下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测车及其检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及轨道检测【技术领域】，尤其涉及一种下接触式地铁接触轨轨道检测系统，包括检测系统以及用于为所述检测系统供电的电源系统，所述检测系统包括编码器、激光光电传感器、视觉传感器、上位机、测距传感器以及可编程控制器，所述编码器与所述可编程控制器连接，所述激光光电传感器分别与所述视觉传感器和可编程控制器信号连接，所述视觉传感器分别与所述上位机和可编程控制器连接。本发明结构简单，检测参数直观、有效，检测方法简单，响应速度快，能反映接触轨故障的前期性状；自动检测替代人工检测，用人少、劳动强度降低，只需1人即可完成。
【专利说明】下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测车及其检测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及轨道检测【技术领域】，尤其涉及一种下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测车及其检测系统。
【背景技术】
[0002]下接触式地铁接触轨最大截面积约0.01平方米、单根长度约15米，90-120米为一个铆段，每个铆段两端接触轨与支架固定联结形成两个铆结，每个铆段的正中间是一个膨胀接头，其他位置是间隔约5米的活动头支架。接触轨长径比很大，在工作、环境温度、夕卜力等因素影响下容易产生变形。接触轨变形产生故障的最初表现是支架左右倾斜，继而导致支架损坏，因此若在支架变形初期尽早发现问题，对接触轨维护具有非常重要的意义。另夕卜，接触轨受流面的直线度误差也是影响接触轨工作的一个重要参数。目前，对接触轨的检测均采用人工步行、眼看的方法进行，检测速度低、精度差(人正常步行速度3-5KM/小时，还需要大量辅助时间)。现有接触轨检测车/装置/系统多是检测相邻走行轨内侧与接触轨受流面水平和垂直方向的距离，实时读取检测数据，检测数据不记录、不存储、不分析，无法实现离线分析和预测，这类检测车/装置/系统多在接触轨安装时使用，如中国专利公开了一种接触轨检测轨道手推车，专利号:201410226931.3，以保证接触轨的安装质量，虽然采用了机械进行检测，但是此种检测车是用在轨道安装上并不适用于后期的检测，如用在维护维修中，检测到该参数超差时支架已经出现问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测车及其检测系统，用于地铁接触轨日常检测与维护，具体检测参数是接触轨支架的垂直度和受流面的直线度，上位机界面实时显示支架垂直度和受流面直线度超差位置，能够人工设置检测参数的允差范围，可查询、显示、打印故障位置列表，可储存和查询历史检测数据，可进行离线分析和状态预测。
[0004]本发明为实现上述目的，采用以下技术方案:
一种下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测车，包括护栏、底板、座椅、电器柜、可编程控制器、电源系统、直流电机调速装置、直流电机、前轮、后轮、编码器以及检测臂，所述护栏固定在所述底板上部周围，所述电器柜固定在所述底板上，所述座椅设置在所述电器柜的一侧，所述电器柜为三层结构，所述可编程控制器设置在所述电器柜的第二层，所述电源系统设置在所述电器柜的第三层，所述前轮为两个，两个前轮通过前轴设置在所述底板的下方，所述后轮为两个，两个后轮通过后轴设置在所述底板的下方；所述直流电机固定在所述底板上，所述直流电机由所述直流电机调速装置控制转动，所述直流电机通过三角皮带与皮带轮连接，所述皮带轮通过键连接在所述前轴或后轴上，所述编码器固定在所述底板上，所述编码器通过同步带与通过键连接在所述前轴或后轴上的同步带轮连接。
