GJ-5型軌道檢查車的技術與設備介紹

1、第五章 GJ-5型軌檢車原理及維護5.1 概述上世紀80年代以來，通常采用一維光電位移傳感器，為滿足測量系統(tǒng)的定位要求，安裝基準一般選擇在以輪對為剛體的結構上。如美國ENSCO公司T10系列軌檢車、德國軌檢車等，從測量原理角度來看，測量鏈的簡捷有助于提高測量系統(tǒng)的精度。但是，隨著檢測速度的提高，輪軌作用力的增大，軸箱的振動隨之增大，工作環(huán)境的惡劣束縛了檢測系統(tǒng)的性能。隨著傳感器技術及計算機技術的發(fā)展，開始采用二維光電位移傳感器，如面陣CCD、PSD、CMOS芯片等。較為典型的系統(tǒng)如美國Imagemap公司的Laserall系統(tǒng)及日本“黃色醫(yī)生”軌檢車。前者采用線型激光光源、攝像機、圖像處理系統(tǒng)

2、，通過對鋼軌斷面輪廓圖像的測量獲得軌距、軌向測量值。后者采用線型激光光源、二維PSD敏感器件、信號處理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)結構確定的幾何關系獲得到被測點的測量值。因此，上世紀90年代末期，滿足于更高精度和檢測速度的激光和攝像技術獲得應用并逐步取代了原有的其他檢測系統(tǒng)。目前，當今世界高速鐵路發(fā)達的國家，激光和攝像檢測技術獲得了廣泛的應用，而且，已成為目前世界上軌道檢測系統(tǒng)的主流。如日本、美國、法國、德國、意大利等 ，均不同程度采用了該檢測技術，從而提高了系統(tǒng)檢測速度、精度和可靠性。GJ-5型軌檢車可測項目：軌距、左右軌向（空間曲線或可變換成多種弦測值）、左右高低（空間曲線或可變換成多種弦測值）、水平（

3、超高）、三角坑、曲率（弧度或半徑）、車體加速度、軌底坡（可選項）、鋼軌斷面（可選項）等。技術指標： 表5-1檢測項目精度范圍軌距±0.8mm14201480mm軌向（左右，波長30m）±1.0mm±100mm軌向（左右，波長50m）±2.0mm±100mm高低（左右，波長30m）±1.0mm±100mm高低（左右，波長50m）±2.0mm±100mm水平±1.5mm±50mm超高±1.5mm±220mm三角坑±1.5mm±100mm曲率1.2 X

4、 10-4m-1車體加速度±0.01g±1g軌底坡±0.25deg鋼軌斷面（左右軌）±0.5mm5.2 系統(tǒng)總成Laserail斷面和幾何測量系統(tǒng)（LPGMS）能實時提供鋼軌斷面和軌道幾何精確和可靠的測量。LPGMS包括如下3個主要部分：·非接觸測量總成；·VME計算機系統(tǒng)；·通用幾何Windows軟件。VME計算機系統(tǒng)安裝在軌檢車里，非接觸測量總成安裝在與轉(zhuǎn)向架相連的測量梁中。測量梁中傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字化后發(fā)送到VME計算機的幾何CPU，然后進行合成和濾波處理，得到軌道幾何數(shù)據(jù)，在檢查車里的工作站上運行通用幾何軟件，可以實

5、時顯示軌道幾何波形、進行超限判斷、數(shù)據(jù)庫存儲、超限編輯和報表打印等。5.2.1 VME計算機系統(tǒng) 計算機系統(tǒng)是基于VMEbus結構的。VME系統(tǒng)使用兩個處理器配置，一個處理器，也就是I/O CPU，提供了操作者界面、測量與標準的比較、數(shù)據(jù)日志和報告、文件管理，系統(tǒng)功能監(jiān)視和出錯檢查及診斷功能。第二個處理器，也就是幾何（GEOM）CPU，從傳感器合成軌道幾何數(shù)據(jù)并把這數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀/O CPU。幾何CPU從位于組裝梁中部的慣性測量包（IMP）的一串口得到數(shù)據(jù)。慣性測量包輸出了滾動、搖頭、垂向和橫向運動的測量結果，幾何CPU接收來自慣性包的數(shù)據(jù)以及來自圖像處理卡的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生軌道幾何數(shù)據(jù)。幾何數(shù)據(jù)然后

6、被傳輸?shù)絀/O CPU以作進一步的處理和儲存。圖5-1 激光斷面顯示VME計算機系統(tǒng)包含在一標準的、19英寸、21-插槽主板上。系統(tǒng)電源由一800W的電源供應。主板包括有：兩個（2）VMIC-7740CPU卡I/O處理器和幾何處理器；一個VMIVME7452磁盤驅(qū)動/軟卡驅(qū)動；一個LTC-3激光/溫度控制器和十個圖像處理卡；計算機主板上的插槽設置如圖5-2所示：圖5-2 VME計算機系統(tǒng)5.2.2 軟件處理系統(tǒng)Laserail軟件結構如圖5-3所示:圖5-3(一）ControlConsoleControlConsole是軟件處理系統(tǒng)的控制臺，是所有應用軟件的核心。它能從VME計算機接收幾何數(shù)據(jù)

7、，進行超限判斷，建立軌道檢測數(shù)據(jù)庫，并生成相關波形圖文件，能為其他應用軟件提供數(shù)據(jù)接口；同時能對VME計算機數(shù)據(jù)采集進行控制等。（二）斷面監(jiān)視器斷面監(jiān)視器顯示來自VME的實時斷面數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)被傳送到ControlConsole里，在ControlConsole里可顯示通道信息。WinDBC從ControlConsole獲取幾何斷面數(shù)據(jù)并用曲線圖顯示它。（三）WinDBCWinDBC顯示由軌檢車采集的數(shù)據(jù)的波形圖，可以實時顯示、打印波形圖，可進行波形圖準確測量，實現(xiàn)當前檢測數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行波形對比和波形輸出等功能。在實時數(shù)據(jù)顯示中，屏幕可隨幾何數(shù)據(jù)的采集而更新通道，可利用窗口底部的滾動條來移動

