移动式轨道检测系统及其移动式轨道检测装置的制作方法

本发明涉及车辆工程领域，具体地，涉及移动式轨道检测装置，还涉及具有该移动式轨道检测装置的移动式轨道检测系统。

背景技术：

随着高速铁路和重载铁路的发展，钢轨焊接接头不平顺、钢轨顶面周期性不平顺以及钢轨型面的非正常磨损的产生和发展日显突出，由此造成轮轨接触异常、轨道附加动荷载增大、轨道车辆部件破损，从而引起的轨道维修成本的增加和列车运行平稳性和舒适性指标的降低十分明显。

近年来钢轨修理技术随之发展，钢轨打磨和铣磨从引进、消化、试验到大面积应用及成为日常维修的常态。所需的钢轨技术参数的测量技术和评价技术也跟进发展。钢轨型面检测从手工点式侧磨垂磨检测发展到静态钢轨廓形电子检测仪检测，钢轨平直度检测从手工一米直钢尺检测发展到采用电子钢轨平直度仪检测。对钢轨状态分析的精度和深度得到了保障。

但是，现有技术中各个检测项目是分离的，不仅检测设备携带不便，测量效率还会受到限制。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供移动式轨道检测装置和具有该移动式轨道检测装置的移动式轨道检测系统，该移动式轨道检测装置可以进行轨道廓形检测和轨道波磨检测。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种移动式轨道检测装置，所述移动式轨道检测装置包括：用于向轨道提供激光线的激光发生器；用于获取轨道的廓形图像的摄像机；用于测量轨道的波磨的激光位移传感器；用于滤波的排轮；里程记录仪；数据采集器，所述数据采集器与所述里程记录仪和所述激光位移传感器中的每一个相连；和处理器，所述处理器与所述摄像机和所述数据采集器中的每一个相连。

优选地，所述里程记录仪为两个，所述里程记录仪为轨道走行轮，其中两个所述轨道走行轮中的至少一个具有里程编码器。

优选地，所述数据采集器为数据采集卡。

优选地，所述处理器为个人电脑。

优选地，所述激光发生器发射的激光线垂直于所述轨道的长度方向以便在所述轨道的表面产生激光线并勾勒出所述轨道的型面，所述摄像机的拍摄视角指向所述轨道的型面，所述摄像机的拍摄视角与所述轨道的型面形成夹角。

优选地，所述移动式轨道检测装置进一步包括电源，所述电源与所述激光发生器、所述摄像机、所述激光位移传感器、所述里程记录仪和所述数据采集器中的每一个电连接。

本发明第二方面提供移动式轨道检测系统，所述移动式轨道检测系统包括：第一测量箱体和第二测量箱体，所述第一测量箱体与所述第二测量箱体沿第一方向间隔开，所述第一测量箱体和所述第二测量箱体中的每一个上设有摄像机安装位、激光发生器安装位、激光位移传感器安装位、里程记录仪安装位和数据采集器安装位；横梁，所述横梁的第一端与所述第一测量箱体在竖直方向上刚性相连且在水平方向上柔性相连，所述横梁的第二端与所述第二测量箱体在竖直方向上刚性相连且在水平方向上柔性相连；第一排轮和第二排轮，所述第一排轮和所述第二排轮沿第二方向间隔开地设在所述第一测量箱体上，所述第二方向垂直于所述第一方向；第三排轮和第四排轮，所述第三排轮和所述第四排轮沿所述第二方向间隔开地设在所述第二测量箱体上，其中所述第一排轮至所述第四排轮中的每一个上设有用于抵靠在轨道上的靠轮；激光发生器，所述激光发生器设在所述激光发生器安装位；摄像机，所述摄像机设在所述摄像机安装位；激光位移传感器，所述激光位移传感器设在所述激光位移传感器安装位；里程记录仪，所述里程记录仪设在所述里程记录仪安装位；数据采集器，所述数据采集器设在所述数据采集器安装位，所述数据采集器与所述里程记录仪和所述激光位移传感器中的每一个相连；和处理器，所述处理器与所述摄像机和所述数据采集器中的每一个相连。。

