本發(fā)明涉及軌道交通，特別涉及一種鋼軌光帶測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著高速鐵路的發(fā)展，列車運(yùn)行速度不斷提高，對(duì)軌道平穩(wěn)性要求也愈加嚴(yán)苛。在列車行駛過程中，列車車輪與鋼軌相互作用，經(jīng)過碾壓及摩擦在鋼軌頂面形成亮痕，并稱之為鋼軌光帶。鋼軌光帶能夠有效反映輪軌關(guān)系，從而評(píng)估軌道的平穩(wěn)性。若輪軌間保持正常的作用力和作用點(diǎn)，會(huì)在鋼軌頂面形成寬度均勻的光帶。反之，鋼軌光帶出現(xiàn)異常，光帶位置及寬度發(fā)生改變。因此，實(shí)現(xiàn)鋼軌光帶穩(wěn)定、高精度的測量對(duì)于評(píng)估和維護(hù)軌道的平穩(wěn)性具有重要意義。

2、近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)現(xiàn)，鋼軌光帶測量方法被相繼提出。張立昌等人在申請(qǐng)?zhí)枮閏n201120264235.3的實(shí)用新型專利中，提供了“一種鐵路鋼軌光帶測量尺”，該測量尺主要采用百分表測量鋼軌光帶，具有較高的測量精度。然而該測量尺需要通過支撐塊架設(shè)在與待測鋼軌平行的鋼軌上，尺寸大不便于攜帶，且難以保證測量尺測量鋼軌光條同一截面的寬度，從而影響測量精度。目前，類似專利相繼采用基于圖像識(shí)別、雙目立體視覺技術(shù)、激光三維掃描儀實(shí)現(xiàn)鋼軌光帶測量。在圖像識(shí)別方面，陳俊周等人在申請(qǐng)?zhí)枮閏n201210047032.8的發(fā)明專利中，提供了“一種基于數(shù)字圖像處理的鋼軌光帶異常自動(dòng)檢測方法”，該方法通過模式識(shí)別、圖像分割、閾值處理等方法提取出鋼軌頂面光帶區(qū)域，并對(duì)光帶區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以判斷光帶是否存在異常。張博等人在申請(qǐng)?zhí)枮閏n201911375561.9的發(fā)明專利中，提供了“基于圖像處理的鋼軌光帶自動(dòng)檢測方法、設(shè)備及系統(tǒng)”，該方法結(jié)合軌道圖像縱向區(qū)域的頻率特征和灰度特征標(biāo)記出鋼軌軌頂圖像，并采用圖像灰度變換和邊緣檢測實(shí)現(xiàn)鋼軌光帶自動(dòng)檢測。何慶等人在申請(qǐng)?zhí)枮閏n?202011013145.7的發(fā)明專利中，提供了“一種基于鋼軌光帶圖像的鋼軌磨耗檢測方法”，該方法采用mask-rcnn深度學(xué)習(xí)模型分割出鋼軌光帶，用以檢測鋼軌磨耗。王邦勝等人在發(fā)明專利cn202311285414.9的發(fā)明專利中，提供了“一種基于機(jī)器視覺的鋼軌光帶檢測方法”，該方法采用ssd目標(biāo)檢測模型識(shí)別鋼軌光帶的位置和邊界框，實(shí)現(xiàn)鋼軌光帶狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和異常處理。