[发明专利]一种采用激光修补钢轨的方法

权利要求书

1.一种采用激光修补钢轨的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、设定钢轨高度方向为Y轴、钢轨宽度方向为X轴、钢轨长度方向为Z轴；

步骤二、通过CCD相机对轨道进行扫描，采集X、Y两个方向的数值；

步骤三、将步骤二中CCD相机采集到的Y方向的数值在计算机中与标准钢轨表面的高度进行对比，若差值≥1mm，则判定该点(X，Y)为需要修补的破损处，执行步骤四；若差值＜1mm，则判定该点(X，Y)不需要修补，返回步骤二；

步骤四、以标准钢轨表面的高度记为Y＝0，Y方向高度差为真实高度差的负值，通过CCD相机沿Z方向周期为2mm记录一次X、Y两个方向的数值，据此在计算机中建立立体坐标，立体坐标中X方向记录缺陷的位置，Y方向记录缺陷的高度差；

步骤五、补粉系统(1)根据步骤四中构建的立体坐标，在伺服电机的带动下采用方波式运动对破损处进行精确添粉；

步骤六、利用半导体激光器模块(2)通过激光头(3)对步骤五中添粉后的破损处照射，使金属粉末与钢轨冶金结合；通过伺服电机控制激光头(3)在照射过程中以方波形式运动，进而使激光头(3)输出的光斑为矩形光斑；

步骤七、通过打磨机对步骤六中钢轨的冶金修补处进行打磨、抛光，完成对钢轨的修补。

2.根据权利要求1所述采用激光修补钢轨的方法，其特征在于，在步骤一之前需要对钢轨进行清洗，步骤如下：

步骤A、通过高压喷雾器将液体经高压喷头以不低于1MPa的压力直接对钢轨进行冲洗，并残留下一层液膜；

步骤B、通过半导体激光器模块(2)照射轨道使步骤A中的液膜气化，半导体激光器模块(2)输出的光斑为矩形光斑；

步骤C、通过鼓风机将步骤B中气化后的液膜吹离钢轨表面，完成钢轨的清洗。

3.根据权利要求1所述采用激光修补钢轨的方法，其特征在于，所述半导体激光器模块(2)包括半导体激光器(21)、准直透镜(22)和准直变焦元件(23)，半导体激光器(21)发出的激光经准直透镜(22)准直，然后经准直变焦元件(23)聚焦形成矩形光斑，准直变焦元件(23)对X方向变焦，其变焦倍数＞5，在X方向的最大尺寸和钢轨宽度相等。

4.根据权利要求3所述采用激光修补钢轨的方法，其特征在于，所述半导体激光器(21)的转换效率≥40％，照射在钢轨表面的激光功率密度为10⁴W/cm²～10⁶W/cm²，激光器的工作方式为脉冲或连续。

5.根据权利要求1所述采用激光修补钢轨的方法，其特征在于，所述CCD相机摄取范围Z方向＞200mm，X方向＞钢轨宽度，频率＞20H_Z。

6.根据权利要求1所述采用激光修补钢轨的方法，其特征在于，所述激光头(3)Z方向的一侧沿X方向开有横槽，补粉系统(1)的送粉管(14)通过横槽在X方向移动，其最大移动范围与钢轨表面的宽度相等。

7.根据权利要求1所述采用激光修补钢轨的方法，其特征在于，所述修补中用的粉末包括钢轨的基本材料组分和有助于增强钢轨表面特性的粉末。

8.根据权利要求7所述采用激光修补钢轨的方法，其特征在于，所述钢轨的基本材料组分为碳、锰、硅、硫和磷，所述有助于增强钢轨表面特性的粉末为铟、铬、镍、钼、钒、钛或铜。