本發(fā)明涉及crtsⅲ型板式無砟軌道板檢測系統(tǒng)及方法，具體涉及一種基于ccd攝影測量技術(shù)的crtsⅲ型板式無砟軌道板檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前，具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的crtsⅲ型軌道板已經(jīng)在鐵路建設中獲得廣泛應用，crtsⅲ型軌道板采用預制成型，為了配合鐵路建設，crtsⅲ型軌道板的批量預制在各個環(huán)節(jié)上都需嚴格把關(guān)，僅在crtsⅲ型軌道板的外形檢測環(huán)節(jié)中，就有19項檢測項，除長寬厚等一般測量要素外，還有凸起度、歪斜度、坡度、夾角以及翹曲量等測量要素，且對預埋套管中心距、承軌臺的檢測判斷精度需達0.5mm。

crtsⅲ型軌道板長度為5600mm、寬度為2500mm、厚度為200mm，單片板重達8t，相較于一般的建筑構(gòu)件來說，體積和重量均較大。現(xiàn)有的軌道板外形測量過程一般為：以全站儀配合專用工裝、計算機去完成軌道板的外形檢測。目前這種檢測方法存在的主要缺陷在于：一是，需要人工手持測量工裝，并將工裝放入每個螺栓孔，且需要貼合嚴密。而每塊軌道板具有36個螺栓孔，在實際生產(chǎn)中，檢測一塊軌道板需要耗時30分鐘，由于每日生產(chǎn)量巨大，導致軌道板外形外觀檢測成為了一項費時費力的工作，不僅成本較高且人工手持測量工裝放入螺栓孔進行測量的效率較低。二是，測量工裝在加工過程中存在的誤差以及測量儀器自身的誤差難以消除，這就使整體測量精度難以滿足0.5mm的精度要求。三是，檢測過程的數(shù)據(jù)無法實時上傳，且不適用與軌道板新型流水線作業(yè)法。因此，發(fā)明一種crtsⅲ型板式無砟軌道板檢測方法勢在必行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種crtsⅲ型板式無砟軌道板檢測系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種crtsⅲ型板式無砟軌道板檢測系統(tǒng)，包括軌道板運輸車（10）、軌道板翻板機（20）、攝影測量系統(tǒng)（30），

所述的軌道板運輸車（10）包括運板小車（101）和軌道（102），運板小車上還設有與待檢crtsⅲ型軌道板（40）構(gòu)成支撐配合的千斤頂（103）；

所述的軌道板翻板機（20）包括翻板機架（201）、鎖緊裝置（202）、旋轉(zhuǎn)軸（203）、軸承支座（204）、安全銷（205）、固定卡（206）和翻板機控制柜（207）；翻板機架（201）通過固定在軌道（102）兩側(cè)的軸承支座（204）架設于軌道（102）上方，鎖緊裝置（202）用于固定軌道板（40）而設置于翻板機架（201）上，旋轉(zhuǎn)軸（203）用于軌道板翻板機（20）翻轉(zhuǎn)而設置于軸承支座（204）中部，用于固定卡（206）限位的安全銷（205）設置于軸承支座（204）下部，翻板機控制柜（207）的信號輸出端與翻板機架（201）的信號輸入端相連；

所述的攝影測量系統(tǒng)（30）包括機械測量臂（301）、機械臂行動臺架（302）、軌道板存放平臺（303）、掃描系統(tǒng)定標臺（304）、光柵掃描儀（305）、ccd雙攝像頭跟蹤器（306）、跟蹤器行動軌道（307）和pc控制柜臺（308）；機械測量臂（301）與機械臂行動臺架（302）活動連接，光柵掃描儀（305）與機械測量臂（301）固定連接，軌道板存放平臺（303）設置于軌道（102）的上方，掃描系統(tǒng)定標臺（304）設置于軌道板存放平臺（303）的一側(cè)，ccd雙攝像頭跟蹤器（306）通過跟蹤器行動軌道（307）設置于軌道板存放平臺（303）的一側(cè)實現(xiàn)與機械測量臂（301）的同步運動，pc控制柜臺（308）的信號輸出端分別與機械測量臂（301）、光柵掃描儀（305）、ccd雙攝像頭跟蹤器（306）的信號輸入端相連，pc控制柜臺（308）的信號輸入端分別與機械測量臂（301）、掃描系統(tǒng)定標臺（304）、光柵掃描儀（305）、ccd雙攝像頭跟蹤器（306）的信號輸出端相連。

