一种起重机轨道在线检测装置及方法与流程

本发明涉及起重机轨道检测领域，特别是关于一种起重机轨道在线检测装置及方法。

背景技术

起重机械应用广泛，在各行各业特别是工业生产中具有不可或缺的作用。当起重机工作一段时间或者经常处于重载工况时，起重机轨道就极有可能产生变形，产生啃轨现象，极大威胁起重机安全运行，因此起重机双轨道同截面高度差和轨距、单轨直线度等参数对起重机的安全运行至关重要。

目前针对起重机轨道在线检测需求，国内外一些学者提出了新的方法，主要包括激光准直测量方法和全站仪测量方法。用全站仪测量可以获得一个比较高的精度,然而现有的全站仪测量方法存在两个弊病：一是需要将全站仪固定在轨道上瞄准反射棱镜,作业环境建立在空中,测量人员必须爬到起重机轨道上进行检测,作业环境复杂而危险,而且由于全站仪体积大、重量重,测量前的建站工作非常不便，实际的现场环境复杂多变,往往不容易进行空中建站；二是由于全站仪需要固定在一条轨道上进行测量,在测另一条轨道时,往往需要再将全站仪移至另一条轨道上重新建站,这无疑增加了检测工作的工作量和难度。

由于起重机轨道的特殊性,目前的检测方法和检测系统基本都需要检测人员在起重机轨道上进行检测,测量时起重机不能工作，这将严重影响正常的生产秩序，且传统的测量方式效率低，投入人力多，大多数为高空作业，检测工作非常不便而且存在一定风险。

例如专利文献cn105651221a公开了一种起重机轨道在线检测方法，首先在起重机摩电轨道上设置激光准直仪和固定激光接收靶，建立准直基准系统；通过在起重机上分别设置里程传感器、移动激光接收靶、激光位移传感器以及一维倾斜传感器实时测量起重机里程数据、起重机实时位移数据、两根轨道的轨距数据、轨道直线度数据、轨道相对标高数据及两根轨道的相对高度差数据，从而实现起重机轨道的实时检测，但该检测方法所需安装设备较多成本较高，激光检测装置易受到起重机作业产生的震动而引起高度、跨度及水平度测量误差，且无法检验及及时纠正装置所带来的误差。专利文献cn203964881u公开了一种起重机轨道检测系统，将全站仪固定在地面上建站,由全站仪建立一个统一的全局坐标系,通过全站仪实时瞄准光路反射器件，测量靶心坐标数据，pc机进行数据的处理,生成起重机轨道直线度和双轨跨距、高度差等参数的检测报告，提高了检测工作的安全性，但该方法中小车功能单一，全站仪对小车跟踪以及数据的比较都需要检测人员进行操作，未实现对轨道自动检测，且当轨道较长或存在遮挡物时，全站仪无法准确识别探测靶心。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明提供了一种起重机轨道在线检测装置与方法。技术方案如下：

一种起重机轨道在线检测装置，包括：第一激光测距装置、第二激光测距装置、成像检测装置以及主站；

所述第一激光测距装置包括：第一底座、位于第一底座上的第一旋转转置和第一调平装置、以及位于第一旋转装置上面的第一激光测距仪；所述第一旋转装置能够带动所述第一激光测距仪旋转；所述第一调平装置用于调节第一激光测距仪发出的激光在水平方向；

所述第二激光测距装置包括：第二底座、位于第二底座上的第二旋转转置和第二调平装置、以及位于第二旋转装置上面的第二激光测距仪；所述第二旋转装置能够带动所述第二激光测距仪旋转；所述第二调平装置用于调节第二激光测距仪发出的激光在水平方向；

所述成像检测装置包括：第三底座、位于第三底座上的第三旋转装置、以及位于第三旋转装置上的工业相机和成像板；所述第三旋转装置能够带动所述工业相机和成像板旋转；所述第三旋转装置及位于其上的工业相机和成像板为两组，分别为第一工业相机、第一成像板、第二工业相机和第二成像板，其中一组与所述第一激光测距装置作用成像、另一组与所述第二激光测距装置作用成像；

所述主站实时根据工业相机发送来的两组成像结果计算出起重机轨道的双轨道跨度、双轨道高度、单轨道高度、单轨道水平度，完成起重机轨道在线检测。

进一步地，所述第一激光测距装置与所述成像检测装置位于同一根轨道上；所述第二激光测距装置位于另一根轨道上，并且所处的位置与所述成像检测装置相对应；所述成像检测装置上的两组成像板中的一组和第一激光测距仪相对、另一组和第二激光测距仪相对。

