專利名稱：用于搗固車的鐵路線路參數(shù)光電測試裝置及其檢測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鐵道檢修、維護車輛(搗固車)中測量鐵路線路參數(shù)裝置， 尤其涉及一種用于搗固車的鐵路線路參數(shù)光電測試裝置及其檢測方法。
技術背景為適應國民經濟的快速發(fā)展，鐵路運輸系統(tǒng)的車速在不斷地提速，車輛 速度的提升必然要求軌道的檢測與修復設備以更高的速度和效率進行工作， 以便修復和保證車輛在高速運轉中的安全。盡管我國已經研制成功了能夠同 時檢測與修復軌道參數(shù)的專用車輛——搗固車。該種車輛對軌道參數(shù)的測量 方法還是采用傳統(tǒng)的鋼絲旋線測量法，這種方法由于受到鋼絲旋線本身的質 量與張力等因數(shù)的限制，使它對軌道參數(shù)測量的速度與精度都受到不同程度 的影響。為了提高測量速度與精度，鐵路亟待開發(fā)光電非接觸的測量方法。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種用于搗固車的鐵路線路參數(shù)光電測試裝置及其檢測方法，采用高精度的線陣CCD光電傳感器， 可以提高搗固車測量軌道參數(shù)的速度與精度。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用以下技術方案 一種用于搗固車的鐵路線 路參數(shù)光電測試裝置，其特征是由固態(tài)光電接收裝置和照明光源組成，所 述固態(tài)光電接收裝置由四個光學成像透鏡組、4個CCD電荷耦合器件和相應 的處理電3各板組成，且由每兩個光學透鏡組和兩個CCD器件形成獨立的光電 系統(tǒng)。所述成像透鏡組的透鏡為凸形柱面鏡。 所述照明光源采用LED白熾燈。所述LED白織燈的設置位置是其發(fā)出的光線通過并排兩個凸形柱面鏡成 像在與CCD器件的傳4丈陣列排列方向垂直的位置上。所述鐵路線路參數(shù)光電測試裝置的四點檢測方法，其特征是(l)作業(yè) 區(qū)設有前、中、后和終點等四個測量部位，其中前端部位是緊壓在軌道上的 測量車輪上部的LED白熾燈；中部是安裝固態(tài)光電接收裝置的測量小車；測 量小車后面是緊壓在軌道上的測量車輪，它的左右兩側距線路中心300mm處 各安裝一個LED白熾燈，終點位置是安裝在后部測量小車中間的1個LED白 熾燈，用于四點法的線i 各方向測量；(2 )、將固態(tài)光電接收裝置中的兩個獨立光電系統(tǒng)分前后方向安裝在測 量小車的中部，前光電系統(tǒng)接收前測量車輪中部LED白熾燈的光線，后光電 系統(tǒng)接收后測量小車上左右兩個LED白熾燈的光線，將前后并排的兩個凸形 柱面鏡與水平面分別成45°和135°安裝，兩凸形柱面鏡之間的夾角為90 ° ,凸形柱面鏡將LED白熾燈的光線聚焦成一條纟艮窄的光帶落在對應的CCD 器件光敏面上，由CCD器件將圖像轉變?yōu)殡娦盘?，送計算機處理，檢測出位 置變化，并將其分解成水平和垂直兩方向的位移，與標定的初始值進行比較， 確定LED白熾燈與光電接收器的相對位置關系，即通過水平方向的相對位置 確定正矢，前后垂直方向的相對位置確定縱向高^f氐，左右垂直方向的相對位 置差確定超高，實現(xiàn)線路實際參數(shù)的檢測。所述光電測量系統(tǒng)的三點檢測方法是將四點法中安裝在終點測量小車 上的LED白熾燈關掉或根本不裝這個測量小車而只用光電接收裝置接收前面 一個LED白熾燈和后面2個LED白織燈的信號進行;險測線^各的方向、線路縱 平和作業(yè)后線路的超高。所述后測量小車左右兩側的照明光源和終點測量小車的照明光源分別在后面的CCD上成三對獨立的像，在整個測量范圍內，所有的成像互不干擾。 所述LED白織燈發(fā)出的光線當通過兩個凸形柱面鏡成像后應在與CCD器件的像敏陣列垂直的位置上。本發(fā)明的有益效果該裝置采用高精度的線陣CCD光電傳感器對能夠反映軌道線路參數(shù)的光信號進行快速采集并通過計算機軟件計算而獲得線路參數(shù)，然后通過網絡傳送給搗固車控制系統(tǒng)主機，可以提高搗固車測量軌道參數(shù)的速度與精度。
