一种高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法及其检测装置与流程

本发明涉及工业产品检测技术领域的一种检测方法，尤其涉及一种高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法，还涉及该检测方法的高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置。

背景技术：

铁路在交通运输中一直处于至关重要的地位，近年来随着经济的飞速发展，铁路运输、高铁和地铁也得到了大力发展。高铁道岔是铁路基础设施的重要组成部分，其状态的好坏直接影响到铁路的安全运行。所以高铁道岔的质量检测是高铁道岔制造生产线中非常重要的部分，高铁道岔表面精度(直线度、弯曲度)是高铁道岔质量参数中至关重要的一项，道岔表面精度出现问题会造成道岔轮廓尺寸发生了变化，对道岔和车辆都会造成严重的后果，必须根据道岔表面精度情况进行再精加工，以保证道岔生产质量，所以需要在道岔生产中及时进行表面精度检测。

目前，对于高铁道岔轮廓的检测主要是人工检测法，这种检测方法的测量精度和速度都受人工影响，这种方法不仅工作环境差、工作量大、检测速度慢、测量精度低，而且存在检测结果不直观和数据存档不方便等缺点。

技术实现要素：

针对现有的技术问题，本发明提供一种高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法及其检测装置，解决了现有的高铁道岔轮廓的检测方法检测速度慢、测量精度低，而且存在检测结果不直观的问题。

本发明采用以下技术方案实现：一种高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法，其用于检测位于道岔生产线上的高铁道岔的直线度和扭曲角度，其包括以下步骤：

(a)先分别向高铁道岔的轨顶、轨腰发射覆盖检测部位的线结构光，再驱使所述道岔生产线带动高铁道岔移动，以扫描高铁道岔的轨顶、轨腰的轮廓；

(b)接收从所述检测部位反射的光线，并生成高铁道岔的平面轮廓数据；

(c)定义高铁道岔的轨顶、轨腰的检测坐标系，根据所述平面轮廓数据，在所述检测坐标系中实时记录扫描轮廓点的坐标；

(d)实时计算所述扫描轮廓点的轨顶坐标、轨腰坐标的平面跳动值，以获取高铁道岔的直线度和扭曲角度；

(e)判断所述平面跳动值是否超过一个预设精度；

(f)在所述平面跳动值超过所述预设精度时，将对应的高铁道岔输送至对应的待加工区以进行修复。

本发明还提供了一种高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置，其应用上述的高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法，其包括：

至少两个检测机构一，其分别设置在高铁道岔的相对两侧；每个检测机构一包括底座、检测臂以及检测头；底座设置在高铁道岔的相对一侧；检测臂包括定位杆一和定位杆二；定位杆一的一端转动安装在底座上，定位杆二的一端转动安装在定位杆一的另一端上；检测头安装在定位杆二的另一端上，并用于扫描高铁道岔的轨顶、轨腰的轮廓，以生成高铁道岔的平面轮廓数据；

分析计算模块，其用于定义高铁道岔的轨顶、轨腰的检测坐标系，根据所述平面轮廓数据，实时记录检测头的扫描轮廓点的坐标，并计算出所述扫描轮廓点的轨顶坐标、轨腰坐标的平面跳动值，以获取高铁道岔的直线度和扭曲角度；以及

控制模块，其用于判断所述平面跳动值是否超过一个预设精度；在所述平面跳动值超过所述预设精度时，所述控制模块将对应的高铁道岔输送至对应的待加工区以进行修复。

作为上述方案的进一步改进，检测臂还包括锁紧螺丝一和锁紧螺丝二；锁紧螺丝一用于锁紧或放松定位杆一与底座，锁紧螺丝二用于锁紧或放松定位杆二与定位杆一。

作为上述方案的进一步改进，每个检测机构一还包括驱动组件；所述驱动组件用于驱动定位杆一相对底座转动，并用于驱动定位杆二相对定位杆一转动，使定位杆二的另一端在高铁道岔的周围移动。

