【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钢轨换焊铺，具体涉及一种基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法及装备。
技术介绍
1、铁路轨道在运营中，由于与列车车轮长期的接触，容易发生老化或磨损，但是一次性更换整段轨道费时费力，因此现今主要对发生伤害的钢轨进行更换。
2、目前，铁路换轨方法通常有两种，一种是人工换轨，存在效率低下和生产成本较高的问题，另一种是机械换轨，但是现有的换轨车对钢轨的更换精度不高，各个步骤均会产生较大的误差，使得最终替换上的钢轨与未切割轨道无法良好的匹配，后续仍然需要人工进行调整，因此会耗费大量的时间，严重影响铁路的运行。
技术实现思路
1、根据现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法及装备
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，包括以下步骤：
4、钢轨切割：激光传感器获取轨道表面第一三维点云数据，根据第一三维点云数据获取轨道形状特征和几何参数且识别轨道表面伤害，避开轨道表面伤害生成安全切割点集合，得到边缘在安全切割点集合范围内的预切割轨道，生成切割路径，钢轨切割机根据切割路径进行切割并实时调整切割路径，切割完成后通过机械臂取出预切割钢轨；
5、钢轨打磨：激光传感器获取预切割轨道和未切割轨道接头处的第二三维点云数据，生成打磨路径，钢轨打磨机根据打磨路径进行打磨并实时调整打磨路径；
6、钢轨替换：机械臂放置替换钢轨，通过换
7、钢轨焊接：激光传感器获取替换钢轨和未切割轨道接头处的第三三维点云数据，生成焊接路径，钢轨焊接机根据焊接路径进行焊接并实时调整焊接路径。
8、进一步地，对第一三维点云数据获取及预处理，根据第一三维点云数据对采用最小二乘法拟合得到轨道形状的数学模型。
9、进一步地，基于安全切割点坐标，设定预估切割时间和预设切割路径；
10、几何参数测量：使用几何传感器测量轨道的几何参数包括轨道的宽度、高度和曲率；
11、对预设切割路径进行调整：结合轨道形状的数学模型和几何参数，获取调整后的切割路径：
12、
13、其中，表示实际测量的轨道宽度；表示期望的轨道宽度；表示实际测量轨道高度；表示期望的轨道高度；表示实际测量轨道曲率；表示期望的轨道曲率，、、均为调整系数；
14、钢轨切割机根据调整后的切割路径对预切割轨道进行切割；
15、钢轨切割机在切割过程中，实时获取预切割轨道的视觉反馈信息和几何参数，根据实际情况使用pid控制算法对切割路径的宽度、高度和曲率进行切割实时调整。
16、进一步地，切割路径综合调整：将各个几何参数的调整综合考虑，得到最终的切割路径调整和切割时间：
17、
18、其中：为预设切割路径，为几何参数的实际测量值、为几何参数的期望值、为各个几何参数调整的权重系数，为几何参数的数量。
19、进一步地，根据第二三维点云数据实时获取预切割轨道和未切割轨道接头处的均匀性：
20、
21、获取预切割轨道和未切割轨道接头处的平整度：
22、
23、其中，n为图像中像素数量，为均匀性识别时图像的像素坐标，为图像平均灰度值，表示每个像素的索引，为平整度识别时图像的像素坐标；
24、利用力传感器和速度传感器实时读取打磨过程中的施加力度和速度，对打磨力和打磨速度进行调整：
25、
26、其中，为力调整量、为速度调整量、为力实际值、为速度实际值，为打磨力的调整系数，为打磨速度的调整系数；
27、优化打磨路径并输出预期打磨时间；
28、设定调整量为，则：
29、
30、其中，为路径调整的比例系数、为均匀性目标、为当前均匀性、为平整度目标、为当前平整度。
31、进一步地，调整替换钢轨的位置的方法为：
32、设定目标轨距和目标超高；
33、利用激光传感器实时监测替换钢轨的实际轨距和实际超高；
34、计算实际轨距与目标轨距、实际超高与目标超高之间的误差；
35、通过位置调整的比例系数进行轨距和超高的调整量计算；
36、实时调整和反馈：在每个控制周期内，根据轨距和超高的调整量，并实时调整替换轨道位置。
37、进一步地，根据第三三维点云数据实时监测焊接面特征；
38、焊接形状和位置对齐取：实时监测的焊接区域位置与目标位置的误差，并实时调整焊接区域的位置；
39、设定调整量为，则：
40、
41、其中：为位置调整的比例系数，、和为目标位置，、和为实际位置；
42、温度传感器实时监测：利用温度传感器实时监测焊接区域的温度，设定安全温度范围，超出范围则触发报警机制；
43、焊接参数自适应控制：获取实时监测的焊接区域形状与目标形状的误差，利用自适应控制算法调整焊接电流和速度。
44、进一步地，钢轨换焊铺一体化的预期总时间为：
45、
46、其中，分别为切割、打磨、换轨和焊接过程的权重系数，为预期切割时间，为预期打磨时间，为预期换轨时间，为预期焊接时间。
47、一种基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化装备，设在换轨车上，包括：
48、感知模块，包括传感器、机械臂、钢轨切割机、钢轨打磨机和钢轨焊接机；
49、数据模块，包括处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，处理器对第一三维点云数据进行处理获取轨道形状特征和几何参数且识别轨道表面伤害，避开轨道表面伤害生成安全切割点集合，得到边缘在安全切割点集合范围内的预切割轨道，处理器生成切割路径并实时调整切割路径，处理器根据第二三维点云数据生成打磨路径并实时调整打磨路径，处理器通过换轨测量仪实时监测替换钢轨和未切割轨道的轨距和超高并实时获取替换钢轨位置的调整量，处理器根据第三三维点云数据生成焊接路径并实时调整焊接路径；
50、应用模块，包括显示屏和操作面板，通过显示屏和操作面板处理用户界面、工作流程管理、报告记录、异常处理和配置参数。
51、进一步地，机械臂末端设置快换接头，钢轨切割机为切割头，钢轨打磨机为打磨头，钢轨焊接机为焊接头，通过快换接头与切割头配合对预切割轨道进行切割，通过快换接头与打磨头配合对预切割轨道和未切割轨道接头处进行打磨，通过快换接头与焊接头配合对替换钢轨和未切割轨道接头处进行焊接。
52、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
53、本专利技术提供的一种基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法及装备，通过钢轨切割机、钢轨打磨机、换轨测量仪及钢轨焊接机四种装置及控制装备中感知层、数据层和应用层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于，调整替换钢轨的位置的方法为：
7.根据权利要求1所述的基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于：
9.一种基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化装备，设在换轨车上，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化装备，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的基于多目标优化的钢轨换焊铺一体化方法，其特征在于：
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张琨，张长能，罗小华，何林，光振雄，董云松，雷崇，殷勤，邱绍峰，周明翔，李加祺，刘辉，张俊岭，彭方进，李成洋，张银龙，程思宇，朱冬，曹国智，邵靖男，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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