專利名稱：用于監(jiān)測鐵路或電車軌道線上鐵軌的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測鐵路或電車軌道線上鐵軌的設(shè)備。
背景技術(shù)：
鐵路或電車軌道線上的鐵軌在使用的過程中會發(fā)生磨損和變形，隨著時(shí)間的推移，這種磨損和變形會變得越來越嚴(yán)重，直到它們所引起的振動、噪音和異常應(yīng)力影響到整個(gè)車廂，這種振動、噪音和異常應(yīng)力會逐漸增加直到鐵軌被研磨或被更換。
需要研磨或更換鐵軌的恰當(dāng)時(shí)機(jī)的選擇依賴于變形的程度，通過使用特殊的接觸式傳感器來對鐵軌參數(shù)進(jìn)行周期性的測量，可以對變形程度進(jìn)行評估，但這種接觸式傳感器只能測量單獨(dú)的參數(shù)，實(shí)際上限制了測量數(shù)據(jù)的可用性。
被稱為三角測量的一般激光測量方法，能夠用于在不接觸的狀態(tài)下測量物體的大體輪廓。
使用這種方法，將激光光束照射在物體上，使用一個(gè)光軸沿激光束方向傾斜放置的視頻攝像機(jī)來采集該激光束與被監(jiān)測物體之間的相互作用所產(chǎn)生的圖像。這種方法已經(jīng)在許多技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用，但從未用于鐵路或電車軌道領(lǐng)域測量運(yùn)動時(shí)鐵軌的輪廓，實(shí)際上由于這一領(lǐng)域的特定要求，尤其是需要在高速運(yùn)動時(shí)進(jìn)行測量，需要測量為獲知鐵路或電車軌道線的整體運(yùn)行狀態(tài)所必須的所有參數(shù)，以及在根本上需要用統(tǒng)一的信息技術(shù)系統(tǒng)來處理這些數(shù)據(jù)，以便能夠分析所獲得各種數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，所以這種方法看起來是不適用的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是要測量鐵路或電車軌道線的所有參數(shù)，在測量中無需與鐵軌進(jìn)行任何接觸，也不需使用機(jī)械對心裝置。
本發(fā)明的一個(gè)特殊目的是獲取有關(guān)鐵軌實(shí)際輪廓、磨損程度以及垂直和橫向變形的信息。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是也可以在鐵軌的端部進(jìn)行這些測量。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是測量鐵軌的幾何參數(shù)，包括在高度上的差異。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是測量鐵軌的波動磨損。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是使用對車廂的振動和變形不敏感的測量裝置進(jìn)行所有這些測量，該測量裝置固定在這個(gè)車廂上。
所有這些以及更多的目的將在下面的描述中加以說明，根據(jù)本發(fā)明，這些目的可以通過一個(gè)用于監(jiān)測鐵路或電車軌道線上鐵軌的激光設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，如權(quán)利1所述。


下面參考附圖來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其中圖1圖解說明了測量鐵軌橫截面的原理；圖2示意性示出了本發(fā)明的設(shè)備用來獲取兩根鐵軌上內(nèi)部輪廓的最簡單的實(shí)施例；圖3示出了本發(fā)明用來獲取鐵軌完整輪廓的設(shè)備的實(shí)施例；圖4圖解說明了測量鐵軌波動磨損的原理；圖5示出了本發(fā)明用來獲取鐵軌完整輪廓、波動磨損以及鐵軌幾何形狀的設(shè)備的實(shí)施例；圖6示意說明了一種用于自動校正誤差的系統(tǒng)，該誤差來自于火車或有軌電車車廂框架的彈性變形；圖7是一個(gè)容納測量部件的容器的外部透視圖。
具體實(shí)施例方式
從圖中可以看出，本發(fā)明的設(shè)備利用基于光學(xué)三角的測量原理，該測量是通過使用一個(gè)激光束和一個(gè)點(diǎn)矩陣來實(shí)現(xiàn)的。更具體地說，參照圖1，激光束2由固態(tài)源4產(chǎn)生，例如可以通過一個(gè)能夠均勻地射出光束2并將它成形為薄片的柱形透鏡(未顯示)來產(chǎn)生光束。
當(dāng)通過薄片激光束2與鐵軌6之間的相互作用顯示出一條與鐵軌輪廓有關(guān)的光線時(shí)，這條光線被一個(gè)特殊的視頻攝像機(jī)8所采集，該視頻攝像機(jī)沿與激光束2成一定夾角的方向放置，并采用一個(gè)高分辨率傳感器(1000×1000像素)和非常高的采集頻率(每秒測量100-2000次)。
