一种自行走式综合性工务自动检测设备的制作方法

本发明涉及轨道测量，具体涉及一种自行走式综合性工务自动检测设备。

背景技术：

1、随着科技的飞速发展和人们生活水平的提高，地铁、高铁、动车等出行方式已经作为人们出行首选工具之一，轨道线路的良好状态是确保列车安全、稳定运行的关键所在。但由于轨道线路长期经受各种天气、气候等自然条件的考验，同时还受列车随机荷载和多种附加应力的影响，在使用过程中线路容易发生变形或是路基下沉等线路病害，会对列车正常的运行带来较大的影响，所以需要做好线路的维护工作，及时发现线路中存在的隐患并进行解决，确保轨道行车安全。

2、工务检测为线路病害的原因分析及病害维护提供重要的实测数据。工务检测项目较多，在工务检测过程中，最重要检测手段就是轨道动静态检测，轨道动态检测通常采用大型轨道检测车、高速综合检测列车和相关检测设备，在规定测试速度下对全线各系统进行综合检测，存在体积大，设备复杂，成本高，灵活度低且小线路不方便检测等缺点。轨道静态检测指在没有列车荷载作用时，运用检测工具或设备对轨道进行的检查，轨道检查负责人需要对各个路段进行检测，重点检查轨道薄弱环节，保证路线检测精准限度，目前工务静态检测各种项目还都是使用各自的检测设备分别进行人工检测，存在检测效率低、检测耗时长、工人劳动强度大、需要人员多等缺点。

技术实现思路

1、针对目前工务检测技术存在的检测效率低、工人劳动强度大、需要人员多、体积大、设备复杂以及灵活度低等问题，本发明提供一种自动化程度高、设备小巧灵活、检测功能多样，可大大提高检测效率并降低人员劳动强度的自行走式综合性工务自动检测设备。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种自行走式综合性工务自动检测设备，其特征在于，包括沿轨道行进的自行走平台以及均设置于自行走平台的轨道几何检测系统、轨道巡检系统、轨道波浪磨耗检测系统、工控机和供电电源，所述供电电源分别与自行走平台、轨道几何检测系统、轨道巡检系统、轨道波浪磨耗检测系统和工控机相连，所述轨道几何检测系统、轨道巡检系统和轨道波浪磨耗检测系统均与工控机相连；

4、所述轨道几何检测系统包括第一激光摄像组件、惯性测量组件和第一控制主板，所述第一激光摄像组件包括在自行走平台左右两侧均设置的面向待测轨道内侧壁的第一相机和第一激光传感器，所述第一相机和第一激光传感器均与所述第一控制主板相连，所述第一控制主板与所述工控机相连，通过第一控制主板控制第一激光传感器每隔一段时间向轨道内侧壁发射激光线，再控制第一相机采集轨道上激光线形成的轨道轮廓线图像数据，第一相机将采集的轨道轮廓线图像数据经第一控制主板传输至工控机，所述工控机根据所述轨道轮廓线图像数据采用轨顶点提取算法计算出轨距；所述惯性测量组件与所述第一控制主板相连，所述惯性测量组件在第一控制主板的控制下采集若干轨道几何参数，采集的若干轨道几何参数经控制主板传输至工控机，所述工控机根据所述若干轨道几何参数基于惯性计算原理进行非接触式轨道几何检测；

5、所述轨道巡检系统包括第二激光摄像组件和第二控制主板，所述第二激光摄像组件包括在自行走平台前端两侧均设置的面向待测轨道表面的第二相机和第二激光传感器，所述第二相机和第二激光传感器均与所述第二控制主板相连，所述第二控制主板与所述工控机相连，通过第二控制主板控制第二激光传感器每隔一段时间向轨道表面发射激光线，再控制第二相机采集轨道上激光线形成的轨道俯视平面图像数据，第二相机将采集的轨道俯视平面图像数据经第二控制主板传输至工控机，所述工控机将轨道俯视平面图像数据进行数据拟合以输出实际轨道状态的二维或三维轨道平面图进行非接触式轨道巡检；