圖l是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是本發(fā)明的檢測光路工作原理的基準狀態(tài)圖；圖3是本發(fā)明的檢測光路工作原理的產生左右偏差狀態(tài)圖；圖4是本發(fā)明的檢測光路工作原理的產生上下偏差狀態(tài)圖；圖5是作業(yè)區(qū)小車安裝光電測試裝置的示意圖；具體實施方式
下面結合附圖及較佳實施例詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。 如圖所示， 一種用于搗固車的鐵路線路參數(shù)光電測試裝置，由固態(tài)光電接收裝置和LED白熾燈組成，所述固態(tài)光電接收裝置由四個光學成像透鏡組、4個CCD電荷耦合器件和相應的處理電路板組成，且由每兩個光學透鏡組和兩個CCD器件形成獨立的光電系統(tǒng)，所述成像透鏡為凸形柱面鏡。所述前后并排的兩個凸形柱面鏡與水平面分別成45。和135°安裝，兩凸形柱面鏡間夾角為90。。所述照明光源1、 11、 14、 15、 16采用LED白熾燈。所述LED白熾燈的設置位置是其發(fā)出的光線通過并排兩個凸形柱面鏡成像在與CCD器件的^f象敏陣列垂直的位置上。實施例(l)作業(yè)區(qū)設有前、中、后、終點四部測量小車，中部測量小車安裝固態(tài)光電接收裝置；前測量小車輪的中部安裝1個LED白熾燈；后測量小車左 右兩側距線路中心300mm處各安裝一個LED白熾燈，終點測量小車的中部安 裝1個LED白熾燈，用于四點法的線路方向測量；(2 )、將固態(tài)光電接收裝置中的兩個獨立光電系統(tǒng)分前后方向安裝在測 量小車中部，前光電系統(tǒng)接收前測量小車中部照明光源發(fā)出的光線，后光電 系統(tǒng)接收后測量小車輪上的左右兩個LED白熾燈發(fā)出的光線，將前后并排的 兩個凸形柱面鏡與水平面分別成45。和135°安裝，兩凸形柱面鏡間夾角為 90° ，凸形柱面鏡將照明光源發(fā)出的光線聚焦成一條窄光帶落在對應的CCD 器件上由CCD電荷耦合器件將圖像轉變?yōu)殡娦盘?，送計算機處理，檢測出垂 點的位置變化，并將其分解成水平和垂直方向的位移，與標定的初始值比較， 確定LED白熾燈與光電接收器的相對位置關系，即水平方向的相對位置確定 正矢，前后垂直方向的相對位置確定縱向高j氐，左右垂直方向的相對位置差 確定超高，以實現(xiàn)線^各實際參數(shù)的纟企測。1. 系統(tǒng)的組成作業(yè)區(qū)小車B中部安裝有一套固態(tài)光電接收裝置；前 測量小車A中部安裝1個LED白熾燈；后測量C小車左右距線路中心400mm 處，各安裝一個LED白熾燈C1、 C2， D點為后小車中部安裝的1個LED白熾 燈，用來構成四點法的方向測量。2. 固態(tài)光電接收裝置組成該裝置是光電檢測系統(tǒng)的核心。它由四個光 學成像透鏡組、4個CCD器件和相應的處理電路板組成。每兩個光學透鏡組 和兩個CCD器件形成一套獨立的光電系統(tǒng)，分別接收前后LED白熾燈發(fā)出的 光。光學成像透鏡組將LED白熾燈的位置轉變?yōu)檎瓗D像的位置，它成像的 像平面恰為CCD器件光敏陣列面，由CCD器件將窄帶圖像的位置量轉變?yōu)殡?信號，送計算機處理，計算出作業(yè)小車相對于前、后測量小車輪上安裝的LED白熾燈位置變化，最終計算出軌道線路的正矢、左右軌高低和后測量小車的 超高等參數(shù)。