一种快速建立激光基准弦线的轨道平顺度测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种快速建立激光基准弦线的轨道平顺度测量装置及方法，装置包括发射端和测量端，发射端包括激光发射管和方向控制机构等；测量端包括激光接收屏、嵌入式CPU、摄像头和人机界面等。测量时激光发射管将激光投射到激光接收屏上形成光斑，摄像头捕获光斑在激光接收屏上形成的光斑图像，CPU对光斑图像进行处理分析计算获得光斑中心的位置。轨道平顺度测量前需先建立激光基准弦线，由测量端通过无线通信遥控发射端的激光方向，先手动遥控使激光光斑进入接收屏幕，然后测量端根据光斑与原点的偏差，自动遥控激光发射方向直到光斑中心对准原点，从而建立激光基准弦线。建立过程速度快，效率高，单人即可操作，并可近距离观察激光的对准效果。

A device and method for measuring the track smoothness of laser reference chord

【技术实现步骤摘要】
一种快速建立激光基准弦线的轨道平顺度测量装置及方法
本专利技术涉及激光准直测量
，具体涉及一种快速建立激光基准弦线的轨道长波平顺度测量装置及方法。
技术介绍
为实现高速状态下列车运行的安全性和舒适性，必须保证铁路轨道的较高平顺度。轨道平顺度包含的轨向和高低两个基本参数，这两个参数是指钢轨在水平和竖直方向与钢轨理想位置的尺寸偏差。现有技术中，通过建立平行于轨道的激光基准弦线，再利用该激光基准弦线对一段钢轨进行长波平顺度测量，是本领域轨道平顺度测量的一种方法。本领域内基于建立激光基准弦线的测量装置很多，例一GPJ-A01轨道平顺度激光检测仪（北京拉特激光精密仪器有限公司研制），例二公开号为CN203753171U的《激光轨道平顺度测量仪》,例三公开号为CN107764213A的《一种激光轨道平顺度检测装置及方法》，例四公开号为CN104554342B的《轨道平顺度检测装置》它们的共同特点是：利用电子经纬仪式的激光发射装置发射并调整激光的方向，调整时的旋转中心在激光管的中心位置，在生产和使用时还要确保这个位置和测量靶的中心位置相同。测量时，建立激光基准弦线首先需要调平并固定激光发射装置；第二步在远基准端的调平并固定定位靶（有些装置直接用测量装置代替了）；第三步人工通过激光发射装置上的粗调、细调装置调整激光方向，使激光对准远端的定位靶心，这个过程有些需借助于附带的望远镜，并且远端要有人观察配合，通过手势、手机等交互调整激光，因为即使有望远镜，在100米远处，也很难看清靶心的位置，而在夜晚（高铁维护的天窗点）则需要增加照明设备，这个过程如果不熟练，往往需要较长的时间，效率很低。基准弦线建立完成可以进行测量了，为了保证测量装置的水平，有些装置借助了轨道尺（例一），有些利用了轨道车（例四），这无疑增加了整个装置的重量。另外，因平时维护或现场测量操作等各种原因，使测量靶心偏离了激光发射装置的旋转中心位置，这时就难以保证测量的准确，表现就是激光对准了远端的定位靶心，贴近测量时却发现有偏差，影响了整个测量的准确性，这时就需要校正，校正的过程往往很繁琐。现有技术中，测量端对激光光斑中心的识别并进行量测的方法和装置各异，例一采用二维栅格坐标靶、激光束通过相位调制成同心圆环状激光光斑，目视识读，例二、例三采用光电探测器、PSD位置传感器接收光斑，然后用电子或机电方式处理接收的信号，例三用摄像头在半透屏幕后拍摄图像，然后传输给计算机进行处理，并配备轨道小车摆放计算机；人工目视读取数据，读取的结果人为因素影响较大，精度只能达到1mm量级，在长距离测量时，光斑会因空气湍流而抖动，人工更无法客观地进行平均、滤波等处理；采用光电探测器、PSD位置传感器，通过探测光线强度来确定光斑中心位置，但是，因为各种因素的影响，激光光束横截面内光强分布会产生不对称性，影响确定光斑中心的精确度；采用摄像头拍摄图像，利用图像识别算法处理激光的衍射图像，通过拟合圆得到圆心位置，从而确定光斑中心，精确度会比较高，但是例三采用计算机现场处理，并且配备小车摆放计算机，使得整套装置笨重、搬运操作都不便。