进一步地，所述驱动组件包括伺服电机一和伺服电机二；伺服电机一固定在底座上，并用于带动定位杆一转动；伺服电机二固定在定位杆一上，并用于带动定位杆二转动。

作为上述方案的进一步改进，底座的高度大于高铁道岔的高度；所述检测装置还包括：

光电传感器，其发射器安装在其中一个底座上，接收器安装在其中另外一个底座上，并接收所述发射器发射的光线；以及

报警器，其用于在所述接收器未接收到所述发射器发射的光线时发送报警信息。

作为上述方案的进一步改进，检测头为激光扫描仪，并具有感光元件cmos矩阵；检测头发射线结构光至高铁道岔上，以形成一条检测光带；所述感光元件cmos矩阵用于接收所述检测光带的反射光。

作为上述方案的进一步改进，所述检测装置还包括：

数据传输模块，其用于将所述平面轮廓数据传输至所述分析计算模块。

作为上述方案的进一步改进，底座包括安装块和传送带；定位杆一转动安装在安装块上；传送带安装在安装块上，并用于通过转动带动安装块沿着所述道岔生产线的方向移动。

本发明还提供了一种高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置，其应用上述的高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法，其包括：

检测机构二，其包括检测框以及至少两个检测头；所述检测框套在高铁道岔的上，且轴向与所述道岔生产线平行；两个检测头活动安装在检测框上，且向高铁道岔的轨顶、轨腰发射覆盖检测部位的线结构光；

分析计算模块，其用于定义高铁道岔的轨顶、轨腰的检测坐标系，根据所述平面轮廓数据，实时记录所述检测头的扫描轮廓点的坐标，并计算出所述扫描轮廓点的轨顶坐标、轨腰坐标的平面跳动值，以获取高铁道岔的直线度和扭曲角度；以及

控制模块，其用于判断所述平面跳动值是否超过一个预设精度；在所述平面跳动值超过所述预设精度时，所述控制模块将对应的高铁道岔输送至对应的待加工区以进行修复。

本发明的高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法及其检测装置，其具有以下有益效果：

1、该高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法分别对轨顶、轨腰发射线结构光进行检测，与传统人工的接触式卡尺测量相比，适应性强，可以适应复杂工业生产环境，且效率高，而且一旦安装无需人工操作，可降低人工的工作量，同时自动进行检测，检测速度快，测量精度高。在检测时，该高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置的检测臂能够调整检测头的位置，这样就使得检测头的检测面大大增加，既能检测高铁道岔的轨顶，也能检测轨腰，大大提高了检测的效率，而且使用机器进行检测，能够最大化减少检测的误差，提高检测的精度。

2、该高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置的分析计算模块能够根据检测头检测的平面轮廓数据，实时记录扫描轮廓点的坐标，并计算出坐标的平面跳动值，从而获取到该高铁道岔的直线度，同时还能够得到高铁道岔的扭曲角度。而该检测装置的控制模块能够比较平面跳动值与预设精度，并在平面跳动值超过预设精度时将该高铁道岔输送至对应的待加工区进行修复，从而保证每一个检测的高铁道岔的直线度和扭曲角度都能够满足设计需要，提高高铁道岔的整体质量。

3、该高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置采用激光扫描线阵的高铁道岔表面的精度检测方法，与图像ccd检测方法相比，其扫描测量精度较高，检测精度可以小于0.01mm以内，完全符合高铁道岔表面检测精度要求。而且，该检测装置采用分析检测模块和控制模块进行分析、计算和控制，能够在上位机上实现，整个过程高效快捷，并且可以与高铁道岔生产线的工控系统相连，可以有效地对高铁道岔生产线进行控制。

附图说明

图1为本发明实施例1的高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法的总体流程图；

图2为本发明实施例1的高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法的具体流程图；

图3为图1所对应的检测方法的检测对象的结构示意图(图中已示出坐标系)；

图4为图1所对应的检测方法的检测对象的检测坐标系的示意图；

图5为本发明实施例2的高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置的立体图；

图6为图5中的检测装置在检测高铁道岔的轨顶、轨腰时的示意图；

图7为图5中的检测装置在检测高铁道岔的两个轨腰时的示意图；

图8为图5中的检测装置在高铁道岔出现顶弯情况时的示意图；

图9为图5中的检测装置在高铁道岔出现综合弯曲情况时的示意图；

图10为本发明实施例3的高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置的正视图；

图11为本发明实施例4的高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置的正视图；

图12为本发明实施例5的高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置的正视图。

符号说明：

1高铁道岔24履带

2底座31定位杆一

3检测臂32定位杆二

4检测头33锁紧螺丝一

5光电传感器34锁紧螺丝二

21安装槽35伺服电机一

22定位座36伺服电机二

23安装块

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1、图2以及图3，本实施例提供了一种高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法，该方法用于检测位于道岔生产线上的高铁道岔1的直线度和扭曲角度，而且包括以下这些步骤。