6、所述轨道波浪磨耗检测系统包括波浪磨耗检测组件和第三控制主板，所述波浪磨耗检测组件包括在自行走平台两侧均设置的滑动架、固定于滑动架的非接触传感器以及与滑动架上方连接的压紧结构，所述非接触传感器与第三控制主板相连，所述第三控制主板与所述工控机相连，所述滑动架底部设置有接触轨道并与自行走平台一起沿轨道行进的行进结构，所述压紧结构对滑动架施加向下的力使得滑动架的行进结构行进时是时刻接触轨道，通过所述第三控制主板控制非接触传感器采集轨道表面波浪磨耗数据，所述轨道表面波浪磨耗数据经第三控制主板传输至工控机，所述工控机将轨道表面波浪磨耗数据定量分析进行非接触式轨道波浪磨耗检测。

7、优选地，所述的自行走式综合性工务自动检测设备还包括限界检测系统，所述限界检测系统分别连接工控机和供电电源；所述限界检测系统包括在自行走平台后端设置的互相连接的探测组件和第四控制主板，所述第四控制主板与所述工控机相连，通过所述第四控制主板控制探测组件采集轨道限界数据，所述轨道限界数据经第四主板传输至工控机，所述工控机将轨道限界数据和预设限界阈值比对分析进行非接触式限界检测。

8、优选地，所述的自行走式综合性工务自动检测设备还包括隧道检测系统，所述隧道检测系统分别连接工控机和供电电源；所述隧道检测系统包括第三激光摄像组件和第五控制主板，所述第三激光摄像组件包括在自行走平台两侧均设置的面向待测隧道内壁的第三相机和第三激光传感器，所述第三相机和第三激光传感器均与所述第五控制主板相连，所述第五控制主板与所述工控机相连，通过第五控制主板控制第三激光传感器每隔一段时间向隧道内壁发射激光线，再控制第三相机采集隧道内壁激光线形成的隧道图像数据，所述隧道图像数据经第五控制主板传输至工控机，所述工控机将隧道图像数据与基准图像比对缺陷分析进行非接触式隧道检测。

9、优选地，所述的自行走式综合性工务自动检测设备还包括同步触发源，所述同步触发源分别与各检测系统中的相应控制主板相连，所述同步触发源还与供电电源相连；所述同步触发源包括设置在自行走平台车轮内的脉冲信号传感器，用于采集车轮转动时输出的脉冲信号，并将脉冲信号传输至各相应控制主板中；

10、第一控制主板收到作为触发信号的脉冲信号后，控制第一激光摄像组件中的第一激光传感器根据脉冲信号的数量按周期向两侧的轨道内侧壁分别发射激光线，以及控制惯性测量组件根据脉冲信号的数量按周期采集若干轨道几何参数；所述第二控制主板收到作为触发信号的脉冲信号后，控制第二激光摄像组件中的第二激光传感器根据脉冲信号的数量按周期向两侧的轨道表面分别发射激光线；所述第三控制主板收到作为触发信号的脉冲信号后，控制非接触传感器根据脉冲信号的数量按周期采集轨道表面波浪磨耗数据。

11、优选地，所述轨道波浪磨耗检测系统中，所述压紧结构包括压紧弹簧和固定架，所述压紧弹簧安装在固定架与滑动架之间，所述压紧弹簧的上端固定连接所述固定架，所述压紧弹簧的下端固定连接所述滑动架的顶部，所述固定架和所述滑动架之间设置相匹配的导向结构使得滑动架相对于固定架沿竖直方向上下滑动。

