一种轨面高程自动检测与标记装置

技术领域

本发明涉及铁路轨道运营检修技术领域，更具体地说，它涉及一种轨面高程自动检测与标记装置。

背景技术

铁路运营过程中，路基局部沉降会导致轨道线路高低不平顺，从而影响列车正常行驶甚至危及行车安全，因此需定期检测轨面高程。目前轨面高程检测主要采用人工作业方式，具体操作为：选择检测区段内水准基点若干(每两公里布设一个)，将塔尺布置在水准基点上作为测量起点的后视点，将另一根塔尺布置在轨面测点上作为测量的前视点，水准仪布置于两根塔尺中间位置，用石笔在前视点的轨面做好标记作为下一测站的转点，测量时仪器先读转点数据，后读中间点数据，在测量路径上每两公里与沿线水准基点联测一次以保证测量精度。

现行人工测量方法存在以下问题：需交替架设水准仪及塔尺并标记测点，作业繁复效率低；至少配备四名以上作业人员，即一名测量员、两名扶尺工及一名观察员，人力投入较多；测量结果受主观因素影响较大，如塔尺未扶正、测量估读不准确等，均会造成结果出现较大偏差。

因此，有必要提供一种轨面高程自动检测与标记装置解决上述技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种轨面高程自动检测与标记装置。

本发明的技术方案是：一种轨面高程自动检测与标记装置，包括机架，所述机架的两端均设有走行模组、测量模组、标记模组、控制器和锂电池组，所述机架顶面的中部设有全站仪，所述控制器电性连接所述走行模组、测量模组、标记模组、锂电池组、全站仪。

作为进一步地改进，所述机架包括底架，所述底架的顶部设有底板，所述底架的两端分别设有侧架。

进一步地，所述走行模组包括一对主动轮及过波轮组，所述主动轮分别位于所述机架一端的前后两侧，所述过波轮组位于所述机架一端的中部，所述主动轮及过波轮组均与钢轨的顶部接触。

进一步地，各所述主动轮均设有电性连接所述控制器的驱动电机。

进一步地，所述波轮组由多个小直径滚轮线性排列构成，小直径滚轮的直径小于所述主动轮的直径。

进一步地，所述测量模组包括滚动测距仪、电子水平仪和激光传感器，所述滚动测距仪的滚轮紧贴钢轨的侧壁，所述激光传感器对准钢轨的顶部。

进一步地，所述标记模组包括油漆喷头及漆料盒，所述漆料盒内设有电性连接所述控制器的油漆泵，所述油漆喷头对准钢轨的顶部。

进一步地，所述机架的两端均设有用于顶紧钢轨内侧的顶紧轮，所述顶紧轮通过弹簧连接所述机架。

进一步地，所述机架顶面的中部设有用于安装所述全站仪的支撑架。

进一步地，所述装置的工作过程包括以下步骤：

步骤1.标记模组在钢轨的检测起始点喷漆标记，全站仪以离检测起始点最近的CPⅢ标志为基准标定相对空间位置，并将高差数据传输至控制器；测量模组在检测起始点采集机架与钢轨之间距离、机架的水平倾角数据，并传输至控制器；控制器根据高差数据、机架与钢轨之间距离、机架的水平倾角数据计算出检测起始点的轨面高程；

步骤2.走行模组在钢轨上行进，测量模组持续采集行进距离、机架与钢轨之间距离、机架的水平倾角数据，并传输至控制器，控制器对行进距离、机架与钢轨之间距离、机架的水平倾角数据进行处理并生成行进段内的钢轨连续轨面廓形；

步骤3.当走行模组的行进距离满足预设测量间距后，控制器控制走行模组停止行进，并由标记模组对钢轨喷漆标记，表示此处为一处测点；全站仪以离该测点最近的CPⅢ标志为基准标定相对空间位置，并将高差数据传输至控制器；测量模组在该测点采集机架与钢轨之间距离、机架的水平倾角数据，并传输至控制器；控制器根据高差数据、机架与钢轨之间距离、机架的水平倾角数据计算出该测点的轨面高程，并根据轨面高程与已生成的钢轨连续轨面廓形耦合建立轨面高程数字模型，完成该测点的轨面高程检测；

步骤4.重复步骤2、步骤3，直到最终完成目标区段内钢轨的轨面高程检测，并输出轨面高程数字模型；通过将轨面高程数字模型与数据库存储的数据对比来评估钢轨的轨面状态，判定钢轨的轨面高程是否超限并定位超限区段。

有益效果

本发明与现有技术相比，具有的优点为：

1.本发明可在钢轨上自动行进并检测轨面高程，相较于人工作业方式，其无需频繁交替架设调整水准仪及塔尺并标记测点，检测效率大幅提升。

2.现行人工检测方式至少需要四名作业人员，而使用本发明后，基本实现无人化作业，大幅减少人力投入。

3.本发明以CPⅢ标记为标定基准，同时采用多种传感器测量、采集数据，通过控制器汇总数据并计算轨面高程，杜绝人主观因素如塔尺未扶正、测量估读不准确对测量结果的影响，使检测精度更高、质量更稳定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中机架及走行机构的轴侧图；

图3为图2所示的A处局部放大图；

图4为本发明中测量模组、标记模组的轴侧图；

图5为图4所示的B处局部放大图；

图6为本发明的实际标定作业示意图。

其中：1-机架、2-走行模组、3-测量模组、4-标记模组、5-控制器及处理器模块、6-锂电池组、7-底架、8-底板、9-侧架、10-支撑架、11-主动轮、12-过波轮组、13-顶紧轮、14-滚动测距仪、15-电子水平仪、16-激光传感器、17-全站仪、18-油漆喷头、19-漆料盒、20-钢轨、21-驱动电机、22-弹簧、23-CPⅢ标志、24-轮缘、25-激光。

