视图。
图3是精密对中三脚架的示意图。其中，图3a是精密对中三脚架的主视图，图3b是精密对中三脚架的俯视图，图3c是精密对中三脚架的侧视图的局部剖视图，图3d是图3a的A-A剖视图。
图4是精密测量标架的示意图。其中，图4a是精密测量标架的主视图，图4b是精密测量标架的俯视图。
图5是加工好的轨道板的10对承轨台的编号图。
图6是本发明的电路连接图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明由测量控制装置1、测量机器人2、调整量显示终端3、精密微型棱镜4、精密测量标架5、精密对中三脚架7和车架8组成。其中，测量控制装置1包括三防(防水、防尘、防震)工控机11、安装在工控机11内的轨道板精调测量系统软件、挂接在485总线上的温度传感器13、与工控机11的COM口相连的数传电台14、与测量机器人2的COM口相连的数传电台15，固定的几何关系由于温度差异，测量机器人2测出的数据会有所变化，温度传感器13的作用是测量施工时的环境温度，对测量机器人2测出的数据进行温度补偿改正，如图6所示；测量机器人2的作用是接收测量控制系统1通过数传电台14传来的指令，并对精密微型棱镜4的坐标值进行测量，然后将测量结果再次通过数传电台14返回到测量控制系统1，测量机器人2可以使用瑞士徕卡公司生产的高精度测量机器人TPS1000；调整量显示终端3总共由六个显示器组成，每个显示器由液晶显示屏和控制电路板组成，并通过485总线与工控机11相连，如图6所示；精密微型棱镜4由棱镜41、棱镜框42、棱镜框架43、棱镜横轴44、棱镜竖轴45、棱镜框座46以及锁紧螺钉47组成，如图2所示，棱镜41安装在棱镜框42内，棱镜框42通过棱镜横轴44安装在棱镜框架43上，棱镜框架43通过棱镜竖轴45安装在棱镜框座46上，棱镜竖轴45和棱镜框座46通过锁紧螺钉47锁紧。这种精密微型棱镜4可绕水平轴(即棱镜横轴44)俯仰转动，也可在测量时绕垂直轴(即棱镜竖轴45)转动，但测量点始终居中，即旋转点和测量点始终保持一致，不会产生水平和垂直移动，精密微型棱镜4放置在精密测量标架5上；精密对中三脚架7由对中轴71、调整脚72、水平仪、放置测量机器人2的基座74和三脚架主体75组成，如图3所示，其作用是通过机械装置将地面已知点坐标传递到一定的高度，满足现场测量要求，并能做到重复、精准定位；精密测量标架5由横梁51、门字框52、支座(轴承)53和触及端54组成，如图4所示，横梁51通过螺钉安装在门字框52上，支座53安装在门字框52底部，触及端54安装在门字框52的前部，每套轨道板精调测量系统内共有五根精密测量标架5，在工作中只需用四根，另外一根作为标准标架，在施工前对其他四根标架进行检验校核，检验是否存在变形；车架8用来放置测量控制系统1和调整量显示终端3，车架8一般采用带遮阳棚和车轮的四边形车架。
精密对中三脚架7的对中轴71的底部呈圆锥体，圆锥的顶点与对中轴71的轴中心线重合，测量时用于对准地面上的已知点，对中轴71与三脚架主体75紧密连接在一起。放置测绘仪器的基座74的中心与对中轴71的轴中心线重合，所述基座74采用三个固定高度的金属柱78与三脚架主体75紧密相连。调整脚72由粗调螺旋76和微调螺旋77组成，在使用过程中，先采用粗调螺旋76进行粗略调节，当两个长管水泡73(即水平仪)中的气泡接近中部时，改用微调螺旋77进行精确调整，精确调平以后，测绘仪器的竖轴、对中轴71的轴中心线、对中轴71底部的圆锥顶点、地面测量点都处于一根铅垂线上。
本发明还可在精密测量标架5上安装接触指示器6，接触指示器6是检验精密测量标架5的触及端54与承轨台斜面接触状况的辅助手段，有利于提高工作效率，它由高灵敏度的行程开关和显示控制电路组成；上述485总线也可使用其他的总线结构，但485总线在本发明中最为经济适用。
本发明也可在精密测量标架5上安装倾斜传感器12，倾斜传感器12通过485总线与工控机11相连，这样只需利用测量机器人2测量标架5上的任意一个棱镜的坐标，就可以根据倾斜传感器12传回的倾角值快速计算出轨道板的姿态，从而提高轨道板的精调速度；同时，也可利用测量机器人2测量精密测量标架5上的两个棱镜的坐标，计算出一个倾斜值与倾斜传感器12传回的倾角值相互检验校核，以提高整个系统的可靠性。