进一步地，所述第一底座固定在轨道的起始端。

进一步地，所述第二底座、所述第三底座均与起重机相固定、并且在起重机带动下第二底座、第三底座底端能够沿轨道滑动。

进一步地，所述第一底座、所述第二底座以及所述第三底座上面设有电机以及底端设有轮子，所述电机由单片机控制转动，在所述电机的带动下，所述第一底座、所述第二底座以及所述第三底座均能够沿轨道滑动。

进一步地，所述主站为计算机。

根据所述起重机轨道在线检测装置，本发明提出了一种起重机轨道检测方法，采用如下方法步骤：

步骤一，建立以成像所述检测方法板的中心为基准点，将基准点作为原点，平行于成像板底边为x轴，平面内垂直x轴方向为y轴建立二维平面坐标系；

步骤二，将两个工业相机分别置于两个成像板下方适当位置，使得镜头中心对准成像板基准光斑位置；

步骤三，将第二激光测距装置、成像检测装置安装在轨道的起重机上，并且其中一个成像板垂直于第一根轨道正对第一根轨道起始端的第一激光测距装置，即使得第一激光测距仪发射激光束形成的激光光斑精确打在成像板的光斑基准点上；另一个成像板平行于第一根轨道正对第二根轨道上的第二激光测距装置，即第二激光测距仪发射激光束形成的激光光斑精确打在另一个成像板的光斑基准点上；

步骤四，进行轨道检测，包括如下：

1)双轨道跨距测量：调节第三旋转装置和第二旋转装置，使第二激光测距仪发射的激光光斑准确打在第二成像板的基准点处，记录此时轨道跨度s；在起重机运行过程中，第二激光测距仪实时发出的激光光斑打在第二成像板上，得到对应位置处轨道跨距数据l即为双轨道跨距，同时可测得轨道偏差值δl＝l-s；

2)单轨道高度差、水平度数据：调节第一旋转装置和第二旋转装置，使第一激光测距仪发射的激光光斑准确的打在第一成像板的基准点处，在起重机运行过程中，第一激光测距仪发出的激光光束打在第一成像板上，第二激光测距仪发出的激光光打在第二成像板上；根据第一成像板上光斑相对于基准点在竖直方向的偏移量h1和在水平方向k1的偏移量，则可分别得到第一根轨道的高度差h1和水平度k1；根据第二成像板上光斑相对于基准点在竖直方向的偏移量h2和在水平方向k2的偏移量，则可得到第二根轨道的高度差h2和水平度

3)两轨道高度差数据测量：根据第二根轨道高度差数据h2与第一根轨道的高度差h1进行相应计算，得出两轨道高度差h，即h＝|h1-h2|。

进一步地，所述检测方法还可以采用如下方法步骤：

步骤一：将第一激光测距装置与成像检测装置为一组，放置于第一根轨道的起始端，第二激光测距装置正对成像检测装置，放置于第二根轨道上，在主站pc机上设定第一激光测距装置、成像检测装置以及第二激光测距装置的位移数据；

步骤二：双轨跨度测量，第一激光测距装置不动，成像检测装置与第二激光测距装置沿各自轨道以0.5m/s速度同步运动，每隔5m为一个测量点，第二激光测距装置及成像检测装置在测量点前后10cm与测量点处各测量一次，取最小值为该测量点处轨道跨度；

双轨跨度测量方法：调节第三旋转装置和第二旋转装置，使第二激光测距仪发射的激光光斑准确打在第二成像板的基准点处，记录此时轨道跨度s；在起重机运行过程中，第二激光测距仪实时发出的激光光斑打在第二成像板上，得到对应位置处轨道跨距数据l即为双轨道跨距,同时可测得轨道偏差值δl＝l-s；

步骤三：第一根轨道高度与水平度的测量：对比第一成像板光斑基准点与运动过程中第一激光测距装置打在第一成像板得到的平面二维位置坐标，y轴方向的光斑偏移量为第一根轨道的高度差值h1，x轴方向的光斑偏移量即为第一根轨道的水平度k1；

