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對鐵軌偏移進行成像和測量的系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:9308414閱讀:500來源:國知局
對鐵軌偏移進行成像和測量的系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】對鐵軌偏移進行成像和測量的系統(tǒng)
相關申請的交叉引用
[0001]本申請要求2012年12月4日提交的名稱為“System for Imaging and MeasuringRail Deflect1n(對鐵軌偏移進行成像和測量的系統(tǒng))”的美國臨時申請61/733,287號的優(yōu)先權,通過引用以其整體并入本文。
聯(lián)邦政府資助的研究或開發(fā)
[0002]本發(fā)明是在名稱為“Measurement of Vertical Track Deflect1n:Testing, Demonstrat1n&Implementat1n(垂直軌道偏移的測量:測試、證實和執(zhí)行)”的FRA資助FR-RRD-0026-11-01-00下在政府支持下進行的。政府在本發(fā)明中具有某些權利。
技術領域
[0003]本公開一般地涉及分析結構中的偏移。更具體而言,本公開涉及對結構例如鐵路鐵軌中的偏移進行成像和測量的設備、系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0004]客運和貨運鐵路交通的經濟限制正在驅使鐵路工業(yè)向更高速度車輛和更高車軸負荷發(fā)展?,F(xiàn)代貨運列車的重車軸負荷和高速度產生了高軌道應力,導致軌道狀態(tài)更快劣化。結果,對更好地維護軌道的需求也在增長。因此需要快速和可靠的方法來識別需要維護的軌道并確定其優(yōu)先次序,以最小化延遲、避免脫軌和減少維護費用。
[0005]鐵路軌道的狀態(tài)和性能取決于許多不同參數(shù)。可能影響軌道質量的一些因素是軌道模量、鐵軌內部缺陷、輪廓、橫向水平(cross-level)、軌距(gage)和軌距約束。監(jiān)測這些參數(shù)的一個或多個可以通過識別產生不良車輛性能或脫軌可能性的軌道位置來提高列車安全操作。通過關注在其中維護至關重要的活動以及通過選擇更有效的維護和修復方法,軌道監(jiān)測也提供用于優(yōu)化軌道維護活動的信息。
[0006]軌道模量是一個重要因素,其影響軌道性能和維護要求。軌道模量通常定義為鐵軌偏移與鐵軌底部和軌道地基之間的垂直接觸壓力之間的比例系數(shù)。在一些情況下,軌道模量可表示為每單位鐵軌偏移的每單位鐵軌長度的支撐力。軌道模量是代表鐵軌下方所有軌道組件的影響的單一參數(shù)。這些組件包括路基、道渣、子道渣、枕木和枕木緊固件。鐵軌以及支撐鐵軌的軌道組件的垂直偏移特性都可能影響軌道模量。例如,諸如路基彈性模量、路基厚度、道渣層厚度和緊固件剛性等因素都可影響軌道模量。
[0007]軌道形狀和結構完整性的變化在鐵軌工業(yè)中提出了障礙:低軌道模量和軌道模量的大變化都是不期望的。低軌道模量可引起差異沉降(differential settlement),維護需求隨后增加。軌道模量的大變化,例如在橋梁和道口附近經常遇到的那些,也可能增加動態(tài)負荷。增加的動態(tài)負荷縮短了軌道組件的壽命,導致維護周期更短。在平交(即道路)道口處軌道模量變化的減小可帶來更好的軌道性能和更少的軌道維護。也已經提出,具有高且均勻的模量的軌道會允許更高的列車速度并因此提高性能和收入。如垂直加速度指示的駕駛質量也強烈依賴于軌道模量。
[0008]除了軌道模量之外,軌道缺陷引起鐵軌幾何形狀的變化也可能影響軌道性能。模量和幾何形狀之間的關系是復雜的。在一些情況下,幾何形狀變化的區(qū)域通常與模量變化區(qū)域相關,反之亦然。
[0009]最后,軌道偏移也是重要的。軌道偏移與施加的負荷相關,并且軌道模量(和剛度)也是重要因素。偏移被定義為施加的負荷與軌道剛度之比。更一般地,它可被定義為鐵軌的單個點從未負荷到滿負荷狀態(tài)的垂直位移。