優(yōu)選地，所述鎖緊裝置（202）包括前部鎖緊裝置（2021）、上部鎖緊裝置（2022）、后部鎖緊裝置（2023）中的至少一種；前部鎖緊裝置（2021）設置于翻板機架（201）的前部且與固定卡（209）活動連接，上部鎖緊裝置（2022）設置在翻板機架（201）上部，后部鎖緊裝置（2023）設置于靠近攝影測量系統(tǒng)（30）的翻板機架（201）后部；所述旋轉(zhuǎn)軸（203）的端部還設有旋轉(zhuǎn)軸接頭（2031）。

更進一步地，所述鎖緊裝置（202）上還設有橡膠墊；所述上部鎖緊裝置（2022）由一個圓柱形液壓主桿（2022-1）及兩個圓柱形液壓副桿（2022-2）組成。

優(yōu)選地，所述機械測量臂（301）是由機械臂第一關(guān)節(jié)（301-1）、機械臂第二關(guān)節(jié)（301-2）、機械臂第三關(guān)節(jié)（301-3）、機械臂第四關(guān)節(jié)（301-4）、機械臂足部（301-5）、機械臂運動裝置（301-6）組成；機械臂運動裝置（301-6）與機械臂行動臺架（302）的上部活動連接，機械臂足部（301-5）與機械臂行動臺架（302）的下部活動連接，機械臂足部（301-5）、機械臂第一關(guān)節(jié)（301-1）、機械臂第二關(guān)節(jié)（301-2）、機械臂第三關(guān)節(jié)（301-3）、機械臂第四關(guān)節(jié)（301-4）依次活動連接，光柵掃描儀（305）與機械臂第四關(guān)節(jié)（301-4）固定連接。

優(yōu)選地，所述機械臂行動臺架（302）由主結(jié)構(gòu)鋼架（302-1）和加強門型鋼架（302-2）組成，加強門型鋼架（302-2）用于穩(wěn)定主結(jié)構(gòu)鋼架（302-1）而與主結(jié)構(gòu)鋼架（302-1）固定連接，主結(jié)構(gòu)鋼架（302-1）上部設置牛腿（302-3），牛腿（302-3）上部與機械臂行走槽道（302-4）焊接；所述軌道板存放平臺（303）由多個矩形鋼柱（303-1）構(gòu)成，分布在運板小車軌道（102）兩旁；所述掃描系統(tǒng)定標臺（304）由一個矩形鋼柱（304-1）及焊接在鋼柱頂部的校準板（304-2）組成。

一種所述的crtsⅲ型板式無砟軌道板檢測方法，包括以下步驟：

s1、軌道板運輸：運板小車（101）上的千斤頂（103）將軌道板（40）頂起高度h在軌道（102）上前進，運板小車（101）駛過軌道板翻板機（20）時千斤頂（103）降下，使軌道板（40）落入軌道板翻板機（20），之后運板小車（101）在等待區(qū)進行等待；

s2、軌道板翻轉(zhuǎn)：待運板小車（101）駛到等待區(qū)后，鎖緊裝置（202）使軌道板（40）鎖緊在翻板機架（201）上，整個軌道板翻板機（20）形成閉合結(jié)構(gòu)，打開固定卡（206）上的限位安全銷（205），旋轉(zhuǎn)軸（203）同步沿順時針方向轉(zhuǎn)動90°，此時軌道板（40）為豎直狀態(tài)，待平穩(wěn)后，旋轉(zhuǎn)軸（203）再次同步沿順時針方向轉(zhuǎn)動90°，此時軌道板承軌臺部位朝上，即完成翻板工作；打開鎖緊裝置（202），運板小車（101）駛回軌道板翻板機（20）下部，千斤頂（103）升起將軌道板托起后運送至軌道板檢測區(qū)的軌道板存放平臺（303）上；運板小車（101）返回，旋轉(zhuǎn)軸（203）沿順時針轉(zhuǎn)動180°，回到初始狀態(tài)；

