一种CRTSⅢ型板式无砟轨道板检测系统及方法与流程

本发明涉及crtsⅲ型板式无砟轨道板检测系统及方法，具体涉及一种基于ccd摄影测量技术的crtsⅲ型板式无砟轨道板检测系统及方法。

背景技术：

目前，具有我国自主知识产权的crtsⅲ型轨道板已经在铁路建设中获得广泛应用，crtsⅲ型轨道板采用预制成型，为了配合铁路建设，crtsⅲ型轨道板的批量预制在各个环节上都需严格把关，仅在crtsⅲ型轨道板的外形检测环节中，就有19项检测项，除长宽厚等一般测量要素外，还有凸起度、歪斜度、坡度、夹角以及翘曲量等测量要素，且对预埋套管中心距、承轨台的检测判断精度需达0.5mm。

crtsⅲ型轨道板长度为5600mm、宽度为2500mm、厚度为200mm，单片板重达8t，相较于一般的建筑构件来说，体积和重量均较大。现有的轨道板外形测量过程一般为：以全站仪配合专用工装、计算机去完成轨道板的外形检测。目前这种检测方法存在的主要缺陷在于：一是，需要人工手持测量工装，并将工装放入每个螺栓孔，且需要贴合严密。而每块轨道板具有36个螺栓孔，在实际生产中，检测一块轨道板需要耗时30分钟，由于每日生产量巨大，导致轨道板外形外观检测成为了一项费时费力的工作，不仅成本较高且人工手持测量工装放入螺栓孔进行测量的效率较低。二是，测量工装在加工过程中存在的误差以及测量仪器自身的误差难以消除，这就使整体测量精度难以满足0.5mm的精度要求。三是，检测过程的数据无法实时上传，且不适用与轨道板新型流水线作业法。因此，发明一种crtsⅲ型板式无砟轨道板检测方法势在必行。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种crtsⅲ型板式无砟轨道板检测系统及方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种crtsⅲ型板式无砟轨道板检测系统，包括轨道板运输车（10）、轨道板翻板机（20）、摄影测量系统（30），

所述的轨道板运输车（10）包括运板小车（101）和轨道（102），运板小车上还设有与待检crtsⅲ型轨道板（40）构成支撑配合的千斤顶（103）；

所述的轨道板翻板机（20）包括翻板机架（201）、锁紧装置（202）、旋转轴（203）、轴承支座（204）、安全销（205）、固定卡（206）和翻板机控制柜（207）；翻板机架（201）通过固定在轨道（102）两侧的轴承支座（204）架设于轨道（102）上方，锁紧装置（202）用于固定轨道板（40）而设置于翻板机架（201）上，旋转轴（203）用于轨道板翻板机（20）翻转而设置于轴承支座（204）中部，用于固定卡（206）限位的安全销（205）设置于轴承支座（204）下部，翻板机控制柜（207）的信号输出端与翻板机架（201）的信号输入端相连；

所述的摄影测量系统（30）包括机械测量臂（301）、机械臂行动台架（302）、轨道板存放平台（303）、扫描系统定标台（304）、光栅扫描仪（305）、ccd双摄像头跟踪器（306）、跟踪器行动轨道（307）和pc控制柜台（308）；机械测量臂（301）与机械臂行动台架（302）活动连接，光栅扫描仪（305）与机械测量臂（301）固定连接，轨道板存放平台（303）设置于轨道（102）的上方，扫描系统定标台（304）设置于轨道板存放平台（303）的一侧，ccd双摄像头跟踪器（306）通过跟踪器行动轨道（307）设置于轨道板存放平台（303）的一侧实现与机械测量臂（301）的同步运动，pc控制柜台（308）的信号输出端分别与机械测量臂（301）、光栅扫描仪（305）、ccd双摄像头跟踪器（306）的信号输入端相连，pc控制柜台（308）的信号输入端分别与机械测量臂（301）、扫描系统定标台（304）、光栅扫描仪（305）、ccd双摄像头跟踪器（306）的信号输出端相连。