步骤(a)：先分别向高铁道岔1的轨顶、轨腰发射覆盖检测部位的线结构光，再驱使所述道岔生产线带动高铁道岔1移动，以扫描高铁道岔1的轨顶、轨腰的轮廓。在实际的检测过程中，可以在道岔生产线上的两侧安装对应的检测结构，对位于道岔生产线上的高铁道岔1进行扫描检测。由于线结构光照射在高铁道岔1上会形成一条光带，可得到被测物体的相应位置，具有高精度、高分辨率、抗干扰强等优点。这种检测方式，与传统人工的接触式卡尺测量相比，其适应性强，可以适应复杂工业生产环境，且效率高，而且一旦安装无需人工操作，可降低人工的工作量，同时自动进行检测，检测速度快，测量精度高。

步骤(b)：接收从所述检测部位反射的光线，并生成高铁道岔1的平面轮廓数据。本实施例可以根据扫描的发射线进行轮廓还原，处理算法复杂度较小，设计要求低。

步骤(c)：定义高铁道岔1的轨顶、轨腰的检测坐标系，根据所述平面轮廓数据，在所述检测坐标系中实时记录扫描轮廓点的坐标。这里动态记录轮廓点沿垂直方向坐标的变化，并形成轮廓点变化曲线，如图4所示。

步骤(d)：实时计算所述扫描轮廓点的轨顶坐标、轨腰坐标的平面跳动值，以获取高铁道岔1的直线度和扭曲角度。上述步骤中可以生成变化曲线，因此，本实施可以将变化曲线与实际的标准之间进行比较，从而计算出平面跳动量，即平面跳动值，进而计算出相应的直线度和扭曲角度。

步骤(e)：判断所述平面跳动值是否超过一个预设精度。本步骤中的预设精度，其大小可以根据实际需要进行设定，如在设计精度要求高的时候，预设精度会比较小，而在设计精度要求低的时候，预设精度就会比较大。

步骤(f)：在所述平面跳动值超过所述预设精度时，将对应的高铁道岔1输送至对应的待加工区以进行修复。本步骤中平面跳动值超过所述预设精度时，可以判定该高铁道岔1为不合格产品，需要将其返回至待加工区进行返工修复。

步骤(g)：在所述平面跳动值未超过所述预设精度时，继续检测直至检测完毕后判定对应的高铁道岔1为合格产品。因此，当执行本步骤后，就可以将对应的高铁道岔1推入至下一检测环节或者下一生产环节。

在一些实施例中，上述这些步骤中的数据交互的手段可以通过以太网传输至pc端进行处理和储存，可以保证数据传输的稳定性，以适应复杂恶劣的工业生产环境。当然，这些数据也可以采用其他传输手段进行传输，如无线传输的方式。而在需要将不合格产品输送至对应的待加工区时，可以通过对应的pc端发送控制指令至工控机，工控机进而控制道岔生产线，运送高铁道岔1至指定的区域。这里需要说明的是，pc端上位机可以与高铁道岔生产线工控系统相连，从而可以对高铁道岔1生产线进行控制。

综上所述，本实施例的高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法具有以下优点：

该检测方法分别对轨顶、轨腰发射线结构光进行检测，与传统人工的接触式卡尺测量相比，适应性强，可以适应复杂工业生产环境，且效率高，而且一旦安装无需人工操作，可降低人工的工作量，同时自动进行检测，检测速度快，测量精度高。

实施例2

请参阅图5、图6以及图7，本实施例提供了一种高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置，其可应用实施例1中的高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法。其中，该检测装置包括检测机构一、分析计算模块以及控制模块，还可包括数据传输模块。