第二根轨道的高度与水平度测量：据第二成像板上光斑相对于基准点在竖直方向的偏移量h2和在水平方向k2的偏移量，则可得到第二根轨道的高度差h2和水平度

步骤四：双轨高度的测量：根据第二根轨道高度差数据h2与第一根轨道的高度差h1进行相应计算，得出两轨道高度差h，即h＝|h1-h2|。

进一步地，在轨道检测之后还包括：

将采集的两根轨道的跨距数据、单根轨道水平度数据、单根轨道的高度差数据及两根轨道的相对高度差数据通过无线方式传输至主站pc机进行分析统计并绘制出世界坐标系下的轨道测量曲线图。

本发明的有益效果：

1)在起重机正常作业的情况下，通过激光测距仪发射激光光束于成像板上，实现长距离精确检测，利用机器视觉技术获取光斑信息并处理发送至计算机，完成相应的数据分析，实现自动检测与在线分析，在一定程度上提高了检测效率，保证了较高测量精度；检测装置结构轻巧便携，便于安装拆卸，成本较低。

2)通过激光测距仪发射激光光束于成像板上，实现长距离精确检测，通过机器视觉技术获取光斑信息并处理传送到计算机，完成相应的数据分析，实现自动检测与在线分析，在一定程度上提高了检测效率，保证了较高测量精度且装备便携，可拆卸，方便起重机轨道的在线检测而不影响起重机的正常作业。

附图说明

图1为本发明实施例1所提供的一种起重机轨道在线检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例2所提供的一种起重机轨道在线检测装置的结构示意图；

图3为本发明成像板所形成的平面二维坐标示意图。

图4为本发明所提供的轨道测量曲线图。

图中,1-第一底座,21-第一旋转装置，22-第三旋转装置，23-第四旋转装置，24-第二旋转装置,31-第一激光测距仪，32-第二激光测距仪,41-第三底座，42-第二底座,51-第一工业相机，52-第二工业相机,61-第一成像板，62-第二成像板,71-第一根轨道，72-第二根轨道，8起重机，9主站pc机，203-第二调平装置，204-第一调平装置。

具体实施方式

本发明的实施包括以下两个实施例：

实施例1：起重机轨道在线检测装置由固定装置、两个激光测距装置、成像检测装置、旋转装置、调平装置、主站pc机等组成。

检测装置的安置如图1所示：在第一根起重机轨道的起始端安装可拆卸便携式固定装置，即第一底座1、第二底座42及第三底座41，所述底座用于固定两个激光测距装置以及成像检测装置，其激光测距装置包括激光测距仪、旋转装置和调平装置；在起重机两侧防撞器连接板位置安装可拆卸式成像检测装置和激光测距装置，其中成像检测装置包括第一成像板61、第二成像板62、第三旋转装置22、第四旋转装置23、第一工业相机51、第二工业相机52；成像板正中心位置为激光光斑基准点，以基准点为原点建立平面二维坐标系。两个工业相机分别置于成像板下方适当位置，镜头中心对准成像板基准光斑位置，使相机精确清晰拍摄到二维平面。

成像检测装置安装在第一根轨道的起重机上，并且第一成像板61垂直第一根轨道71正对轨道起始端的第一激光测距装置，第二成像板62平行于第一根轨道71且正对第二根轨道的第二激光测距装置。

起重机轨道在线检测方法是：起重机8配备检测装置运行于轨道上，以激光测距仪发射激光光束为基准直线，检测成像板上激光光束位置，通过工业相机的机器视觉技术对激光光斑图像进行加强以及位置识别，满足长距离轨道的检测精度要求；通过无线通信模块将光斑图像发送至主站pc机，经过在线分析处理可以得出精确的双轨道跨距、高度差数据，单轨高度差、水平度数据，同时绘制出同一世界坐标系下的两条轨道测量曲线，如图4所示。

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例1进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种起重机轨道在线检测装置的结构示意图，以激光光束为基准直线，起重机8配备检测装置行驶于第一根轨道71与第二根轨道72上，通过成像检测装置上工业相机的机器视觉技术对成像板上激光光斑进行加强，以成像板中心点为坐标原点，平行于成像板底边为x轴，平面内垂直x轴方向为y轴建立二维坐标系，并进行光斑在坐标系内的位置识别，达到长距离轨道精度检测；由工业相机通过无线通信模块将光斑位置图像发送至主站pc机9，经过在线分析处理绘制出同一世界坐标系下的两条轨道测量曲线，实现双轨道跨度、高度，单轨道高度、水平度自动检测与在线分析，具有较高精度，检测装置结构轻巧便携，便于安装拆卸，成本较低。