8、到文件的不同位置。（四）Termiflex使用Termiflex程序可接收來自位于軌檢車上的手持單元的數(shù)據(jù)。操作者可輸入發(fā)生在軌檢車記錄過程中的事件，這些事件包括：公里標調(diào)整，橋梁，隧道，道口及道岔等。該程序在判定何處發(fā)生軌道問題具有很好的輔助作用。（五）WinVCRWinVCR控制視頻控制器（VCR），該VCR通過一串行RS-232電纜與本地PC機相聯(lián)。該程序允許在記錄軌道幾何數(shù)據(jù)過程中記錄軌道背景的視頻圖像。圖5-4 視頻監(jiān)視當檢查車沿軌道運行時，ControlConsole記錄軌道幾何數(shù)據(jù)，此時可使用WinVCR通用幾何軟件來記錄軌道和周圍場景的視頻錄像。在以后可重放視頻錄像。當評估和定

9、位軌道超限時，這些圖像是很有用的。如果WinVCG和WinVCR一起使用時，在來自于攝像機的圖像的上部記錄下了一些信息，如攝像機的特性、里程標、速度、日期和時間等，其中里程標決定了錄像所處的軌道位置。圖5-4顯示了VCR，監(jiān)視器，和Horita box（由WinVCG使用），這些設備被用來建立帶有字幕的WinVCR系統(tǒng)。（六）WinVCGWinVCG控制視頻字幕編寫器，該編寫器通過一串行RS-232電纜與本地PC機相聯(lián)。該程序與WinVCR一起使用來給被記錄的軌道背景的視頻圖像增加標題。WinVCG(Windows 視頻字符發(fā)生器)是視頻字幕編寫通用幾何工具軟件，它被用于在監(jiān)視器上顯示諸如攝像

10、機的特性，實時里程標，日期和時間。該功能和WinVCR一起使用。（七）WinTellWinTell警告器通過音頻來通告如橋梁和超限等軌道事件。（八）超限監(jiān)視器超限監(jiān)視器可在任何與網(wǎng)絡相聯(lián)的PC機上實時顯示超限記錄。（九）超限編輯器超限編輯器能顯示并編輯由ControlConsole產(chǎn)生的實時超限。5.2.3 非接觸測量總成非接觸測量總成安裝在檢查車底下，如圖5-5所示，LPGMS攝像機組配置使用10個攝像機和4個激光器用于鋼軌斷面的非接觸測量，攝像機和激光器被固定安裝在車底下的封閉梁里。鋼軌內(nèi)、外兩側激光器發(fā)出一扇形光帶，垂直照射在鋼軌上，在鋼軌上形成一垂直斷面；同時，斷面和軌距攝像機捕捉到激

11、光線的圖像，視頻圖像輸出到VMEbus計算機系統(tǒng)，經(jīng)數(shù)字化后，擬合成完整的鋼軌斷面圖像，通過坐標變換、合成和濾波處理等，得到軌道幾何數(shù)據(jù)和鋼軌斷面磨耗等。慣性測量包安裝在激光器/攝像機梁的中部，慣性測量包測量車輛轉(zhuǎn)向架的橫向和垂向加速度以及滾動和搖頭速率等。圖5-5非接觸測量設備安裝示意圖5.3 系統(tǒng)測量原理該軌檢車采用梁結構方式的慣性測量及攝像式的圖像測量原理，即慣性基準與測量基準被安裝在同一剛體內(nèi)。任何幾何量測量系統(tǒng)的基礎都是對坐標系的明確定義，以及在這個坐標系下的各種變換和各被測量之間的關系。如圖5-6所示：圖中采用右手坐標系，各參數(shù)定義如下；x軸指向頁面的里面為正，表示車體的行進方向；

12、y 軸指向向右的水平方向為正；z 軸指向向下的垂直方向為正；角j 表示航向偏角，正值為由x 軸方向轉(zhuǎn)向y 軸方向，即向右偏轉(zhuǎn)；角J 表示滾動的偏角，正值表示y 軸方向向z 軸方向旋轉(zhuǎn)，即左軌抬高；角y 表示傾斜角的偏差，正值表示x 軸向z 軸方向旋轉(zhuǎn)，即坡度角；圖5-6測量基準（軌檢梁剛體）與鋼軌及慣性系統(tǒng)的相互位置關系定義如下：gL 左軌軌距點相對測量基準的偏移；gR 右軌軌距點相對測量基準的偏移；dL 左軌踏面頂點相對測量基準的偏移；dR 右軌踏面頂點相對測量基準的偏移；wx 軌檢梁的滾動角速率；wz 軌檢梁的搖頭角速率；ay 軌檢梁的橫向加速度及傾角；aL 軌檢梁的垂向加速度；G 軌道踏

13、面中點之間的標準距離，為1511mm；ht 慣性平臺相對于軌距測量線的垂直高度；AL 左側垂直加速度計安裝位置相對梁中心的距離；另外還有一個安裝在輪對軸頭的轉(zhuǎn)速計，這是該系統(tǒng)必備的測量儀，它可以提供沿軌道的里程位置、速度，同時還為測量系統(tǒng)提供精確的距離采樣時間間隔（TBS）。系統(tǒng)中用于慣性參數(shù)測量的傳感器為水平加速度計、垂直加速度計、滾動陀螺儀、搖頭陀螺儀，這些傳感器被安裝在測量梁中部的慣性平臺上，為系統(tǒng)提供測量梁的慣性基準信號。各傳感器測量單位的量綱為:位移測量的單位為，速度為，加速度為，角度測量單位為弧度，角速度為。慣性信號的處理來自于慣性傳感器的模擬信號，通過慣性測量處理器采集模擬信號，