检测机构一的数量至少为两个，而且两个检测机构一分别设置在高铁道岔1的相对两侧。每个检测机构一包括底座2、检测臂3以及检测头4。底座2设置在高铁道岔1的相对一侧。在本实施例中，两个底座2分别直接固定在高铁道岔1的相对两侧，而且关于高铁道岔1对称。检测臂3包括定位杆一31和定位杆二32，还可包括锁紧螺丝一33和锁紧螺丝二34。定位杆一31的一端转动安装在底座2上，定位杆二32的一端转动安装在定位杆一31的另一端上。锁紧螺丝一33用于锁紧或放松定位杆一31与底座2，锁紧螺丝二34用于锁紧或放松定位杆二32与定位杆一31，使得检测头4保持在稳定的最佳检测位置。在具体安装时，可以在底座2上开设安装槽21，并在安装槽21安装定位座22，而定位杆一31直接转动安装在定位座22上，定位座22为扫描检测提供位置基准。其中，定位座22可以为高精度丝杆副，其位置可调，可以在驱动机构的驱动下，带动检测头4沿轴向运动，对道岔进行扫描检测。检测臂3能够调整检测头4的位置，这样就使得检测头4的检测面大大增加，既能检测高铁道岔1的轨顶，也能检测轨腰，大大提高了检测的效率，而且使用机器进行检测，能够最大化减少检测的误差，提高检测的精度。

检测头4安装在定位杆二32的另一端上，并用于扫描高铁道岔1的轨顶、轨腰的轮廓，以生成高铁道岔1的平面轮廓数据。在本实施例中，检测头4为激光扫描仪，并具有感光元件cmos矩阵。具体而言，激光扫描仪分别安装在水平位置和竖直位置，且激光线与高铁道岔1的轴线垂直，扫描仪激光发射角度可调。检测头4发射线结构光至高铁道岔1上，以形成一条检测光带。而感光元件cmos矩阵用于接收检测光带的反射光，形成高精度轮廓影像。上述检测头4利用激光扫描线阵的高铁道岔1表面的精度检测方法，与图像ccd检测方法相比，其扫描测量精度较高，检测精度可以小于0.01mm以内，完全符合高铁道岔1表面检测精度要求。

分析计算模块用于定义高铁道岔1的轨顶、轨腰的检测坐标系，根据平面轮廓数据，实时记录检测头4的扫描轮廓点的坐标，并计算出扫描轮廓点的轨顶坐标、轨腰坐标的平面跳动值，以获取高铁道岔1的直线度和扭曲角度。其中，本实施例中的数据传输模块用于将平面轮廓数据传输至分析计算模块，使得分析计算模块和检测机构一之间的距离可以随意设计，满足实际的需要。

控制模块用于判断平面跳动值是否超过一个预设精度。在平面跳动值超过预设精度时，控制模块将对应的高铁道岔1输送至对应的待加工区以进行修复。在本实施例中，可以设置行程控制开关，当检测到不合格的高铁道岔1时，可以控制生产线行程将产品运至待加工处。在一些实施例中，在平面跳动值未超过预设精度时，可以判定该高铁道岔1为合格产品，控制模块可以驱动该高铁道岔1输送至下一环节。控制模块能够比较平面跳动值与预设精度，并在平面跳动值超过预设精度时将该高铁道岔1输送至对应的待加工区进行修复，从而保证每一个检测的高铁道岔1的直线度和扭曲角度都能够满足设计需要，提高高铁道岔1的整体质量。

请参阅图8，当被测高铁道岔1出现顶弯情况，只要在水平弯曲量在检测范围内，可以满足最大顶弯的检测需要，如果出现水平弯曲量超出检测范围，则需要通过调节两侧检测头4的初始位置，使得激光线覆盖最大检测平面。

请参阅图9，当被测高铁道岔1出现综合弯曲情况，需要驱动机构驱动定位杆一31微调检测头4的检测距离，检测结果可以进行实时修正补偿，保证弯曲在检测范围内，可以满足最大矫正量、最大顶弯量的检测需要。