技术方案：

1)装置安排：在第一根轨道71的起始端安装可拆卸便携式激光测距装置，在第一底座1上安装第一激光测距装置，包括第一激光测距仪31、第一旋转装置21以及第一调平装置204；在起重机8防撞器连接板，即第三底座41与第二底座42处分别安装可拆卸式成像检测装置和第二激光测距装置，其中成像检测装置包括第一成像板61和第二成像板62、第三旋转装置22和第四旋转装置23、第一工业相机51和第二工业相机52。

两个成像板正中心位置为激光光斑基准点，以基准点为原点，平行于成像板底边为x轴，平面内垂直x轴方向为y轴建立二维平面坐标系。

所述两个工业相机分别置于两个成像板下方适当位置，镜头中心对准成像板基准光斑位置，使相机精确清晰拍摄到二维平面。

所述成像检测装置安装在第一根轨道71的起重机8上，并且第一成像板61垂直于第一根轨道71并正对第一根轨道71起始端的第一激光测距装置，即第一激光测距仪31发射激光束形成的激光光斑精确打在第一成像板61的光斑基准点上。第二成像板62平行于第一根轨道71且正对第二根轨道72上的第二激光测距装置，即第二激光测距仪32发射激光束形成的激光光斑精确打在第二成像板62的光斑基准点上。

该实施例下，起重机轨道在线检测原理如下：

1)双轨道跨距测量，开始时调节激光测距装置与成像检测装置，使激光光束准确的打在成像板基准点处，其中基准点为成像板中心点。记录此时轨道跨度。在起重机运行过程中，激光测距仪发出的激光光束打在成像板上，得到双轨道跨距数据。

2)单轨道高度差、水平度测量：开始时调节第一根轨道的激光测距装置和同轨道成像检测装置，使激光光斑准确的打在成像板基准点处，在起重机运行过程中，激光测距仪发出的激光光束打在成像板上，根据成像板上光斑相对于基准点在竖直方向的偏移量和在水平方向的偏移量，即为第一根轨道的高度差、水平度；根据两个成像板光斑位置，经软件计算可以得到第二根轨道的高度差、水平度。

3)两轨道高度差测量，在上述单轨道高度差数据中成像板上光斑相对于基准点在垂直方向的偏移量与上述第一个轨道的高度差进行相应计算得出两轨道高度差数据。

具体测量方法：

双轨道跨距测量：开始时调节起重机8在第二根轨道72的起重机防撞器连接板的第二底座42上的第二旋转装置24和起重机8在第一根轨道71的起重机防撞器连接板的第三底座41上的第四旋转装置23和第二调平装置203，使第二激光测距仪32发射的激光光斑准确打在第二成像板62的基准点处，记录此时轨道跨距s。在起重机8运行过程中，第二激光测距仪32实时发出的激光光斑打在第二成像板62上，得到采样点处轨道跨距数据l，则轨道偏差值δl＝l-s。

单轨道高度差、水平度数据：开始时调节第一根轨道71的第一旋转装置21和起重机防撞器连接板的第三底座41的第三旋转装置22、以及第一调平装置204和第二调平装置203，使得第一激光测距仪31发射的激光光斑准确的打在第一成像板61的基准点处，在起重机8运行过程中，第一激光测距仪31发出的激光光打在第一成像板61上，根据第一成像板61上光斑相对于基准点在竖直方向的偏移量h1和在水平方向k1的偏移量，则可分别得到第一根轨道71的高度差h1和水平度k1；根据第二根成像板62上光斑相对于基准点在竖直方向的偏移量h2和在水平方向k2的偏移量，则可得到第二根轨道72的高度差h2和水平度

两轨道高度差数据：在上述第二根轨道72高度差数据中成像板上光斑相对于基准点在竖直方向的偏移量与第一根轨道71的高度差进行相应计算得出两轨道高度差数据即h＝|h1-h2|。

实施例2：

如图2所示，本发明实施例2所提供的一种快速的起重机检测由主站pc机下发指令控制检测装置自动在轨道上滑动，不需要起重机的带动即可完成检测，具体流程为：

步骤101，把第一激光测距装置、第二激光测距装置以及成像检测装置放置在如图2所示的相应位置，主站pc机9与三个装置通过无线通信设备互相联通。

步骤102，联通准备就绪后，主站pc机9发送指令给单片机，由单片机控制实现激光测距仪调平以及激光光束与成像板基准点的校准，使激光测距仪发出的光束能够准确的呈现在成像板的基准点上；并以基准点为原点，平行于成像板底边为x轴，平面内垂直x轴方向为y轴建立二维平面坐标系。