优选地，所述锁紧装置（202）包括前部锁紧装置（2021）、上部锁紧装置（2022）、后部锁紧装置（2023）中的至少一种；前部锁紧装置（2021）设置于翻板机架（201）的前部且与固定卡（209）活动连接，上部锁紧装置（2022）设置在翻板机架（201）上部，后部锁紧装置（2023）设置于靠近摄影测量系统（30）的翻板机架（201）后部；所述旋转轴（203）的端部还设有旋转轴接头（2031）。

更进一步地，所述锁紧装置（202）上还设有橡胶垫；所述上部锁紧装置（2022）由一个圆柱形液压主杆（2022-1）及两个圆柱形液压副杆（2022-2）组成。

优选地，所述机械测量臂（301）是由机械臂第一关节（301-1）、机械臂第二关节（301-2）、机械臂第三关节（301-3）、机械臂第四关节（301-4）、机械臂足部（301-5）、机械臂运动装置（301-6）组成；机械臂运动装置（301-6）与机械臂行动台架（302）的上部活动连接，机械臂足部（301-5）与机械臂行动台架（302）的下部活动连接，机械臂足部（301-5）、机械臂第一关节（301-1）、机械臂第二关节（301-2）、机械臂第三关节（301-3）、机械臂第四关节（301-4）依次活动连接，光栅扫描仪（305）与机械臂第四关节（301-4）固定连接。

优选地，所述机械臂行动台架（302）由主结构钢架（302-1）和加强门型钢架（302-2）组成，加强门型钢架（302-2）用于稳定主结构钢架（302-1）而与主结构钢架（302-1）固定连接，主结构钢架（302-1）上部设置牛腿（302-3），牛腿（302-3）上部与机械臂行走槽道（302-4）焊接；所述轨道板存放平台（303）由多个矩形钢柱（303-1）构成，分布在运板小车轨道（102）两旁；所述扫描系统定标台（304）由一个矩形钢柱（304-1）及焊接在钢柱顶部的校准板（304-2）组成。

一种所述的crtsⅲ型板式无砟轨道板检测方法，包括以下步骤：

s1、轨道板运输：运板小车（101）上的千斤顶（103）将轨道板（40）顶起高度h在轨道（102）上前进，运板小车（101）驶过轨道板翻板机（20）时千斤顶（103）降下，使轨道板（40）落入轨道板翻板机（20），之后运板小车（101）在等待区进行等待；

s2、轨道板翻转：待运板小车（101）驶到等待区后，锁紧装置（202）使轨道板（40）锁紧在翻板机架（201）上，整个轨道板翻板机（20）形成闭合结构，打开固定卡（206）上的限位安全销（205），旋转轴（203）同步沿顺时针方向转动90°，此时轨道板（40）为竖直状态，待平稳后，旋转轴（203）再次同步沿顺时针方向转动90°，此时轨道板承轨台部位朝上，即完成翻板工作；打开锁紧装置（202），运板小车（101）驶回轨道板翻板机（20）下部，千斤顶（103）升起将轨道板托起后运送至轨道板检测区的轨道板存放平台（303）上；运板小车（101）返回，旋转轴（203）沿顺时针转动180°，回到初始状态；

s3、系统调试：将扫描设备连接，光栅扫描仪（305）通过扫描系统定标台（304）定标，再将机械测量臂（301）与ccd双摄像头跟踪器（306）协同测试；

s4、轨道板摄影成像：分别定义机械臂第一关节（301-1）、机械臂第二关节（301-2）、机械臂第三关节（301-3）、机械臂第四关节（301-4）、机械臂足部（301-5）的坐标，机械臂第四关节（301-4）持有光栅扫描仪（305）的机械测量臂（301）沿预先设定的路径分别对轨道板（40）的侧面和承轨台表面进行扫描，同时ccd双摄像头跟踪器（306）实时捕捉机械臂第四关节（301-4），二者的扫描结果均传入pc控制柜台（308），借助于特定软件成像，根据获得的成像检测轨道板（40）是否具有缺陷。