综上所述，本实施例的高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置具有以下优点：

1、该高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置的分析计算模块能够根据检测头4检测的平面轮廓数据，实时记录扫描轮廓点的坐标，并计算出坐标的平面跳动值，从而获取到该高铁道岔1的直线度，同时还能够得到高铁道岔1的扭曲角度。而该检测装置的控制模块能够比较平面跳动值与预设精度，并在平面跳动值超过预设精度时将该高铁道岔1输送至对应的待加工区进行修复，从而保证每一个检测的高铁道岔1的直线度和扭曲角度都能够满足设计需要，提高高铁道岔1的整体质量。

2、该高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置采用激光扫描线阵的高铁道岔表面的精度检测方法，与图像ccd检测方法相比，其扫描测量精度较高，检测精度可以小于0.01mm以内，完全符合高铁道岔1表面检测精度要求。而且，该检测装置采用分析检测模块和控制模块进行分析、计算和控制，能够在上位机上实现，整个过程高效快捷，并且可以与高铁道岔生产线的工控系统相连，可以有效地对高铁道岔生产线进行控制。

实施例3

请参阅图10，本实施例提供了一种高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置，该检测装置与实施例2的检测装置相似，区别在于本实施例的检测臂3不同，即本实施例中去除了实施例2中的锁紧螺丝一33和锁紧螺丝二34，并增设了驱动组件。驱动组件属于检测机构一，而且用于驱动定位杆一31相对底座2转动，并用于驱动定位杆二32相对定位杆一31转动，使定位杆二32的另一端在高铁道岔1的周围移动。

本实施例中，驱动组件包括伺服电机一35和伺服电机二36。伺服电机一35固定在底座2上，并用于带动定位杆一31转动。伺服电机二36固定在定位杆一31上，并用于带动定位杆二32转动。这样，当需要调整检测头4的位置时，尤其是从检测轨顶调整至检测轨腰，或从检测轨腰至检测轨顶时，可以通过分别驱动伺服电机一35和伺服电机二36，使得检测臂3的形状发生改变，以改变定位杆二32的相对位置和高度。当然，检测头4也可以转动安装在定位杆二32上，方便进一步对检测头4进行微调。

实施例4

请参阅图11，本实施例提供了一种高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置，该检测装置在实施例2的基础上增加了光电传感器5和报警器。在本实施例中，底座2的高度大于高铁道岔1的高度。光电传感器5的发射器安装在其中一个底座2上，接收器安装在其中另外一个底座2上，并接收发射器发射的光线。报警器用于在接收器未接收到发射器发射的光线时发送报警信息。如此，当两个底座2的位置发生相对偏移时，报警器就会立即发出报警信息，提醒使用人员对底座2的位置进行调整，保证整个检测过程中检测数据的准确性。

实施例5

请参阅图12，本实施例提供了一种高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置，该检测装置与实施例2的检测装置相似，区别在于底座2的结构不同。在本实施例中，底座2包括安装块23和履带24。定位杆一31转动安装在安装块23上。履带24安装在安装块23上，并用于通过转动带动安装块23沿着道岔生产线的方向移动。当需要调节检测机构一的相对位置时，就可以通过驱动履带24转动，使安装块23移动，从而改变底座2的相对位置。本实施例也可以配合实施例4中光电传感器5和报警器进行使用，保证两个底座2保持在相对固定的位置。

实施例6

本实施例提供了一种高铁道岔直线度和扭曲角度检测装置，其应用实施例1中的高铁道岔直线度和扭曲角度检测方法，该检测装置包括检测机构二、分析计算模块以及控制模块。其中，分析计算模块以及控制模块分别采用实施例2中的分析计算模块以及控制模块。

在本实施例中，检测机构二包括检测框和检测头。检测框套在高铁道岔(1)的上，且轴向与所述道岔生产线平行。检测头的数量至少为两个，而且其中两个检测头活动安装在检测框上，且向高铁道岔1的轨顶、轨腰发射覆盖检测部位的线结构光。这里，检测头在需要相对检测框固定时，可以通过锁紧件将检测头固定在检测框上，以对高铁道岔1的检测部位进行检测。另外，这里说明两种检测框的结构，其中一种是圆形框，其直接将高铁道岔1套住，而检测头可以在圆形框上自由移动，另外一种是半圆形框，而框的两端分别安装在高铁道岔1的两侧，检测头可以在框上通过滚轮、滚球等结构进行移动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。