專利名稱：軌道板精調測量系統及其調整測量方法
技術領域：
本發明涉及一種在高速鐵路修建時安裝軌道板的精確測量定位設備，特別是涉及一種高速鐵路軌道板精密調整系統及其調整測量方法。
背景技術：
能承載列車時速超過每小時300公里的鐵路被稱為高速鐵路，包括城際軌道交通、客運專線、客貨混運線路和貨運專線等等。傳統的有碴軌道承載能力和平順度均無法保證高速列車的安全行駛。板式無碴軌道是一種較少維修的軌道結構，它利用成型的組合材料代替道碴，將輪軌力分布并傳遞到路基基礎上。板式無碴軌道一般由基礎防凍層、支承層、防排水系統、軌道板、軌道扣件系統、軌道以及其他附屬設施共同構成。作為板式無碴軌道重要組成部份的軌道板，替代普通鐵路的道碴和軌枕，通過扣件系統直接安放鋼軌，其鋪設的精度將直接影響軌道最終的平順性。為滿足高速列車運行時對軌道幾何尺寸的特殊要求，在安裝軌道板時必須進行精確定位，安裝定位的最終精度與所設計的理論值偏差要求在亞毫米級的精度范圍內。
現有的測量定位方法是使用高精度的測量機器人，人工將需要測量的坐標輸入到儀器內，為了提高測量精度，還需要在鐵路兩旁的控制點上修建水泥觀測墩來放置測量機器人進行對中整平，即便如此，測量機器人的高度仍不是一個定值，因為測量機器人在每次測量之前都需要靠自身基座的三個調整螺旋進行整平，每搬動一次測量機器人，其整平后的高度都很難保持一致。另外，目前測量用的棱鏡是使用木質腳架將其架設在需要被測量的點上，再使用鋼卷尺量取棱鏡的高度，對中精度和棱鏡的高度都難以得到精確的值，而且每一個環節都需要人工進行干預，不但增加出錯幾率，生產效率也十分低下。因此，現有的測量定位設備和方法根本無法滿足這樣的高精度要求。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種軌道板精密調整測量系統，該系統能對高速鐵路軌道板進行高精度的安裝定位。
本發明還要提供一種上述系統的調整測量方法。
本發明解決技術問題所采用的技術方案是軌道板精調測量系統，包括測量機器人，還包括測量控制裝置、調整量顯示終端、精密微型棱鏡、精密測量標架和精密對中三腳架組成，其中，測量控制裝置包括工控機、與工控機相連的數傳電臺、與測量機器人相連的數傳電臺；調整量顯示終端與工控機相連；精密微型棱鏡放置在精密測量標架上。
本發明的有益效果是本發明不需要采用人工測量，測量機器人的高度是定值，因此能進行高精度的測量安裝定位，特別適用于高速鐵路的板式無碴軌道的精調作業，具有極好的市場前景。


圖1是本發明的組成框圖。
圖2是精密微型棱鏡的剖視圖。其中，圖2a是精密微型棱鏡主視圖的剖視圖，圖2b是精密微型棱鏡側視圖的局部剖視圖。
圖3是精密對中三腳架的示意圖。其中，圖3a是精密對中三腳架的主視圖，圖3b是精密對中三腳架的俯視圖，圖3c是精密對中三腳架的側視圖的局部剖視圖，圖3d是圖3a的A-A剖視圖。
圖4是精密測量標架的示意圖。其中，圖4a是精密測量標架的主視圖，圖4b是精密測量標架的俯視圖。
圖5是加工好的軌道板的10對承軌臺的編號圖。
圖6是本發明的電路連接圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
如圖1所示，本發明由測量控制裝置1、測量機器人2、調整量顯示終端3、精密微型棱鏡4、精密測量標架5、精密對中三腳架7和車架8組成。其中，測量控制裝置1包括三防(防水、防塵、防震)工控機11、安裝在工控機11內的軌道板精調測量系統軟件、掛接在485總線上的溫度傳感器13、與工控機11的COM口相連的數傳電臺14、與測量機器人2的COM口相連的數傳電臺15，固定的幾何關系由于溫度差異，測量機器人2測出的數據會有所變化，溫度傳感器13的作用是測量施工時的環境溫度，對測量機器人2測出的數據進行溫度補償改正，如圖6所示；測量機器人2的作用是接收測量控制系統1通過數傳電臺14傳來的指令，并對精密微型棱鏡4的坐標值進行測量，然后將測量結果再次通過數傳電臺14返回到測量控制系統1，測量機器人2可以使用瑞士徠卡公司生產的高精度測量機器人TPS1000；調整量顯示終端3總共由六個顯示器組成，每個顯示器由液晶顯示屏和控制電路板組成，并通過485總線與工控機11相連，如圖6所示；精密微型棱鏡4由棱鏡41、棱鏡框42、棱鏡框架43、棱鏡橫軸44、棱鏡豎軸45、棱鏡框座46以及鎖緊螺釘47組成，如圖2所示，棱鏡41安裝在棱鏡框42內，棱鏡框42通過棱鏡橫軸44安裝在棱鏡框架43上，棱鏡框架43通過棱鏡豎軸45安裝在棱鏡框座46上，棱鏡豎軸45和棱鏡框座46通過鎖緊螺釘47鎖緊。