[0005]所述检测臂包括平行固定在车辆底板上的视觉检测臂和测距检测臂，所述视觉检测臂包括视觉检测臂水平导轨、视觉检测臂垂直导轨锁紧轮、视觉检测臂垂直导轨、视觉检测臂转向结、视觉检测臂导向立柱、视觉检测臂水平导轨锁紧轮；所述测距检测臂包括测距检测臂垂直导轨、测距检测臂转向结、测距检测臂垂直导轨锁紧轮、测距检测臂水平导轨、测距检测臂导向立柱、测距检测臂水平导轨锁紧轮；所述视觉检测臂导向立柱固定在车辆底板上，所述视觉检测臂水平导轨插入到所述视觉检测臂导向立柱中并通过所述视觉检测臂水平导轨锁紧轮固定，所述视觉检测臂水平导轨的前端固定有所述视觉检测臂转向结，所述视觉检测臂垂直导轨通过视觉检测臂垂直导轨锁紧轮固定在所述视觉检测臂转向结垂直方向上，所述视觉检测臂垂直导轨上固定有视觉传感器以及激光光电传感器，所述激光光电传感器安装在视觉检测臂垂直导轨上的光电传感器导槽中；所述测距检测臂导向立柱与所述视觉检测臂导向立柱平行固定在车辆底板上，所述测距检测臂水平导轨插入到所述测距检测臂导向立柱中并通过所述测距检测臂水平导轨锁紧轮固定，所述测距检测臂水平导轨的前端固定有所述测距检测臂转向结，所述测距检测臂垂直导轨通过测距检测臂垂直导轨锁紧轮固定在所述测距检测臂转向结垂直方向上，所述测距检测臂垂直导轨上固定有测距传感器。
[0006]优选地，所述测距检测臂导向立柱和视觉检测臂导向立柱分别为两个。
[0007]优选地，所述车辆底板上还设有控制面板、电源指示灯、电源开关、刹车开关、调速旋钮、前进后退开关以及上位机。
[0008]优选地，所述视觉传感器识别速度< 0.25s，水平和垂直方向几何形状分辨率<0.5°，检测精度0.1°，测距传感器分辨率< 0.1mm0
[0009]一种下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测系统，其特征在于:包括检测系统以及用于为所述检测系统供电的电源系统，所述检测系统包括编码器、激光光电传感器、视觉传感器、上位机、测距传感器以及可编程控制器；
所述编码器固定在所述底板上，所述编码器通过同步带与通过键连接在所述前轴或后轴上的同步带轮连接，所述编码器与所述可编程控制器信号连接，用于向可编程控制器发出位移脉冲，可编程控制器实时读取编码其的位置信息并传给上位机，记录检测车的运行距离或位置；
所述视觉传感器和激光光电传感器固定在视觉检测臂上，所述激光光电传感器分别与所述视觉传感器和可编程控制器信号连接，所述激光光电传感器用于寻找支架的位置并向视觉传感器发出一个脉冲信号；
所述视觉传感器分别与所述上位机和可编程控制器连接，所述视觉传感器接收到所述激光光电传感器发出的脉冲信号后，视觉传感器拍摄支架垂直度形态的图片信息，同时触发可编程控制器读取此时所述编码器发出的该支架位置信息，支架垂直度形态的图片信息通过以太网传至上位机，支架的位置信息通过可编程控制器的A/D模块传至上位机，并一一对应地存入上位机历史数据库，同时视觉传感器对每张图片信息中的支架进行垂直度判断，当判断支架垂直度超过设定值±5°时视觉传感器发出一个ERROR信号给可编程控制器；
所述可编程控制器用于接收所述视觉传感器发出的ERROR信号，并读取此时编码器的位置信息，通过串行口传至上位机，上位机界面实时显示支架垂直度故障位置；
所述测距传感器固定在测距检测臂上，所述测距传感器用于检测传感器安装位置到受流面的距离，可编程控制器按跨距100mm扫描，连续读取3个测点的数据作为一组，3个测点的间距为100mm，检测数据以模拟量形式输入到可编程控制器的A/D模块，并通过串行口全部存入上位机历史数据库，同时可编程控制器对一组3个检测数据进行判断，当判断2个及以上测点的检测数据超过设定值±5mm时认定超差，超差信号传至上位机，上位机实时显示直线度超差位置；