由上述視頻攝像機(jī)8產(chǎn)生的數(shù)字信號對應(yīng)于由激光束2與鐵軌6之間相互作用產(chǎn)生的光線，將這些數(shù)字信號傳送給處理器部件，在該設(shè)備的幾何參數(shù)的基礎(chǔ)上，該處理器部件能夠以很高的精度重新生成鐵軌的真實(shí)輪廓。
如圖2所示，在最簡單的實(shí)施例中，本發(fā)明的設(shè)備包括兩個(gè)三角采集裝置，分別用于兩根鐵軌6，這些裝置一起構(gòu)成了安裝在火車車廂上的測量部件10，同時(shí)處理器部件也安裝在這個(gè)車廂上?；蛘?，車廂上也可以裝配一個(gè)能夠記錄兩個(gè)采集設(shè)備的輸出信號以便下一步對它們進(jìn)行處理的記錄部件。
上述測量部件10的兩個(gè)三角采集裝置按一定方式布設(shè)，以便由兩個(gè)源4發(fā)出的兩個(gè)激光束2聚焦在兩根鐵軌6的內(nèi)側(cè)，從而顯示了它們的內(nèi)上區(qū)域，即那些對確定任何變形和/或磨損來說最重要的區(qū)域。
然而，在一個(gè)更完整的實(shí)施例中，如圖3所示，每根鐵軌6與一個(gè)包含三個(gè)三角采集裝置的測量部件，即三個(gè)激光源14和三個(gè)視頻攝像機(jī)18相關(guān)，這些采集裝置在每根鐵軌6上的三個(gè)不同的縱向條帶(內(nèi)側(cè)、頂側(cè)、外側(cè))上工作，這樣就能以預(yù)定的頻率來測量每根鐵軌的完整輪廓。這一實(shí)施例在鐵軌6的端點(diǎn)部位12，即位于鐵軌轉(zhuǎn)接點(diǎn)處的錐形部分上是非常有用的。
然后，鐵軌的真實(shí)輪廓被傳送給處理器部件，該處理器部件將這一輪廓與理論輪廓進(jìn)行比較，最終來確定鐵軌磨損的程度。
在圖4所示的示意性實(shí)施例中，每個(gè)測量部件也包括另外一對三角采集裝置，這對裝置沿每根鐵軌6縱向排列，并聚焦在鐵軌頭頂部。這種情況下，采集由兩個(gè)激光源24產(chǎn)生的兩個(gè)激光束與鐵軌6之間相互作用得到的兩個(gè)光線輪廓，兩個(gè)視頻攝像機(jī)28將相應(yīng)的信號傳送給處理器部件，該處理器部件使用合適的軟件能夠計(jì)算從每個(gè)信號獲得的微分測量的導(dǎo)數(shù)，這樣就確定了鐵軌的波動磨損。
在這種情況下，兩個(gè)視頻攝像機(jī)28采集鐵軌頂部輪廓的信息，以使處理器部件能夠分析以預(yù)定的頻率采集的輪廓部分的序列，由此來確定鐵軌的接觸表面是否為直線性的。
在本發(fā)明的設(shè)備更完整的實(shí)施例中，如圖5所示，對應(yīng)每根鐵軌，在火車或有軌電車車廂上安裝了三個(gè)采集裝置18，用來獲取鐵軌的橫截面輪廓，這些采集裝置在鐵軌的三個(gè)不同的縱向條帶上工作，而兩個(gè)縱向排列的采集裝置28聚焦在鐵軌頭的頂部，并同前面的三個(gè)采集裝置一起構(gòu)成了一個(gè)中心測量部件10。除此之外，在車廂上還安裝了另外兩個(gè)末端測量部件，稱為前端20和后端30，最好將它們放置在車廂的縱向尺寸范圍內(nèi)離中心部件10最遠(yuǎn)的地方。
對應(yīng)每根鐵軌6，前端部件20和后端部件30中的每一個(gè)都包括一個(gè)三角采集裝置，其同中心部件10的相應(yīng)采集裝置一起，以預(yù)定的頻率在每根鐵軌的三個(gè)縱向間隔開的點(diǎn)上，采集在那一瞬間該點(diǎn)的兩個(gè)特征坐標(biāo)，即在鐵軌的水平表面頂部測量的垂直坐標(biāo)和在鐵軌頭的內(nèi)側(cè)垂直壁面上測量的水平坐標(biāo)。如上所述在三個(gè)縱向間隔開的點(diǎn)上采集的這兩個(gè)坐標(biāo)，使得處理器部件能夠計(jì)算軌道幾何形狀的各種參數(shù)，尤其是-軌距-曲率半徑-水平定線-垂直定線-變形圖6示意性說明了校正誤差的原理，其中這些誤差是由火車或有軌電車車廂的彈性變形所產(chǎn)生的。利用這一原理，位于兩個(gè)末端測量部件20和30內(nèi)的每個(gè)三角采集裝置在高度上的位置，可以通過一個(gè)激光棒32來監(jiān)測，該激光棒由位于中心測量部件10內(nèi)的源34發(fā)射，并被位于末端測量部件20和30內(nèi)的傳感器16接收，且這些位置能夠構(gòu)成測量點(diǎn)的精確直線。不能對齊就會產(chǎn)生一個(gè)信號，通過合適的軟件，這一信號能夠自動校正最終的測量誤差。
各個(gè)中心測量部件10和端部測量部件20、30最好容納在一個(gè)堅(jiān)固的金屬容器內(nèi)(參看圖7)，該容器配置有支架以便固定在車廂的框架上。容器22的底部朝向鐵軌6，其上設(shè)置有一些用于激光源4、14、24和視頻攝像機(jī)8、18、28的窗口，通過一個(gè)可滑動的保護(hù)屏26能夠同時(shí)關(guān)閉這些窗口，這可以由系統(tǒng)自動控制。