优选地，步骤s3所述的光栅扫描仪（305）定标，具体操作是：首先进入pc控制台（308）中的软件扫描校准系统，移动机械测量臂（301）至扫描系统定标台（304）顶部5~15cm处，对扫描系统定标台（304）顶部的校准板（304-2）上的42个白色区域进行扫描，直到实际影像和软件扫描校准系统中的理论影像重合，然后单击“优化”按钮，光栅扫描仪定标即完成。

优选地，步骤s3所述的机械测量臂（301）与ccd双摄像头跟踪器（306）协同测试，具体操作是：机械测量臂（301）通过机械臂足部（301-5）和机械臂运动装置（301-6）与机械臂行动台架（302）活动连接，pc控制台（308）实时更新机械测量臂（301）的行动姿态，并将信号反馈给ccd双摄像头跟踪器（306），使ccd双摄像头跟踪器（306）与机械测量臂（301）协同运动，步调一致。

优选地，步骤s4所述预先设定的路径包括：

s41、分别沿路径ba、ac、cd、db所在的平面进行轨道板侧面扫描；

s42、分别沿路径pj→pr、pi→pa在轨道板（40）承轨台部位进行光栅扫描。

优选地，步骤s4所述机械臂坐标的定义包括：在机械测量臂（301）移动至足部建立世界坐标worldx=0、worldy=0、worldz=0，在机械臂第一关节（301-1）建立相对坐标x1=0、y1、z1；在机械臂第二关节（301-2）建立相对坐标x2、y2、z2；在机械臂第三关节（301-3）建立x3、y3、z3=0；在机械臂第四关节（301-4）建立x4、y4=0、z4=0。

本发明的有益效果在于：

本发明采用机械测量臂、摄影测量系统，在流程上能与前后工序紧密衔接，单块轨道板的检测时间为3分钟，测量精度能达到0.025mm。在测量时间、测量精度上均较传统方法提升10余倍，极大的节约人工成本，为crtsⅲ型板式无砟轨道板的预制提供了质量保障。

附图说明

图1是本发明一种crtsiii型板式无砟轨道板检测系统示意图。

图2是本发明中运板小车工作示意图。

图3是本发明中轨道板翻板机前部结构示意图。

图4是本发明中轨道板翻板机后部结构示意图。

图5是本发明中轨道板翻板机工作示意图。

图6是本发明中摄影测量系统结构示意图。

图7是本发明中轨道板ba路径测量工作示意图。

图8是本发明中轨道板ac路径测量工作示意图。

图9是本发明中轨道板cd路径测量工作示意图。

图10是本发明中轨道板da路径测量工作示意图。

图11是本发明中轨道板承轨台部位测量工作示意图。

图12是本发明中轨道板承轨台测量路径示意图。

图13是本发明中机械测量臂关节坐标轴定义示意图。

图14是本发明中测量步骤示意图。

附图标记：

10，轨道板运输车；101，运板小车；102，轨道；103，千斤顶；

20，轨道板翻板机；201，翻板机架；202，锁紧装置；2021，前部锁紧装置；2022，上部锁紧装置；2022-1，液压主杆；2022-2，液压副杆；2023，后部锁紧装置；203，旋转轴；2031，旋转轴接头；204，轴承支座；205，安全销；206，固定卡；207，翻板机控制柜；

30，摄影测量系统；301，机械测量臂；301-1，机械臂第一关节；301-2，机械臂第二关节；301-3，机械臂第三关节；301-4，机械臂第四关节；301-5，机械臂足部；301-6，机械臂运动装置；302，机械臂行动台架；302-1，主结构钢架；302-2，加强门型钢架；302-3，牛腿；302-4，机械臂行走槽道；303，轨道板存放平台；304，扫描系统定标台；304-1，矩形钢柱；304-2，校准板；305，光栅扫描仪；306，ccd双摄像头跟踪器；307，跟踪器行动轨道；308，pc控制台；