所述上位机用于显示和打印故障列表、查询历史数据，根据历史数据进行支架和接触轨状态发展趋势分析，以及根据现场具体情况修改支架垂直度和受流面直线度允许误差的设定值。
[0010]优选地，还包括驱动系统，用于驱动车辆行驶，其包括直流电机以及用于调节直流电机转速的直流调速装置。
[0011]优选地，所述电源系统包括主电源以及变压模块，主电源为48V电压，与直流调速装置连接；变压模块与所述主电源连接，将主电源转换成24V电压，用于为所述检测系统供电。
[0012]本发明的有益效果是:本发明结构简单，下接触式地铁接触轨形态自动检测车包括检测系统、驱动系统、电源系统、编码器传动机构、检测臂、行走传动机构和车身本体等部分，检测车车身本体搭载上述机构、系统及检测人员，在电机驱动下以某一速度沿地铁走行轨移动，视觉传感器检测接触轨支架垂直度，测距传感器检测接触轨受流面直线度，通过传感器和上位机检测软件的分析、处理，得出检测结果，在上位机界面显示，实现自动检测。检测参数直观、有效，检测方法简单，响应速度快，能反映接触轨故障的前期性状；行走机构由电机驱动，可调速，运行速度快可以达到15KM/小时；自动检测替代人工检测，用人少、劳动强度降低，只需I人即可完成；可在连续行走时检测，可实时显示检测结果，提示现场维修，也可记录历史数据进行离线查询、分析，进行状态预测诊断和维护，可有效提高维护维修的管理水平和工作效率；可针对不同现场根据实际情况设置支架垂直角度和受流面直线度误差的允差范围；利用激光激光光电传感器寻找支架位置，直接出发高速视觉传感器，读取支架形态数据，测距传感器读取数据3个一组判断处理，在很大程度上避免了偶然误差的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的轴侧图；
图2是本发明的仰视图；
图3是本发明的主视图；
图4是本发明的俯视图；
图5是检测车电气控制系统框图；
图中:1_护栏；2_底板；3_座椅；4_电气柜；5_可编程序控制器；6_电源系统；7_编码器；8_同步带；9_同步带轮；10_前轴；11-前轮；12_后轴；13_后轮；14_直流电机调速装置；15_直流电机；16_三角皮带；17_皮带轮；18_视觉检测臂水平导轨；19_视觉检测臂垂直导轨锁紧轮；20-视觉检测臂垂直导轨；21-视觉检测臂转向结；22_视觉传感器；23_激光光电传感器；24_光电传感器导槽；25_激光测距传感器；26_测距检测臂垂直导轨；27_测距检测臂转向结；28_测距检测臂垂直导轨锁紧轮；29_测距检测臂水平导轨；30-测距检测臂导向立柱；31_测距检测臂水平导轨锁紧轮；32_视觉检测臂导向立柱；33-视觉检测臂水平导轨锁紧轮；34_控制面板；35_电源指示灯；36_电源开关；37_刹车开关；38_调速旋钮；39_前进后退开关；40_上位机。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的【具体实施方式】。如图1所示，一种下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测车，包括护栏1、底板2、座椅3、电器柜4、可编程控制器5、电源系统6、直流电机调速装置14、直流电机15、前轮11、后轮13、编码器7以及检测臂，所述护栏固定在所述底板上部周围，所述电器柜固定在所述底板上，所述座椅设置在所述电器柜的一侧，所述电器柜为三层结构，所述可编程控制器设置在所述电器柜的第二层，所述电源系统设置在所述电器柜的第三层，所述前轮为两个，两个前轮通过前轴10设置在所述底板的下方，所述后轮为两个，两个后轮通过后轴12设置在所述底板的下方；所述直流电机固定在所述底板上，所述直流电机由所述直流电机调速装置控制转动，所述直流电机通过三角皮带16与皮带轮17连接，所述皮带轮通过键连接在所述前轴或后轴上，所述编码器固定在所述底板上，所述编码器通过同步带8与通过键连接在所述前轴或后轴上的同步带轮9连接。通过三角带将电机的动力传递给前轴，驱动检测车沿走行轨行走，前轮和后轮与走行轨配合，具有导向功能；编码器为同步带传动，编码器紧固在底板上，两个同步带轮分别与编码器和前轮同轴连接，通过同步带将前轴的转动转换成编码器的脉冲输出，用于记录车的行驶距离。