优选地，所述激光发生器通过螺栓安装在所述激光发生器安装位，所述摄像机通过螺栓安装在所述摄像机安装位。

优选地，所述横梁的第一端通过第一气弹簧与所述第一测量箱体相连，所述横梁的第二端通过第二气弹簧与所述第二测量箱体相连。

优选地，所述移动式轨道检测系统进一步包括调节扳手。

根据本发明实施例的移动式轨道检测装置通过设置轨道廓形检测组件和波磨检测组件，从而不仅可以对轨道廓形进行检测，而且可以对轨道波磨进行检测。

也就是说，根据本发明实施例的移动式轨道检测装置同时具备轨道廓形检测功能和轨道波磨检测功能，可以同时对轨道廓形和轨道波磨进行检测。因此，根据本发明实施例的移动式轨道检测装置具有检测效率高、便于携带(与携带独立的轨道廓形检测装置和独立的轨道波磨检测装置相比)等优点。

附图说明

图1是根据本发明实施例的移动式轨道检测装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的移动式轨道检测系统的轨道检测小车的主视图；

图3是根据本发明实施例的移动式轨道检测系统的轨道检测小车的左视图；

图4是根据本发明实施例的移动式轨道检测系统的轨道检测小车的俯视图；

图5是根据本发明实施例的移动式轨道检测系统的轨道检测小车的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的移动式轨道检测系统的轨道检测小车的局部结构示意图；

图7是根据本发明实施例的移动式轨道检测系统的局部结构示意图；

图8是根据本发明实施例的移动式轨道检测系统的局部结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的移动式轨道检测装置110。如图1所示，根据本发明实施例的移动式轨道检测装置110包括用于向轨道提供激光线的激光发生器902、用于获取轨道的廓形图像的摄像机901、用于测量轨道的波磨的激光位移传感器903、用于滤波的排轮、里程记录仪19、数据采集器12和处理器13。

数据采集器12与里程记录仪19和激光位移传感器903中的每一个相连，处理器13与摄像机901和数据采集器12中的每一个相连。

其中，移动式轨道检测装置110包括轨道廓形检测组件和波磨检测组件。该轨道廓形检测组件包括摄像机901、激光发生器902、里程记录仪19、数据采集器12和处理器13。该波磨检测组件包括激光位移传感器903、里程记录仪19、该排轮、数据采集器12和处理器13。

根据本发明实施例的移动式轨道检测装置110通过设置轨道廓形检测组件和波磨检测组件，从而不仅可以对轨道廓形进行检测，而且可以对轨道波磨进行检测。

也就是说，根据本发明实施例的移动式轨道检测装置110同时具备轨道廓形检测功能和轨道波磨检测功能，可以同时对轨道廓形和轨道波磨进行检测。因此，根据本发明实施例的移动式轨道检测装置110具有检测效率高、便于携带(与携带独立的轨道廓形检测装置和独立的轨道波磨检测装置相比)等优点。

如图1-图8所示，在本发明的一些实施例中，移动式轨道检测系统100可以包括第一测量箱体3、第二测量箱体9、横梁601、第一排轮1、第二排轮5、第三排轮11、第四排轮8、激光发生器902、摄像机901、激光位移传感器903、里程记录仪19、数据采集器12和处理器13。

第一测量箱体3与第二测量箱体9可以沿第一方向间隔开，第一测量箱体3和第二测量箱体9中的每一个上都可以设有摄像机安装位、激光发生器安装位、激光位移传感器安装位、里程记录仪安装位和数据采集器安装位。

激光发生器902可以设在该激光发生器安装位，摄像机901可以设在该摄像机安装位，激光位移传感器903可以设在该激光位移传感器安装位，里程记录仪19可以设在该里程记录仪安装位，数据采集器12可以设在该数据采集器安装位。数据采集器12可以与里程记录仪19和激光位移传感器903中的每一个相连，处理器13可以与摄像机901和数据采集器12中的每一个相连。

其中，移动式轨道检测装置110包括轨道廓形检测组件和波磨检测组件。该轨道廓形检测组件包括摄像机901、激光发生器902、里程记录仪19、数据采集器12和处理器13。该波磨检测组件包括激光位移传感器903、里程记录仪19、该排轮、数据采集器12和处理器13。