李正偉等人在申請(qǐng)?zhí)枮閏n?201711332175.2的發(fā)明專利中，提供了“一種基于圖像識(shí)別的軌道檢測方法及系統(tǒng)”，該方法首先通過鋼軌邊緣識(shí)別得到鋼軌表面圖像，然后對(duì)鋼軌表面圖像進(jìn)行等間隔的光帶識(shí)別，獲得光帶的寬度數(shù)據(jù)和光帶中心距邊緣距離數(shù)據(jù)。基于圖像識(shí)別的鋼軌光帶檢測方法雖然能夠有效檢測出鋼軌頂面光帶區(qū)域，但是僅采用單個(gè)相機(jī)進(jìn)行光帶寬度測量，缺乏深度信息，測量結(jié)果受拍攝角度影響較大，測量魯棒性低。此外，采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)識(shí)別鋼軌頂面光帶區(qū)域，依賴于大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，然而目前尚無可用的公開數(shù)據(jù)集。在雙目立體視覺測量方面，王平等人在申請(qǐng)?zhí)枮椤?01710609381.7”的發(fā)明專利中，提供了“一種鋼軌光帶分布檢測裝置與方法”，該方法通過采集鋼軌不同角度的兩張圖像，通過雙目立體視覺技術(shù)獲得空間鋼軌光帶分布數(shù)據(jù)。錢遙等人在申請(qǐng)?zhí)枮閏n202210682514.4的發(fā)明專利中，申請(qǐng)了“一種基于雙目識(shí)別的便攜式高速道岔檢測小車及檢測方法”，該方法基于雙目識(shí)別的便攜式高速道岔檢測小車對(duì)應(yīng)的檢測方法，用于檢測獲取鋼軌光帶的三維數(shù)據(jù)。盡管基于雙目立體視覺測量技術(shù)的鋼軌光帶檢測方法能夠有效恢復(fù)光帶的空間三維信息，但是該方法受列車振動(dòng)、環(huán)境光照等影響較大，后期圖像處理難度較大，無法發(fā)揮理想效果，且對(duì)于圖片清晰度要求較高，不同算法處理結(jié)果存在差異，分析準(zhǔn)確性有待提升。而激光三維掃描方面，劉宏楊在申請(qǐng)?zhí)朿n201820713697.0的實(shí)用新型專利中，提供了“一種基于激光原理的鐵路鋼軌光帶異常檢測系統(tǒng)”，該系統(tǒng)通過激光掃描儀對(duì)實(shí)時(shí)采集的光帶數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)光帶異常進(jìn)行及時(shí)報(bào)警?；诩す馊S掃描的鋼軌光帶檢測方法雖然能實(shí)現(xiàn)光帶三維測量，但是該方法受環(huán)境光照影響較大，且鋼軌表面的高反光特性會(huì)對(duì)激光信號(hào)造成一定的干擾，導(dǎo)致生成高噪點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)，從而影響光帶測量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種鋼軌光帶測量裝置及方法。本發(fā)明利用測量座連接鋼軌光帶測量游標(biāo)卡尺和待測鋼軌，并結(jié)合鋼軌光帶測量游標(biāo)卡尺和測量探針，實(shí)現(xiàn)光帶高精度測量。本發(fā)明提供了一種高精度、便攜式、高魯棒性的鋼軌光帶檢測裝置及方法，無需依賴于大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)鋼軌光帶寬度的高精度測量，且在振動(dòng)、不同光照條件下依然能夠高效、高精度測量。