步骤103，由单片机控制电机转动进而带动检测装置的底座在轨道上滑动，并在预定位置上停止，激光测距仪发射激光打到成像板上，工业相机拍摄光斑图像，图像处理后传输至pc机。具体地：

主站pc机9发送测量指令给单片机，第一激光测距装置固定不动，成像检测装置与第二激光测距装置分别沿第一根轨道71与第二根轨道72以0.5m/s速度同步运动，每隔5m为一个测量点，第二激光测距装置及成像检测装置在测量点前后10cm与测量点处各测量一次，取最小值为该测量点处轨道跨距。同时位于第一成像板61和第二成像板62下方的两个工业相机拍摄激光光斑在成像板上的光斑图像，得到能代表起重机械位置的移动过程中成像板相对于激光测距仪发出的激光束的偏移。

步骤104，主站pc机9接收光斑图像，通过图像处理得到轨道预定点的平面二维坐标。

步骤105，在轨道预定点的坐标基础上，通过数据处理得到两根轨道的各项偏差值。具体地：

第一根轨道高度与水平度的测量：如图3所示，为成像检测装置上的成像板所形成的平面二维坐标示意图，图中a点为工业相机拍摄激光光斑在第一根轨道上成像板光斑斑点，d点为工业相机拍摄激光光斑在第二根轨道上成像板光斑斑点。a、d两点为平面二维坐标系中的任一点。b和c为激光光斑基准点，对比成像板光斑基准点与垂直第一根轨道成像板得到的平面二维位置坐标，y轴方向的偏移量为第一根轨道的高度差值为|y1|，x轴方向的偏移量即为第一根轨道的水平偏移量为|x1|；

双轨高度的测量：对比第二成像板光斑基准点与第二成像板得到的平面二维位置坐标，y轴方向的偏移量即为双轨的高度偏差为|y2|，x轴方向的偏移量为|x2|；

第二根轨道高度与水平度测量：因两个成像板处于同一水平高度，第二根轨道高度等于双轨道高度减去第一根轨道高度即为第二根轨道的高度偏差。即高度差y＝||y2|-|y1||。对比第二成像板光斑基准点与第二成像板得到的平面二维位置坐标，两个成像板之间水平偏移量通过公式换算可以得到第二根轨道的水平度。假设第二根轨道的水平度为z，则

将上述采集的两根轨道的轨距数据、轨道直线度数据、单根轨道的相对高度差数据及两根轨道的相对高度差数据等，各数据通过无线传输至主站pc机进行分析统计并绘制出曲线图输出。主站pc机部分可以装载测量系统软件，完成通过无线控制移动机器人的正常运行功能、工业相机拍摄光斑图像进行图像处理功能、轨道相应点光斑与基准点进行数据处理得到偏差曲线功能。

图4为本发明所提供的轨道测量曲线图；通过设定数据采集时间、采集密度(相机拍摄频率)将采集得到的起重机位移数据、两根轨道的跨距数据、轨道水平度数据、单根轨道的高度差数据及两根轨道的相对高度差等，传输至主站pc机进行分析统计并以第一根轨道为x轴绘制出位于统一的世界坐标系下的轨道测量曲线图。如图4所示在x＝x1处，从图中可知：第一根轨道71上对应点的坐标b(x1，y1，z1)和第二根轨道72上对应点坐标a(x1，y2，z2)，则在x＝x1处的各项偏差项：

两轨跨距偏差：δs＝y2-y1-s。

双轨的高度偏差：h＝|z2-z1|。

单轨垂直面内的高度差：δh1＝z1,δh2＝z2。

单轨水平面内的水平度偏差：δk1＝y1,δk2＝y2-s。

本方法仅需将检测装置一次性安装，即可实现多次使用，与其他已有的起重机械轨道检测方法相比，在起重机械轨道检测过程中，不需要搬运检测装置就可以一次性获得轨道检测的重要技术指标。以跨度为20m，长度为100m的轨道为例，以往检测需要1小时，本方法及装置仅需要30分钟即可完成，提高了起重机械轨道检测的自动化程度和工作效率。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。