一种适用于全路段钢轨校直检测装置及方法与流程

1.本发明涉及钢轨自动检测技术领域，更具体地，涉及一种适用于全路段钢轨校直检测装置及方法。


背景技术：

2.随着时代的发展和钢轨加工的精度提高，老旧设备加工检测精度已经无法满足现今的钢轨精度的要求，而且操作人员的不可控性，形势的发展推动设备的迭代更新，研制高精度自动测量校直专用设备是必然的发展趋势。目前，对国内多数厂家都使用人工手动检测方式对全路段钢轨校直进行检测，采用手工检测，人为的误差是很容易造成，而且工位多、不仅速度慢、人工的成本高，且影响整线的加工时间，随着高铁的快速发展，测量工具的老化，去除多余工位，减少人员、手动检测模式已经无法适应时代发展的节奏了，无法做到数控设备所检测达到的精度。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种适用于全路段钢轨校直检测装置及方法，解决现有技术中存在的对全路段钢轨校直采用手工检测产生的成本高、精度低、工位多的技术问题，全程无人员参与，提供了设备自动校直的方向、位置、压力等数据,达到无人自动加工的需求。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.作为本发明的一个方面，提供了一种适用于全路段钢轨校直检测装置，包括横梁，设置在所述横梁上的测量小车，设置在所述测量小车上的固定架，设置在所述固定架内的测量机构，与所述测量机构电性连接的自动控制机构以及与所述自动控制机构电性连接的检测显示机构。
6.作为本发明的上述方面的一种适用于全路段钢轨校直检测装置，其中测量机构包括激光位置传感器组，所述激光位置传感器组包括：位于垂直面的两个顶面激光位移传感器，平行安装在小车的固定架上，采用双高精度激光位移传感器作为点对点检测元件，通过对测量伺服距离的设置固定位置，对钢轨的顶面进行等距逐点间隔扫描测量；和/或位于水平面的两个侧面激光位移传感器，水平安装在小车的固定架的侧面，运用双高精度激光位移传感器作为检测元件，通过对测量伺服距离的设置固定位置，对钢轨的二个侧面进行等距逐点间隔扫描测量。
7.作为本发明的上述方面的一种适用于全路段钢轨校直检测装置，其中自动控制机构包括与所述测量机构电性连接的放大器，与所述放大器电性连接的模拟量转换单元，与所述模拟量转换单元电性连接的控制中心，设置在所述控制中心上的精智面板以及与所述控制中心电性连接的测量小车纵向行走伺服单元。
8.作为本发明的上述方面的一种适用于全路段钢轨校直检测装置，其中模拟量转换单元包括垂直模拟量转换模块，用于控制中心采集垂直面的两个顶面激光位移传感器激的数据，转换后进行运算，计算出钢轨顶部直线度，给于加工钢轨位置方向技术指标；和/或水
平模拟量转换模块，用于控制中心采集水平面的两个侧面激光位移传感器的数据，转换后进行运算，计算出钢轨侧部直线度，给于加工钢轨位置方向技术指标。
9.作为本发明的上述方面的一种适用于全路段钢轨校直检测装置，其中测量小车纵向行走伺服单元包括伺服部分，由伺服驱动器构成，通过伺服电机驱动测量小车纵向行走，激光位置传感器组送至钢轨的表面；和/或液压部分，通过液压油缸驱动测量小车纵向行走，将激光位置传感器组送至钢轨的表面。
10.作为本发明的上述方面的一种适用于全路段钢轨校直检测装置，其中检测显示机构包括与所述控制中心互联的pc机数据处理中心，用于将模拟量转换单元转换的数据，经过软件labview数据分析处理后，把测量得到的结果以不同长度以及合格范围以二维曲线的图形方式显示出来。
11.作为本发明的另一个方面，提供了一种适用于全路段钢轨校直检测方法，包括以下步骤：
12.s1.数据采集:控制中心通过模拟量转换单元转换激光位置传感器组采集钢轨的距离数据，获取母材的加工参数；
13.s2.循环测量：通过测量小车纵向行走伺服单元驱动测量小车将测量机构至钢轨的表面，针对钢轨平面和侧面位置反复循环测量；
