一种CRTSIII型轨道板外形测量装置及其控制方法与流程

本发明涉及轨道板检测技术领域，特别涉及一种crtsiii型轨道板外形测量装置及其控制方法。

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。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种crtsiii型轨道板外形测量装置及其控制方法，以提高crtsⅲ型轨道板外形测量的效率。

为实现以上目的，第一方面，本发明提供一种crtsiii型轨道板外形测量装置，该系统包括用于放置crtsⅲ型轨道板的轨道电瓶车，轨道电瓶车包括运板小车和轨道，运板小车上设有与crtsⅲ型轨道板上开设的检查孔构成限位配合的限位柱、与crtsⅲ型轨道板构成支撑配合的千斤顶，还包括竖直固定在轨道两相对外侧的测量台架，测量台架上安装可滑动的三维测量系统，测量台架与轨道两相对外侧之间设置支撑柱，支撑柱的高度小于自轨道顶面至千斤顶顶起之间的高度；

还包括设置在测量台架前端的传感器，传感器与信号控制器的信号输入端连接，信号控制器与pc控制台连接进行双向通信且其信号输出端与安装在运板小车上的制动器连接，pc控制台的信号输出端与三维测量系统的驱动端连接。

进一步地，测量台架包括框架状的工作台和支撑工作台的支架，支架间隔均匀的布置在轨道两相对外侧，三维测量系统安装在工作台上。

进一步地，三维测量系统包括三维激光扫描仪、pc控制台以及工作桥，三维激光扫描仪布置在测量云台上，且三维激光扫描仪的输出端与pc控制台连接；

工作桥设置在工作台的横向方向上且与工作台构成纵向滑动配合；

测量云台设置在工作桥上并与工作桥构成横向滑动配合。

进一步地，框架状的工作台的纵向方向上设置供工作桥行走的第一行走槽道，第一行走槽道内侧设置第一滑触线，第一滑触线将电能传输至工作桥以为工作桥供电；

所述三维测量系统的驱动端包括与工作桥连接的第一驱动端和测量云台连接的第二驱动端，第一驱动端包括行走前轮、减速器、抱死装置以及行走后轮，pc控制台的信号输出端与第一驱动端连接；所述行走前轮分布在工作桥前底面左右两侧，减速器分布在行走前轮两侧，抱死装置设置在行走前轮前侧，与第一行走槽道接触；

所述工作桥沿工作台的横向方向上设置供测量云台行走的第二行走槽道，第二行走槽道内侧设置第二滑触线，第二滑触线将电能传输至测量云台以为测量云台供电；

第二驱动端包括行走前轮、减速器、抱死装置、从动后轮、以及栓接在测量云台上的转动装置，转动装置与三维激光扫描仪连接，pc控制台的信号输出端还与第二驱动端连接；所述行走前轮分布在测量云台前底面左右两侧，减速器分布在行走前轮两侧，抱死装置设置在行走前轮前侧，与第二行走槽道接触。

进一步地，crtsⅲ型轨道板沿横向方向均分为n个测量区域，每个测量区域均设置标志点。

进一步地，传感器包括超声波传感器或红外线传感器。

进一步地，该系统还包括分别与pc控制台连接的报警器和服务器。

第二方面，本发明提供一种上述crtsⅲ型轨道板检测系统的控制方法，该方法包括：

s1、crtsⅲ型轨道板放置在运板小车后，控制千斤顶升起以支撑crtsⅲ型轨道板，运板小车沿轨道行驶至测量台架下方；

s2、传感器对运板小车的位置信号进行检测，并实时将传感器信号发送至信号控制器；

s3、信号控制器对接收到的传感器信号进行处理，当判断运板小车到达指定位置时，信号控制器输出控制信号至运板小车的制动器以控制运板小车停止；

s4、控制运板小车上的千斤顶下降以使crtsⅲ型轨道板落在支撑柱上；

s5、信号控制器输出驱动信号至pc控制台以控制三维测量系统移动，对crtsⅲ型轨道板进行扫描以完成crtsⅲ型轨道板外形检测。

进一步地，上述的步骤s5，具体包括：

s51、pc控制台控制测量云台在工作桥上沿工作台横向方向滑动至1#区域a点时停止，三维激光扫描仪在1#区域a点对a-b区段进行测量；

s52、a-b区段测量完成后，pc控制台控制测量云台移动到1#区域b点，三维激光扫描仪在1#区域b点对b-c区段进行测量；

s53、b-c区段测量完成后，pc控制台控制测量云台移动到1#区域d点，并通过转向装置控制测量云台进行转向后，三维激光扫描仪在1#区域d点对d-c区段进行测量以完成1#区域外形测量；

