一种钢轨表面伤损检测装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108982507A(43)申请公布日2018.12.11(21)申请号201710401859.7(22)申请日2017.05.31(71)申请人武汉桑普瑞奇科技有限公司地址430070湖北省武汉市洪山区文治街16号(72)发明人黄小文李存荣王学华谢雯(51)Int.Cl.G01N21/88(2006.01)权利要求书2页说明书3页附图1页(54)发明名称一种钢轨表面伤损检测装置及方法(57)摘要本发明是一种钢轨表面伤损检测装置及方法。该装置主要包括四个激光传感器采集数据，输送辊传送钢轨，编码器记录钢轨位置。该方法将采集到的数据先行分段并去掉重叠部分。计算时先分析一小范围数据，其后分析相邻小范围数据，如此递进直到完成整个钢轨断面。该方法采用抛物线拟合或直线拟合来代表小范围的理想轮廓，然后根据数据点到理想轮廓上相应点的距离来判断伤损。当发现伤损时，该装置将停止钢轨运动，实时声光报警，并记录当前和后续若干扫描断面廓形以及当前钢轨位置。用户可查询这些廓形的三维立体视图及其它数据。本发明提供了一种钢轨自动化检测的关键装置及方法，能显著提高伤损检测的准确率，极大地降低后续使用中的安全隐患。CN108982507ACN108982507A权利要求书1/2页1.一种钢轨表面伤损检测装置及方法，其特征是包括四个传感器、传感器支架(5)、底座(6)、轨道输送辊(7)，钢轨(8)和编码器支架(9)，编码器(10)，其中：四个传感器为线结构光传感器，它们分别安装在传感器支架(5)的四个内角处，并且各传感器坐标系的Z轴均相交于传感器支架的中心，传感器支架固定在该检测装置的底座(6)上，同时底座上固定有轨道输送辊(7)，用来支撑和输送钢轨(8)，底座上固定有编码器支架(9)，安装编码器(10)，编码器中心偏离传感器支架的中心至少编码轮半径的长度。2.根据权利要求1所述的钢轨表面伤损检测装置，其特征是所述的四个传感器，均采用相同型号的线性激光测距传感器。特别配置了传感器的激光参数，使得传感器并不相互干扰。编码器采用增量式编码器，直径为120mm，当钢轨运动时，钢轨底面与编码轮相切，并带动编码轮转动，通过编码器的读数获得钢轨运行的距离。3.一种钢轨表面伤损检测方法，其特征是采用四个线性激光测距传感器采集钢轨断面轮廓数据并在分析前进行数据整理。由于钢轨轮廓的特点，每个传感器采集的数据存在盲区，但所有传感器采集的数据合起来能构成完整钢轨断面轮廓。且因传感器安装位置引起了数据重叠，有必要清除重叠的数据。此外为了避免后续计算中拟合的理想表面曲线跨过钢轨棱角，将数据在曲率半径小于阈值处即转折点处进行分段。4.根据权利要求3所述的一种钢轨表面伤损检测方法，其特征是对轨腰段可能存在的凸或凹的字符区进行特别处理。由于字符区位于半径R＝400mm的圆弧上，取轨腰处的该圆弧上两点可找到圆心O，然后截取该圆弧中央区域的L个点(x0，y0)，(x1，y1)，……(xl，yl)，逐点计算每个点与O点的距离S0，S1，……Sl，若有超过60％的R-Si≥0.7mm(标准字符高为1.0mm，但字符高误差较大)，则判断扫描位进入了字符区。当连续40条扫描线中不存在字符时则判断扫描位出了字符区。当扫描位在字符区域内时，设定一个合适的相对铁标较大的阈值来判断伤损。5.根据权利要求3所述的一种钢轨表面伤损检测方法，其特征在于：考虑到钢轨的轮廓是圆弧和直线平滑衔接而成，对扫描数据点进行拟合来作为其理想表面曲线，然后计算钢轨表面上数据点到理想表面曲线对应点距离，如果该距离超过铁标允许值，则判断为伤损。具体步骤如下：步骤1：取除去重叠区后的数据段中顺序排列的等间隔三点P1、P2、P3，对该三点进行抛物线拟合后作为理想曲线，然后取P2、P3之间的中间相邻三点Q1、Q2、Q3，求Q1、Q2、Q3到理想曲线上相应点的距离与铁标进行对比，即可判断是否存在伤损；步骤2：若P1、P2、P3三点在一条直线上或近似在一条直线上，则取通过P2、P3点之间的线段作为理想曲线，其余的计算同步骤1；步骤3：若P2、P3所连直线的斜率较小，则取P2、P3之间的中间相邻三点Q1、Q2、Q3，分别求Q1、Q2、Q3与理想曲线的竖直距离与铁标进行对比，从而判断是否存在伤损。6.根据权利要求5所述的一种钢轨表面伤损检测方法，其特征在于：将伤损计算区域用P1、P2、P3表示，判断P2、P3之间的中间相邻三点Q1、Q2、Q3是否存在伤损。若没有发现伤损，则将P1、P2、P3同步向前移动三个数据点，然后重复伤损计算，直至数据段终点。如果在计算中发现伤损，则该扫描断面上伤损计算停止，并输出该扫描断面在钢轨长度方向的位置(由编码器读数确定)。7.根据权利要求5所述