12、优选地，所述轨道波浪磨耗检测系统中，所述固定架包括倒l型板体，所述滑动架从上往下依次固定设置第一竖板、第一横板、第二竖板和第二横板，所述第一横板和第二横板均沿轨道方向设置，所述第一竖板为沿轨道方向间隔设置的若干个，所述第二竖板为沿轨道方向间隔设置的若干个且各第二竖板的内部均容纳一个非接触传感器，所述第二横板的底部设置有所述行进结构，所述固定架的倒l型板体的横板、一个所述第一竖板的顶部之间均设置一个所述压紧弹簧，所述导向结构包括设置在滑动架的第一竖板的滑轮和设置在所述倒l型板体的竖板上匹配所述滑轮的沿竖直方向的滑轨。

13、优选地，所述的自行走式综合性工务自动检测设备还包括显示器，所述显示器分别与工控机和供电电源相连，用于显示工控机运行状况和各检测系统的相应检测结果；

14、和/或，所述工控机采用型号为epe-6113lp4工控机。

15、优选地，所述轨道几何检测系统的惯性测量组件包括陀螺仪和加速度计并在第一控制主板的控制下采集若干轨道几何参数，所述若干轨道几何参数包括左右轨向、左右高低、水平、轨距变化率、超高、曲率。

16、优选地，所述轨道几何检测系统包括第一外壳以及设置于第一外壳内的第一激光摄像组件和第一控制主板，所述第一外壳横跨自行走平台且第一外壳两端下方均设置有第一视窗，自行走平台的左右两侧均设有第一相机和第一激光传感器且第一相机和第一激光传感器均通过相应第一视窗面向待测轨道内侧壁；

17、和/或，所述轨道巡检系统包括第二外壳以及设置于第二外壳内的第二激光摄像组件和第二控制主板，所述第二外壳下方设置有第二视窗，所述第二相机和第二激光传感器均通过相应第二视窗面向待测轨道表面。

18、优选地，各检测系统中的相应控制主板均采用一主一从的控制机制，所述自行走平台左/右侧设置的相应相机和相应激光传感器为主组件，所述自行走平台右/左侧设置的相应相机和相应激光传感器为从组件，由主组件控制采集的频率和供电电源接入，所述从组件从主组件接收采集指令和取电。

19、本发明的技术效果如下：

20、本发明提供一种自行走式综合性工务自动检测设备，通过自行走平台自动沿轨道行进的同时进行非接触式轨道综合性工务自动化检测，包括自行走平台以及均设置于自行走平台的轨道几何检测系统、轨道巡检系统、轨道波浪磨耗检测系统、工控机和供电电源，供电电源分别与自行走平台、轨道几何检测系统、轨道巡检系统、轨道波浪磨耗检测系统和工控机相连，即所有检测系统、自行走平台、工控机都统一供电，轨道几何检测系统、轨道巡检系统和轨道波浪磨耗检测系统均与工控机相连，即所有检测系统采集到的数据都传输到工控机进行处理。该自行走式综合性工务自动检测设备小巧灵活、检测功能多样，可完成非接触式轨道几何检测、非接触式轨道巡检、非接触式轨道波浪磨耗检测，还可进一步完成非接触式限界检测、以及在隧道场景下完成非接触式隧道检测等诸多工务检测项目，自动化程度高，将轨道几何检测、轨道巡检、轨道波浪磨耗检测、限界检测等全部集成安装到自行走平台上，各检测系统为模块化设计可独立运行，可根据需要选择安装不同检测系统种类完成相应检测项目。且所有检测方式均采用图像视觉、电平变化、激光扫描等非接触式检测，各检测系统可根据自身检测特点和需要检测位置的不同安装到自行走平台的不同位置，使各检测系统在工作时互不影响，所有检测系统采集到的检测数据都传输到工控机进而由工控机基于轨顶点提取算法、惯性计算原理、定量分析、基准比对、综合数据分析等技术，实现一台工控机即能完成多项目检测数据处理。相比于现有技术检测各种项目还都是使用各自的检测设备分别进行人工检测，本发明解决了目前工务检测技术存在的检测效率低、工人劳动强度大、需要人员多、体积大、设备复杂以及灵活度低等问题，具有小型灵活机动性强的特点，实现自行走自动检测，可覆盖多种工务检测工作，支持检测多种工务检测项目，多工务检测项目可同时工作也可单独工作，系统模块化设计，方便搬运和快速安装，可自行选择检测项目组合，大大提高检测效率和降低工作人员劳动强度，节省用工数量，缩短检测时间。非接触式检测方式降低了与铁路基础施舍发生碰撞的风险，提高了安全性。