14.s3.数据处理：由控制中心将测量到的数据发送至检测显示机构进行处理，进行测量数据和钢轨基本数据的显示、操作和保存。
15.作为本发明的上述方面的一种适用于全路段钢轨校直检测方法，其中s1 中的母材的加工参数包括钢轨顶部和侧部直线度，轨面的凸/凹起量，水平的凸/凹起量，校直上下/水平前后移动方向，校直位置以及校直压力；所述 s1中激光位置传感器组的有效测量范围为30～50mm，当被测钢轨与激光位置传感器组间的距离不在上述有效测量范围之内，则对测量采集的数据不予处理。
16.作为本发明的上述方面的一种适用于全路段钢轨校直检测方法，其中s2 具体包括以下步骤：
17.s21.测量开始，测量定芯夹，测量小车上部移动支点翻起，测量小车下降；
18.s22.测量小车左行测量；
19.s23.测量小车右行测量，数据读取完成，测量小车上升，支点落下；
20.s24.测量数据同步发出，测量完成。
21.作为本发明的上述方面的一种适用于全路段钢轨校直检测方法，其中s2 中在测量小车横向匀速前进，每隔20毫米读取一次激光位置传感器组的当前值，测量小车左行3米，共读取155组测量数据，测量小车再右行3米，反向读取155组复核数据。
22.采用上述技术方案，本发明具有以下优点：
23.本发明提供了一种适用于全路段钢轨校直检测装置及方法，采用全自动钢轨检测和校直方式，测量机构是由激光位置传感器组安装在横梁上，可进行横向、上下移动装置、由测量小车纵向行走伺服单元进行驱动，测量小车下降将激光传感器送至钢轨的表面，传感器分为垂直面和侧边水平面进行检测，在轨面小车横向匀速前进，每隔20mm读取一次传感器的当前值，正向、读取155组数据/2激光传感器共310组，再反向移动读取155组校验数据/2 激光传感器共310组，由cpu将截取其中600组数据发送至检测显示机构进行处理，实
现了自动化测量，速度快、人工的成本高，加工时间短，测量精度高，无需人工进行干预，通过测量机构所检测到的距离参数，与自动控制机构、检测显示机构组合成一套自动控制检测装置，自动运算出钢轨的轨面和侧面的平直度的各种技术参数，保证了各个支点位置精度，从而达到对全路段钢轨校直检测的实现，在工业控制中得到了广泛的使用。
附图说明
24.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
25.图1是本发明适用于全路段钢轨校直检测装置的结构正视图；
26.图2是本发明适用于全路段钢轨校直检测装置的结构侧视图；
27.图3是本发明适用于全路段钢轨校直检测装置的原理框图；
28.图4是本发明检测装置的采集激光处理流程；
29.图5是本发明检测装置的采集数据过程截图；
30.图6是本发明适用于全路段钢轨校直检测装置的电气控制框图；
31.图7是本发明适用于全路段钢轨校直检测方法的流程图；
32.图8是本发明检测方法的测量循环的流程图。
具体实施方式
33.以下结合说明书附图对本发明的技术方案进行具体说明，在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
34.图1示出本发明适用于全路段钢轨校直检测装置的结构正视图；图2示出本发明适用于全路段钢轨校直检测装置的结构侧视图。
35.一种适用于全路段钢轨校直检测装置具体如图1、图2所示，包括横梁 1，设置在横梁1上的测量小车2，设置在测量小车2上的固定架3，设置在固定架3内的测量机构，与测量机构电性连接的自动控制机构以及与自动控制机构电性连接的检测显示机构。
36.其中，测量机构包括激光位置传感器组，激光位置传感器组包括位于垂直面的两个顶面激光位移传感器4和/或位于水平面的两个侧面激光位移传感器5，由垂直面2个激光位移传感器和水平面2个的激光位移传感器组成均平行安装在小车的固定架3上，可进行横向、上下移动装置、由伺服驱动器进行驱动，激光测量传感器采用威格勒公司的，型号为od08rh8c，具有高精度和高响应速度的能力。