s3、系統(tǒng)調(diào)試：將掃描設備連接，光柵掃描儀（305）通過掃描系統(tǒng)定標臺（304）定標，再將機械測量臂（301）與ccd雙攝像頭跟蹤器（306）協(xié)同測試；

s4、軌道板攝影成像：分別定義機械臂第一關(guān)節(jié)（301-1）、機械臂第二關(guān)節(jié)（301-2）、機械臂第三關(guān)節(jié)（301-3）、機械臂第四關(guān)節(jié)（301-4）、機械臂足部（301-5）的坐標，機械臂第四關(guān)節(jié)（301-4）持有光柵掃描儀（305）的機械測量臂（301）沿預先設定的路徑分別對軌道板（40）的側(cè)面和承軌臺表面進行掃描，同時ccd雙攝像頭跟蹤器（306）實時捕捉機械臂第四關(guān)節(jié)（301-4），二者的掃描結(jié)果均傳入pc控制柜臺（308），借助于特定軟件成像，根據(jù)獲得的成像檢測軌道板（40）是否具有缺陷。

優(yōu)選地，步驟s3所述的光柵掃描儀（305）定標，具體操作是：首先進入pc控制臺（308）中的軟件掃描校準系統(tǒng)，移動機械測量臂（301）至掃描系統(tǒng)定標臺（304）頂部5~15cm處，對掃描系統(tǒng)定標臺（304）頂部的校準板（304-2）上的42個白色區(qū)域進行掃描，直到實際影像和軟件掃描校準系統(tǒng)中的理論影像重合，然后單擊“優(yōu)化”按鈕，光柵掃描儀定標即完成。

優(yōu)選地，步驟s3所述的機械測量臂（301）與ccd雙攝像頭跟蹤器（306）協(xié)同測試，具體操作是：機械測量臂（301）通過機械臂足部（301-5）和機械臂運動裝置（301-6）與機械臂行動臺架（302）活動連接，pc控制臺（308）實時更新機械測量臂（301）的行動姿態(tài)，并將信號反饋給ccd雙攝像頭跟蹤器（306），使ccd雙攝像頭跟蹤器（306）與機械測量臂（301）協(xié)同運動，步調(diào)一致。

優(yōu)選地，步驟s4所述預先設定的路徑包括：

s41、分別沿路徑ba、ac、cd、db所在的平面進行軌道板側(cè)面掃描；

s42、分別沿路徑pj→pr、pi→pa在軌道板（40）承軌臺部位進行光柵掃描。

優(yōu)選地，步驟s4所述機械臂坐標的定義包括：在機械測量臂（301）移動至足部建立世界坐標worldx=0、worldy=0、worldz=0，在機械臂第一關(guān)節(jié)（301-1）建立相對坐標x1=0、y1、z1；在機械臂第二關(guān)節(jié)（301-2）建立相對坐標x2、y2、z2；在機械臂第三關(guān)節(jié)（301-3）建立x3、y3、z3=0；在機械臂第四關(guān)節(jié)（301-4）建立x4、y4=0、z4=0。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明采用機械測量臂、攝影測量系統(tǒng)，在流程上能與前后工序緊密銜接，單塊軌道板的檢測時間為3分鐘，測量精度能達到0.025mm。在測量時間、測量精度上均較傳統(tǒng)方法提升10余倍，極大的節(jié)約人工成本，為crtsⅲ型板式無砟軌道板的預制提供了質(zhì)量保障。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種crtsiii型板式無砟軌道板檢測系統(tǒng)示意圖。

