专利名称：一种适用于板式无砟轨道板的精度检测系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于板式无砟轨道板的精度检测系统及方法。
背景技术：
无砟轨道具有整体性强、稳定性好、坚固耐用、轨道变形小、变形积累缓慢等优点， 有利于高速行车，在世界许多国家得到广泛应用。在世界铁路无砟轨道结构形式中，以德国的双块式、博格板式无砟轨道结构和日本的单元板式无砟轨道结构图为代表。德国在1998 年柏林——汉诺威建成并投入运营，运行时速为300km，日本采用板式无砟轨道结构的新干线运行时速为250km。我国铁路将于2020年全国铁路营业里程规划目标由10万公里调整为12万公里以上，其中客运专线由1. 2万公里调整为1. 6万公里，电化率由50%调整为60%，铁路投资额已经达到2万亿元，现在已进入铁路项目建设高峰时期，目前，已建或在建的高铁大都采用无砟轨道结构。铁道部对板式无砟轨道混凝土轨道板成品提出了具体的外形外观等质量要求。而轨道板成品质量测量的精度控制，可提高铺设速度和确保铺设精度，以及整个工程的精度、 进度均得到了有效保障。在轨道板模具质量符合要求的前提下，生产出来的板外形质量才有保障。只有检测精度的提高，轨道板质量才更有保证，更能保证轨道板的平顺性、稳定性和可靠性。传统意义上的检测方法大多采用游标卡尺、塞尺、靠尺及水准仪等设备，不仅工效慢，精度低，还影响检测进度。
发明内容
本发明提供了一种适用于无砟轨道板的精度检测系统，包括至少4个定心螺孔适配器、至少4个精密球形棱镜、至少1个气象传感器、至少4个螺栓桩检测套筒、至少1台全站仪、至少1套轨道板检测软件、至少1套后处理分析软件和至少1台计算机。将自定心螺孔适配器、精密球形棱镜组装在一起后置于轨道板预埋套筒上构成观测点，或者精密球形棱镜、螺栓桩检测套筒组装在一起后置于轨道板钢模孔洞中伸出的螺栓桩上构成观测点，轨道板检测软件装在全站仪上，后处理分析软件装在计算机上，完成检测系统的软硬件准备工作。在所述精度检测系统上使用的精度检测方法，先用全站仪对观测点进行测量，包括如下步骤
全站仪设站； 设置全站仪参数； 基准线定位； 螺栓孔/桩坐标数据采集； 保存测量数据至全站仪。
测量数据采集完毕后，将全站仪和计算机相连，将测量数据导入计算机进行后处理。计算机上的后处理软件执行如下操作步骤
.限差设置；
.寻找最佳平面，作共面性分析； .将所有点坐标投影到最佳平面； .螺栓孔横纵向直线性分析； .螺栓孔对称性分析； .生成报表文件，完成检测。后处理软件对轨道板钢模或成品轨道板进行分析评估，对螺栓桩/孔的共面性、 共线性、对称平行性、等距性做出检测判断。螺栓桩/孔的共面性要求各个螺栓桩/孔底部或顶部应在一个平面上。螺栓桩/孔的共线性要求各行或各列螺栓桩/孔中线应在一条直线上。螺栓桩/孔的对称平行性要求各列螺栓桩/孔中线相对板中线应对称平行。螺栓桩/孔的等距性要求各行螺栓桩/孔之间的距离应为标准轨枕间距。本精度检测系统主要对轨道板的螺孔的共面性、螺孔的纵向直线性、相对于板中线的对称性做出分析，分析过程完全通过后处理软件进行。对共面性的分析如下。导入螺孔中心点的三维坐标文件，对所有螺孔点进行平面拟合，求出一个最能代表所有螺孔点位置的拟合平面，所有螺孔点到该平面的离散度最小。 实际中，有三个实测点组成的平面，与该拟合平面非常接近，它也是实际中存在的平面，我们称其为最佳平面。在程序共面性分析模块中，阴影部分为最佳平面，数字表示该点到最佳平面的垂距，值为正，表示高于平面，值为负，表示低于平面。拟合平面方程求解方法
假设拟合平面方程为Z=AX+BY + C ；点坐标为(I，K 20