37.检测时，伺服驱动器驱动测量小车下降将激光传感器送至待测钢轨6的表面，激光传感器分为垂直面和侧边水平面进行检测，激光传感器组对作业钢轨在线进行水平和垂直两个方向的(双激光头)直线度自动检测，测量小车运行的总行程是0-3200mm,小车停止位置在0mm，运用推出最新的双高精度激光测量传感器作为点对点检测元件，通过对测量伺服距离的设置固定位置，对钢轨的顶面及二个侧面进行等距逐点间隔扫描，采集数据。激光位置传感器具有较高的检测准确性和可靠性,较高的抗干扰性和良好的环境适应性，对被检测的物体，具有高的检测灵敏度和速度响应，呈模拟量连续输出,利用红色光点使检测情况
一目了然,并且具备安全开关功能，可满足现场控制的要求，具有高可靠性和很强的抗干扰能力。
38.图3示出本发明适用于全路段钢轨校直检测装置的原理框图；图4是本发明检测装置的采集激光处理流程。检测装置的原理框图和采集激光处理流程如图3、图4所示，其中，自动控制机构包括与测量机构电性连接的放大器，与放大器电性连接的模拟量转换单元，与模拟量转换单元电性连接的控制中心，设置在控制中心上的精智面板以及与所述控制中心电性连接的测量小车纵向行走伺服单元。
39.其中，放大器包括垂直放大器模块和水平放大器模块，垂直放大器模块与垂直面2个激光传感器的输出端连接，将垂直面2个激光传感器4采集的数据信号进行放大，水平放大器模块与两个侧面激光传感器5的输出端连接，将两个侧面激光传感器5采集的数据信号进行放大。
40.模拟量转换单元包括垂直模拟量转换模块，垂直模拟量转换模块和垂直放大器模块的输出端连接，用于控制中心采集垂直面的两个顶面激光位移传感器激的数据，a/d转换后进行运算，计算出钢轨顶部直线度，给于加工钢轨位置方向等各项技术指标；水平模拟量转换模块的输出端和水平放大器模块的输出端连接，用于控制中心采集水平面的两个侧面激光传感器的数据， a/d转换后进行运算，计算出钢轨侧部直线度，给于加工钢轨位置方向等各项技术指标。
41.控制中心采用的是siemens博图1500系列的cpu，该cpu的型号为 1515t-2pn。精智面板采用的是siemens tp1900系列15.4寸屏。
42.测量小车纵向行走伺服单元包括：伺服部分，采用sinamics型号为v90 的伺服驱动器，通过伺服电机驱动测量小车纵向行走，激光测量传感器组送至钢轨的表面；通过液压油缸驱动测量小车纵向行走，将激光位置传感器组送至钢轨的表面。
43.检测装置采用激光测量传感器组，通过测量小车上面的固定架，针对钢轨平面和侧面三米位置，前后各装两件传感器共四件，放大器将前后两端的检测出距离值信号放大后，通过模拟量转换单元进行数据转换，转换后进行运算，计算出钢轨顶部和侧部直线度，测量小车纵向行走伺服单元由伺服部分和液压部分来组成驱动，将标准母材送进加工位置后，手动操作钢轨测量端夹紧、垂直上翻、小车下降，测量小车到达轨面位置，需将传感器的安装零位调整好，传感器到达钢轨母材进入可调零位置时，既进行上下左右调整传感器距离母材 50mm的位置(传感器的感应范围是80mm)，两面都调整在此范围内即可，根据设定的速度手动操作测量小车由左向右移动测量小车前进或后退。
44.另外，检测显示机构包括与控制中心互联的pc机数据处理中心，用于将测量机构采集的数据，经过专用软件labview数据分析处理后，把测量得到的结果以不同长度.以及合格范围以二维曲线的图形方式显示出来，工控机通过测量系统的检测数据计算出校直的方向、压力、上下/前后位移量等，检测显示机构协调完成对作业钢轨轨头/轨尾进行自动校直的控制，通过专业的labview数据运算软件，提供了设备自动校直的方向、位置、压力等数据，达到无人自动加工的需求。
45.此外，本发明还包括液压校直系统、压力与位移的反馈系统、支点位置控制系统以及走行平台作业方向的位置调整移动。
46.液压校直系统的工作原理，当校直工作处于待机状态，校直油缸均由程序控制自