14、進行抗混迭濾波、數(shù)字化、及數(shù)字濾波處理、延時、數(shù)據(jù)合成。軌面頂點和軌距點相對于測量梁的位移（dR、dL，gL、gR）信號通過攝像機的圖像數(shù)字處理來獲得，對于低速檢測系統(tǒng)而言，采用60Hz頻率的標準制式攝影機即能滿足要求。對于高速檢測系統(tǒng)而言，為匹配240Hz頻率的慣性系統(tǒng)，可以直接采用240Hz的高幀頻攝像機，或者采用臺60Hz的攝像機進行交替工作。根據(jù)被測軌道幾何參數(shù)的定義，系統(tǒng)按表5-2給出的數(shù)學模型計算合成相應的軌道幾何參數(shù)。表5-2：表中符號上的點不代表時間因子，一個點表示對采樣間隔X的一階差分（FFD），角度的FFD是這個角度在一段距離上的變化。兩個點表示對采樣間隔X的二階差分。應用

15、到線性測量中如高低、軌向。表中符號上的像禮帽和小三角符號的含義為：對一次微分裝置（如速率陀螺儀）的輸出進行卷積計算得到測量結果的基于距離的FFD。上述卷積計算用矩形窗口來實現(xiàn)，窗口在基本距離內(nèi)取單位振幅，在其它時間取值為零。速率陀螺儀的輸出可以表示為rad/s/v，卷積計算得到角度在采樣距離間隔上的變化。由于卷積計算像一頂帽子，故用此符合表示。對二次微分裝置（如加速度計）的輸出進行卷積計算得到測量結果的基于距離的SFD。上述卷積計算用等邊三角形來實現(xiàn)，三角形的一邊為單位時間斜率，另一邊為負的單位時間斜率。因此卷積計算像一個邊值為零的小三角，故用此符號表示。表5-2明確給出了系統(tǒng)檢測結果與各測量

16、單元及通道的關系，所有綠顏色符號表示結構常數(shù)；藍顏色符號為中間變量；紅顏色符號為系統(tǒng)傳感器輸出變量。在實際運用和維修過程中，主要通過對系統(tǒng)檢測結果波形圖的觀察、比對、分析判斷異常的檢測結果，然后根據(jù)表1給出的公式確定系統(tǒng)的故障單元。如曲率故障，與此相關的測量單元為：搖頭陀螺檢測單元、速度、里程檢測單元，通常編碼器的故障會影響整系統(tǒng)的工作，因此，如果其他檢測結果正常，那么故障單元很可能是搖頭陀螺儀或與此相關的信號處理板。5.3.1 軌距軌距由左右鋼軌的軌距點相對于測量梁兩個固定點位移偏差的代數(shù)和而求得，即： 其中K為測量梁兩個固定點的距離，如果測量梁為剛體，且攝像機的安裝位置及角度未發(fā)生變化，則

17、為常數(shù)。該常數(shù)由靜態(tài)標定確定。 圖5-7系統(tǒng)采用10通道視頻信號并行處理的工作方式，即10個攝像機分別對應10塊圖像采集及處理卡。攝像機采用標準N制式，分辨率為512*768，以場頻作為圖像處理卡的時序。其中測量梁內(nèi)側的8個攝像機中，左右完全對稱的攝像機為一組如1號和5號、2號和6號，每組攝像機為同步工作模式，即同一時刻采樣軌距方向的左右鋼軌斷面。4組攝像機為分步交替工作模式，把60Hz分頻為240Hz，即攝像系統(tǒng)按1/240秒的間隔采樣及處理左右鋼軌斷面。并得到鋼軌頂點及軌距點相對測量梁的位移值（dR、dL，gL、gR）。同步控制板安裝在測量梁中，該電路板的功能為：攝像機采樣時序控制；視頻信

18、號輸入輸出接口；攝像機供電，在運用過程中，視頻信號異常（時有時無），應檢查該板的輸入輸出接口。如果某個攝像機的圖像出現(xiàn)滾動或扭曲，通常為同步信號故障，應檢查攝像機或更換，同步信號產(chǎn)生于攝像機，且可工作在內(nèi)同步或外同步方式。1.灰度閾值設定視頻信號的強弱經(jīng)A/D數(shù)值化后分成若干個灰度等級，本系統(tǒng)采用8位A/D，即256灰度等級。對一場圖像的處理，首先進行圖像的分類處理。系統(tǒng)的灰度閾值設定在參數(shù)設定目錄中由人工設定，建議值為60。圖5-10一幅鋼軌斷面輪廓線上各像素點的灰度值不盡相同，灰度值的高低取決于照明光源的光功率；攝像機的光圈的大??；暴光時間的長短；鋼軌表面的反射系數(shù)；及是否是近軸光，理論上

19、如果能使鋼軌斷面輪廓圖像清晰連續(xù)，灰度閾值取值越高，抗干擾能力越強。實際上相關參數(shù)的取值是有限的，且受其他特性參數(shù)的制約。如激光器的光功率由于受安全性、穩(wěn)定性制約，不可能無限制提高。攝像機的光圈由于受景深（視場范圍內(nèi)線性）的影響，取值不宜過大。暴光時間由于受圖像的拖尾、平均效應的影響，取值不宜過長。新舊軌、鋼軌踏面與側面反射特性差異較大，對于圖像近軸點的選取在系統(tǒng)參數(shù)設計時已有所考慮，并確定了各像素點的灰度分布，尤其是圖像中的特征點，在運用過程中盡可能保持測量梁、攝像機、鋼軌之間的幾何位置參數(shù)，幾何參數(shù)的變化會造成特征點灰度值較大的變化。因此，各像素點的灰度值是圖像的綜合性及統(tǒng)計性的特征，運用

20、過程中，以給出的建議值為參照，不斷摸索和比較，以獲得最佳的灰度閾值。系統(tǒng)通常在夜間使用時，我們一般選取較低的灰度閾值，因為夜間雜光干擾較少，圖像的對比度較好，可以選取較好的光圈值和較短的暴光時間，提高系統(tǒng)的測量精度和可靠性。2.軌距標定在亮帶細化和坐標變換中，有八個參數(shù)需要確定，系統(tǒng)標定的首要任務就是要得到這些參數(shù)。為此必須列出八個方程式，也就是說必須利用四對相應控制點的已知坐標。當控制點數(shù)大于四時，采用最小二乘法，選擇最佳控制點。為了在工作中參數(shù)保持不變光源與攝像機應安裝在一個堅固構件上，使其相對幾何位置保持不變。光源照射平面應與鋼軌縱軸保持垂直。作到上述兩點，就能保證標定參數(shù)不變。在標定中