40，轨道板。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。

系统结构：

如图1~6所示，一种基于摄影测量的crtsiii型板式无砟轨道板检测系统，包括轨道板运输车10、轨道板翻板机20、摄影测量系统30。

所述的轨道板运输车10包括运板小车101和轨道102，运板小车101上还设有与待检crtsⅲ型轨道板40构成支撑配合的千斤顶103。

所述的轨道板翻板机20包括翻板机架201、锁紧装置202、旋转轴203、轴承支座204、安全销205、固定卡206和翻板机控制柜207；翻板机架201通过固定在轨道102两侧的轴承支座204架设于轨道102上方，锁紧装置202用于固定轨道板40而设置于翻板机架201上，旋转轴203用于轨道板翻板机20翻转而设置于轴承支座204中部，用于固定卡206限位的安全销205设置于轴承支座204下部，安全销205采用液压推动，当轨道板翻板机20不运动时，安全销205向固定卡206中预留的孔洞推进，即完成轨道板翻板机20的固定，确保安全。翻板机控制柜207的信号输出端与翻板机架201的信号输入端相连。优选地，锁紧装置202上还设有橡胶垫，可防止推进时轨道板损伤；且锁紧装置202包括一对前部锁紧装置2021、六个上部锁紧装置2022和三个后部锁紧装置2023；前部锁紧装置2021设置于翻板机架201的前部且与固定卡209活动连接；上部锁紧装置2022由一个圆柱形液压主杆2022-1及两个圆柱形液压副杆2022-2组成，设置在翻板机架201上部；后部锁紧装置2023为长方体液压杆，设置于靠近摄影测量系统30的翻板机架201后部，当轨道板40翻转为竖直状态时，由于轨道板自重为10t，容易造成翻板机架201变形，此时后部锁紧装置2023推进，抵消由于轨道板重力引起的翻板机架变形；旋转轴203的端部还设有旋转轴接头2031，当机械故障时，可以使用人工翻转。

所述的摄影测量系统30包括机械测量臂301、机械臂行动台架302、轨道板存放平台303、扫描系统定标台304、光栅扫描仪305、ccd双摄像头跟踪器306、跟踪器行动轨道307和pc控制柜台308；机械测量臂301与机械臂行动台架302活动连接，光栅扫描仪305与机械测量臂301固定连接，轨道板存放平台303设置于轨道102的上方，扫描系统定标台304设置于轨道板存放平台303的一侧，ccd双摄像头跟踪器306通过跟踪器行动轨道307设置于轨道板存放平台303的一侧实现与机械测量臂301的同步运动，pc控制柜台308的信号输出端分别与机械测量臂301、光栅扫描仪305、ccd双摄像头跟踪器306的信号输入端相连，pc控制柜台308的信号输入端分别与机械测量臂301、扫描系统定标台304、光栅扫描仪305、ccd双摄像头跟踪器306的信号输出端相连。轨道板存放平台303后侧安装门型结构的机械臂行动台架302，机械臂行动台架302是由1个主结构钢架302-1、2个加强门型钢架302-2组成，主结构钢架302-1上部设置2处牛腿302-3，牛腿302-3上部与机械臂行走槽道302-4进行焊接。机械测量臂301采用kuka可编程机器人，由机械臂第一关节301-1、机械臂第二关节301-2、机械臂第三关节301-3、机械臂第四关节301-4、机械臂足部301-5、机械臂运动装置301-6依次活动连接组成；机械臂第四关节301-4手持光栅扫描仪305，pc控制台309进行控制。轨道板存放平台303由四个矩形钢柱303-1构成，分布在运板小车轨道102两旁。扫描系统定标台304安装在轨道板存放平台303左侧，它是由一个矩形钢柱304-1及焊接在钢柱顶部的校准板304-2组成。ccd双摄像头跟踪器306与跟踪器行动轨道307安装在轨道板存放平台303右侧。