动回复到初始的工作位置：1、垂直方向的上油缸退回到最高位置；2.垂直方向的下油缸退回到最低位置；3水平方向的双活塞杆油缸回复到中间位置；此时，将留出空间位置不会因作业钢轨的流动而引起碰撞，为防止垂直上油缸因自身的重量慢慢向下移动，当液压系统受电工作时，系统有一个1.5mpa(15bar) 的工作压力将垂直上油缸保持在高位，当液压系统失电不工作时，可用一个机械锁定装置将垂直上油缸保持在高位。液压调直操作由一个手柄开关进行上下操作控制垂直方向，水平方向的手柄开关左右操作控制水平前后方向，手柄的每一操作方向对应相应的校直油缸的运动。由于操作手柄具有互锁的功能，每次只能进行一个方向的校直操作。当拨动操作手柄继续往任一方向推动,此时校直作业开始进行及相应的校直油缸带动校直施力点快速接近作业钢轨，当到达设置碰轨位置时，也就是校直施力支点与作业钢轨接触面后，液压系统的压力瞬间升高，此时校直油缸的运动速度立即切换到慢速运动，此时随着操作手柄继续往前推，液压系统的工作压力会相应的升高，直至达到校直作业钢轨弯曲变形所需的作用力，松开操作手柄校直油缸回复原位。
47.压力与位移的反馈系统：在对作业钢轨进行施压校直的操作过程中，可直接观看操作显示屏所显示的动态图表以了解当前校直施力状态下作业钢轨所受的压力与产生的弯曲位移变形量，用以控制作业钢轨的校直质量。压力与位移反馈系统是通过安装在液压系统中压力传感器和安装在校直油缸上位移传感器实时当前位置数据，由计算机系统进行数据处理后传输到显示屏。显示校直作用力与位移变形的图标内容各为两栏，其中一栏是动态刷新的，另一栏为保持当前校直状态下的最大值。
48.支点位置控制系统：可移动的支点机构，采用siemens cpu.v90六轴伺服控制系统，伺服电机对其测量位置以及大车支点进行控制。1kw伺服电机构成支点位置的驱动系统。连接同步齿形带和滚珠丝杠对支点的位置进行调整移动。其工作原理：由主机的siemens cpu将测量的数据发送至控制中心，通过 labview软件运算后的结果,再返回给主机siemens cpu再进行位置等处理转换后，控制支点、移动平台、位移等到达的实际位置和移动量，来实现自动校直的功能。
49.走行平台作业方向的位置调整移动：钢轨轨头进入作业位置开始进行测量校直时，其位置须与在指定的轨头或轨尾的位置范围内，在完成一次测量作业后，此时要根据测量结果显示的曲线情况来确定是否需要移动走行平台，以使走行平台的校直中心线对准测量显示曲线的最高点，从理论上来讲这样位置进行校直的效果及质量是最好的。
50.图5示出全路段钢轨校直检测装置采集数据过程示意图；路段钢轨校直检测装置采集数据过程如图5所示，测量小车运行的总行程是0-3200mm，小车停止位置在0mm，测量有效行程是40-3140mm，数据采集间隔是20mm，开始检测时，小车下降至钢轨的预定位置，cpu发出测量小车左行开始命令，左行至有效位置40mm处cpu给出开始采集指令，此后会每间隔20mm读取一次激光头当前距离数据(此数据是由模拟量模块转换后的值)进行存储，通过不间断循环采集，在40-3140mm有效范围内共采集155组数据，1号和2号两组激光头共采集310组。2号激光头数据是用来复核1号激光头采的点位，来判别这个采点是否真实有效，以确保数据的真实性。将采集存储的数据cpu通过tcp通讯端口传送至pc机数据处理中心，经过专用软件labview数据分析处理，将钢轨的垂直面平整度、凹度、凸度等曲线图运算出，还有就是娇直量/以及各支点矫直的位置等等。pc机数据处理中心会通过tcp通讯端口再次将处理后结果发回至cpu控制中心进行矫轨工作循环，水平数据采集和垂直采集数组是同步发送，
再同步被发回进行矫直工作。