s54、1#区域外形测量完成后，信号控制器向pc控制台发送控制信号以使pc控制台发送指令控制工作桥及测量云台移动至2#区域，并执行步骤s51~s53；

s54、判断当前测量区域是否为n#区域，如果是，执行步骤s55，如果否，执行步骤s56；

s55、三维激光扫描仪将扫描数据传输至pc控制台，以使pc控制台对扫描数据进行处理，得到crtsⅲ型轨道板外形测量结果；

s56、信号控制器向pc控制台发送控制信号以使pc控制台发送指令控制工作桥及测量云台移动至下一区域进行扫描。

进一步地，上述控制方法，还包括：

s6、pc控制台根据扫描数据的处理结果，判断crtsⅲ型轨道板外形检测结构是否合格，如果否，执行步骤s7，如果是，执行步骤s8；

s7、pc控制台输出信号至报警器以控制报警器进行报警，并由pc控制台向信号控制器发出控制信号以控制运板小车不合格产品运至不合格区域；

s8、将合格的处理结果上传至服务器，并由pc控制台向信号控制器发出控制信号以控制运板小车将下一块crtsⅲ型轨道板运输至所述指定位置进行外形检测。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明中通过轨道电瓶车将crtsⅲ型轨道板运输至测量台架下方的检测区域指定位置时，轨道电瓶车停止，通过遥控操作千斤顶下降，使得crtsⅲ型轨道板缓慢落在设置轨道外侧的支撑柱上，此时，设置在测量台架上的三维测量系统开始移动，对crtsⅲ型轨道板的外形进行扫描，并对扫描数据进行处理，以判断crtsⅲ型轨道板外形是否合格。在整个测量过程中无需人工操作干预，且整个过程实现自动化，不仅提高了crtsⅲ型轨道板外形检测效率，同时采用三维测量系统对其外形进行测量，提高了crtsⅲ型轨道板外形测量的精度，可适用于轨道板新型流水线作业法。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是本发明中一种crtsiii型轨道板外形测量装置的结构示意图；

图2是本发明中crtsⅲ型轨道板及测量区段的示意图；

图3是本发明中轨道电瓶车的结构示意图；

图4是本发明中crtsⅲ型轨道板与轨道电瓶车的位置关系示意图；

图5是本发明中测量台架与crtsⅲ型轨道板的位置关系示意图；

图6是本发明中三维测量系统的结构示意图；

图7是本发明中三维测量系统和测量台架位置关系的结构示意图；

图8是本发明中三维测量系统的移动结构示意图；

图9是本发明中工作桥的移动结构示意图；

图10是本发明中一种crtsiii型轨道板外形测量装置的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1所示，本发明公开了一种crtsiii型轨道板外形测量装置，该系统包括：用于放置crtsⅲ型轨道板10的轨道电瓶车20，轨道电瓶车20包括运板小车21和轨道22，运板小车21上设有与crtsⅲ型轨道板10上开设的检查孔构成限位配合的限位柱211、与crtsⅲ型轨道板10构成支撑配合的千斤顶212，还包括竖直固定在轨道22两相对外侧的测量台架30，这里轨道22两相对外侧是指距离相距最远的两侧，测量台架30上安装可滑动的三维测量系统40，测量台架30与轨道22两相对外侧之间设置支撑柱50，支撑柱50的高度小于自轨道22顶面至千斤顶212顶起之间的高度；

还包括设置在测量台架30前端的传感器60，传感器60与信号控制器70的信号输入端连接，信号控制器70与pc控制台80连接进行双向通信且其信号输出端与安装在运板小车21上的制动器连接，pc控制台80的信号输出端与三维测量系统40的驱动端连接。