2、本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明的一方面提供了一種鋼軌光帶測量裝置，包括鋼軌光帶測量游標(biāo)卡尺、測量探針和測量座；

4、其中：

5、鋼軌光帶測量游標(biāo)卡尺，包括一個(gè)機(jī)械或數(shù)顯卡尺和卡尺固定架，用于高精度測量鋼軌光帶的寬度；

6、測量探針，包括測量桿和測量頭，用于定位鋼軌光帶測量點(diǎn)的位置；

7、測量座，包括鋼軌軌頭夾具、限位螺母和多個(gè)萬向球，用于固連鋼軌光帶測量游標(biāo)卡尺和鋼軌；所述的鋼軌軌頭夾具左側(cè)形成第一鋼軌安裝定位面和第二鋼軌安裝定位面，所述第一鋼軌安裝定位面和第二鋼軌安裝定位面的夾角與待測鋼軌軌頭左側(cè)面及軌頭左下顎的夾角保持一致，所述的鋼軌軌頭夾具右側(cè)形成一個(gè)第三鋼軌安裝定位面，所述第三鋼軌安裝定位面與待測鋼軌軌頭右側(cè)面保持基本平行，所述第一鋼軌安裝定位面和第二鋼軌安裝定位面均設(shè)有萬向球，所述第三鋼軌安裝定位面橫向設(shè)有限位螺母，所述限位螺母的靠近待測鋼軌軌頭右側(cè)面一端設(shè)有萬向球，所述萬向球與待測鋼軌點(diǎn)接觸；所述鋼軌軌頭夾具安裝至待測鋼軌軌頭上，當(dāng)擰緊限位螺母時(shí)，通過所述第一鋼軌安裝定位面和第二鋼軌安裝定位面設(shè)置的萬向球以及所述限位螺母的靠近待測鋼軌軌頭右側(cè)面一端設(shè)置的萬向球的相互協(xié)同配合，自動(dòng)使鋼軌軌頭夾具頂面與鋼軌頂面平行。

8、進(jìn)一步地，所述卡尺固定架與所述鋼軌軌頭夾具頂面可拆卸連接，所述鋼軌軌頭夾具還可拆卸連接有沿鋼軌縱向滑軌架，所述滑軌架包括兩個(gè)滑軌，所述兩個(gè)滑軌在安裝到所述鋼軌軌頭夾具后自動(dòng)與所述鋼軌縱向平行，所述滑軌上設(shè)置有刻度標(biāo)尺；所述卡尺固定架可沿所述兩個(gè)滑軌縱向移動(dòng)并能相對(duì)固定。

9、進(jìn)一步地，所述的鋼軌光帶測量游標(biāo)卡尺通過控制模塊與上位機(jī)相連接，保證每次測量的鋼軌光帶寬度實(shí)時(shí)傳輸并保存至上位機(jī)中。

10、進(jìn)一步地，所述測量探針還包括防塵帽和裝夾軸套。

11、進(jìn)一步地，所述限位螺母與一個(gè)萬向球組合安裝，通過擰緊或松動(dòng)限位螺母調(diào)整測量座的測量寬度，以適配不同寬度的待測鋼軌。

12、進(jìn)一步地，在測量過程中，通過松動(dòng)限位螺母并輕推測量座，能夠使得測量座沿著鋼軌縱向方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鋼軌光帶任意截面的寬度測量。

13、進(jìn)一步地，所述第一鋼軌安裝定位面上設(shè)有四個(gè)萬向球，所述四個(gè)萬向球呈四方形布置，所述第二鋼軌安裝定位面設(shè)有兩個(gè)萬向球，所述兩個(gè)萬向球連線平行于鋼軌縱向軸線。。

14、本發(fā)明的另一方面提供了一種鋼軌光帶測量方法，包括以下步驟：

15、(1)設(shè)鋼軌光帶測量裝置的坐標(biāo)系為o-xyz，x方向?yàn)殇撥壙v向方向，y方向與鋼軌軌頭夾具頂面平行；

16、(2)鋼軌光帶測量裝置安裝至待測鋼軌軌頭上，擰緊(松動(dòng))限位螺母，保證七個(gè)萬向球分別與軌頭側(cè)面及軌頭下顎點(diǎn)接觸；

17、(3)移動(dòng)測量探針并使得測量桿緊靠鋼軌左側(cè)工作邊，人工讀取或自動(dòng)讀取并記錄測量探針當(dāng)前所在位置(0,y0,0)，并將測量結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸并保存在上位機(jī)中；

18、(4)計(jì)算鋼軌左側(cè)工作邊的位置信息，作為鋼軌光帶測量的初始值d0：

19、d0＝y(tǒng)0-dm/2

20、其中，dm為測量桿的直徑。

21、(5)將測量探針移動(dòng)至鋼軌光帶左側(cè)邊緣處，輕放測量探針，人工讀取或自動(dòng)讀取當(dāng)前測量點(diǎn)的位置(0,yil,0)，并將測量結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸并保存在上位機(jī)中；