這種精密微型棱鏡4可繞水平軸(即棱鏡橫軸44)俯仰轉動，也可在測量時繞垂直軸(即棱鏡豎軸45)轉動，但測量點始終居中，即旋轉點和測量點始終保持一致，不會產生水平和垂直移動，精密微型棱鏡4放置在精密測量標架5上；精密對中三腳架7由對中軸71、調整腳72、水平儀、放置測量機器人2的基座74和三腳架主體75組成，如圖3所示，其作用是通過機械裝置將地面已知點坐標傳遞到一定的高度，滿足現場測量要求，并能做到重復、精準定位；精密測量標架5由橫梁51、門字框52、支座(軸承)53和觸及端54組成，如圖4所示，橫梁51通過螺釘安裝在門字框52上，支座53安裝在門字框52底部，觸及端54安裝在門字框52的前部，每套軌道板精調測量系統內共有五根精密測量標架5，在工作中只需用四根，另外一根作為標準標架，在施工前對其他四根標架進行檢驗校核，檢驗是否存在變形；車架8用來放置測量控制系統1和調整量顯示終端3，車架8一般采用帶遮陽棚和車輪的四邊形車架。
精密對中三腳架7的對中軸71的底部呈圓錐體，圓錐的頂點與對中軸71的軸中心線重合，測量時用于對準地面上的已知點，對中軸71與三腳架主體75緊密連接在一起。放置測繪儀器的基座74的中心與對中軸71的軸中心線重合，所述基座74采用三個固定高度的金屬柱78與三腳架主體75緊密相連。調整腳72由粗調螺旋76和微調螺旋77組成，在使用過程中，先采用粗調螺旋76進行粗略調節，當兩個長管水泡73(即水平儀)中的氣泡接近中部時，改用微調螺旋77進行精確調整，精確調平以后，測繪儀器的豎軸、對中軸71的軸中心線、對中軸71底部的圓錐頂點、地面測量點都處于一根鉛垂線上。
本發明還可在精密測量標架5上安裝接觸指示器6，接觸指示器6是檢驗精密測量標架5的觸及端54與承軌臺斜面接觸狀況的輔助手段，有利于提高工作效率，它由高靈敏度的行程開關和顯示控制電路組成；上述485總線也可使用其他的總線結構，但485總線在本發明中最為經濟適用。
本發明也可在精密測量標架5上安裝傾斜傳感器12，傾斜傳感器12通過485總線與工控機11相連，這樣只需利用測量機器人2測量標架5上的任意一個棱鏡的坐標，就可以根據傾斜傳感器12傳回的傾角值快速計算出軌道板的姿態，從而提高軌道板的精調速度；同時，也可利用測量機器人2測量精密測量標架5上的兩個棱鏡的坐標，計算出一個傾斜值與傾斜傳感器12傳回的傾角值相互檢驗校核，以提高整個系統的可靠性。
實施例加工好的軌道板由10對承軌臺構成，其編號如圖5所示，從工廠運至鋪設現場后，使用吊車及粗調設備將軌道板放在鋪設位置，在軌道板的1和11號承軌臺之間安放1號精密測量標架5，1號精密測量標架5上安裝的是1號傾斜傳感器，在6和16號承軌臺之間安放2號精密測量標架5，2號精密測量標架5上安裝的是2號傾斜傳感器，在10和20號承軌臺之間安放3號精密測量標架5，3號精密測量標架5上沒有必要安裝傾斜傳感器，因為，軌道板為鋼筋水泥預制，1號精密測量標架上的傾斜傳感器就可以反映整塊軌道板的傾斜狀態，但考慮到軌道板有一定的長度，中部有可能產生一定的撓度，所以又在2號精密測量標架上安裝傾斜傳感器來反映軌道板中部的傾斜狀態。裝在每根精密測量標架5上的接觸指示器6將提示工作人員精密測量標架5是否與承軌臺之間接觸緊密。在每根精密測量標架5上的左右兩端都安裝有精密微型棱鏡4，其中，1號精密測量標架5安放在被調軌道板的前端，上面兩個精密微型棱鏡4的編號是1號和8號，安放在被調軌道板中部的是2號精密測量標架5，上面兩個精密微型棱鏡4的編號是2和7，安放在被調軌道板末端的是3號精密測量標架5，上面兩個精密微型棱鏡4的編號是3和6，安放在上一塊已經調整完畢的軌道板前端的是4號精密測量標架5，上面兩個精密微型棱鏡4的編號是4和5。