圖2是本發(fā)明中運板小車工作示意圖。

圖3是本發(fā)明中軌道板翻板機前部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明中軌道板翻板機后部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明中軌道板翻板機工作示意圖。

圖6是本發(fā)明中攝影測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明中軌道板ba路徑測量工作示意圖。

圖8是本發(fā)明中軌道板ac路徑測量工作示意圖。

圖9是本發(fā)明中軌道板cd路徑測量工作示意圖。

圖10是本發(fā)明中軌道板da路徑測量工作示意圖。

圖11是本發(fā)明中軌道板承軌臺部位測量工作示意圖。

圖12是本發(fā)明中軌道板承軌臺測量路徑示意圖。

圖13是本發(fā)明中機械測量臂關(guān)節(jié)坐標軸定義示意圖。

圖14是本發(fā)明中測量步驟示意圖。

附圖標記：

10，軌道板運輸車；101，運板小車；102，軌道；103，千斤頂；

20，軌道板翻板機；201，翻板機架；202，鎖緊裝置；2021，前部鎖緊裝置；2022，上部鎖緊裝置；2022-1，液壓主桿；2022-2，液壓副桿；2023，后部鎖緊裝置；203，旋轉(zhuǎn)軸；2031，旋轉(zhuǎn)軸接頭；204，軸承支座；205，安全銷；206，固定卡；207，翻板機控制柜；

30，攝影測量系統(tǒng)；301，機械測量臂；301-1，機械臂第一關(guān)節(jié)；301-2，機械臂第二關(guān)節(jié)；301-3，機械臂第三關(guān)節(jié)；301-4，機械臂第四關(guān)節(jié)；301-5，機械臂足部；301-6，機械臂運動裝置；302，機械臂行動臺架；302-1，主結(jié)構(gòu)鋼架；302-2，加強門型鋼架；302-3，牛腿；302-4，機械臂行走槽道；303，軌道板存放平臺；304，掃描系統(tǒng)定標臺；304-1，矩形鋼柱；304-2，校準板；305，光柵掃描儀；306，ccd雙攝像頭跟蹤器；307，跟蹤器行動軌道；308，pc控制臺；

40，軌道板。

具體實施方式

為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步描述，以下實施例僅是對本發(fā)明進行說明而非對其加以限定。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

如圖1~6所示，一種基于攝影測量的crtsiii型板式無砟軌道板檢測系統(tǒng)，包括軌道板運輸車10、軌道板翻板機20、攝影測量系統(tǒng)30。

所述的軌道板運輸車10包括運板小車101和軌道102，運板小車101上還設有與待檢crtsⅲ型軌道板40構(gòu)成支撐配合的千斤頂103。

所述的軌道板翻板機20包括翻板機架201、鎖緊裝置202、旋轉(zhuǎn)軸203、軸承支座204、安全銷205、固定卡206和翻板機控制柜207；翻板機架201通過固定在軌道102兩側(cè)的軸承支座204架設于軌道102上方，鎖緊裝置202用于固定軌道板40而設置于翻板機架201上，旋轉(zhuǎn)軸203用于軌道板翻板機20翻轉(zhuǎn)而設置于軸承支座204中部，用于固定卡206限位的安全銷205設置于軸承支座204下部，安全銷205采用液壓推動，當軌道板翻板機20不運動時，安全銷205向固定卡206中預留的孔洞推進，即完成軌道板翻板機20的固定，確保安全。翻板機控制柜207的信號輸出端與翻板機架201的信號輸入端相連。優(yōu)選地，鎖緊裝置202上還設有橡膠墊，可防止推進時軌道板損傷；且鎖緊裝置202包括一對前部鎖緊裝置2021、六個上部鎖緊裝置2022和三個后部鎖緊裝置2023；前部鎖緊裝置2021設置于翻板機架201的前部且與固定卡209活動連接；上部鎖緊裝置2022由一個圓柱形液壓主桿2022-1及兩個圓柱形液壓副桿2022-2組成，設置在翻板機架201上部；后部鎖緊裝置2023為長方體液壓桿，設置于靠近攝影測量系統(tǒng)30的翻板機架201后部，當軌道板40翻轉(zhuǎn)為豎直狀態(tài)時，由于軌道板自重為10t，容易造成翻板機架201變形，此時后部鎖緊裝置2023推進，抵消由于軌道板重力引起的翻板機架變形；旋轉(zhuǎn)軸203的端部還設有旋轉(zhuǎn)軸接頭2031，當機械故障時，可以使用人工翻轉(zhuǎn)。