实施例加工好的轨道板由10对承轨台构成，其编号如图5所示，从工厂运至铺设现场后，使用吊车及粗调设备将轨道板放在铺设位置，在轨道板的1和11号承轨台之间安放1号精密测量标架5，1号精密测量标架5上安装的是1号倾斜传感器，在6和16号承轨台之间安放2号精密测量标架5，2号精密测量标架5上安装的是2号倾斜传感器，在10和20号承轨台之间安放3号精密测量标架5，3号精密测量标架5上没有必要安装倾斜传感器，因为，轨道板为钢筋水泥预制，1号精密测量标架上的倾斜传感器就可以反映整块轨道板的倾斜状态，但考虑到轨道板有一定的长度，中部有可能产生一定的挠度，所以又在2号精密测量标架上安装倾斜传感器来反映轨道板中部的倾斜状态。装在每根精密测量标架5上的接触指示器6将提示工作人员精密测量标架5是否与承轨台之间接触紧密。在每根精密测量标架5上的左右两端都安装有精密微型棱镜4，其中，1号精密测量标架5安放在被调轨道板的前端，上面两个精密微型棱镜4的编号是1号和8号，安放在被调轨道板中部的是2号精密测量标架5，上面两个精密微型棱镜4的编号是2和7，安放在被调轨道板末端的是3号精密测量标架5，上面两个精密微型棱镜4的编号是3和6，安放在上一块已经调整完毕的轨道板前端的是4号精密测量标架5，上面两个精密微型棱镜4的编号是4和5。精密微型棱镜4可绕水平轴俯仰转动，也可绕垂直轴转动，但无论如何旋转，自身的坐标以及两个精密微型棱镜4之间、精密微型棱镜4与精密测量标架5之间的几何关系都不会发生改变。测量控制系统1通过与工控机11的COM口相连的数传电台14和与测量机器人2的COM口相连的数传电台15建立通讯，控制安装在精密对中三脚架7上的测量机器人2对精密测量标架5上的精密微型棱镜4的实际坐标进行测量，并将测量的坐标数据通过数传电台15返回到轨道板精调测量系统软件内，返回的测量值将与事先输入轨道板精调测量系统软件内的理论设计值进行比对，将计算后得到的调整值通过485总线发送到与轨道板上前、中、后(即上述1号、2号、3号精密测量标架5)三对共计六个调整点相对应的6个调整量显示终端3上。工作人员根据显示器上显示的调整量对轨道板上的前、中、后六个调整点进行调节，调节完毕后再次对三根精密测量标架5上的6个精密微型棱镜4进行测量，比对测量值与理论值之差是否在要求的误差范围之内，若误差达到设计的要求，则本块轨道板调整完毕。
其具体调整测量方法是第一步、在轨道板精密调整系统软件内进行系统参数的配置。主要是配置通信协议、各接口参数、棱镜常数，对各设备进行初始化，输入原始数据等工作。
第二步、检校精密测量标架5。由于温度、长途运输等因素对精密测量标架5的精度都会产生一定的影响，因此，在工作前需要对精密测量标架5进行检校。先把标准标架放在轨道板的一对承轨台上，利用测量机器人2对安装在上面的两组精密微型棱镜4进行坐标值测量，然后取走标准标架，将其它标架分别放上去进行棱镜的坐标值测量，测出的其它标架上安装的棱镜的坐标值有可能会与标准标架的棱镜坐标值之间有差值，这个差值经过计算后将代入到数学模型中，在以后的施工作业中进行数据的自动改正，达到检校的目的。
第三步、测量1号精密微型棱镜4，读取1号倾斜传感器12。通过软件的计算得出与理论值的偏差，并将调整信息发送到各自对应的2个显示器上。施工人员根据调整量显示器上显示的调整量对轨道板进行调节。
第四步、测量8号精密微型棱镜4，读取1号倾斜传感器12。通过软件的计算得出与理论值的偏差，并将调整信息发送到各自对应的2个显示器上。施工人员根据调整量显示器上显示的调整量对轨道板进行调节。
第五步、测量2号精密微型棱镜4和7号精密微型棱镜4或只测量2号精密微型棱镜4，读取2号倾斜传感器12。通过软件的计算得出与理论值的偏差，并将调整信息发送到各自对应的2个显示器上。施工人员根据调整量显示器上显示的调整量对轨道板进行调节。
第六步、测量3号精密微型棱镜4和6号精密微型棱镜4。通过软件的计算得出与理论值的偏差，并将调整信息发送到各自对应的2个显示器上。施工人员根据调整量显示器上显示的调整量对轨道板进行调节。(此步有可能通过前面的调整工作后轨道调整精度就已经满足要求了，施工人员根据实际情况决定是否再操作此步。)第七步、四角测量。测量机器人2对轨道板四角所在1、3、6、8号精密微型棱镜4自动照准测量，完成测量后，再读取1号和2号倾斜传感器12的倾角数值。经过软件的计算，轨道板的偏差值就会显示在软件上，并将调整信息发送到各自对应的4个显示器上，施工人员根据调整量显示器上显示的调整量对轨道板进行调节。
第八步、完全测量。测量机器人2对1、2、3、6、7、8号精密微型棱镜4和放在上块已经调整完毕的轨道板上1和11号承轨台之间的精密测量标架4上的4、5号精密微型棱镜4进行自动照准测量，完成测量后，再读取1号和2号倾斜传感器12的倾角数值。经过软件的计算，轨道板的偏差值就会显示在软件上，同时向调整量显示器发送调整数据，施工人员根据调整量显示器上显示的调整量对轨道板进行调节。
