[发明专利]快速的高精度轨道静态不平顺特性测量系统与分析方法

说明书

本发明公开一种快速的高精度轨道静态不平顺特性测量系统及分析方法，三维光学显微测量系统、载物车运动控制器和电源安装于载物车上，载物车安装于待测轨道上；电源连接三维光学显微测量系统、三维光学显微测量系统存储器和载物车运动控制器，用于向三维光学显微测量系统、三维光学显微测量系统存储器和载物车运动控制器供电。本发明通过光学系统对火箭橇试验轨道进行静态不平顺测量，测量前确定测量模式使测量装置在测量过程中自动运行，不需要人工测量，大大降低了人工成本。在对测量数据的处理过程中，通过对高维数组展开主要特征提取，可反映测点范围内的多点主要特征，而不仅仅是通过千分尺测量得到的单点结果。

技术领域

本发明涉及高超声速火箭橇高精度轨道测量领域，特别涉及一种沿轨道方向及水平方向静态不平顺谱的测量系统及与分析方法。

背景技术

火箭橇试验轨道系统是平直无砟无缝的轨道，与常规列车铁路轨道相比，该类轨道平直精度高，其上运行橇体速度极高(亚音速到10Ma甚至更高)、载重变化快。火箭橇试验轨道虽然平直精度很高，但仍然存在轨道静态不平顺，火箭橇运行过程中，其轨道随机不平顺将直接影响火箭橇运行的稳定性。

轨道不平顺按检测方式可分为静态不平顺和动态不平顺，其中静态不平顺指在没有靴轨作用下的轨道不平顺检测，而动态不平顺指存在靴轨作用下的轨道不平顺检测。火箭橇试验轨道表面的“粗糙度(Roughness)”主要影响靴轨之间摩擦力的大小，进而影响两者间产生的热量、轨道磨损程度及使用寿命；另外，根据研究，当轨道在安装调整点处的位置误差与理论直线在±0.2mm时，火箭橇运行过程受到的振动载荷将增大30％。目前国内外针对火箭橇试验轨道不平顺的研究较少。国内仅仅针对轨道的设计与建造、轨道直线度测量及评估进行了简单的研究；而国外针对轨道的安装进行研究，并通过千分尺等工具对轨道顶部、侧面及底部三个测量位置的“粗糙度”进行数据测量并展开频域处理。目前针对高精度轨道静态不平顺特性的相关研究也是通过采用上述测量数据展开分析。上述有关火箭橇试验轨道不平顺的分析过程仅针对美国霍洛曼高速测试轨道(Holloman High SpeedTest Track)，而顶部、侧面及底部的测量数据均为一维数据组，而靴轨接触并不是点接触；且上述数据仅为一次测量结果，火箭橇运行前后由于滑靴对轨道产生的磨损，轨道表面不平顺会发生一定变化，而采用千分尺等工具测量过程慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速的高精度轨道静态不平顺特性测量系统与分析方法，以解决上述现有技术通过千分尺进行测量过程太慢的问题。

本发明针对关心轨道段，通过设计的光学系统测量装置对该段轨道进行轨道静态不平顺测量，对测量的高维数据组通过特征提取，实现了对高维不平顺数据组的轨道静态不平顺特征分析。该方法具有测量速度快、调试容易、鲁棒性强、可靠易用等特点，可反映出整个轨道表面的不平顺特性。

为达到以上目的，本发明是采用如下技术方案予以实现：

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

一种快速的高精度轨道静态不平顺特性测量系统，包括三维光学显微测量系统、载物车、载物车运动控制器和电源；三维光学显微测量系统、载物车运动控制器和电源安装于载物车上，载物车安装于待测轨道上；电源连接三维光学显微测量系统、三维光学显微测量系统存储器和载物车运动控制器，用于向三维光学显微测量系统、三维光学显微测量系统存储器和载物车运动控制器供电；三维光学显微测量系统连接三维光学显微测量系统存储器，三维光学显微测量系统存储器用于存储三维光学显微测量系统采集数据；载物车运动控制器用于控制载物车的运动。定义轨道平面为XY平面，载物车沿轨道运动方向为Y向，与轨道平面垂直且向上的方向为Z向，X、Y、Z方向符合右手法则。