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，而提供一种快速建立激光基准弦线的轨道平顺度测量装置及方法，该装置结构紧凑、体积小、重量轻、方便携带、操作简便，可以快速建立平行于轨道的激光基准弦线，一个人就可以快速简便地测量直线轨道的长波平顺度。实现本专利技术目的的技术方案如下，一种快速建立激光基准弦线的轨道平顺度测量装置，包括测量时相对放置在被测铁轨两端的发射端和测量端，发射端包括激光发射管；测量端包括激光接收屏、摄像头和人机界面；所述发射端还包括向心关节轴承、方向控制机构、控制电路，以及与控制电路连接的无线通信模块；向心关节轴承与激光发射管的头部连接；保证激光管运动灵活，小角度调节方向时出口光斑的位置变化在可允许的误差范围内；方向控制机构设置在激光发射管的尾部，接受控制电路的指令，控制激光发射管尾部的二维运动,从而控制激光的发射方向；所述测量端还包括嵌入式CPU、无线通信模块；摄像头、人机界面、无线通信模块分别与嵌入式CPU相连接；设置在发射端和测量端内部的无线通信模块，相互交换数据信息和指令信息；测量时发射端的激光发射管将激光投射到测量端的激光接收屏上形成光斑，摄像头捕获光斑在激光接收屏上形成的光斑图像，嵌入式CPU对光斑图像进行处理分析计算获得光斑中心的位置。所述测量端的激光接收屏由灰色滤光片和紧贴滤光片的半透模组成，灰色滤光片可以减弱环境光的影响；所述摄像头为微型高清彩色CMOS摄像头，在测量端内部，位于激光接收屏后部中心位置，能够拍摄整个激光接收屏和投射在激光接收屏上的激光光斑图像；所述嵌入式CPU，以激光接收屏中心或附近某点位置为原点，建立平面直角坐标系；嵌入式CPU对光斑图像进行色彩、光强、形状滤波，并进行处理分析计算，获得的光斑中心在坐标系中的位置，就是所测量点钢轨平顺度的高低和轨向偏差。所述发射端内部的激光发射管以头部为轴，通过摆动尾部调节激光方向;所述向心关节轴承与激光发射管的头部连接，并固定于发射端内的前端；所述方向控制机构位于发射端内的尾部，包括机架，设置在机架两侧的左调节装置和右调节装置，左调节装置和右调节装置结构相同，均由微型步进电机驱动，其结构还包括滑台、丝杆、带滑槽的滑块，在电机的驱动下，滑块能够带动滑槽沿丝杆来回运动；所述激光发射管尾部设有与激光管同轴的拨杆，拨杆穿入两个滑块的滑槽中，左调节装置和右调节装置成正交设置，使得拨杆能在小范围的平面内运动，从而调节激光的方向；左调节装置与底座成45°角，使拨杆能在重力的作用下紧贴滑槽的一侧稳定地运动。发射端和测量端的底部均安装有底板，底板可使装置稳定地、准确地放置于钢轨上；底板为L型，采用无磁性的304不锈钢材料，底板上方设置有强力磁铁，测量操作时，发射端和测量端的底板底面通过磁铁吸附于钢轨顶面；同时要求侧边板内侧面靠贴钢轨的侧面，为了避开可能存在的肥边，侧边设计为C型。在测量端的侧边板的对面设置有弹性轨道夹，在测量端外壳顶部设置有水平泡，因钢轨顶面略成弧形，利用轨道夹的夹持而产生的摩擦力，略微摆动测量端，就可使其调整到水平位置；如此设计可保证测量操作时，测量端摆放在钢轨上的一致性，并避免人为因素对摆放的影响。所述发射端无需轨道夹和水平泡设计，只要测量时摆放基本到位，并在整个测量过程中不移动，即可保证测量的准确性。所述发射端和测量端，相对摆放在钢轨上时，底板的侧边在钢轨的同一侧；当发射端和测量端贴近时，发射端发射的激光投射到测量端激光接收屏的中心位置或附近。