51.图6示出了本发明适用于全路段钢轨校直检测装置的电气控制框图。全路段钢轨校直检测装置的电气控制框图如图6所示，控制中心通过模拟量转换单元测量0-3200mm的距离数据，a/d转换后进行运算，计算出钢轨顶部和侧部直线度，给于加工钢轨位置方向等技术指标；系统压力通过力士乐传感器-传输到模拟量转换单元中，用于精确控制系统施压；施压过程中控制中心通过模拟量转换单元，精确控制比例放大板输入电压，驱动液压比例阀控制系统压力；自动矫直施压控制过程中，通过压力传感器和位移传感器组成双闭环控制系统，达到钢轨精确位置施压矫直。此外，支点和大车定位都由v90绝对伺服控制系统来完成，精确的定位保证了设备在矫直过程中稳定性和准确度。系统运行控制中的数据，通过检测显示机构和控制中心进行测量数据和钢轨基本数据的显示、操作和保存。数据计算出轨头或者轨尾的0-3米距离的轨面为凹还是凸，给出校直上下/水平前后移动方向等，协调完成对作业钢轨轨头/轨尾进行自动校直的控制组成校直部分；各支点伺服驱动控制走行平台伺服驱动，液压校直系统，压力与位移的反馈系统等组成，检测显示机构通过测量系统的检测数据计算出校直的方向、压力、上下/前后位移量以及等协调完成对作业钢轨轨头/轨尾进行自动校直的控制。
52.请参阅图7所示，本发明适用于全路段钢轨校直检测方法，包括以下步骤：
53.s1.数据采集：控制中心通过模拟量转换单元a/d转换激光位置传感器组采集钢轨的距离数据，获取母材的加工参数；
54.其中，s1中的母材的加工参数包括钢轨顶部和侧部直线度，轨面的凸/ 凹起量，水平的凸/凹起量，校直上下/水平前后移动方向，校直位置以及校直压力。
55.此外，由于激光位置传感器组的有效测量距离为30-50mm，当被测钢轨与激光位置传感器组间的距离不在上述测量范围之内，则系统对测量采集的数据不予处理。
56.s2.循环测量：通过测量小车纵向行走伺服单元驱动测量小车将测量机构至钢轨的表面，针对钢轨平面和侧面位置反复循环测量；
57.请再参阅图8所示，该图是本发明检测方法的测量循环的流程示意图，其中s2具体包括以下步骤，
58.s21.在校直准备加工前，液压打开，夹紧装置都放松状态才可按下自动启动按钮，首先滚道需将钢轨送入预定加工位置，如超出加工位会出现需要反向运行的需要，满足以上条件设备进入自动运行循环，保证设备的安全生产的需求，测量开始，测量定芯夹，测量小车上部移动支点翻起，测量小车下降；
59.s22.测量小车到达轨面位置，将传感器安装零位调整好，传感器到达钢轨母材可调零位置时，既进行上下左右调整传感器距离母材50mm的位置(传感器的感应范围是80mm)，两面都调整在此范围内即可，根据设定的速度手动操作测量小车由左向右移动一个循环，固定架进行左右移动；
60.其中，固定架左右移动前须满足条件才可：
61.油泵已启动；
62.上部移动支点和施力支点翻起在高位；
63.作业钢轨停止运行；
64.测量托架在下位；
65.左上/右上/左下/右下支点停止移动；
66.走行平台/滚道线已经禁止状态。
67.在轨面测量小车横向匀速前进，测量小车运行的总行程是0-3200mm,小车停止位置在0mm，测量有效行程是40-3140mm，开始检测时，测量小车下降至钢轨的预定位置，cpu发出测量小车左行开始命令测量，测量小车左行测量，激光位置传感器组分别在垂直面和侧边水平面进行检测，行至有效位置 40mm处，cpu给出开始采集指令，此后会每间隔20mm读取一次激光头当前距离数据(此数据是由模拟量模块转换后的值)进行存储，通过不间断循环采集，在40-3140mm有效范围内共采集155组数据；
68.s23.测量小车右行测量，数据读取完成，为了保证数据的有效性，再反向移动3m，读取155组复核数据，判别这个采点是否真实有效，以确保数据的真实性，然后，测量小车上升，测量小车移动支点落下；
69.s24.测量数据同步发出，由cpu将测量到的310组数据发送至pc机数据处理中心进行处理测量完成。
70.s3.数据处理：由控制中心将测量到的数据发送至检测显示机构进行处理，进行测量数据和钢轨基本数据的显示、操作和保存。
71.最后，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下还可以作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。