【發(fā)明內容】

[0010]本公開一般地涉及對結構例如鐵路鐵軌中的偏移進行成像和測量。用于對沿著鐵路軌道的幾何變化進行成像的示例性視覺系統(tǒng)包括至少一個成像攝像機,其適用于連接到位于鐵軌上的移動的軌道車輛。該成像攝像機配置用于在車輛沿鐵軌移動過程中產生鐵軌的形狀(或形狀的近似)的圖像;以及包括圖像處理器的評估單元配置用于分析來自成像攝像機的圖像。
[0011]在描述的示例性方法中,各種實施方式包括測量系統(tǒng),其用于測定幾何關系以識別軌道車輛車輪下方鐵軌的形狀。這些形狀然后可用于得出關于偏移、模量、鐵軌曲率、剛度和/或其他與軌道質量有關的參數(shù)的結論,以便更好地提供結構完整性的分析。
[0012]分析鐵路軌道鐵軌的幾何形狀的第一種示例性方法包括從連接至移動的軌道車輛的至少一個成像攝像機獲得多個圖像;探測在每個獲得的圖像中的鐵軌的位置;識別和測量在每個圖像中鐵軌的位置或形狀從鐵軌的預期位置或形狀的變化;以及測定在沿鐵軌的多個不同位置處的垂直軌道偏移數(shù)據(jù)。這可包括使用結構化的光,例如線激光。
[0013]也提供第二種實施例,用于具有不同懸掛系統(tǒng)或設備的不同類型軌道車輛。在這種類型的軌道車輛中,車輪(即車軸)具有在軌道車輛側框架和車輪之間的懸掛系統(tǒng)或設備(例如彈簧和/或阻尼器(damper))。這有時在客運軌道車輛或機車中可以看到。在該實施例中,單獨的測量傳感器用于識別車輪(和/或車軸)相對于側框架或彼此的位置。然后,也可以測量相對于側框架的鐵軌位置,以給出對鐵軌形狀的理解。
[0014]雖然公開了多種實施方式,但是從下面的【具體實施方式】,其他實施方式對于本領域普通技術人員將變得明顯,【具體實施方式】顯示和描述本發(fā)明的說明性實施方式。因此,附圖和【具體實施方式】在本質上應被視為說明性的而非限制性的。
【附圖說明】
[0015]圖1是用于對結構中的偏移進行成像和測量的系統(tǒng)的某一實施方式的側視圖;
[0016]圖2是用于對結構中的偏移進行成像和測量的說明性視覺系統(tǒng)的透視圖;
[0017]圖3是另一透視圖,顯示用于對沿鐵路鐵軌的垂直偏移進行成像和測量的系統(tǒng)的說明性實現(xiàn)方式;
[0018]圖4是另一透視圖,顯示用于對沿鐵路鐵軌的垂直偏移進行成像和測量的系統(tǒng)的另一說明性實現(xiàn)方式;
[0019]圖5是示意圖,顯示相對參照平面的示例性激光線,其用于對鐵軌的幾何形狀進行成像和測量;
[0020]圖6是示意圖,顯示在軌道車輛上的視覺系統(tǒng)的示例性實施方式,顯示了側框架;
[0021]圖7是示意圖,顯示在軌道車輛上的視覺系統(tǒng)的示例性實施方式,顯示了側框架參考系;
[0022]圖8是不意圖,顯不側框架參考系的進一步說明性實施例;
[0023]圖9是示意圖,顯示根據(jù)一個實施方式的側框架參考系的又一個說明性實施例;
[0024]圖10是示意圖,顯示根據(jù)一個實施方式的側框架參考系替代方式的又一個說明性實施例;
[0025]圖11是示意圖,顯示側框架參考系在空間中的示例性實施方式,其中沒有軌道車輛;和
[0026]圖12是示意圖,顯示側框架參考系在空間中的示例性實施方式,其中沒有軌道車輛。
[0027]雖然本文公開和考慮的各個實施方式可以進行各種修改和替代形式,但是【具體實施方式】通過在附圖中的實施例顯示并且在下面進行詳細描述。然而,意圖不是限制本公開為描述的【具體實施方式】。相反,各個實施方式意欲覆蓋落入所附權利要求限定的這些實施方式的范圍中的所有改型、等同型和替代型。
【具體實施方式】
[0028]本公開描述對結構例如鐵路鐵軌中的偏移進行成像和測量的設備、系統(tǒng)和方法。在一些實施方式中,例如,該設備、系統(tǒng)和方法可用于探測鐵軌的幾何變化,這種幾何變化可影響鐵軌的垂直軌道模量和/或其他特性的計算。雖然各種實施方式在對鐵路鐵軌中的鐵軌偏移進行成像和測量的情形中進行描述,但是本文所述的設備、系統(tǒng)和方法可用于對其他類型的承受靜態(tài)和/或動態(tài)負荷的結構中的偏移進行
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