所述的攝影測量系統(tǒng)30包括機械測量臂301、機械臂行動臺架302、軌道板存放平臺303、掃描系統(tǒng)定標臺304、光柵掃描儀305、ccd雙攝像頭跟蹤器306、跟蹤器行動軌道307和pc控制柜臺308；機械測量臂301與機械臂行動臺架302活動連接，光柵掃描儀305與機械測量臂301固定連接，軌道板存放平臺303設置于軌道102的上方，掃描系統(tǒng)定標臺304設置于軌道板存放平臺303的一側(cè)，ccd雙攝像頭跟蹤器306通過跟蹤器行動軌道307設置于軌道板存放平臺303的一側(cè)實現(xiàn)與機械測量臂301的同步運動，pc控制柜臺308的信號輸出端分別與機械測量臂301、光柵掃描儀305、ccd雙攝像頭跟蹤器306的信號輸入端相連，pc控制柜臺308的信號輸入端分別與機械測量臂301、掃描系統(tǒng)定標臺304、光柵掃描儀305、ccd雙攝像頭跟蹤器306的信號輸出端相連。軌道板存放平臺303后側(cè)安裝門型結(jié)構(gòu)的機械臂行動臺架302，機械臂行動臺架302是由1個主結(jié)構(gòu)鋼架302-1、2個加強門型鋼架302-2組成，主結(jié)構(gòu)鋼架302-1上部設置2處牛腿302-3，牛腿302-3上部與機械臂行走槽道302-4進行焊接。機械測量臂301采用kuka可編程機器人，由機械臂第一關(guān)節(jié)301-1、機械臂第二關(guān)節(jié)301-2、機械臂第三關(guān)節(jié)301-3、機械臂第四關(guān)節(jié)301-4、機械臂足部301-5、機械臂運動裝置301-6依次活動連接組成；機械臂第四關(guān)節(jié)301-4手持光柵掃描儀305，pc控制臺309進行控制。軌道板存放平臺303由四個矩形鋼柱303-1構(gòu)成，分布在運板小車軌道102兩旁。掃描系統(tǒng)定標臺304安裝在軌道板存放平臺303左側(cè)，它是由一個矩形鋼柱304-1及焊接在鋼柱頂部的校準板304-2組成。ccd雙攝像頭跟蹤器306與跟蹤器行動軌道307安裝在軌道板存放平臺303右側(cè)。

機械測量臂301、光柵掃描儀305、ccd雙攝像頭跟蹤器306均采用無線信號與pc控制臺308進行聯(lián)動。

檢測方法：

如圖7~14所示，一種所述的crtsⅲ型板式無砟軌道板檢測方法，包括以下步驟：

s1、軌道板運輸：運板小車101上的千斤頂103將軌道板40頂起高度h在軌道102上前進，運板小車101靠近軌道板翻板機20時，前部鎖緊裝置2021從固定卡206處打開，當軌道板40接觸到翻板機后部鎖緊裝置2023時千斤頂103降下，使軌道板40落入軌道板翻板機20內(nèi)，之后運板小車101在等待區(qū)進行等待。