3、 兩個獨立的光電系統(tǒng)分前后方向安裝在作業(yè)區(qū)小車的中部，前光電 系統(tǒng)接收前測量小車中部LED白熾燈A發(fā)出的光線，后光電系統(tǒng)接收后測 量小車輪上左右分別安裝的兩個LED白熾燈Cl、 C2發(fā)出的光線。透鏡組采 用凸形柱面鏡，將LED白熾燈發(fā)出的光線聚焦成一條窄光帶落在對應的CCD 器件上；設計時將前后并排的兩個凸形柱面鏡與水平面分別成45。和135° 安裝，兩凸形柱面鏡間夾角為90° 。對任何一個LED白熾燈，不論其位置怎 樣改變，它發(fā)出的光線通過并排的兩個凸形柱面鏡成像在與CCD器件的像敏 陣列垂直的位置上，檢測出垂點的位置變化，將它分解成水平方向和垂直的 位移，并與標定的初始值比較，便能確定LED白熾燈的位置與光電接收器的 相對位置關系，水平方向的相對位置確定正矢，前后垂直方向的相對位置確 定縱向高低，左右垂直方向的相對位置差確定超高，以實現(xiàn)線路實際參數(shù)的 檢測。4、 A-B-C1和A-B-C2組成左、右抄平測量，A-B-Cl組成三點法方向測 量，A-B-C1-D組成四點法測量，B-C1和B-C2組成B點相對C點超高測量， 通過C點電子擺計算出B點處線路的超高，A-B組成A點相對B點的上下和 左右位置變化。5、 Cl點、C2點和D點LED白熾燈分別在后面的CCD上成三對獨立的像，在整個測量范圍內，保證所有的成像互不干擾。工作原理用于搗固車的線路參數(shù)光電測試方法采用在搗固車上安裝光 電軌道線路參數(shù)測量設備與反映軌道位置的照明光源組成。光電軌道線路參 數(shù)測量設備有前、后4個窗口 ，前面有2和3兩個輸入窗口 ，它使安裝在軌 道前方壓輪上的電光源分別入射到兩塊柱面鏡4與5上，并分別通過柱面鏡4與5會聚成平行于柱面鏡母線的線形窄光帶8與9,分別聚焦在線陣CCD6 與7的像面上；兩個柱面鏡4與5的母線均與垂直線成45。角，它安裝在搗 固車的下面，軌道上方，并與緊壓在軌道上的壓輪固定的光源11、 14、 15 和16,它們將軌道的位置參數(shù)信息傳遞到光電檢測器。光源11、 14、 15和 16發(fā)出的光通過入射窗口 2和3入射到柱面鏡4、 5、 12和13,分別產生如 圖中8、 9所示的平行于各柱面鏡母線的窄條光帶，窄條光帶在線陣CCD像 敏單元上的位置反映出軌道在水平與垂直兩個方向的位置，通過^r測窄條光 帶在線陣CCD傳4丈單元上的位置，對兩條軌道的位置與位移參數(shù)進行測量。 圖中1為安裝在光電檢測裝置前端反映前部軌道參數(shù)的LED白熾燈；圖中2、 3為安裝在光電檢測裝置前端的左右兩個入射窗，4、 5為左右兩塊柱面鏡， 用來將1燈聚焦為窄條光帶、它落在兩個線陣CCD6、 7的^象敏面上，圖中 所示的8、 9為燈1通過柱面鏡所成的線光源。用于搗固車的線路參數(shù)光電測試方法能夠達到的主要技術指標在檢測 點間的相對位置關系為 AB=13000 115000mm (連續(xù)變化)， BC=4500~6000mm (連續(xù)變化)，CD=5500mm,的情況下的測量范圍與測量 精度分別為1、 水平測量范圍為土500匪，精度為± 0.2mm:2、 垂直測量范圍為±280 mm，精度為± 0.2mm:3、 通過以太網傳輸?shù)臋z測信號輸出的最高刷新頻率不低于150Hz。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的結構作任何改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術方案的范圍內。
權利要求
1、一種用于搗固車的鐵路線路參數(shù)光電測試裝置，其特征是由固態(tài)光電接收裝置和照明光源組成，所述固態(tài)光電接收裝置由四個光學成像透鏡組、4個CCD電荷耦合器件和相應的處理電路板組成，且由每兩個光學透鏡組和兩個CCD器件形成獨立的光電系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權利要求l所述的用于搗固車的鐵路線路參數(shù)光電測試裝置，其 特征是所述成像透鏡組的透鏡為凸形柱面鏡。