21、應采用系統(tǒng)配備的九針標定板及系統(tǒng)安裝的專用標定程序，標定板應滿足下列條件：第一，九針標定板各針的空間位置相對于物方直角坐標系的坐標應是精確已知的，設為(Xb，Yb)。第二，標定板的安裝位置應滿足系統(tǒng)工作狀態(tài)時攝像機、激光光源、鋼軌相互的空間位置。標定時將測量梁旋轉(zhuǎn)90度翻起，九針標定板放入測量梁的燕尾槽中并推至標稱位置。啟動系統(tǒng)專用的標定程序，調(diào)節(jié)視場內(nèi)九個標定點明暗均勻、清晰，并進入系統(tǒng)標定，盡可能使每各標定點處在標定框的中心，以滿足各點標定的均方誤差小于0.007圖5-11在軌檢車的運用中，系統(tǒng)標定需要經(jīng)常操作的，如果攝像機、激光器、測量梁的幾何位置未作調(diào)整，通常三個月標定一次，主要考慮設

22、備在運用過程中，測量梁內(nèi)部結構位置的微小變化。如果上述部件結構位置作調(diào)整或更換部件，必需進行系統(tǒng)標定。系統(tǒng)標定的操作是很容易的，但標定是很重要的。標定后的八個參數(shù)作為圖像處理算法中關鍵的系數(shù)，直接影響測量結果的準確性。一般標定結果的錯誤不易發(fā)現(xiàn)，因為它不影響檢測結果的重復性，而影響系統(tǒng)的刻度系數(shù)。造成動態(tài)測量結果與靜態(tài)測量結果較大程度的不符，有時往往被歸結為動靜態(tài)差異而被忽視。通常我們對檢測結果的波形的形狀和重復性比較敏感，而容易忽略檢測結果的正確性，檢測結果的正確與否是較難判斷的。建議注意觀察和比對曲線的檢測結果波形圖。需要強調(diào)是標定狀態(tài)和標定程序相對于工作狀態(tài)和工作程序，是相互獨立的。理論

23、上要求只有標定狀態(tài)等同于工作狀態(tài)，那么工作狀態(tài)的物像共扼關系的空間位置精度等同于標定針的位置精度。因此，在標定時標定板相對于測量梁的位置應等同于鋼軌相對于測量梁的位置，上面所提到的標稱位置即為測量梁的安裝位置。如果在標定過程中發(fā)現(xiàn)某些標定點已超出視場范圍，則表明該攝像機的主光軸已發(fā)生偏轉(zhuǎn)，需調(diào)整。切不可改變標定板的標稱位置使九個標定點全部進入視場而運行標定，否則會產(chǎn)生較大的標定誤差。5.3.2 軌向軌向加速度計響應：式中為軌距梁的中點，為軌距梁相對于地面的傾角；第一項為軌距梁橫向運動所產(chǎn)生的加速度，正是我們想要的測量值；第二項為重力分量；第三項由于軌距梁側滾運動所產(chǎn)生的加速度；則左右軌向為：左

24、軌向：= cos()-(+C);右軌向：= cos()+(+C);其中為軌向測量平面和軌距梁所在平面夾角，可由L和R計算獲得。對于安裝于構架上的安全梁，軌向的測量平面和軌距梁所在平面并不平行；要將投影到軌向的測量平面，其投影為*cos()；則通過上述公式即可測得左右軌向。5.2.3 高低 圖5-12 垂直加速度計的響應：由于垂直加速度計安裝在梁的中間，因此AL=0，由該式積分可得到Zb，又由即可計算得到左右高低ZL、ZR。5.3.4 超高和水平 圖5-13軌道相對于慣性空間的傾角等于軌道相對于梁的傾角和梁相對慣性空間的傾角之和：可由測滾陀螺和水平加速度可計算得到。測滾陀螺的響應為：由于第二項為

25、高階小項，可忽略不計，可得到：對其積分，再進行高通濾波就可得到的高頻部分，對水平加速度的處理比較復雜，其響應：對超高測量來說，有意義的項只有，因此需要去除其余兩項，然后再進行低通濾波就可得到的低頻部分，將高低頻兩部分相加就可得到，即可得到軌道傾角。5.3.5 曲率 搖頭陀螺的響應：由于、很小，所以該式可以簡化為：又：，由此就可計算的曲率。5.3.6 鋼軌斷面檢測通過左右鋼軌內(nèi)外兩側的激光攝像系統(tǒng)，通過圖像處理，將鋼軌的內(nèi)外側斷面圖像擬合成完整的鋼軌斷面圖像，與系統(tǒng)中存儲的標準軌斷面進行比較，從而獲得左右鋼軌的水平、垂直磨耗并計算得到總磨耗。圖5-145.4 系統(tǒng)故障診斷與維護5.4.1 故障診

26、斷 LPGMS是一復雜的，高集成性的設備。技術人員在當問題出現(xiàn)時能分離出來。本章能幫助技術人員快速鑒別出錯部件。LPGMS存在一些相同的部件。檢查單個部件的操作最直接的方法是：用已知的工作部件換下存在問題的部件并確認結果。另外，一些部件有軟件診斷或前面板指示以用來幫助技術人員 。 如下章節(jié)描述了建議的故障消除步驟。每一步都假定LPGMS正在運行，系統(tǒng)軟件正常工作。表5-3列出了可能出現(xiàn)的LPGMS操作問題。包括了一些邏輯分析（故障分析）和解決問題的一些步驟。 表5-3問題/癥狀故障排除攝像機所有的攝像機沒有圖像1. 確定激光鑰匙開關處在ON的位置。2. 確認黑-白監(jiān)視器打開，視頻線已連接到監(jiān)視