具体实施方式

下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。

参阅图1～图6，一种轨面高程自动检测与标记装置，包括机架1，机架1的两端均设有走行模组2、测量模组3、标记模组4、控制器5和锂电池组6，机架1顶面的中部设有全站仪17，控制器5电性连接走行模组2、测量模组3、标记模组4、锂电池组6、全站仪17。

机架1包括底架7，以底架7为基础，底架7的顶部设有底板8，底板8通过铆接或焊接或螺栓安装在底架7的顶部，底架7的两端分别设有侧架9，侧架9与底架7焊接。

走行模组2包括一对主动轮11及过波轮组12，主动轮11分别位于机架1一端的前后两侧，过波轮组12位于机架1一端的中部。具体的，主动轮11及过波轮组12均安装在侧架9。主动轮11及过波轮组12均与钢轨20的顶部接触，主动轮11的内侧设有轮缘24，类似于火车的轮子，两侧主动轮11的轮缘24可以将两侧的钢轨20卡住，保证本装置行进的稳定性。

各主动轮11均设有电性连接控制器5的驱动电机21。波轮组12由多个小直径滚轮线性排列构成，小直径滚轮的直径小于主动轮11的直径。

当在钢轨波磨区段行进时，单侧的过波轮组12始终有两个以上的小直径滚轮与波磨波峰处接触，从而减小本装置在行进中随波磨波形在竖直方向上的振动，使本装置能平稳通过波磨区段，同时避免本装置在测点处由于单侧的主动轮11同时陷入波谷进而影响高程检测结果。

测量模组3包括滚动测距仪14、电子水平仪15和激光传感器16，滚动测距仪14、电子水平仪15和激光传感器16电性连接控制器5，滚动测距仪14位于底架7的底部，电子水平仪15位于底板8的顶部，激光传感器16位于侧架9的安装孔内。滚动测距仪14的滚轮紧贴钢轨20的侧壁，具体为滚动测距仪14的滚轮紧贴钢轨20的内侧壁，激光传感器16对准钢轨20的顶部。滚动测距仪14用于检测本装置的行进距离，电子水平仪15用于本装置的水平倾角数据，激光传感器16用于检测本装置与钢轨20之间距离，滚动测距仪14、电子水平仪15和激光传感器16得到的检测数据均传输给控制器5。

标记模组4包括油漆喷头18及漆料盒19，漆料盒19内设有电性连接控制器5的油漆泵，油漆喷头18对准钢轨20的顶部。控制器5控制油漆泵工作从漆料盒19抽取油漆并从油漆喷头18喷出以对钢轨20喷漆标记。

机架1的两端均设有用于顶紧钢轨20内侧的顶紧轮13，顶紧轮13通过弹簧22连接机架1。当本装置在钢轨上行进时，在弹簧22的作用下，两侧的顶紧轮13始终顶紧钢轨20内侧，实现水平方向柔性定位，减小本装置在行进中的横向晃动。优选的，两侧的顶紧轮13位于机架1的对角线。

机架1顶面的中部设有用于安装全站仪17的支撑架10，支撑架10通过铆接或焊接或螺栓安装在底架7的顶部。全站仪17向钢轨20两侧安装在CPⅢ标志23上的棱镜发射激光25(CPⅢ标志23为预先安装在钢轨20两侧)，从而标定相对空间位置得到高差数据，并将高差数据传输至控制器5。

控制器5用于根据本装置的行进距离、本装置的水平倾角数据、本装置与钢轨20之间距离、全站仪17的高差数据对钢轨20进行轨面高程检测。

本装置的工作过程包括以下步骤：

步骤1.标记模组4在钢轨20的检测起始点喷漆标记，全站仪17以离检测起始点最近的CPⅢ标志23为基准标定相对空间位置，即全站仪17向钢轨20两侧安装在CPⅢ标志23上的棱镜发射激光25(CPⅢ标志23为预先安装在钢轨20两侧)，从而标定相对空间位置得到高差数据，并将高差数据传输至控制器5；测量模组3在检测起始点采集机架1与钢轨20之间距离、机架1的水平倾角数据，并传输至控制器5；控制器5根据高差数据、机架1与钢轨20之间距离、机架1的水平倾角数据计算出检测起始点的轨面高程，计算过程为现有技术，在此不过多赘述；

步骤2.走行模组2在钢轨20上行进，测量模组3持续采集行进距离、机架1与钢轨20之间距离、机架1的水平倾角数据，并传输至控制器5，控制器5对行进距离、机架1与钢轨20之间距离、机架1的水平倾角数据进行处理并生成行进段内的钢轨连续轨面廓形；

步骤3.当走行模组2的行进距离满足预设测量间距后，控制器5控制走行模组2停止行进，并由标记模组4对钢轨20喷漆标记，表示此处为一处测点；全站仪17以离该测点最近的CPⅢ标志23为基准标定相对空间位置，并将高差数据传输至控制器5；测量模组3在该测点采集机架1与钢轨20之间距离、机架1的水平倾角数据，并传输至控制器5；控制器5根据高差数据、机架1与钢轨20之间距离、机架1的水平倾角数据计算出该测点的轨面高程，并根据轨面高程与已生成的钢轨连续轨面廓形耦合建立轨面高程数字模型，完成该测点的轨面高程检测；

步骤4.重复步骤2、步骤3，直到最终完成目标区段内钢轨20的轨面高程检测，并输出轨面高程数字模型；通过将轨面高程数字模型与数据库存储的数据对比来评估钢轨20的轨面状态，数据库存储的数据为预设定的轨面高程数据，判定钢轨20的轨面高程是否超限并定位超限区段。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。