21、本发明综合性工务检测项目中的轨道几何检测系统，包括第一激光摄像组件、惯性测量组件和第一控制主板，在自行走平台行进过程中，通过第一控制主板控制第一激光摄像组件的第一激光传感器每隔一段时间向轨道内侧壁发射激光线，再控制第一激光摄像组件的第一相机采集轨道上激光线形成的轨道轮廓线图像数据，第一相机将采集的轨道轮廓线图像数据经第一控制主板传输至工控机，由工控机负责处理激光摄像组件采集的数据(轨道轮廓线图像)并进行分析进而计算出轨距这一轨道几何参数。同时，惯性测量组件也在第一控制主板的控制下采集若干轨道几何参数，比如左右轨向、左右高低、水平、轨距变化率、超高、曲率等，采集的若干轨道几何参数经第一控制主板传输至工控机，工控机还根据所述若干轨道几何参数基于惯性计算原理进行非接触式轨道几何检测，该轨道几何检测系统采用集成式及非接触式设计，自动化程度高、体积小、灵活度高、机动性强，能够大大降低工作人员的劳动强度，且激光摄像组件集成度高，稳定性好，采集轨道轮廓线图像准确度高，可根据需求调节采集频率，检测过程中自动采集不需要人工控制，能够在轨检的自行走平台自动行进的过程中非接触式自动化检测轨道结构部件综合性能，精确反映轨道质量状态的优劣，有效提高轨道几何检测效率。

22、本发明综合性工务检测项目中的轨道巡检系统，包括第二激光摄像组件和第二控制主板，在自行走平台行进过程中，通过第二控制主板控制第二激光摄像组件的第二激光传感器每隔一段时间向轨道表面发射激光线，再控制第二激光摄像组件的第二相机采集轨道上激光线形成的轨道俯视平面图像数据，第二相机将采集的轨道俯视平面图像数据经第二控制主板传输至工控机，由工控机将轨道俯视平面图像数据进行数据拟合以输出实际轨道状态的二维或三维轨道平面图进行非接触式轨道巡检，能够精确还原出完整连续的轨道状态，实现智能巡检，能够检测出轨道表面损伤、轨枕缺陷、扣件异常、道床断面异常等情况，自动化程度高、体积小、灵活度高、机动性强，能够大大降低工作人员的劳动强度，提高了轨道巡检的检测效率、准确性和精确度。

23、本发明综合性工务检测项目中的轨道波浪磨耗检测系统，包括波浪磨耗检测组件和第三控制主板，波浪磨耗检测组件包括在自行走平台两侧均设置的滑动架、固定于滑动架的非接触传感器以及与滑动架上方连接的压紧结构，滑动架底部设置有接触轨道并与自行走平台一起沿轨道行进的行进结构，压紧结构对滑动架施加向下的力使得滑动架的行进结构行进时是时刻接触轨道，通过第三控制主板控制非接触传感器采集轨道表面波浪磨耗数据，轨道表面波浪磨耗数据经第三控制主板传输至工控机，由工控机将轨道表面波浪磨耗数据定量分析进行非接触式轨道波浪磨耗检测。通过设置滑动架，并将非接触式传感器固定在滑动架上，同时设置压紧结构使其作用于滑动架能够给予滑动架向下的力使得滑动架的行进结构于轨道上行走时是时刻接触该轨道，该设置能使得轨道波浪磨耗检测系统(波浪磨耗检测组件以及第三控制主板)在高速移动且容易颠簸的非接触式传感器同步移动时，尽可能的保持在一个较为稳定的状态，可确保滑动架上的多个非接触式传感器同步测量的准确性。进一步可利用固定架、压紧弹簧形成压紧结构，尽可能在减少装置结构复杂性前提下，实现给滑动架一个向下的压紧力使滑动架的行进结构(如移动轮)与轨道紧密贴合，防止滑动架因其它外界因素影响出现跳动等不稳定现象。固定架和所述滑动架相对应位置处设置相匹配的导向结构使得滑动架能够相对于该固定架沿竖直方向上下滑动，该设置还具有如下效果：轨道上可能存在凸起，滑动架相对于固定架滑动的设置，可使得滑动架经过该凸起时能够随着凸起的高度的变化而同步于竖直方向上起伏，从而使得滑动架能够顺着凸起的弧度顺利行进。采用简单、可靠的压紧弹簧实现压紧；并可通过调整压紧弹簧的弹力来改变压紧力的大小来满足实际需求，达到最佳的压紧效果，保证滑动架始终在轨道上滚动。该系统自动化程度高、稳定性好，结构巧妙，灵活度高、机动性强，能够精确反映轨道波浪磨耗情况，有效提高检测效率。