根据最小二乘法的思想，点到拟合平面上对应点的距离最小，即达到最佳拟合的目的。因此，考虑求解该距离平方和M的最小值。计算公式如下
为了求解M的最小值，即要解方程组求解该方程组令
权利要求
1.一种适用于板式无砟轨道板的精度检测系统，其特征在于所述精度检测系统包括自定心螺孔适配器(1)、精密球形棱镜(2)、气象传感器(3)、螺栓桩检测套筒(4)、全站仪 (5)、轨道板检测软件(6)、后处理分析软件(7)和计算机(8)，自定心螺孔适配器(1)、精密球形棱镜(2)组装在一起后置于轨道板预埋套筒上构成观测点，或者精密球形棱镜(2)、螺栓桩检测套筒(4)组装在一起后置于轨道板钢模孔洞中伸出的螺栓桩(9)上构成观测点， 轨道板检测软件(6)装在全站仪(5)上，后处理分析软件(7)装在计算机(8)上，定心螺孔适配器(1)、精密球形棱镜(2)和螺栓桩检测套筒(4)组成辅助测量器材，全站仪(5)、轨道板检测软件(6)和脚架组成测量机器人，后处理分析软件(7)和计算机(8)组成数据处理终端。
2.如权利要求1所述的一种适用于板式无砟轨道板的精度检测系统，其特征在于自定心螺孔适配器(1)、精密球形棱镜(2)、螺栓桩检测套筒(4)的数量分别至少为4个，气象传感器(3)、全站仪(5)、计算机(8)的数量分别至少为1个，轨道板检测软件(6)、后处理分析软件(7)的数量分别至少为1套。
3.一种适用于板式无砟轨道板的精度检测方法，其特征在于包括 数据采集步骤如下3. 1将轨道板或轨道板模具表面调平；3. 2将全站仪架在轨道板模具或轨道板中线附近，距离轨道板模具或轨道板近端约 1. 5米远；连接气象传感器，使之归零，开启时时修正系统，并在观测前输入现场的气象参数和使用的棱镜加常数；3. 3设置测量参数，包括轨道板模具和轨道板板型及检测点即螺栓桩/孔排列的行间距，列间距和棱镜高；3. 4基准线定位，先将两个带球型棱镜的套筒或适配器放置在轨道板模具和轨道板左边的Al号螺栓桩/孔即第A行第1列螺栓桩/孔和Hl号螺栓桩/孔即第H行第1列螺栓桩/孔上，顺序观测Al号和Hl号螺栓桩/孔上的棱镜，完成基准线的定位；3.5采集螺栓桩/孔坐标数据，首先将带球型棱镜的套筒或适配器放置在Al、A2、A3、 A4号检测点即螺栓桩/孔上，完成这四个检测点的测量，然后将带球型棱镜的套筒或适配器移动到Bi、B2、B3、B4号检测点/螺栓桩/孔，完成下四个检测点的测量，依次操作直至轨道板钢模和轨道板上所有检测点/螺栓桩/孔的数据采集完成并保存相应的测量数据。
4.如权利要求3所述的一种适用于板式无砟轨道板的精度检测方法，其特征在于 获得测量数据后，用处理分析软件(7)处理步骤如下4. 1从全站仪(5)将测量数据导入计算机(8)； 4. 2限差设置；4. 3寻找最佳平面，作共面性分析； 4. 4将所有点坐标投影到最佳平面； 4. 5螺栓孔横纵向直线性分析； 4. 6螺栓孔对称性分析； 4. 7生成报表文件。
全文摘要
本发明为一种适用于板式无砟轨道板的精度检测系统，包括自定心螺孔适配器、精密球形棱镜、气象传感器、螺栓桩检测套筒、全站仪、轨道板检测软件、后处理分析软件和计算机。本发明还提供了一种基于所述系统的精度检测方法。使用该检测系统和检测方法，将每块轨道板检测时间缩短至6至8分钟，提高了轨道板的检测精度和速度。
文档编号E01B35/00GK102230311SQ20111008577
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者于光远, 徐振华, 毛军喜, 石晓建 申请人:中交三航局第三工程有限公司