横梁601的第一端与第一测量箱体3在竖直方向上可以刚性相连，横梁601的第一端与第一测量箱体3在水平方向上可以柔性相连。横梁601的第二端与第二测量箱体9在竖直方向上可以刚性相连，横梁601的第二端与第二测量箱体9在水平方向上可以柔性相连。

通过使横梁601与第一测量箱体3和第二测量箱体9在竖直方向上刚性相连且在水平方向上柔性相连，从而在轨道检测小车120位于存在轨距、水平、三角坑等不平顺地段时，轨道检测小车120能够根据当前轨道的几何状态进行自我调节。由此可以保证设在轨道检测小车120上的移动式轨道检测装置110的测量精度，同时使轨道检测小车120的推行更加流畅。

具体地，当第一轨道14和第二轨道15的轨距变化时，横梁601在水平方向上产生变化，第一测量箱体3和第二测量箱体9的位置不变，摄像机901相对第一轨道14和第二轨道15的位置不变，拍摄的图像位置不变。激光位移传感器903相对第一轨道14和第二轨道15的位置也不变，测量位置不变。

当轨道的水平变化时，横梁601在水平方向上可能产生变化，第一测量箱体3和第二测量箱体9的位置不变，摄像机901相对第一轨道14和第二轨道15的位置不变，拍摄的图像位置不变。激光位移传感器903相对第一轨道14和第二轨道15的位置也不变，测量位置不变。

当轨道出现三角坑时，因第一测量箱体3和第二测量箱体9可以绕横梁601转动，即设在第一测量箱体3上的第一排轮1和第二排轮5以及设在第二测量箱体9上的第三排轮11和第四排轮8不会出现上浮现象，摄像机901和激光位移传感器903相对轨道的位置不会产生变化，拍摄的图像和测量位移的位置也不产生变化。这样，保证了移动式轨道检测装置110的测量精度，同时使小车推行更加流畅。

优选地，第一测量箱体3和第二测量箱体9可以绕横梁601转动。由此可以使轨道检测小车120能够根据当前轨道的几何状态更好地进行自我调节，从而可以进一步保证设在轨道检测小车120上的移动式轨道检测装置110的测量精度，同时使轨道检测小车120的推行更加流畅。

第一排轮1和第二排轮5可以沿第二方向间隔开地设在第一测量箱体3上，第三排轮11和第四排轮8可以沿该第二方向间隔开地设在第二测量箱体9上。第一排轮1、第二排轮5、第三排轮11和第四排轮8中的每一个上都可以设有用于抵靠在轨道上的靠轮10。

换言之，移动式轨道检测系统100可以包括用于测量第一轨道14的第一测量臂(右测量臂)和用于测量第二轨道15的第二测量臂(左测量臂)，该第一测量臂可以包括第一排轮1、第二排轮5和第一测量箱体3，该第二测量臂可以包括第三排轮11、第四排轮8和第二测量箱体9。

其中，该第二方向可以垂直于该第一方向。具体地，该第一方向可以是左右方向，该第二方向可以是前后方向。左右方向如图2中的箭头A所示，前后方向如图4中的箭头B所示。

如图2和图4所示，第一测量箱体3可以位于第一轨道14(右轨道)的上方，第一排轮1和第二排轮5可以支撑在第一轨道14的上表面上，第一排轮1可以位于第二排轮5的后方。第二测量箱体9可以位于第二轨道15(左轨道)的上方，第三排轮11和第四排轮8可以支撑在第二轨道15的上表面上，第三排轮11可以位于第四排轮8的后方。其中，第一轨道14和第二轨道15都可以是钢轨。

移动式轨道检测系统100的轨道波磨检测采用相对平直度差异比较法原理，由于移动式轨道检测系统100可以在移动中连续进行轨道廓形检测和轨道波磨检测，测量作业无法建立描述轨道平直度的绝对坐标系，因此移动式轨道检测系统100通过排轮(第一排轮1至第四排轮8)的机械滤波功能产生一个小车移动轨迹的低频波，从而以这一低频波为基准测得相对于高频波的幅值差异。根据这一原理，移动式轨道检测系统100的检测数据的大小和波形受到轨道波长的影响，对于短波检测，移动式轨道检测系统100直接测量的数据是弦长L(L＝轨道检测小车120的长度)下测得的幅值，此数值具有一定的精度，对轨道养护和检测具有一定的指导意义。