精密微型棱鏡4可繞水平軸俯仰轉動，也可繞垂直軸轉動，但無論如何旋轉，自身的坐標以及兩個精密微型棱鏡4之間、精密微型棱鏡4與精密測量標架5之間的幾何關系都不會發生改變。測量控制系統1通過與工控機11的COM口相連的數傳電臺14和與測量機器人2的COM口相連的數傳電臺15建立通訊，控制安裝在精密對中三腳架7上的測量機器人2對精密測量標架5上的精密微型棱鏡4的實際坐標進行測量，并將測量的坐標數據通過數傳電臺15返回到軌道板精調測量系統軟件內，返回的測量值將與事先輸入軌道板精調測量系統軟件內的理論設計值進行比對，將計算后得到的調整值通過485總線發送到與軌道板上前、中、后(即上述1號、2號、3號精密測量標架5)三對共計六個調整點相對應的6個調整量顯示終端3上。工作人員根據顯示器上顯示的調整量對軌道板上的前、中、后六個調整點進行調節，調節完畢后再次對三根精密測量標架5上的6個精密微型棱鏡4進行測量，比對測量值與理論值之差是否在要求的誤差范圍之內，若誤差達到設計的要求，則本塊軌道板調整完畢。
其具體調整測量方法是第一步、在軌道板精密調整系統軟件內進行系統參數的配置。主要是配置通信協議、各接口參數、棱鏡常數，對各設備進行初始化，輸入原始數據等工作。
第二步、檢校精密測量標架5。由于溫度、長途運輸等因素對精密測量標架5的精度都會產生一定的影響，因此，在工作前需要對精密測量標架5進行檢校。先把標準標架放在軌道板的一對承軌臺上，利用測量機器人2對安裝在上面的兩組精密微型棱鏡4進行坐標值測量，然后取走標準標架，將其它標架分別放上去進行棱鏡的坐標值測量，測出的其它標架上安裝的棱鏡的坐標值有可能會與標準標架的棱鏡坐標值之間有差值，這個差值經過計算后將代入到數學模型中，在以后的施工作業中進行數據的自動改正，達到檢校的目的。
第三步、測量1號精密微型棱鏡4，讀取1號傾斜傳感器12。通過軟件的計算得出與理論值的偏差，并將調整信息發送到各自對應的2個顯示器上。施工人員根據調整量顯示器上顯示的調整量對軌道板進行調節。
第四步、測量8號精密微型棱鏡4，讀取1號傾斜傳感器12。通過軟件的計算得出與理論值的偏差，并將調整信息發送到各自對應的2個顯示器上。施工人員根據調整量顯示器上顯示的調整量對軌道板進行調節。
第五步、測量2號精密微型棱鏡4和7號精密微型棱鏡4或只測量2號精密微型棱鏡4，讀取2號傾斜傳感器12。通過軟件的計算得出與理論值的偏差，并將調整信息發送到各自對應的2個顯示器上。施工人員根據調整量顯示器上顯示的調整量對軌道板進行調節。
第六步、測量3號精密微型棱鏡4和6號精密微型棱鏡4。通過軟件的計算得出與理論值的偏差，并將調整信息發送到各自對應的2個顯示器上。施工人員根據調整量顯示器上顯示的調整量對軌道板進行調節。(此步有可能通過前面的調整工作后軌道調整精度就已經滿足要求了，施工人員根據實際情況決定是否再操作此步。)第七步、四角測量。測量機器人2對軌道板四角所在1、3、6、8號精密微型棱鏡4自動照準測量，完成測量后，再讀取1號和2號傾斜傳感器12的傾角數值。經過軟件的計算，軌道板的偏差值就會顯示在軟件上，并將調整信息發送到各自對應的4個顯示器上，施工人員根據調整量顯示器上顯示的調整量對軌道板進行調節。
第八步、完全測量。測量機器人2對1、2、3、6、7、8號精密微型棱鏡4和放在上塊已經調整完畢的軌道板上1和11號承軌臺之間的精密測量標架4上的4、5號精密微型棱鏡4進行自動照準測量，完成測量后，再讀取1號和2號傾斜傳感器12的傾角數值。經過軟件的計算，軌道板的偏差值就會顯示在軟件上，同時向調整量顯示器發送調整數據，施工人員根據調整量顯示器上顯示的調整量對軌道板進行調節。
第九步、數據備份。軌道板調整完畢、誤差滿足要求后，需對軌道板實際安放位置的數據進行備份。
數據備份完畢將軌道板精密調整系統內的所有設備順次移到下一塊軌道板，重復上述步驟。
權利要求
1.軌道板精調測量系統，包括測量機器人(2)，其特征在于還包括測量控制裝置(1)、調整量顯示終端(3)、精密微型棱鏡(4)、精密測量標架(5)和精密對中三腳架(7)組成，其中，測量控制裝置(1)包括工控機(11)、與工控機(11)相連的數傳電臺(14)、與測量機器人(2)的相連的數傳電臺(15)；調整量顯示終端(3)與工控機(11)相連；精密微型棱鏡(4)放置在精密測量標架(5)上。