為確保窗口36的玻璃板的自動清潔，可以為容器22上的每個(gè)窗口36安裝一個(gè)與可滑動保護(hù)屏28相關(guān)的橡膠刮片(在圖中未顯示)，隨著上述保護(hù)屏的移動，該橡膠刮片沿相應(yīng)窗口滑動，這樣就保持了窗口的清潔。
從前面的敘述中可以清楚地看到，本發(fā)明的設(shè)備是非常有益處的，特別是-它能測量鐵路線的適當(dāng)參數(shù)，在測量中無需與鐵軌進(jìn)行任何接觸，也不需使用機(jī)械對心裝置；-通過將所確定的鐵軌輪廓與鐵軌的理論輪廓相比較，能夠確定磨損的程度以及垂直和橫向變形；-它能夠測量鐵軌的幾何參數(shù)。
-它對自身固定在其上的火車車廂上的彈性變形和振動不敏感，因此可以無誤差地進(jìn)行信息采集。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測鐵路或電車軌道線上鐵軌的激光設(shè)備，其特征在于包括至少兩個(gè)安裝在火車或有軌電車的車廂上的測量部件(4，8)，該測量部件至少在兩根鐵軌(6)的內(nèi)側(cè)部分工作，所述的車廂沿著該兩根鐵軌(6)前進(jìn)；還包括一個(gè)用于處理由上述測量部件傳送的信號的部件，每個(gè)測量部件包括至少一個(gè)三角采集裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于每個(gè)測量部件包含三個(gè)三角采集裝置(14，18)，這些采集裝置與基本上垂直于各根鐵軌(6)的縱向軸的平面成一定角度布置，并且在該鐵軌的內(nèi)側(cè)、中心和外側(cè)縱向條帶上工作。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于每個(gè)測量部件也包括至少兩個(gè)三角采集裝置(24，28)，這些采集裝置沿鐵軌(6)的軸對齊布置，并聚焦在鐵軌頭頂部，以便確定鐵軌的波動磨損。
4.如權(quán)利要求1-3中的一個(gè)或多個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于包括一個(gè)中心測量部件(10)，用于鐵軌(6)的輪廓采集裝置安裝在該中心測量部件中，還包括一對放置在所述中心測量部件(10)的上游和下游的末端測量部件(20，30)，其中每個(gè)末端測量部件包括至少一個(gè)與在所述中心部件(10)中所設(shè)置的相同類型的輪廓采集裝置，以便通過處理由所述的輪廓采集裝置產(chǎn)生的信號與中心部件一起來確定軌道的幾何形狀。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于包括位于中心測量部件(10)上的激光信號發(fā)生器(34)，以及位于上述末端測量部件(20，30)上并且通過操作與所述激光信號發(fā)生器(34)相關(guān)的激光信號傳感器(16)，用來測量火車或有軌電車車廂的彈性變形并自動校正所產(chǎn)生的測量誤差。
6.如權(quán)利要求1-5中的一個(gè)或多個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于每個(gè)測量部件(10，20，30)包括一個(gè)用于容納各種激光采集裝置的容器(22)，該容器可用于火車或有軌電車車廂，并安裝在車廂的底部，朝向鐵軌(6)，并裝有與激光源(4，14，24，34)和視頻攝像機(jī)(8、18、28)相關(guān)的窗口(36)。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于具有與包含窗口(36)的容器(22)的壁相關(guān)的一個(gè)屏(26)，該屏設(shè)有與上述窗口(36)相符合的孔，該屏在兩個(gè)末端位置之間滑動，且在其中一端所述孔與所述的窗口面對。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于所述屏(26)設(shè)置有與容器的各種窗口(36)相關(guān)的刮片，隨著所述屏的移動，刮片沿窗口玻璃滑動。
全文摘要
一種用于監(jiān)測鐵路或電車軌道線上鐵軌的激光設(shè)備，其特征在于包括至少兩個(gè)安裝在火車或有軌電車的車廂上的測量部件(4，8)，該測量部件至少在兩根鐵軌(6)的內(nèi)側(cè)部分工作，所述車廂沿著該兩根鐵軌(6)前進(jìn)；還包括一個(gè)用于處理由上述測量部件傳送的信號的部件，每個(gè)測量部件包括至少一個(gè)三角采集裝置。
文檔編號G01B11/245GK1429333SQ01809321
公開日2003年7月9日 申請日期2001年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月12日
發(fā)明者埃托雷·卡薩格蘭德 申請人:泰克諾格瑪股份公司