3、 根據(jù)權利要求1所述的用于搗固車的鐵路線路參數(shù)光電測試裝置，其 特征是所述照明光源采用LED白熾燈。
4、 根據(jù)權利要求4所述的用于搗固車的鐵路線路參數(shù)光電測試裝置，其 特征是所述LED白熾燈的設置位置是其發(fā)出的光線通過并排兩個凸形柱面 鏡成像在與CCD器件的像敏陣列垂直的位置上。
5、 根據(jù)權利要求1所述鐵路線路參數(shù)光電測試裝置的檢測方法，其特征 是所述鐵路線路參數(shù)光電測試裝置的檢測方法，其特征是采用非返回式 光電測量系統(tǒng)測量相對基準拾測線路的實際參數(shù)，具體4全測方法為(l)作業(yè)區(qū)"i殳有前、中、后、終點四部測量位，中部測量位安裝固態(tài)光 電接收裝置；前測量位的中部安裝1個照明光源；后測量位左右兩側距線路中 心300mm處各安裝一個照明光源，終點測量位的中部安裝1個照明光源，用 于四點法的線^各方向測量；(2 )、將固態(tài)光電接收裝置中的兩個獨立光電系統(tǒng)分前后方向安裝在測 量位中部，前光電系統(tǒng)接收前測量位中部照明光源發(fā)出的光線，后光電系統(tǒng) 接收后測量位上左右兩個照明光源發(fā)出的光線，將左右并排的兩個凸形柱面 鏡與水平面分別成45。和135°安裝，兩凸形柱面^:間夾角為90° ,凸形柱 面鏡將照明光源發(fā)出的光線聚焦成一條光帶落在對應的CCD器件上由CCD電荷耦合器件將圖像轉變?yōu)殡娦盘?，送計算機處理，檢測出垂點的位置變化， 并將其分解成水平和垂直方向的位移，與標定的初始值比較，確定照明光源與光電接收器的相對位置關系，即水平方向的相對位置確定正矢，前后垂直 方向的相對位置確定縱向高低，左右垂直方向的相對位置差確定超高，以實 現(xiàn)線路實際參數(shù)的檢測。
6、 根據(jù)權利要求5所述的鐵路線路參數(shù)光電測試裝置的檢測方法，其特 征是所述光電測量系統(tǒng)測量能夠構成三點法和四點法等兩種檢測線路參數(shù) 的方法，兩種方法均能夠檢測線路的方向、線路的縱平和作業(yè)后線路的超高。
7、 根據(jù)權利要求5所述的鐵路線路參數(shù)光電測試裝置的檢測方法，其特 征是所述后測量位左右兩側的照明光源和終點測量位的照明光源分別在后 面的CCD上成三對獨立的像，在整個測量范圍內，所有的成像互不干擾。
8、 根據(jù)權利要求6所述的鐵路線路參數(shù)光電測試裝置的檢測方法，其特 征是所述照明光源發(fā)出的光線當通過兩個凸形柱面鏡成像后應在與CCD器 件的像敏陣列垂直的位置上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于搗固車的鐵路線路參數(shù)光電測試裝置及其檢測方法，其特征是由固態(tài)光電接收裝置和照明光源組成，所述固態(tài)光電接收裝置由四個光學成像透鏡組、4個CCD電荷耦合器件和相應的處理電路板組成，且由每兩個光學透鏡組和兩個CCD器件形成獨立的光電系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果該裝置采用高精度的線陣CCD光電傳感器對能夠反映軌道線路參數(shù)的光信號進行快速采集并通過計算機軟件計算而獲得線路參數(shù)，然后通過網絡傳送給搗固車控制系統(tǒng)主機，可以提高搗固車測量軌道參數(shù)的速度與精度。
文檔編號E01B27/13GK101240520SQ20081005235
公開日2008年8月13日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權日2008年2月29日
發(fā)明者王慶有 申請人:天津市開希機器視覺技術有限公司