第九步、数据备份。轨道板调整完毕、误差满足要求后，需对轨道板实际安放位置的数据进行备份。
数据备份完毕将轨道板精密调整系统内的所有设备顺次移到下一块轨道板，重复上述步骤。
权利要求
1.轨道板精调测量系统，包括测量机器人(2)，其特征在于还包括测量控制装置(1)、调整量显示终端(3)、精密微型棱镜(4)、精密测量标架(5)和精密对中三脚架(7)组成，其中，测量控制装置(1)包括工控机(11)、与工控机(11)相连的数传电台(14)、与测量机器人(2)的相连的数传电台(15)；调整量显示终端(3)与工控机(11)相连；精密微型棱镜(4)放置在精密测量标架(5)上。
2.如权利要求1所述的轨道板精调测量系统，其特征在于还包括车架(8)，用来放置测量控制系统(1)和调整量显示终端(3)。
3.如权利要求1或2所述的轨道板精调测量系统，其特征在于在工控机(11)上还挂接有温度传感器(13)。
4.如权利要求1或2所述的轨道板精调测量系统，其特征在于所述精密测量标架(5)由横梁(51)、门字框(52)、支座(53)和触及端(54)组成，所述横梁(51)安装在门字框(52)上，所述支座(53)安装在门字框(52)底部，所述触及端(54)安装在门字框(52)的前部。
5.如权利要求1或2所述的轨道板精调测量系统，其特征在于精密对中三脚架(7)由对中轴(71)、调整脚(72)、水平仪、基座(74)和三脚架主体(75)组成。
6.如权利要求1所述的轨道板精调测量系统，其特征在于所述精密微型棱镜(4)由棱镜(41)、棱镜框(42)、棱镜框架(43)、棱镜横轴(44)、棱镜竖轴(45)、棱镜框座(46)和锁紧螺钉(47)组成，所述棱镜(41)安装在棱镜框(42)内，所述棱镜框(42)通过棱镜横轴(44)安装在棱镜框架(43)上，所述棱镜框架(43)通过棱镜竖轴(45)安装在棱镜框座(46)上，所述棱镜竖轴(45)和棱镜框座(46)通过锁紧螺钉(47)锁紧。
7.如权利要求1或2所述的轨道板精调测量系统，其特征在于在所述精密测量标架(5)上安装有接触指示器(6)，所述接触指示器(6)由行程开关和显示控制电路组成。
8.如权利要求1所述的轨道板精调测量系统，其特征在于在所述精密测量标架(5)上安装有倾斜传感器(12)，倾斜传感器(12)与工控机(11)相连。
9.轨道板精调测量系统的的调整测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤1)测量控制系统1通过与工控机(11)相连的数传电台(14)和与测量机器人(2)相连的数传电台(15)建立通讯，控制安装在精密对中三脚架(7)上的测量机器人(2)对精密测量标架(5)上的精密微型棱镜(4)的实际坐标进行测量，并将测量的坐标数据通过数传电台(15)返回到轨道板精调测量系统软件内；2)返回的测量值将与事先输入轨道板精调测量系统软件内的理论设计值进行比对，将计算后得到的调整值发送到与轨道板上前、中、后六个调整点相对应的6个调整量显示终端(3)上；3)再根据显示器上显示的调整量对轨道板上的前、中、后六个调整点进行调节，调节完毕后再次对三根精密测量标架(5)上的6个精密微型棱镜(4)进行测量，比对测量值与理论值之差是否在要求的误差范围之内，若误差没有达到设计的要求，则再重复上述步骤1、2和3；若误差达到设计的要求，则调整完毕。
10.如权利要求9所述的轨道板精调测量系统的的调整测量方法，其特征在于步骤1所述的测量机器人(2)对精密测量标架(5)上的精密微型棱镜(4)的实际坐标进行测量是测量机器人(2)对精密测量标架(5)上的精密微型棱镜(4)和倾斜传感器(12)的实际坐标进行测量。
全文摘要
本发明提供了一种轨道板精密调整测量系统，该系统能对高速铁路轨道板进行高精度的安装定位。轨道板精调测量系统，包括测量机器人，还包括测量控制装置、调整量显示终端、精密微型棱镜、精密测量标架和精密对中三脚架组成，其中，测量控制装置包括工控机、与工控机相连的数传电台、与测量机器人相连的数传电台；调整量显示终端与工控机相连；精密微型棱镜放置在精密测量标架上。本发明不需要采用人工测量，测量机器人的高度是定值，因此能进行高精度的测量安装定位，特别适用于高速铁路的板式无碴轨道的精调作业，具有极好的市场前景。
文档编号E01B35/00GK101067294SQ20071004925
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月8日 优先权日2007年6月8日
发明者梁毅, 许非, 李慧敏, 冀聪明, 陈心一, 袁成忠, 周敬勇, 陶波, 姚云峰, 杨娱, 彭维国, 姜燮荣 申请人:中铁十七局集团有限公司