所述无线通信模块，可以在发射端和测量端之间可以相互交换数据信息和指令信息；所述测量端的人机界面由液晶显示屏及若干按键组成；操作人员可以通过测量端的人机界面发送指令，控制发射端的激光发射方向；测量端也可以根据光斑在激光接收屏上的位置，自动发送控制激光方向的指令，从而使激光光斑移动并对准激光接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速建立激光基准弦线的轨道平顺度测量装置，包括测量时相对放置在被测铁轨两端的发射端和测量端，其特征在于：发射端包括激光发射管、向心关节轴承、方向控制机构；测量端包括激光接收屏、摄像头和人机界面；/n所述发射端还包括控制电路，以及与控制电路连接的无线通信模块；/n向心关节轴承与激光发射管的头部连接，使得调节方向时出口光斑的位置变化在可允许的误差范围内；/n方向控制机构设置在激光发射管的尾部，接受控制电路的指令，控制激光发射管尾部的二维运动,从而控制激光的发射方向；/n所述测量端还包括嵌入式CPU、无线通信模块；摄像头、无线通信模块、人机界面分别与嵌入式CPU相连接；/n设在发射端和测量端内部的无线通信模块，相互交换数据信息；/n测量时发射端的激光发射管将激光投射到测量端的激光接收屏上形成光斑，摄像头捕获光斑在激光接收屏上形成的光斑图像，嵌入式CPU对光斑图像进行处理分析计算获得光斑中心的位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速建立激光基准弦线的轨道平顺度测量装置，包括测量时相对放置在被测铁轨两端的发射端和测量端，其特征在于：发射端包括激光发射管、向心关节轴承、方向控制机构；测量端包括激光接收屏、摄像头和人机界面；
所述发射端还包括控制电路，以及与控制电路连接的无线通信模块；
向心关节轴承与激光发射管的头部连接，使得调节方向时出口光斑的位置变化在可允许的误差范围内；
方向控制机构设置在激光发射管的尾部，接受控制电路的指令，控制激光发射管尾部的二维运动,从而控制激光的发射方向；
所述测量端还包括嵌入式CPU、无线通信模块；摄像头、无线通信模块、人机界面分别与嵌入式CPU相连接；
设在发射端和测量端内部的无线通信模块，相互交换数据信息；
测量时发射端的激光发射管将激光投射到测量端的激光接收屏上形成光斑，摄像头捕获光斑在激光接收屏上形成的光斑图像，嵌入式CPU对光斑图像进行处理分析计算获得光斑中心的位置。


2.根据权利要求1所述的轨道平顺度测量装置，其特征在于：所述测量端的激光接收屏由灰色滤光片和紧贴滤光片的半透模组成；所述摄像头在测量端内部，置于激光接收屏后部中心位置，能够拍摄整个激光接收屏和投射在激光接收屏上的激光光斑图像；所述嵌入式CPU，以激光接收屏中心或附近某点位置为原点，建立平面直角坐标系；嵌入式CPU计算获得的光斑中心在坐标系中的位置，就是所测量点钢轨平顺度的高低和轨向偏差。


3.根据权利要求1所述的轨道平顺度测量装置，其特征在于：所述发射端内部的激光发射管以头部为轴，通过摆动尾部调节激光方向；所述向心关节轴承与激光发射管的头部连接，并固定于发射端内的前端；所述方向控制机构位于发射端内的尾部，包括机架，设置在机架两侧的左调节装置和右调节装置，左调节装置和右调节装置结构相同，均由微型步进电机驱动，其结构还包括滑台、丝杆、带滑槽的滑块，在电机的驱动下，滑块能够带动滑槽沿丝杆来回运动；所述激光发射管尾部设有与激光管同轴的拨杆，拨杆穿入两个滑块的滑槽中，左调节装置和右调节装置成正交设置，使得拨杆能在小范围的平面内运动，从而调节激光的方向；左调节装置与底座成45°角，使拨杆能在重力的作用下紧贴滑槽的一侧稳定地运动。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵智良，刘光辉，
申请(专利权)人：桂林赛普电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45