机械测量臂301、光栅扫描仪305、ccd双摄像头跟踪器306均采用无线信号与pc控制台308进行联动。

检测方法：

如图7~14所示，一种所述的crtsⅲ型板式无砟轨道板检测方法，包括以下步骤：

s1、轨道板运输：运板小车101上的千斤顶103将轨道板40顶起高度h在轨道102上前进，运板小车101靠近轨道板翻板机20时，前部锁紧装置2021从固定卡206处打开，当轨道板40接触到翻板机后部锁紧装置2023时千斤顶103降下，使轨道板40落入轨道板翻板机20内，之后运板小车101在等待区进行等待。

s2、轨道板翻转：待运板小车101驶到等待区后，前部锁紧装置2021锁紧在固定卡206上，上部锁紧装置2022液压系统启动，液压主杆2022-1提供6kn的力值、每个液压副杆2022-2提供3kn的力值，向轨道板40上部推动，使轨道板40上部锁紧，整个轨道板翻板机20形成闭合结构。打开固定卡206上的限位安全销205，轴承支座204上的两个旋转轴203同步沿顺时针方向转动90°，此时轨道板40为竖直状态，推进后部锁紧装置2023，抵消由于轨道板重力引起的翻板机架变形。待平稳后，旋转轴203再次同步沿顺时针方向转动90°，此时轨道板承轨台部位朝上，即完成翻板工作。打开锁紧装置202，运板小车101驶回轨道板翻板机20下部，千斤顶103升起将轨道板托起后运送至轨道板检测区的轨道板存放平台303上；运板小车101返回，旋转轴203沿顺时针转动180°，回到初始状态。

s3、系统调试：将扫描设备连接，光栅扫描仪305通过扫描系统定标台304定标，再将机械测量臂301与ccd双摄像头跟踪器306协同测试。

s31、扫描设备连接：将pc控制台308连接好电源。将pcmcia高速数据通讯卡插入到pc控制台308的pcmcia槽中。将数据通讯电缆的梯形数据接口插入到pcmcia高速数据通讯卡上。将电源适配器的插头连接至电源。将电源适配器的接口与数据通讯电缆的圆形接口相连。将数据通讯电缆另一侧的弯形插头插入到扫描头的梯形接口。

s32、光栅扫描仪定标：首先进入pc控制台308中的vxelements软件的扫描校准系统，移动机械测量臂301至扫描系统定标台顶304部大约10cm处，对扫描系统定标台304顶部的校准板304-1上的42个白色区域进行扫描，直到实际影像和vxelements系统中的理论影像重合，然后单击“优化”按钮，光栅扫描仪定标即完成。

s33、机械测量臂301与ccd双摄像头跟踪器306协同测试：机械臂足部301-5固定在机械臂行动台架302上，与机械臂运动装置301-6相连，pc控制台308实时更新机械臂的行动姿态，并将信号后反馈给ccd双摄像头跟踪器306，使ccd双摄像头跟踪器306与机械测量臂301协同运动，步调一致。

s4、轨道板摄影成像：分别定义机械臂第一关节301-1、机械臂第二关节301-2、机械臂第三关节301-3、机械臂第四关节301-4、机械臂足部301-5的坐标：在机械测量臂301移动至足部建立世界坐标worldx=0、worldy=0、worldz=0，在机械臂第一关节301-1建立相对坐标x1=0、y1、z1；在机械臂第二关节301-2建立相对坐标x2、y2、z2；在机械臂第三关节301-3建立x3、y3、z3=0；在机械臂第四关节301-4建立x4、y4=0、z4=0。机械臂第四关节301-4持有光栅扫描仪305的机械测量臂301沿预先设定的路径分别对轨道板40的侧面和承轨台表面进行扫描，同时ccd双摄像头跟踪器306实时捕捉机械臂第四关节301-4，二者的扫描结果均传入pc控制柜台308，借助于特定软件成像，根据获得的成像检测轨道板40是否具有缺陷。

步骤s4所述预先设定的路径包括：

s41、分别沿路径ba、ac、cd、db所在的平面进行轨道板侧面扫描；

s42、分别沿路径pj→pr、pi→pa在轨道板（40）承轨台部位进行光栅扫描。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。