27、器后部的輸入插座。輸入選擇開關被設置到相應的視頻輸入。3. 確認在LPGMS VMEbus 計算機底盤的后面板上安裝了用戶遠程界面跳線。4. 檢查延時繼電器，該繼電器安裝在LPGMS VMEbus 計算機底盤上。你須聽到繼電器敲擊的聲音?？吹郊t色激光輻射指示燈在鑰匙開關轉(zhuǎn)到ON位置后照明約5秒鐘。5. 確認攝像機電源線已連接到+12 VDC。地線連接到VMEbus 計算機底盤。單個圖像滾動1. 用一正常工作并被設置為同樣操作模式的攝像機進行替換。2. 如果圖像繼續(xù)滾動，說明攝像機未得到正確的同步信號；問題出現(xiàn)在攝像機電纜線上。所有的圖像滾動1. 攝像機1或圖像處理器1存在問題。更換圖像處理器。

28、如果仍然滾動，更換攝像機。某個圖像上出現(xiàn)噪音1. 攝像機或視頻連接上出現(xiàn)故障。若要排除故障，用一個設置為同樣操作模式的攝像機進行替換；或用其他視頻電纜換下該通道視頻線。在單個攝像機上出現(xiàn)淡的對比圖像1 打開攝像機光圈。2 通過接入數(shù)字萬用表（設置到測量DC電壓）到激光溫度控制器板測試插座上來檢查激光電流。并用螺絲起子轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)開關到接近0或1的位置。激光供應電流應在900mA和950mA之間。（萬用表上顯示為0.900VDC到0.950VDC之間）。3 清潔激光和攝像機的蓋鏡。4 用一個正常工作的攝像機進行更換。如果圖像現(xiàn)在是良好的，說明攝像機里干涉濾光器故障。若要接近濾光器，拆卸下攝像機并擰開

29、鏡頭。問題/癥狀故障排除激光缺少一單個圖像1 通過放置一紅外激光測試條于相應的激光窗口前來確認激光正在發(fā)射。2 如果激光正常工作，問題存在于系統(tǒng)的視頻部分。轉(zhuǎn)到第6步.3 如果激光不能正常工作，用正常運作的激光電纜換下位于VME底盤的激光電纜。檢查連接的激光工作正常。4 如果相同的激光仍不能正常工作，問題就存在于連接，激光發(fā)射器或接近開關。5 如果交換的激光電纜無效，問題存在于激光溫度控制卡。檢查該板前面板的紅色ON指示燈。6 通過發(fā)動光圈電動機來確認攝像機光圈處于打開狀態(tài)。當光圈打開時，圖像發(fā)亮。如果不出現(xiàn)這種情況，聽安裝在激光/攝像機組上的光圈電動機。當攝像機光圈停止時，電動機會負載過重，

30、此時會聽到由電動機產(chǎn)生的一變調(diào)聲。7 用正常工作的攝像機更換攝像機視頻輸入到LAB-4。8 如果攝像機仍不能產(chǎn)生圖像，問題存在于攝像機或它的連接處。激光不照射在鋼軌上1 如果攝像機處于正常工作，用一有故障的激光器照射攝像機來測試攝像機是否存在故障。圖像處理器沒有數(shù)字化圖像1 檢查圖像處理器卡，因為該卡會影響一單個圖像。參見圖像處理器診斷。幾何一般性錯誤1 確認如下電纜正確連接。a) 進入VME底盤后部的慣性電纜。b) 進入VME底盤后部的里程計電纜。c) 進入VME底盤后部的所有的激光和攝像機電纜。d) 進入幾何CPU前部的串口數(shù)據(jù)電纜。e) 進入I/O CPU前部的Cat5網(wǎng)絡電纜（如果使用

31、了）。問題/癥狀故障排除任一通道上沒有幾何輸出1 當系統(tǒng)顯示里程計狀態(tài)屏幕時，移動車輛來確認車輛正接收轉(zhuǎn)速計脈沖?；谲囕v方向行走的距離，初始轉(zhuǎn)速計計數(shù)或里程會增加或減少。2 確認系統(tǒng)正接收來自于慣性包的數(shù)據(jù)。a) 通過檢查在VME輪廓屏幕上的幾何輸出顯示來確認I/O處理器正在接收數(shù)據(jù)。b) 啟動VME幾何軟件并設置里程計模式為“模擬”。當處于“運行模式”時，正如在“使用幾何CPU診斷操作”時看到的，幾何CPU會顯示一條形圖屏幕。轉(zhuǎn)到幾何CPU并確認它正從慣性包接收和顯示數(shù)據(jù)。注意：轉(zhuǎn)到幾何CPU需要移動鍵盤和視頻電纜。如果有轉(zhuǎn)換盒，連接I/O和幾何CPU。c) 檢查幾何處理器的連接到COM1

32、的串口。d) 如果幾何CPU正顯示條形圖并對鍵盤輸入有響應，但不從慣性包接受數(shù)據(jù)，那么，電纜或慣性包可能存在問題。確認在內(nèi)板上的紅色LED正閃爍。這表明在板上出現(xiàn)了一240赫茲同步信號并且微控制器正在運行。若系統(tǒng)通過了上述測試，那么就是從VME 到外部顯示軟件的輸出問題了。在一通道上沒有幾何輸出1 使用一歐姆表確認慣性電纜。2 檢查4個設備電纜（兩陀螺儀和兩加速計）已安全地安裝在慣性插座上。這需要在車底下打開安裝組。在表面和排列通道上沒有幾何數(shù)據(jù)1 如果車正在以laserail.ini文件規(guī)定的“Cut Off”速度下走行，說明表面和排列通道被抑制住了。疑有壞的測量（選擇通道）1 執(zhí)行一慣性偏

33、置，注意該值和所有4個慣性包備件的標準偏差。如下是列出的幾何測量及用于測量它們的部件：a) 軌距-使用鋼軌內(nèi)側的橫向點可產(chǎn)生軌距。通過光學信號而不是通過慣性包的任何一設備來進行測量。確認初始和數(shù)字化信號是清晰的。數(shù)字化信號應包括顯示頭部的底部的標記。b) 排列-使用搖頭&滾動速率陀螺儀，橫向加速度計，和橫向光學值來進行測量。如果光學信號出錯，那么，問題顯然出在軌距和排列上。c) 表面-使用y最大值光點，垂向加速度計，和滾動速率陀螺儀來進行測量。d) 超高&扭曲-使用慣性包的所有4個部件和y最大值光點來進行測量。e) 曲率-使用搖頭速率陀螺儀來進行測量。疑有壞的測量（所有通道）1

