[发明专利]钢轨轮廓检测方法及检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种钢轨轮廓检测方法及检测系统。

背景技术

铁路运输是我国运输事业的主要力量，它的发展直接制约着中国经济的发展。随着铁路事业的飞快发展，高速、重载列车运行量的增加，钢轨的磨损也越来越严重。钢轨磨损是钢轨质量参数中重要的一项。钢轨磨损造成钢轨轮廓尺寸变化，恶化了轮轨动力，加大列车运行过程中事故发生的可能性，减少钢轨和机车的使用寿命。铁路网的不断扩大和养护维修需求的增加对钢轨检测提出新的要求。

钢轨轮廓尺寸变化是影响钢轨寿命的主要原因。由于轮轨与钢轨长期接触，导致钢轨发生磨损，造成钢轨轮廓尺寸变化，减少了钢轨金属量，从而减少了钢轨使用寿命。钢轨轮廓尺寸变化，也严重影响机车运行中的平稳性、安全性，增加了轮轨动力，所以需要及时的对钢轨轮廓尺寸进行检测，保证列车的正常运行。钢轨轮廓尺寸检测可以检测出的钢轨的磨损以及钢轨肥边等问题，其检测结果决定着钢轨打磨的必要性以及打磨是否合格，对钢轨打磨有着重要的指导意义。

目前，国内外的钢轨轮廓的检测方法主要是接触式和非接触式，其中，接触式测量的测量精度较高，但操作繁琐，测量效率低，测量精度低，且接触式测量所采用的装置只能完成横断面或纵断面的一种测量。非接触式测量采用激光传感器和线性电机驱动同时测量钢轨横断面及纵断面，但现有的非接触式测量的装置测量前需要固定在钢轨上或者固定在车辆上，便携性较差，导致测量人员操作起来较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢轨轮廓检测方法及检测系统，以解决使用现有技术中的钢轨轮廓检测方法所存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种钢轨轮廓检测方法，所述钢轨轮廓检测方法包括如下步骤：

选择当前需要检测钢轨轮廓的种类；所述钢轨轮廓的种类包括钢轨横断面轮廓和/或钢轨纵断面轮廓；

根据当前需要检测钢轨轮廓的种类，使用三维扫描仪针对钢轨的不同位置进行扫描；

所述三维扫描仪获取当前扫描所述钢轨的位置的三维点云数字模型；

通过K-MEANS聚类算法获取所述三维点云数字模型中钢轨部分的扫描数据；

根据已获取的所述钢轨部分的扫描数据，进行计算，获得当前需要检测钢轨轮廓数据及测量分析报告。

可选的，在所述的钢轨轮廓检测方法中，所述测量分析报告为钢轨横断面轮廓测量分析报告和/或钢轨纵断面轮廓测量分析报告。

可选的，在所述的钢轨轮廓检测方法中，当选择检测钢轨横断面轮廓时，根据已获取的所述钢轨部分的扫描数据，获得所述钢轨横断面轮廓数据及测量分析报告的方法包括如下步骤：

根据所述钢轨部分的扫描数据，使用RANSAC平面拟合算法计算所述钢轨的轨底平面及轨腰平面；

根据所述轨底平面及所述轨腰平面计算出切割平面；所述切割平面垂直于所述轨底平面及所述轨腰平面；

使用所述切割平面切割所述钢轨的三维点云数据模型以获得所述钢轨的横断面轮廓图；

根据所述钢轨的横断面轮廓图与标准钢轨的横断面轮廓图对比，计算所述钢轨的横断面轮廓的评价参数，以生成所述钢轨的横断面轮廓测量分析报告。

可选的，在所述的钢轨轮廓检测方法中，所述横断面轮廓的评价参数包括所述横断面的磨耗量、磨耗面积及径向磨耗。

可选的，在所述的钢轨轮廓检测方法中，当选择检测钢轨纵断面轮廓时，根据已获取的所述钢轨部分的扫描数据，获得所述钢轨纵断面轮廓数据及测量分析报告的方法包括如下步骤：

根据所述钢轨部分的扫描数据，使用RANSAC平面拟合算法计算所述钢轨的轨头平面；

根据所述轨头平面获得纵向中线曲线；

对所述纵向中线曲线依次进行波长范围为10-30mm、30-100mm、100-300mm、300-1000mm的滤波；

根据每个波长范围滤波后的曲线，计算每个波长范围的不平顺数据及1/3倍频数据，以生成所述钢轨的纵断面轮廓测量分析报告。

可选的，在所述的钢轨轮廓检测方法中，所述根据当前需要检测钢轨轮廓的种类，使用三维扫描仪针对钢轨的不同位置进行扫描是指：

当选择检测钢轨横断面轮廓时，使用三维扫描仪扫描所述钢轨的轨头、轨腰及轨底；

当选择检测钢轨纵断面轮廓时，使用三维扫描仪扫描所述钢轨的轨头；

当选择检测钢轨横断面轮廓及钢轨纵断面轮廓时，使用三维扫描仪扫描所述钢轨的轨腰、轨底及轨头。