s2、軌道板翻轉(zhuǎn)：待運板小車101駛到等待區(qū)后，前部鎖緊裝置2021鎖緊在固定卡206上，上部鎖緊裝置2022液壓系統(tǒng)啟動，液壓主桿2022-1提供6kn的力值、每個液壓副桿2022-2提供3kn的力值，向軌道板40上部推動，使軌道板40上部鎖緊，整個軌道板翻板機20形成閉合結(jié)構(gòu)。打開固定卡206上的限位安全銷205，軸承支座204上的兩個旋轉(zhuǎn)軸203同步沿順時針方向轉(zhuǎn)動90°，此時軌道板40為豎直狀態(tài)，推進后部鎖緊裝置2023，抵消由于軌道板重力引起的翻板機架變形。待平穩(wěn)后，旋轉(zhuǎn)軸203再次同步沿順時針方向轉(zhuǎn)動90°，此時軌道板承軌臺部位朝上，即完成翻板工作。打開鎖緊裝置202，運板小車101駛回軌道板翻板機20下部，千斤頂103升起將軌道板托起后運送至軌道板檢測區(qū)的軌道板存放平臺303上；運板小車101返回，旋轉(zhuǎn)軸203沿順時針轉(zhuǎn)動180°，回到初始狀態(tài)。

s3、系統(tǒng)調(diào)試：將掃描設備連接，光柵掃描儀305通過掃描系統(tǒng)定標臺304定標，再將機械測量臂301與ccd雙攝像頭跟蹤器306協(xié)同測試。

s31、掃描設備連接：將pc控制臺308連接好電源。將pcmcia高速數(shù)據(jù)通訊卡插入到pc控制臺308的pcmcia槽中。將數(shù)據(jù)通訊電纜的梯形數(shù)據(jù)接口插入到pcmcia高速數(shù)據(jù)通訊卡上。將電源適配器的插頭連接至電源。將電源適配器的接口與數(shù)據(jù)通訊電纜的圓形接口相連。將數(shù)據(jù)通訊電纜另一側(cè)的彎形插頭插入到掃描頭的梯形接口。

s32、光柵掃描儀定標：首先進入pc控制臺308中的vxelements軟件的掃描校準系統(tǒng)，移動機械測量臂301至掃描系統(tǒng)定標臺頂304部大約10cm處，對掃描系統(tǒng)定標臺304頂部的校準板304-1上的42個白色區(qū)域進行掃描，直到實際影像和vxelements系統(tǒng)中的理論影像重合，然后單擊“優(yōu)化”按鈕，光柵掃描儀定標即完成。

s33、機械測量臂301與ccd雙攝像頭跟蹤器306協(xié)同測試：機械臂足部301-5固定在機械臂行動臺架302上，與機械臂運動裝置301-6相連，pc控制臺308實時更新機械臂的行動姿態(tài)，并將信號后反饋給ccd雙攝像頭跟蹤器306，使ccd雙攝像頭跟蹤器306與機械測量臂301協(xié)同運動，步調(diào)一致。

s4、軌道板攝影成像：分別定義機械臂第一關(guān)節(jié)301-1、機械臂第二關(guān)節(jié)301-2、機械臂第三關(guān)節(jié)301-3、機械臂第四關(guān)節(jié)301-4、機械臂足部301-5的坐標：在機械測量臂301移動至足部建立世界坐標worldx=0、worldy=0、worldz=0，在機械臂第一關(guān)節(jié)301-1建立相對坐標x1=0、y1、z1；在機械臂第二關(guān)節(jié)301-2建立相對坐標x2、y2、z2；在機械臂第三關(guān)節(jié)301-3建立x3、y3、z3=0；在機械臂第四關(guān)節(jié)301-4建立x4、y4=0、z4=0。機械臂第四關(guān)節(jié)301-4持有光柵掃描儀305的機械測量臂301沿預先設定的路徑分別對軌道板40的側(cè)面和承軌臺表面進行掃描，同時ccd雙攝像頭跟蹤器306實時捕捉機械臂第四關(guān)節(jié)301-4，二者的掃描結(jié)果均傳入pc控制柜臺308，借助于特定軟件成像，根據(jù)獲得的成像檢測軌道板40是否具有缺陷。

步驟s4所述預先設定的路徑包括：

s41、分別沿路徑ba、ac、cd、db所在的平面進行軌道板側(cè)面掃描；

s42、分別沿路徑pj→pr、pi→pa在軌道板（40）承軌臺部位進行光柵掃描。

以上所述實施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。