34、 確保光學圖像始終在攝像機的視野里。當鋼軌頭部離出攝像機的視野則會出現(xiàn)尖峰。2 檢查梁的穩(wěn)定性。當行走時不應存在過分的位移。問題/癥狀故障排除VME輪廓和幾何正運行而外部軟件并不顯示測量1 標準LPGMS系統(tǒng)帶有如下的兩輸出選項。a) TCP/IP網(wǎng)絡-標準的EHRA窗口軟件使用TCP/IP協(xié)議來傳送數(shù)據(jù)從VME到窗口界面。確認VME已經(jīng)和TCP/IP網(wǎng)絡一起啟動了，并且USE_NETWORK從laserail.ini文件被打開了。b) SBS Bit3 界面-確認USE_BIT3標記在laserail.ini文件已設置了。如果Bit3 界面被用于發(fā)送頭部信息到VME系統(tǒng)（細部，軌道ID，等）

35、，確認VME正在接收該啟動信息。5.4.2 系統(tǒng)維護1、激光安全預防LPGMS包含有不可見的紅外二極管激光，屬于b級激光產(chǎn)品。當對系統(tǒng)執(zhí)行維護或進行校正時，請仔細閱讀這些預防措施。通過閱讀，技術人員可在安全、無害的方式下執(zhí)行所有必須的維護和校正過程。a.不管何時在含有激光器的車底下的單元進行維護時，把鑰匙開關置于OFF位置。僅當維護操作需要激光打開時，鑰匙開關置于ON位置。注意：當鑰匙開關置于OFF位置時，拔出鑰匙。b.不論何時在激光打開時在車底下執(zhí)行維護時，操作人員須配戴激光安全眼罩。這種安全眼罩須達到ANSI Z136.1和Z136.3標準。c.當進行系統(tǒng)標定時，配戴激光安全眼罩。d.任何

36、人員當對激光發(fā)射器或?qū)Π惭b在車底下的攝像機進行調(diào)整時須配戴激光安全眼罩。2、標定a.九針標定板標定方法:1.將激光鑰匙扭向OFF位置，將鑰匙從鑰匙孔拔出。2.將激光/攝像梁從運行位置(the production position)向上翻轉(zhuǎn)90度到維護位置(the maintenance position)并且鎖定。看下面的維護中梁的懸掛章節(jié)。1號攝像機-左邊3.將存放箱中取出標定設備(the calibration fixture)并插入激光/攝像梁左邊的尾槽(the dove tail)。4.插入激光鑰匙，扭向ON位置。5.在LPGMS操作系統(tǒng)的主菜單(Main Menu)中，點擊 Cal

37、ibrate 鍵來進入LPGMS 標定菜單(the LPGMS Calibration Menu)。6.點擊攝像機選擇鍵出現(xiàn) Cam <T1-T10>鍵，選擇1號攝像機。然后從1號攝像機的圖像出現(xiàn)在黑白監(jiān)視器上。7.用 UP iris 和DOWN iris 鍵來調(diào)整攝像機以能照射到所有你要標定的標針，不要漏掉任何一個標針。8.按Calibrate 鍵來標定1號攝像機。下面顯示標定裝置菜單。圖4-15用 Up， Down， Left 和 Right 鍵來調(diào)整小方塊位置使其離標針最近，如圖4-15所示。注意：鍵盤上的上下左右鍵也可用于小方塊的移動。按屏幕或單擊鼠標左鍵可以使小方塊移動到

38、點擊位置的左邊或右邊。當小方塊在最近的標針圖像時，可以點擊 Place 鍵來固定標樁圖像位置然后開始下一個標樁的標定。選擇上圖中位置1的標樁。按 Cancel 鍵會取消標定操作并回到標定菜單。當最后一個標針被標定完后，軟件會自動進行矩陣校正計算。當矩陣校正計算完后，顯示器上會出現(xiàn)標定接收菜單(the Calibration Acceptance Menu)，如圖4-16所示。 圖4-16 標定接收菜單 RMS error 值為0.007或更小是有效的。點擊 Yes 鍵來保留這個新的標定結果。否則點擊 No 鍵取消標定操作然后返回到LPGMS標定菜單。9.假如你點擊 Yes 鍵選擇保留這個新的標

39、定結果，然后屏幕會顯示1號攝像機的標定已經(jīng)完成并被保存。 圖4-17 正在更新標定文件在屏幕顯示完后，軟件將會回到LPGMS標定菜單。2到5號攝像機-左邊10.重復上面步驟5-9，對2，3，4和5號攝像機進行標定。11.將激光鑰匙扭到 OFF 位置，然后拔出鑰匙。 6號攝像機-右邊12.將標定裝置從激光/攝像梁(the laser/camera beam)的左邊卸下，然后安裝到梁右邊的尾槽(the dove tail)中。13.插入激光鑰匙，扭向ON位置。14.重復步驟5-9，對6號攝像機進行標定。7-10號攝像機-右邊15.重復步驟5-9，對7，8，9和10號攝像機進行標定。16.按 Go

40、back 鍵回到主菜單。17.將激光鑰匙扭向OFF位置，將鑰匙從鑰匙孔拔出。18.從激光/攝像梁的右邊取下標定裝置然后放回到存儲箱中。19.將梁旋轉(zhuǎn)到原來運行的位置?？聪旅娴木S護中梁的懸掛章節(jié)。20.插入激光鑰匙，扭向ON位置。 b.軸編碼器的當量數(shù)標定方法:由于車輪磨耗需要經(jīng)常進行軸編碼器(shaft encoder)標定。車輪磨耗發(fā)生在運行過程中并且車體實際運行的距離小于軸編碼器紀錄的距離值。為了確保LPGMS系統(tǒng)的測量和位置的精確性，從軸編碼器接受到的每米/英尺的脈沖數(shù)量必須存在系統(tǒng)中。下面步驟被用于（1）確定脈沖數(shù)每米/英尺（PPM或PPF）以及（2）輸入PPM值到系統(tǒng)中。這一操作要根

