[发明专利]一种采用激光修补钢轨的方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术在现代轨道交通系统中的应用，该钢轨包括铁路、地铁、轻轨等交通系统中的钢轨。 

背景技术

随着人类社会的进步，人口流动和货物运送量的日益增加，致使交通运输的压力也越来越重。轨道交通因其出货量大和运送速度快等优点，已成为了交通运输中的主力军。轨道交通主要包括铁路、地铁和轻轨等有轨机车，它在中国乃至全世界有很大的发展。 

目前世界铁路约137万公里，超过60％是标准轨距(维基)：中国8.6万公里(铁道部2009年底数据)，美国22.6万公里(CIA2007年)，日本2.7万公里(日本铁道)，印度6.3万公里(印度铁道部2009年)，欧盟23.7万公里(欧盟网站)，俄罗斯8.6万公里(俄罗斯铁道部)。从上述数据可看出铁路运输在世界各个国家具有很广阔的分布，我国未来几年在铁路建设上也有新的发展。在地铁建设方面，我国各城市地铁建设规划，2010年地铁建设达480公里，2011～15年达2411公里，2016～20达3053公里，2011～2015年地铁新增线路长度复合增速为21％，2010～15年地铁建设投资规划额将达11568亿元，2011～2015年的预计投资额是2010年的5.93倍。在轻轨方面也同样有大的发展。由以上数据可看出轨道交通在我国未来的规划蓝图是非常宏伟的。 

钢轨是轨道的重要组成部件，它与轨枕、道床(含路基)组成一个完整的铁道路线，支承及引导机车车头和车厢的车轮，使机车安全运行。铁路上使用的钢轨承受着列车重量的巨大压力，以及冲击、弯曲、温度变化产生的应力，因此需要使用经热处理后具有综合性能良好的钢材。铁路钢轨对钢的要求比一般性应用更为严格。例如，一个小瑕疵，在建筑物使用的钢筋内出现可能不会产生任何问题，但发生在铁路钢轨上则随时会导致路轨断裂而引发列车出轨，导致不堪设想的后果。运行表面和火车轮之间的摩擦是引起钢轨磨损的主要原因，并在小弯道，坡道和速度急剧变化时尤为严重。钢轨在长年累月的使用中， 受到运行机车的挤压，钢轨本身会产生很大的磨损，易损坏；同时由于暴露在风霜雨雪中，很容易被侵蚀，同时钢轨上面污质容易积累，轨道发生变形等，诸如表面波纹和变形等钢轨磨损加剧了钢轨的损坏，影响了乘客舒适感，增大了震动和噪音，这就为轨道交通的安全造成很大的隐患，因此对钢轨本身的维护和修理就变得很必要。 

钢轨的种类及强度以kg/m表示。每米越重的钢轨所能承受的重量亦越大。现在欧洲的铁路常见的钢轨有以下多种重量：40kg/m、50kg/m、60kg/m，中国则有：50kg/m、60kg/m、75kg/m，主要线路使用的是60kg/m或75kg/m的钢轨。一般的有缝焊接的钢轨一段大约为20m左右，而无缝焊接的钢轨可能达到上百公里。由上面的重量和钢轨长度可知，先不考虑对交通秩序的影响，单从运输的方面来说，更换一根主要线路的钢轨就是非常困难的事。直接在铁路上对钢轨进行修理，除了在成本上占据优势，省时省力，不影响交通也是非常重要的。 

发明内容

为了解决钢轨及时可靠的修补问题，本发明提出了一种采用激光修补钢轨的方法。 

本方法通过如下步骤实现： 

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通过激光头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；激光头在照射过程中通过伺服电机的带动以方波形式运动，激光头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。