进一步地，如图2-图4所示，在crtsⅲ型轨道板脱模后，用桁吊将crtsⅲ型轨道板10吊至运板小车21上，并将有承轨台的部位朝上，运板小车21上设有两个半径为15cm，高度为25cm的圆形限位柱211，在将crtsⅲ型轨道板10放置在运板小车21上时，两个限位柱211插入crtsⅲ型轨道板10上的两个限位孔中用于限制检查孔的位置，使得crtsⅲ型轨道板10能位于运板小车21的中心，当crtsⅲ型轨道板10与运板小车21上的限位柱221对位完毕时，通过遥控操作运板小车21上的四个圆柱形千斤顶212上升以将crtsⅲ型轨道板10顶起，然后，运板小车21自动行驶至测量台架30下方的检测区域，该检测区域位于测量台架30的下方的中心位置。

如图5所示，在运板小车21行驶至检测区域时，设置在测量台架30下方的传感器60检测到运板小车21的位置信息，信号控制器70根据传感器60检测到的位置信息判断运板小车21行驶至指定位置时，输出控制信号至运板小车21上的制动器来控制运板小车21停止运行。在运板小车21停止后，遥控操作四个千斤顶212下降，使得crtsⅲ型轨道板10落在测量台架30下方的四个支撑柱50上，四个支撑柱50分别位于轨道22相距距离最远的两侧。此后，运板小车21驶离，自动返回原出发位置，等待运输下一块crtsⅲ型轨道板10。

需要说明的是，本实施例中的轨道式电瓶车20的轨距为1.5m，小车长6m，宽3m，自轨道22顶面到运板小车21顶面高度为40cm，千斤顶212的顶起高度为40cm，限位柱211的高度为25cm，支撑柱50为75cm，测量台架30的高度为140cm。

进一步地，如图7所示，测量台架30包括框架状的工作台31和支撑工作台31的支架32，支架32均匀间隔布置在轨道22两相对外侧，三维测量系统40安装在工作台31上。

进一步地，如图6所示，三维测量系统40包括三维激光扫描仪41、pc控制台80以及工作桥44，三维激光扫描仪41布置在测量云台42上，且三维激光扫描仪41的输出端通过线缆与pc控制台80连接，三维测量系统41的工作电源为220v50hz的稳定电源；

工作桥44设置在工作台31的横向方向上且与工作台31构成纵向滑动配合；

测量云台42设置在工作桥44上并与工作桥44构成横向滑动配合。

这里，工作桥44自身能沿工作台31纵向移动，且工作桥44自身能提供滑槽以供三维激光扫描仪41运动。三维激光扫描仪41包括2个ccd摄像机、1个光栅摄像头。

进一步地，框架状的工作台31的纵向方向上设置供工作桥44行走的第一行走槽道31-1，第一行走槽道31-1内侧设置第一滑触线31-2，第一滑触线31-2将电能传输至工作桥44以为工作桥44供电；

如图8至图9所示，所述三维测量系统40的驱动端包括与工作桥44连接的第一驱动端和测量云台42连接的第二驱动端，第一驱动端包括行走前轮a-1、减速器b-1、抱死装置c-1以及行走后轮d-1，pc控制台80的信号输出端与第一驱动端连接；所述行走前轮a-1分布在工作桥44前底面左右两侧，减速器b-1分布在行走前轮a-1两侧，抱死装置c-1设置在行走前轮a-1前侧，与第一行走槽道31-1接触；

所述工作桥44沿工作台31的横向方向上设置供测量云台42行走的第二行走槽道44-1，第二行走槽道44-1内侧设置第二滑触线44-2，第二滑触线44-2将电能传输至测量云台42以为测量云台42供电；

第二驱动端包括行走前轮a-2、减速器b-2、抱死装置c-2、从动后轮d-2、以及栓接在测量云台42上的转动装置e-2，转动装置e-2与三维激光扫描仪41连接以使三维激光扫描仪41可以360度旋转，pc控制台80的信号输出端还与第二驱动端连接；所述行走前轮a-2分布在测量云台42前底面左右两侧，减速器b-2分布在行走前轮a-2两侧，抱死装置c-2设置在行走前轮a-2前侧，与第二行走槽道44-1接触。

进一步地，crtsⅲ型轨道板10沿横向方向均分为n个测量区域，每个测量区域均设置标志点，其中n为常数。这里考虑到crtsⅲ型轨道板10体积较大，因此在三维测量系统30中增加定标块，以与每个测量区域设置的标识点进行配合，提高大物体测量的精度。