[0015]所述检测臂包括平行固定在车辆底板上的视觉检测臂和测距检测臂，所述视觉检测臂包括视觉检测臂水平导轨18、视觉检测臂垂直导轨锁紧轮19、视觉检测臂垂直导轨20、视觉检测臂转向结21、视觉检测臂导向立柱32、视觉检测臂水平导轨锁紧轮33;所述测距检测臂包括测距检测臂垂直导轨26、测距检测臂转向结27、测距检测臂垂直导轨锁紧轮28、测距检测臂水平导轨29、测距检测臂导向立柱30、测距检测臂水平导轨锁紧轮31 ;所述视觉检测臂导向立柱32固定在车辆底板2上，所述视觉检测臂水平导轨18插入到所述视觉检测臂导向立柱32中并通过所述视觉检测臂水平导轨锁紧轮33固定，所述视觉检测臂水平导轨18的前端固定有所述视觉检测臂转向结21，所述视觉检测臂垂直导轨20通过视觉检测臂垂直导轨锁紧轮19固定在所述视觉检测臂转向结21垂直方向上，所述视觉检测臂垂直导轨26上固定有视觉传感器22以及激光光电传感器23，所述激光光电传感器安装在视觉检测臂垂直导轨上的光电传感器导槽24中。
[0016]所述测距检测臂导向立柱30与所述视觉检测臂导向立柱32平行固定在车辆底板上，所述测距检测臂水平导轨29插入到所述测距检测臂导向立柱30中并通过所述测距检测臂水平导轨锁紧轮31固定，所述测距检测臂水平导轨29的前端固定有所述测距检测臂转向结27，所述测距检测臂垂直导轨26通过测距检测臂垂直导轨锁紧轮28固定在所述测距检测臂转向结垂直方向上，所述测距检测臂垂直导轨上固定有测距传感器25。所述测距检测臂导向立柱和视觉检测臂导向立柱分别为两个。所述车辆底板上还设有控制面板34、电源指示灯35、电源开关36、刹车开关37、调速旋钮38、前进后退开关39以及上位机40。
[0017]视觉检测臂用于固定视觉传感器和激光光电传感器，视觉检测臂的两个视觉检测臂导向立柱固定连接在底板上，每个视觉检测臂导向立柱有一个矩形导向孔，视觉检测臂水平导轨安装在两个视觉检测臂立柱的矩形导向孔内，可左右滑动，以调整传感器与接触轨的水平距离在350-400mm或用来收起视觉检测臂，水平导轨可由视觉检测臂锁紧轮锁紧，视觉检测臂水平导轨外伸端连接一个视觉检测臂转向结，视觉检测臂转向结内有一矩形导向孔，视觉检测臂垂直导轨安装在矩形导向孔内，可上下滑动，以调整传感器相对立柱的高度位置，视觉检测臂垂直导轨可由视觉检测臂锁紧轮锁紧，视觉传感器直接安装在视觉检测臂垂直导轨上，光电传感器通过一个导槽与视觉传感器并排安装在视觉检测臂垂直导轨上，并可在导槽内移动调整与视觉传感器的相对距离，以适应检测不同宽度的支架。测距检测臂用于固定测距传感器，测距检测臂的两个测距检测臂导向立柱固定连接在底板上，每个测距检测臂导向立柱有一个矩形导向孔，测距检测臂水平导轨安装在两个测距检测臂立柱的矩形导向孔内，可左右滑动，以调整传感器与接触轨的水平距离或收起测距检测臂，测距检测臂水平导轨可由测距检测臂锁紧轮锁紧，测距检测臂水平导轨外伸端连接一个测距检测臂转向结，测距检测臂转向结内有一矩形导向孔，测距检测臂垂直导轨安装在矩形导向孔内，可上下滑动，以调整传感器相对接触轨受流面间的距离约为100mm，垂直导轨可由锁紧轮锁紧，光电感器直接安装在垂直导轨上。