2.如權利要求1所述的軌道板精調測量系統，其特征在于還包括車架(8)，用來放置測量控制系統(1)和調整量顯示終端(3)。
3.如權利要求1或2所述的軌道板精調測量系統，其特征在于在工控機(11)上還掛接有溫度傳感器(13)。
4.如權利要求1或2所述的軌道板精調測量系統，其特征在于所述精密測量標架(5)由橫梁(51)、門字框(52)、支座(53)和觸及端(54)組成，所述橫梁(51)安裝在門字框(52)上，所述支座(53)安裝在門字框(52)底部，所述觸及端(54)安裝在門字框(52)的前部。
5.如權利要求1或2所述的軌道板精調測量系統，其特征在于精密對中三腳架(7)由對中軸(71)、調整腳(72)、水平儀、基座(74)和三腳架主體(75)組成。
6.如權利要求1所述的軌道板精調測量系統，其特征在于所述精密微型棱鏡(4)由棱鏡(41)、棱鏡框(42)、棱鏡框架(43)、棱鏡橫軸(44)、棱鏡豎軸(45)、棱鏡框座(46)和鎖緊螺釘(47)組成，所述棱鏡(41)安裝在棱鏡框(42)內，所述棱鏡框(42)通過棱鏡橫軸(44)安裝在棱鏡框架(43)上，所述棱鏡框架(43)通過棱鏡豎軸(45)安裝在棱鏡框座(46)上，所述棱鏡豎軸(45)和棱鏡框座(46)通過鎖緊螺釘(47)鎖緊。
7.如權利要求1或2所述的軌道板精調測量系統，其特征在于在所述精密測量標架(5)上安裝有接觸指示器(6)，所述接觸指示器(6)由行程開關和顯示控制電路組成。
8.如權利要求1所述的軌道板精調測量系統，其特征在于在所述精密測量標架(5)上安裝有傾斜傳感器(12)，傾斜傳感器(12)與工控機(11)相連。
9.軌道板精調測量系統的的調整測量方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)測量控制系統1通過與工控機(11)相連的數傳電臺(14)和與測量機器人(2)相連的數傳電臺(15)建立通訊，控制安裝在精密對中三腳架(7)上的測量機器人(2)對精密測量標架(5)上的精密微型棱鏡(4)的實際坐標進行測量，并將測量的坐標數據通過數傳電臺(15)返回到軌道板精調測量系統軟件內；2)返回的測量值將與事先輸入軌道板精調測量系統軟件內的理論設計值進行比對，將計算后得到的調整值發送到與軌道板上前、中、后六個調整點相對應的6個調整量顯示終端(3)上；3)再根據顯示器上顯示的調整量對軌道板上的前、中、后六個調整點進行調節，調節完畢后再次對三根精密測量標架(5)上的6個精密微型棱鏡(4)進行測量，比對測量值與理論值之差是否在要求的誤差范圍之內，若誤差沒有達到設計的要求，則再重復上述步驟1、2和3；若誤差達到設計的要求，則調整完畢。
10.如權利要求9所述的軌道板精調測量系統的的調整測量方法，其特征在于步驟1所述的測量機器人(2)對精密測量標架(5)上的精密微型棱鏡(4)的實際坐標進行測量是測量機器人(2)對精密測量標架(5)上的精密微型棱鏡(4)和傾斜傳感器(12)的實際坐標進行測量。
全文摘要
本發明提供了一種軌道板精密調整測量系統，該系統能對高速鐵路軌道板進行高精度的安裝定位。軌道板精調測量系統，包括測量機器人，還包括測量控制裝置、調整量顯示終端、精密微型棱鏡、精密測量標架和精密對中三腳架組成，其中，測量控制裝置包括工控機、與工控機相連的數傳電臺、與測量機器人相連的數傳電臺；調整量顯示終端與工控機相連；精密微型棱鏡放置在精密測量標架上。本發明不需要采用人工測量，測量機器人的高度是定值，因此能進行高精度的測量安裝定位，特別適用于高速鐵路的板式無碴軌道的精調作業，具有極好的市場前景。
文檔編號E01B35/00GK101067294SQ20071004925
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月8日 優先權日2007年6月8日
發明者梁毅, 許非, 李慧敏, 冀聰明, 陳心一, 袁成忠, 周敬勇, 陶波, 姚云峰, 楊娛, 彭維國, 姜燮榮 申請人:中鐵十七局集團有限公司