也就是说，因检测值和实际值之间具有一定的数学关系，根据波长的不同分析检测值和实际值之间的函数关系，实现轨道波磨的检测。

优选地，第一排轮1和第二排轮5中的每一个可以通过螺栓安装在第一测量箱体3上，第三排轮11和第四排轮8中的每一个可以通过螺栓安装在第二测量箱体9上。第一排轮1的水平作用面与第二排轮5的水平作用面一致，第三排轮11的水平作用面与第四排轮8的水平作用面一致。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，第一排轮1、第二排轮5、第三排轮11和第四排轮8中的每一个上可以设有安装臂16，安装臂16上可以设有安装轴17。其中，靠轮10可以设在安装轴17上，安装轴17和靠轮10中的一个可以可旋转地设置。换言之，安装轴17可以可旋转地设在安装臂16上或靠轮10可以可旋转地设在安装轴17上。

其中，安装在第一排轮1和第二排轮5上的靠轮10可以抵靠在第一轨道14的左侧面上，安装在第三排轮11和第四排轮8上的靠轮10可以抵靠在第二轨道15的右侧面上。

优选地，安装轴17可以沿该第一方向可移动地设在安装臂16上。由此可以使靠轮10更好地抵靠在第一轨道14和第二轨道15上。

在本发明的一个示例中，横梁601上可以设有气撑。当横梁601上的气撑在规定的压力下对该第一测量臂和该第二测量臂起作用时，由于该第一测量臂和该第二测量臂上的靠轮10作用在轨道作用边上，从而使得第一排轮1、第二排轮5和设在第一测量箱体3上的激光位移传感器903能够在第一轨道14的顶面的一定的位置上走行和测量，以及使得第三排轮11、第四排轮8和设在第二测量箱体9上的激光位移传感器903能够在第二轨道15的顶面的一定的位置上走行和测量。也就是说，靠轮10与该第一测量臂和该第二测量臂之间的联接设计为间隙距离可调的，即实现了对波磨位置测量的可调节。

在靠轮10和该第一测量臂和第二测量臂的联接处设计一个可调间隙距离和锁定的机构。在一般情况下，靠轮10与轨道内侧的接触点到激光位移传感器903的间隙距离为1/2的轨头宽，即激光位移传感器903测量的是轨顶中心线的波磨情况。如果根据轨面波磨情况需要调整时，可拨动有标尺显示的调节器，在±15mm范围内进行调整，测量到所需位置的波磨情况。

如图6所示，横梁601的第一端(例如右端)可以通过第一气弹簧602与第一测量箱体3相连，横梁601的第二端(例如左端)可以通过第二气弹簧与第二测量箱体9相连。由此可以使轨道检测小车120和移动式轨道检测系统100的结构更加合理。

优选地，横梁601内可以设有用于布设信号线缆和光源线缆的通道。横梁601、第一测量箱体3和第二测量箱体9中的每一个上可以设有线缆接插件安装孔。由此可以使轨道检测小车120和移动式轨道检测系统100的结构更加合理。

移动式轨道检测装置110的轨道廓形检测采用机器视觉图像识别测量技术。移动式轨道检测装置110应用激光发生器902发射的平行于轨道型面的单色线激光线，在轨道轨头、轨腰下部和轨底边缘产生高照度(明亮)的激光线，勾勒出轨道型面上线条连续清晰、轨头下颚端点(断点)确定的、轨底边缘明确的轮廓线。由于轨头下颚沿端点(断点)确定、轨底边缘明确，因此标准的未磨耗钢轨和磨耗钢轨两种轮廓线的轨头下颚端点、轨底边缘可以完全匹配，这样比对种轮廓线参数，即可求得轨头型面磨损数据。

在本发明的一个具体示例中，第一测量箱体3上可以设有两个摄像机安装位和两个激光发生器安装位，第一测量箱体3上的两个摄像机安装位可以沿该第一方向间隔开，第一测量箱体3上的两个激光发生器安装位可以沿该第一方向间隔开。具体地，第一测量箱体3上的两个摄像机安装位可以位于第一轨道14的两侧，第一测量箱体3上的两个激光发生器安装位可以位于第一轨道14的两侧。