[0018]本发明还提供了一种下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测系统，包括环形编码器、激光光电传感器、视觉传感器、测距传感器、上位机，通过信号采集、传输、存储、分析得出并显示检测结果。检测车运动时，编码器随发出位移脉冲，可编程序控制器实时读取编码其的位置信息传给上位机，记录检测车的运行距离或位置；激光光电传感器寻找到支架位置发出一个脉冲信号，触发视觉传感器拍摄支架图片信息，同时触发可编程序控制器读取支架位置信息，支架图片信息通过以太网传至上位机，支架位置信息通过可编程序控制器的A/D模块传至上位机，并一一对应地存入上位机历史数据库，同时视觉传感器对每张图片进行垂直度判断，当判断支架垂直度超过设定值±5°时视觉传感器发出一个ERROR信号给可编程序控制器，可编程序控制器读取此时编码器的位置信息，通过串行口传至上位机，上位机界面实时显示支架垂直度故障位置；测距传感器检测传感器安装位置到受流面的距离，可编程序控制器按跨距100mm扫描，连续读取3个测点的数据作为一组，3个测点的间距为100mm，检测数据以模拟量形式输入到可编程序控制器的A/D模块，并通过串行口全部存入上位机历史数据库，同时可编程序控制器对一组3个检测数据进行判断，当判断2个及以上测点的检测数据超过设定值±5mm时认定超差，超差信号传至上位机，上位机实时显示直线度超差位置。上位机检测软件可显示和打印故障列表，可查询历史数据，可根据历史数据进行支架和接触轨状态发展趋势分析。另外，可根据现场具体情况修改支架垂直度和受流面直线度允许误差的设定值。
[0019]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测车，其特征在于:包括护栏、底板、座椅、电器柜、可编程控制器、电源系统、直流电机调速装置、直流电机、前轮、后轮、编码器以及检测臂，所述护栏固定在所述底板上部周围，所述电器柜固定在所述底板上，所述座椅设置在所述电器柜的一侧，所述电器柜为三层结构，所述可编程控制器设置在所述电器柜的第二层，所述电源系统设置在所述电器柜的第三层，所述前轮为两个，两个前轮通过前轴设置在所述底板的下方，所述后轮为两个，两个后轮通过后轴设置在所述底板的下方；所述直流电机固定在所述底板上，所述直流电机由所述直流电机调速装置控制转动，所述直流电机通过三角皮带与皮带轮连接，所述皮带轮通过键连接在所述前轴或后轴上，所述编码器固定在所述底板上，所述编码器通过同步带与通过键连接在所述前轴或后轴上的同步带轮连接；所述检测臂包括平行固定在车辆底板上的视觉检测臂和测距检测臂，所述视觉检测臂包括视觉检测臂水平导轨、视觉检测臂垂直导轨锁紧轮、视觉检测臂垂直导轨、视觉检测臂转向结、视觉检测臂导向立柱、视觉检测臂水平导轨锁紧轮；所述测距检测臂包括测距检测臂垂直导轨、测距检测臂转向结、测距检测臂垂直导轨锁紧轮、测距检测臂水平导轨、测距检测臂导向立柱、测距检测臂水平导轨锁紧轮；所述视觉检测臂导向立柱固定在车辆底板上，所述视觉检测臂水平导轨插入到所述视觉检测臂导向立柱中并通过所述视觉检测臂水平导轨锁紧轮固定，所述视觉检测臂水平导轨的前端固定有所述视觉检测臂转向结，所述视觉检测臂垂直导轨通过视觉检测臂垂直导轨锁紧轮固定在所述视觉检测臂转向结垂直方向上，所述视觉检测臂垂直导轨上固定有视觉传感器以及激光光电传感器，所述激光光电传感器安装在视觉检测臂垂直导轨上的光电传感器导槽中；所述测距检测臂导向立柱与所述视觉检测臂导向立柱平行固定在车辆底板上，所述测距检测臂水平导轨插入到所述测距检测臂导向立柱中并通过所述测距检测臂水平导轨锁紧轮固定，所述测距检测臂水平导轨的前端固定有所述测距检测臂转向结，所述测距检测臂垂直导轨通过测距检测臂垂直导轨锁紧轮固定在所述测距检测臂转向结垂直方向上，所述测距检测臂垂直导轨上固定有测距传感器。
2.根据权利要求1所述的下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测车，其特征在于:所述测距检测臂导向立柱和视觉检测臂导向立柱分别为两个。