优选地，本实施例中在每个测量区域设置两个顶标点，且每个区域的两个顶标点不在同一平面上，以保证定标测量的准确性。

进一步地，传感器60包括超声波传感器或红外线传感器，信号控制器70对传感器60采集得到声波信号或者红外信号进行处理，判断运板小车21当前的位置。

进一步地，该装置还包括分别与pc控制台80连接的报警器和服务器。其中，报警器的作用是在pc控制台80判断当前crtsⅲ型轨道板10的外形测量不合格时，发出警报。服务器的作用是在crtsⅲ型轨道板10的外形测量合格时，对pc控制台80上传的合格数据进行存储。

如图10所示，本实施例公开一种对上述crtsⅲ型轨道板检测系统的控制方法，该方法包括如下步骤：

s1、crtsⅲ型轨道板10放置在运板小车21后，控制千斤顶212升起以支撑crtsⅲ型轨道板10，运板小车21沿轨道22行驶至测量台架30下方；

s2、传感器60对运板小车21的位置信号进行检测，并实时将传感器信号发送至信号控制器70；

s3、信号控制器70对接收到的传感器信号进行处理，当判断运板小车21到达指定位置时，信号控制器70输出控制信号至运板小车21的制动器以控制运板小车21停止；

s4、控制运板小车21上的千斤顶212下降以使crtsⅲ型轨道板10落在支撑柱50上；

s5、信号控制器70输出驱动信号至pc控制台80以控制三维测量系统40移动，对crtsⅲ型轨道板10进行扫描以完成crtsⅲ型轨道板10外形检测。

进一步地，上述的步骤s5，具体包括：

s51、pc控制台80控制测量云台42在工作桥44上沿工作台31横向方向滑动至1#区域a点时停止，三维激光扫描仪41在1#区域a点对a-b区段进行测量；

s52、a-b区段测量完成后，pc控制台80控制测量云台42移动到1#区域b点，三维激光扫描仪41在1#区域b点对b-c区段进行测量；

s53、b-c区段测量完成后，pc控制台80控制测量云台42移动到1#区域d点，并通过转向装置e-2控制测量云台42进行转向后，三维激光扫描仪41在1#区域d点对d-c区段进行测量以完成1#区域外形测量；

s54、1#区域外形测量完成后，信号控制器70向pc控制台80发送控制信号以使pc控制台80发送指令控制工作桥44及测量云台43移动至2#区域，并执行步骤s51~s53；

s54、判断当前测量区域是否为n#区域，如果是，执行步骤s55，如果否，执行步骤s56；

s55、三维激光扫描仪41将扫描数据传输至pc控制台80，以使pc控制台80对扫描数据进行处理，得到crtsⅲ型轨道板10外形测量结果；

s56、信号控制器70向pc控制台80发送控制信号以使pc控制台80发送指令控制工作桥44及测量云台43移动至下一区域进行扫描。

进一步地，上述的控制方法还包括：

s6、pc控制台80根据扫描数据的处理结果，判断crtsⅲ型轨道板10外形检测结构是否合格，如果否，执行步骤s7，如果是，执行步骤s8；

s7、pc控制台80输出信号至报警器以控制报警器进行报警，并由pc控制台80向信号控制器70发出控制信号以控制运板小车21不合格产品运至不合格区域；

s8、将合格的处理结果上传至服务器，并由pc控制台80向信号控制器70发出控制信号以控制运板小车21将下一块crtsⅲ型轨道板10运输至所述指定位置进行外形检测。

比如，将整个测量过程将轨道板沿横向进行6等分，分为1#~6#区域。测量时先从1#区域沿路径a-b、b-c进行测量，之后通过pc控制台80控制转向装置e-2来使得3d扫描仪进行转向，转至测量d-c。d-c测量完成后，通过信号控制器70发送至pc控制台80，pc控制台80指令工作桥44及测量云台42进行移动，移动至2#区域，开始2#区域的a-b段的测量工作。其余区域也按此进行，每个测量区域在1min内完成测量。当测量完6#区域的d-c段时，工作桥44及测量云台42回到原始位置，同时pc控制台80进行数据处理检测轨道板是否合格，不合格时发出警报，横向运板小车将不合格产品运至不合格区域，当横向运板小车离开后，信号器发出信号，纵向小车将下一块轨道板运至检测区进行检测；当数据合格时自动上传测量数据到服务器进行数据管理，纵向小车将下一块轨道板运至检测区进行检测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。