22、(6)計(jì)算并保存當(dāng)前鋼軌光帶截面所在位置li：

23、li＝y(tǒng)il-d0

24、(7)將測量探針?biāo)揭苿?dòng)至鋼軌光帶右側(cè)邊緣處，輕放測量探針，人工讀取或自動(dòng)讀取當(dāng)前測量點(diǎn)的位置(0,yir,0)，并將測量結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸并保存在上位機(jī)中；

25、(8)計(jì)算并保存當(dāng)前鋼軌光帶截面的寬度di：

26、di＝y(tǒng)ir-yil；

27、(9)松開限位螺母，將測量座沿著鋼軌縱向方向移動(dòng)δx，并重復(fù)步驟(2)至(8)，直至完成鋼軌光帶的測量。

28、本發(fā)明的技術(shù)效果：

29、本發(fā)明的技術(shù)效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

30、1).高精度測量

31、通過使用鋼軌光帶測量游標(biāo)卡尺，該裝置能夠提供高精度的測量結(jié)果?？ǔ叩淖x數(shù)精度高，配合改進(jìn)后的萬向球支撐系統(tǒng)，通過各個(gè)定位面對(duì)應(yīng)萬向球的協(xié)同配合作用，自動(dòng)調(diào)平軌頭夾具，方便快捷的實(shí)現(xiàn)了測量座的精確固定，確保了在測量過程中的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。此外，測量探針的設(shè)計(jì)使得定位更加精確，能夠準(zhǔn)確捕捉到鋼軌光帶的測量點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌光帶寬度的精確測量。

32、2).便攜式設(shè)計(jì)及多種工作模式的靈活切換

33、該裝置的設(shè)計(jì)注重便攜性，使其易于攜帶和現(xiàn)場部署。整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，方便操作人員快速設(shè)置和拆卸。這種便攜性使得裝置能夠在不同的鐵路段和工作環(huán)境中靈活使用，大大提高了工作效率。

34、通過可拆卸的滑軌架，可進(jìn)行縱向裝置的快速精確的移動(dòng)；也可以不使用滑軌架，直接進(jìn)行裝置的縱向移動(dòng)，使得裝置使用攜帶更加便捷。

35、3).高魯棒性

36、裝置的設(shè)計(jì)考慮了各種惡劣環(huán)境因素，如振動(dòng)、溫度變化、不同光照條件等，確保在這些條件下依然能夠進(jìn)行高效、高精度的測量。通過使用耐用的材料和精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)，裝置能夠在各種工況下保持性能穩(wěn)定，減少外部因素對(duì)測量結(jié)果的影響。

37、4).無需大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和低功耗

38、本發(fā)明的測量方法不依賴于復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理或大數(shù)據(jù)算法，而是通過機(jī)械和傳感器技術(shù)的直接測量來獲取結(jié)果。這種方法簡化了測量過程，減少了對(duì)計(jì)算資源的需求，滿足鐵路檢測現(xiàn)場低功耗的檢測需求，使得裝置即使在資源受限的環(huán)境下也能夠正常工作。

39、5).實(shí)時(shí)反饋和數(shù)據(jù)處理

40、裝置內(nèi)置的微型處理器能夠?qū)崟r(shí)處理測量數(shù)據(jù)，提供即時(shí)反饋。這種快速響應(yīng)能力使得操作人員能夠在現(xiàn)場立即識(shí)別和糾正任何潛在的測量誤差，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

41、6).易于維護(hù)和操作

42、改進(jìn)后的萬向球和測量探針設(shè)計(jì)使得裝置易于維護(hù)和操作。快速鎖定和釋放機(jī)構(gòu)簡化了裝置的安裝和拆卸過程，而多點(diǎn)支撐設(shè)計(jì)和彈簧緩沖系統(tǒng)則減少了單個(gè)部件的磨損，延長了裝置的使用壽命。

43、綜上所述，本發(fā)明提供了一種高效、精確、穩(wěn)定的鋼軌光帶測量解決方案。它能夠在各種環(huán)境條件下提供可靠的測量結(jié)果，同時(shí)簡化了操作過程，提高了工作效率，對(duì)于鐵路維護(hù)和檢測工作具有重要的實(shí)際意義。