41、據(jù)用戶自己的判斷經(jīng)常進行。假如系統(tǒng)經(jīng)常需要里程標定，那么就應該進行該標定過程。注意：應該保留已紀錄的PPM值。萬一需要重裝該軟件時，就需要當前的PPM值。 1 如要標定軸編碼器，需要一段正切軌道。在理想條件下，需要一段長1公里有標記的軌道，長的或短的也可使用。在這段軌道上應將起點和終點標記好以使車上操作員能很容易將車體停在標記點上。兩個標記點的距離應該是在小于0.5公里的距離上誤差不超過10厘米或更遠距離上誤差不超過1米。2 在LPGMS系統(tǒng)中啟動io.exe程序然后進行該系統(tǒng)常規(guī)操作。從Main Menu ，選擇 LPGMS Diagnostic Menu 然后是 Odometer Stat

42、us。屏幕中Current Tach Count 值在下面步驟中會用到。3 將車體停在起點不要移動，記錄速度計現(xiàn)在的值。4 指揮車體操作員移動車體到終點位置，要使車體盡可能停在靠近終點位置。車體位置對于在距離小于1公里的軌道上很重要。車體停在終點時不應前后移動。這時可以記錄當前速度計的值。5 將終點速度計值減去起點速度計值，然后用兩點距離值去除，得出的結果忽略正負號就是PPM值。上面步驟至少重復一次以確保得到一個一致的值。6 在這段軌道上進行多次試驗得到的新PPM值，將其輸入到 Scale Odo菜單，這菜單在Utility Menu 中。退出 Odometer Status 和 Diagno

43、stic 屏幕返回到 Main Menu。從 Main Menu 選擇Parameters 屏幕然后再進入Scale Odo 屏幕輸入新的PPM值。新值會存入Parameters 文件中并在 Parameters 屏幕中顯示。記住要另外記錄這個新PPM值以防止重裝軟件時也可以使用該值。 5.4.3 部件維護1、計算機柜1 確定在機柜架(chassis)上沒有漏掉的碎片或凹痕。觀察機柜架外面確定所有板卡，線以及蓋板都已安裝。檢查每塊板卡都已牢固的插好，螺絲完全擰緊。注意機柜架有沒有凹痕；假如有凹痕的話就應打開機柜蓋看看是否有內(nèi)部的損傷。2 察所有內(nèi)部線(internal cables)和插槽(c

44、onnectors)。觀察機柜后背板(the computer chassis back cover)以確定連鎖裝置(interlock)，里程儀(odometer)，攝像機(camera)，激光器(laser)，監(jiān)視器所連接的線牢固的插在它們各自的插槽里。3 理機柜內(nèi)外。清掃機柜架內(nèi)外表面，取出每塊板卡清掃（或用干凈的壓縮空氣）它們兩邊的灰塵和污物，然后將板卡插回他們各自插槽并確定已插好最后擰上螺絲。 注意：計算機柜的每個月維護的主要取決于機柜的清潔程度。機柜架沒有固定好的話灰塵和別的污物會進入機柜內(nèi)部。假如機柜很干凈那么維護次數(shù)將會減少。 2、電源1 檢查輸入電壓，記錄讀數(shù)。檢查并記錄機柜

45、架交流電輸入電壓值，可接受值應該是正常值（230 VAC或110 VAC）±10%。2 檢查輸出電壓，記錄讀數(shù)。在VME架前面的控制板上檢查并記錄5 VDC和12 VDC的直流電輸出電壓值，可接受值應當是正常值+10%/-5%。 3、風扇(fan)和過濾器(filters)1 確定所有制冷風扇的運行正常打開電源，確定所有風扇都轉(zhuǎn)動，將不轉(zhuǎn)動的風扇換掉。2 用吸塵器清理過濾器。拿出過濾器用吸塵器清理。 4、 CPU和內(nèi)存1 運行分析測試。打開計算機電源，看看自檢分析是否有錯誤。 5、鍵盤注意：不要用任何溶劑，去污劑也不要在鍵盤上用清潔劑，這都會對鍵盤造成永久傷害使其無法工作。 1 檢查

46、是否有按鍵不靈。檢查按鍵必要時換鍵盤。2 測試所有按鍵操作。按下然后松開每個按鍵確定都能還原，假如不能還原去掉蓋子用壓縮空氣清潔鍵盤機械裝置。假如還是不行的話就換鍵盤。3 清潔鍵盤。用壓縮空氣清理鍵盤表面的污物。 6、VGA 監(jiān)視器1 清理監(jiān)視器屏幕。用任何一種玻璃清潔器和不起毛的毛巾擦掉VGA監(jiān)視器上的灰塵和手印。2 校正屏幕失真。用VGA監(jiān)視器上的控制鍵調(diào)整屏幕圖像失真，亮度和對比度。 7、灰白視頻監(jiān)視器1.清理監(jiān)視器屏幕。用任何一種玻璃清潔器和不起毛的毛巾擦掉灰白視頻監(jiān)視器上的灰塵和手印。2 校正屏幕失真。用灰白視頻監(jiān)視器上的控制鍵調(diào)整屏幕圖像失真，亮度和對比度。 8、軟件1 從冷啟動開

47、始啟動軟件以確保操作正常。根據(jù)指導啟動LPGMS軟件，在初始化時觀察屏幕程序然后進入Main Menu。 注意：假如程序不能啟動或無法進入主菜單Main Menu，請聯(lián)系EHRA。看看守則后面的技術支持這一章。 2.記錄軟件版本號。 軟件版本號在啟動屏幕上顯示，把版本號記錄在紙上。 9、激光器溫度和電流1 記錄激光器溫度和電流。在LPGMS的 診斷菜單Diagnostics Menu中按 D 鍵。按 Laser Parameters 鍵看激光參數(shù)顯示，觀察并記錄每個激光器的電流和溫度。在工廠是軟件中設定的激光溫度大概是25度，實際溫度應該是設置溫度±1度。激光電流應該在900毫安和9