3.根据权利要求1所述的下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测车，其特征在于:所述车辆底板上还设有控制面板、电源指示灯、电源开关、刹车开关、调速旋钮、前进后退开关以及上位机。
4.根据权利要求1所述的下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测车，其特征在于:所述视觉传感器识别速度< 0.25s，水平和垂直方向几何形状分辨率< 0.5°，检测精度0.1°，测距传感器分辨率< 0.1mm。
5.一种下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测系统，其特征在于:包括检测系统以及用于为所述检测系统供电的电源系统，所述检测系统包括编码器、激光光电传感器、视觉传感器、上位机、测距传感器以及可编程控制器； 所述编码器固定在所述底板上，所述编码器通过同步带与通过键连接在所述前轴或后轴上的同步带轮连接，所述编码器与所述可编程控制器信号连接，用于向可编程控制器发出位移脉冲，可编程控制器实时读取编码其的位置信息并传给上位机，记录检测车的运行距离或位置； 所述视觉传感器和激光光电传感器固定在视觉检测臂上，所述激光光电传感器分别与所述视觉传感器和可编程控制器信号连接，所述激光光电传感器用于寻找支架的位置并向视觉传感器发出一个脉冲信号； 所述视觉传感器分别与所述上位机和可编程控制器连接，所述视觉传感器接收到所述激光光电传感器发出的脉冲信号后，视觉传感器拍摄支架垂直度形态的图片信息，同时触发可编程控制器读取此时所述编码器发出的该支架位置信息，支架垂直度形态的图片信息通过以太网传至上位机，支架的位置信息通过可编程控制器的A/D模块传至上位机，并一一对应地存入上位机历史数据库，同时视觉传感器对每张图片信息中的支架进行垂直度判断，当判断支架垂直度超过设定值±5°时视觉传感器发出一个ERROR信号给可编程控制器； 所述可编程控制器用于接收所述视觉传感器发出的ERROR信号，并读取此时编码器的位置信息，通过串行口传至上位机，上位机界面实时显示支架垂直度故障位置； 所述测距传感器固定在测距检测臂上，所述测距传感器用于检测传感器安装位置到受流面的距离，可编程控制器按跨距100mm扫描，连续读取3个测点的数据作为一组，3个测点的间距为100mm，检测数据以模拟量形式输入到可编程控制器的A/D模块，并通过串行口全部存入上位机历史数据库，同时可编程控制器对一组3个检测数据进行判断，当判断2个及以上测点的检测数据超过设定值±5mm时认定超差，超差信号传至上位机，上位机实时显示直线度超差位置； 所述上位机用于显示和打印故障列表、查询历史数据，根据历史数据进行支架和接触轨状态发展趋势分析，以及根据现场具体情况修改支架垂直度和受流面直线度允许误差的设定值。
6.根据权利要求5所述的下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测系统，其特征在于:还包括驱动系统，用于驱动车辆行驶，其包括直流电机以及用于调节直流电机转速的直流调速装置。
7.根据权利要求5或6所述的下接触式地铁接触轨轨道形态自动检测系统，其特征在于:所述电源系统包括主电源以及变压模块，主电源为48V电压，与直流调速装置连接；变压模块与所述主电源连接，将主电源转换成24V电压，用于为所述检测系统供电。
【文档编号】B61K9/08GK104482887SQ201410802744
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】钱逸秋, 李相泉, 汤晓华, 林建斌, 董国斌, 高海娟, 李国华 申请人:天津中德职业技术学院, 天津市威泰五金制品有限公司