24、本发明综合性工务检测项目中的限界检测系统，包括探测组件和第四控制主板，通过所述第四控制主板控制探测组件采集轨道限界数据，该轨道限界数据经第四主板传输至工控机，由工控机将轨道限界数据和预设限界阈值比对分析进行非接触式限界检测，该限界检测系统的探测组件优选可采用雷达，其采集轨道限界数据并联合第四控制主板以及工控机协同工作，自动化程度高、体积小、灵活度高、机动性强，能够大大降低工作人员的劳动强度，对轨道周边设施是否超越限界进行精确检测，保证列车安全行驶。

25、本发明综合性工务检测项目中的隧道检测系统，包括第三激光摄像组件和第五控制主板，在自行走平台行进过程中，通过第五控制主板控制第三激光摄像组件的第三激光传感器每隔一段时间向隧道内壁发射激光线，再控制第三激光摄像组件的第三相机采集隧道内壁激光线形成的隧道图像数据，该隧道图像数据经第五控制主板传输至工控机，由工控机将隧道图像数据与基准图像比对缺陷分析进行非接触式隧道检测。该隧道检测系统用集成式及非接触式设计，自动化程度高、体积小、灵活度高、机动性强，能够大大降低工作人员的劳动强度，且激光摄像组件集成度高，稳定性好，在地铁、高铁、动车等隧道段完成非接触式隧道检测，提高了隧道检测效率、准确性和精确度，便于铁路设施维护，保障了铁路运营安全。

26、本发明自行走式综合性工务自动检测设备还包括同步触发源，所述同步触发源分别与各检测系统中的相应控制主板相连，该同步触发源包括设置在自行走平台车轮内的脉冲信号传感器，用于采集车轮转动时输出的脉冲信号，并将脉冲信号传输至各相应控制主板中。第一控制主板收到作为触发信号的脉冲信号后，控制第一激光摄像组件中的第一激光传感器根据脉冲信号的数量按周期向两侧的轨道内侧壁分别发射激光线，以及控制惯性测量组件根据脉冲信号的数量按周期采集若干轨道几何参数；第二控制主板收到作为触发信号的脉冲信号后，控制第二激光摄像组件中的第二激光传感器根据脉冲信号的数量按周期向两侧的轨道表面分别发射激光线；第三控制主板收到作为触发信号的脉冲信号后，控制非接触传感器根据脉冲信号的数量按周期采集轨道表面波浪磨耗数据；第四控制主板收到作为触发信号的脉冲信号后，控制探测组件根据脉冲信号的数量按周期采集轨道限界数据；第五控制主板收到作为触发信号的脉冲信号后，控制第三激光传感器根据脉冲信号的数量按周期向隧道内壁发射激光线，所有检测系统、自行走平台、显示器、工控机都使用统一触发源保证其同步性，提高了全部工务检测项目的准确性和精确度。