48、50毫安之間。假如電流超出了激光器的容許范圍，應該用位于LTC板上的調(diào)整螺帽(adjustment screw)調(diào)整電流值，同時觀察激光參數(shù)顯示。 激光/溫度控制器(LTC3)卡是控制四個激光溫度的設置點和驅(qū)動電流的。在LTC3板上的四個三色二極管顯示每個激光的溫度狀態(tài)。黃色代表激光溫度處于設置點上，紅色代表溫度過熱而綠色代表溫度過低。四個不同的二極管用于顯示激光器。當一個或一個以上的二極管亮的話說明激光開著。在LTC3板上的四個電位器可用于調(diào)整每個激光的驅(qū)動電流。驅(qū)動電流增加將會增加激光的輸出電量。下面的步驟詳細講述如何調(diào)整激光。a. 溫度設置點的調(diào)整激光溫度設置點在出廠前進行了軟件調(diào)整，用

49、戶不可改變。在啟動時溫度穩(wěn)定后正常的情況下激光溫度指示燈二極管的顏色是黃色的。注意：假如二極管顏色一直是紅色或綠色的要聯(lián)系廠家。 b. 驅(qū)動電流調(diào)整注意：下面的步驟假設：（1）激光/攝像機梁處于運行位置（平行），（2）已安裝的LPGMS操作系統(tǒng)正在運行中。 1 在軟件主菜單中，選擇Parameters鍵來進入?yún)?shù)和工具菜單(the Parameters and Utility Menu)。在參數(shù)和工具菜單里選擇Laser parameters 鍵看激光溫度和電流。2 用一個平葉片起子(flat-blade screwdriver)，在LTC3板上的電流電位器(the CURRENT poten

50、tiometer)慢慢的旋轉(zhuǎn)螺絲來調(diào)節(jié)激光大小。順時針旋轉(zhuǎn)會減少驅(qū)動電流；逆時針旋轉(zhuǎn)會增加驅(qū)動電流。3 在看電流值時，要調(diào)節(jié)驅(qū)動電流值在925毫安±25毫安（900毫安到950毫安）。c. 激光平面的調(diào)整當已經(jīng)替換一個激光放射裝置或者安裝調(diào)整螺絲已經(jīng)擰松并且部件動過，那么用戶必須要調(diào)整激光面。當調(diào)整完成后，兩束成對的激光必須能投射到同一平面上。重疊的激光要聚成一根連續(xù)的直線。下面步驟詳細講述如何正確調(diào)整激光面：注意：下面的步驟假設：（1）激光/攝像機梁處于維護位置（垂直），（2）蓋板已從激光/攝像機梁取出，（3）激光器已安裝好并能和控制線正確連接，（4）已安裝的LPGMS操作系統(tǒng)正在

51、運行中。 1 將激光鑰匙扭向OFF位置，將鑰匙從鑰匙孔拔出。2 從標定部件尾槽(the calibration dovetail)取出防護裝置(guard)。從存儲箱取出標定部件(the calibration fixture)，然后插入尾槽。3 每根鐵軌都有兩束激光照射。擋住成對的激光（是還沒有調(diào)整的那對）為了激光能被標定裝置擋住。4 插入激光鑰匙，扭向ON位置。5 GMS操作系統(tǒng)的主菜單(Main Menu)中，點擊 Calibrate 鍵來進入LPGMS 標定菜單(the LPGMS Calibration Menu)。6 LPGMS 標定菜單(the LPGMS Calibration

52、 Menu)點擊攝像機選擇鍵選擇要調(diào)整的攝像機，其圖像將出現(xiàn)在黑白監(jiān)視器上。用 UP iris 和DOWN iris 鍵來調(diào)整攝像機以能照射到所有你要標定的標針，不要漏掉任何一個標針。7 松開四個外部調(diào)整螺絲(the outer adjustment screws)（4 mm 的套筒板手頭(socket head)）和用一個4 mm 的六邊形扳手左右平移凸輪(cam)，直到能看到在屏幕上中間標樁的激光點。調(diào)整攝像機光圈是其顯示出清晰的圖像。8 松開四個內(nèi)部調(diào)整螺絲(the inner adjustment screws)（4 mm 的套筒板手頭(socket head)）并用小號鉗子旋轉(zhuǎn)激光放

53、射裝置的套管(the barrel of the laser line projector)直到激光點是其他標針的一半長。9.重復上面的步驟6和7，直到黑白監(jiān)視器上的圖像調(diào)整到最好狀態(tài)。10.小心的擰緊所有調(diào)整固定螺絲，使所有設置不會再改變。11.揭開已經(jīng)擋住的激光并蓋上已經(jīng)調(diào)整好的激光。12.在LPGMS 標定菜單(the LPGMS Calibration Menu)點擊攝像機選擇鍵選擇要調(diào)整的攝像機，其圖像將出現(xiàn)在黑白監(jiān)視器上。用 UP iris 和DOWN iris 鍵來調(diào)整攝像機以能照射到所有你要標定的標針，不要漏掉任何一個標針。13.重復其他未遮擋激光的調(diào)整14.小心的擰緊所有調(diào)整固定螺絲，使所有設置不會再改變。15.揭開已經(jīng)擋住的激光然后對激光器進行調(diào)整使其在九個標樁上的照射的點能成一條直線。16.將激光鑰匙扭到 OFF 位置，然后拔出鑰匙，關閉所有的激光。17.從尾槽取下標定裝置然后放到一個安全地方。18.小心的擰緊所有調(diào)整固定螺絲，使所有設置不會再改變。19.安裝上激光/攝像機梁上的蓋板然后將標定裝置底座插尾槽中。20.按照標定過程一章作一次系統(tǒng)標定。21.從尾槽中取出標定裝置，插上防護裝置然后將標定裝置放到存儲箱中。10、攝像機1. 檢查所有攝像機的位置。把標定裝置安裝到激光/攝像機梁上點擊 Calibrate