第二测量箱体9上可以设有两个摄像机安装位和两个激光发生器安装位，第二测量箱体9上的两个摄像机安装位可以沿该第一方向间隔开，第二测量箱体9上的两个激光发生器安装位可以沿该第一方向间隔开。具体地，第二测量箱体9上的两个摄像机安装位可以位于第二轨道15的两侧，第二测量箱体9上的两个激光发生器安装位可以位于第二轨道15的两侧。

相应地，移动式轨道检测系统100和移动式轨道检测装置110可以包括四个摄像机901和四个激光发生器902。每个该摄像机安装位上可以设有一个摄像机901，每个激光发生器安装位上可以设有一个激光发生器902。

由此可以从第一轨道14的两侧和第二轨道15的两侧对第一轨道14和第二轨道15进行拍摄，将第一轨道14的两侧和第二轨道15的两侧的图像(照片)进行合成，可以得到完整的轨头廓形。

优选地，激光发生器902可以通过螺栓安装在该激光发生器安装位，摄像机901可以通过螺栓安装在该摄像机安装位。

激光发生器902发射的激光线可以垂直于轨道(第一轨道14和第二轨道15)的长度方向，在该轨道的表面产生高照度(明亮)的激光线，以便勾勒出该轨道的型面。摄像机901的拍摄视角可以指向该轨道的型面，摄像机901的拍摄视角可以与该轨道的型面形成夹角。优选地，该夹角可以大于0度且小于90度。

里程记录仪19可以是两个，里程记录仪19可以是轨道走行轮2。其中，两个轨道走行轮2中的至少一个可以具有里程编码器4。里程记录仪19可以根据传统计米轮设计，它是通过测量已知直径的测量轮的旋转角度来间接测量行走里程的一种高精度的计程装置，选择直径和走行轮相同的尼龙轮作为里程记录仪19的测量轮，通过编码器记录它的旋转角度，经过换算得到测量仪行走的里程。

数据采集器12可以是数据采集卡。该数据采集卡用来采集激光位移传感器903和里程记录仪19(编码器)的信号，通过该数据采集卡的采集和转换，将数据信号传输到处理器13(上位机)供后续处理。移动式轨道检测装置110可以总共使用6个激光位移传感器903和1个编码器，必须使用输入通道数大于7路的该数据采集卡才够仪器工作。此外，数据采集器12连接到处理器13的方式选择目前最主流的USB接口，可以实现设备通用型。优选地，处理器13可以是个人电脑7，例如笔记本电脑。

激光位移传感器903可以垂直向下安装在第一测量箱体3和第二测量箱体9上，以便测量它与第一轨道14的顶面和第二轨道15的顶面的距离变化。

如图8所示，第一测量箱体3和第二测量箱体9中的每一个的下表面上可以设有用于安装激光位移传感器903的安装槽，该安装槽可以构成该激光位移传感器安装位。激光位移传感器903可以设在该安装槽内。

如图1所示，在本发明的一些示例中，移动式轨道检测装置110可以进一步包括电源18，电源18可以与激光发生器902、摄像机901、激光位移传感器903、里程记录仪19和数据采集器12中的每一个电连接。具体地，电源18可以是锂电池。

本发明提供了测量精度和检测效率较高的移动式轨道检测装置110，移动式轨道检测装置110可以同时进行轨道廓形和轨道波磨的动态连续检测。也就是说，移动式轨道检测装置110可以将轨道廓形检测组件和轨道波磨检测组件集成在同一检测装置中，两个检测组件同时工作，互不干扰，实现轨道廓形与轨道波磨的同时测量，沿轨道走向的动态连续测量(不间断检测)。换言之，移动式轨道检测装置110可以实现轨道廓形与轨道波磨双轨同时、动态连续检测，为了方便现场工作人员的运输，移动式轨道检测装置110可以设计为可拆卸式。

本发明还提供轨道检测小车120，移动式轨道检测装置110可以安装在轨道检测小车120上。由此提高了检测效率，改变传统轨道波磨检测装置检测位置固定的局限，实现轨道波磨检测位置可调节。将轨道检测小车120设计为刚柔性结构，保证了测量精度，同时使小车推行更加流畅，测量仪适应野外作业需求，环境温度允许范围大，且不受恶劣天气影响。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。