CN101619965A - 轮对自动测量装置 - Google Patents

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CN101619965A CN200910091199A CN200910091199A CN101619965A CN 101619965 A CN101619965 A CN 101619965A CN 200910091199 A CN200910091199 A CN 200910091199A CN 200910091199 A CN200910091199 A CN 200910091199A CN 101619965 A CN101619965 A CN 101619965A
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崔忠伟
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北京领邦仪器技术有限公司
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Abstract

轮对自动测量装置,将激光测距传感器安装于一个三自由度运动机构上,在测控单元控制下,激光测距传感器沿轮对外轮廓作相对运动,使激光测距传感器与轮对表面的距离和测量线方位保持在测量精度允许的范围内,使激光测距传感器的激光束与轮对外表面的角度保持在激光测距传感器测量精度允许的范围内,根据三自由度运动机构的位置信息和激光测距传感器的测距信息,计算获得轮对外形尺寸数据,并存储测量数据,显示、检索、打印测量结果。该装置包括实时测控机柜,轮对激光扫描测量机构,轮对旋转机构,轮对夹紧定位机构,轮对升降机构,轮对进出机构,轮距变轨机构和轮对编号识别机构。

Description

轮对自动测量装置
所属技术领域
本发明涉及一种测量轮对外形尺寸的自动化测量装置,能够在生产、维修时用于测量多 种轨道式车辆所使用的轮对的外形尺寸。
背景技术
轮对是轨道式车辆的重要部件,直接影响车辆的安全运行。轮对的外形尺寸是轮对的一 种重要技术指标,在轮对生产过程中和使用维修时都必须对其进行测量,以确认轮对的技术 指标合格,保证使用可靠。随着铁路列车运行速度不断提高,对轮对的外形尺寸的精度要求 也在提高。随着轮对制造业全球化的发展,轮对生产厂家需要为世界各国生产不同规格的轮 对产品。因此,轮对测量装置必须向高效自动化、高精度、适应多种规格轮对测量要求的方 向发展。
现有的轮对测量装置采用下列三类技术:1、采用接触式测量,用人工或自动机械的方式
进行,测量精度和测量效率低,可靠性差(如CN2745057Y公告的轮对自动测量机);2、采用 光学成像、涡流测距、超声测距方式进行自动测量,测量精度、测量效率和工作可靠性都比 接触式有一定提高(如CN2463262Y公告的一种轮对自动检测装置);3、采用激光测距技术, 测量精度、测量效率和工作可靠性都有较大提高,是目前最先进的轮对测量技术(如 CN2678987Y公告的铁路客车和货车的轮对自动检测装置)。
采用激光测距技术测量轮对外形尺寸目前存在如下有待解决的问题:1、由于激光测距精 度与激光测距传感器与被测对象表面的距离、激光测距传感器测量线与被测对象表面所成的 角度紧密相关,而轮对外形凹凸变化显著,轮对踏面为复杂曲面,造成激光测距传感器与轮 对表面的距离、激光测距传感器测量线与被测对象表面所成的角度变化很大,轮对测量时激 光测距传感器的测量精度显著下降,难以满足轮对高精度测量的要求,成为轮对测量精度提 高的技术障碍。目前国内外的轮对测量装置都采用多个量程的激光测距传感器,放置在多个 测量位置,测量线的角度固定不变,这样可以在一定程度上降低激光测距传感器与轮对表面 的距离、激光测距传感器测量线与被测轮对表面角度这两个因素对测量精度的影响,但也增 加了激光测距传感器的数量,使设备成本上升,而且传感器位置无法适应不同规格轮对的测 量要求,轮对踏面这些复杂曲面的测量精度仍然无法保证(如CN2529800Y公告的一种自动测 量车轮踏面直径与轮缘厚度的装置);也有人提出了采用大量程激光测距传感器结合水平运动 机构的技术方案,以减少激光测距传感器的数量,适应不同规格轮对的测量要求,但由于相 同的测量精度条件下量程大的激光测距传感器价格会成倍上升,而且这种方式无法保持激光 测距传感器的测量线与轮对表面接近垂直,只能依靠激光测距传感器的激光束区分轮对的内 外侧面,轴向测量精度不能达到要求,实际上无法实现(如CN2715134Y公告的轮对自动测量 装置)。2、现有轮对自动测量装置均采用非实时数字测控技术,在进行测距传感器运动控制、 位置测量和距离测量时产生不可预料的时间同步误差,从而导致很大的尺寸测量误差,只能 采用运动、停止、测距这样反复循环的间歇测量方式,极大地限制了自动测量装置运行效率 的提高,是未能解决的技术难点。3、由于轮对表面加工痕迹会造成激光测量时的噪声误差, 由于轮与轴的装配存在误差会导致两轮不平行和轮与轴不垂直,用通常的平滑滤波方式不能消除其对外形尺寸测量的影响,测量结果的一致性差,是未能解决的技术难点。4、由于轮对 测量时激光传感器要相对于轮对运动,轮对也要绕轮轴旋转,激光传感器与轮对的相对运动 精度、轮对轴向的定位精度对测量精度影响很大,是未能解决的技术难点。5、现有的轮对测 量装置都无轨距变换功能,只能用于一种轨距的轮对测量,无法对其它轨距规格的轮对进行 测量,存在明显的功能缺陷。
发明内容
本发明针对轮对测量装置存在的技术障碍、技术难点和功能缺陷,提出了一种轮对自动 测量装置,该装置能够对多种规格的轮对外形尺寸自动进行高效、高精度的测量。
本发明的技术思想:1、将激光测距传感器安装于一个带有光栅位置测量装置的三自由度 运动机构上,激光测距传感器在该运动机构的带动下沿轮对外轮廓作相对运动,保持激光测 距传感器与轮对表面的距离和方位的最优,以保证激光测距传感器位置测量和距离测量的精 度。2、采用实时数字测控部件,对三自由度运动机构进行实时轨迹优化控制,对激光测距传 感器的位置信息和距离测量信息进行实时采集,做到运动与测量同步进行,实现了 "边动边 测",在确保测量精度的同时,大幅度提高轮对测量装置的运行效率。3、通过数字滤波、曲 线拟和算法,去除轮对表面加工痕迹所导致的测量误差,降低轮对装配位置误差对测量结果 一致性的影响。4、通过轮对轴的精确夹紧定位和标准量块提供可校准的测量基准,确保激光 测距传感器的相对定位精度,从而保障轮对外形尺寸的测量精度。5、通过专门设计的变轨机 构,适应不同轮距规格的轮对测量需要。
本发明的技术方案:轮对自动测量装置包括机座平台、立柱、横梁、测控机柜、变轨机 构、轮对进出机构、轮对升降机构、轮对夹紧定位机构、轮对旋转机构、激光扫描测量机构、 轮对编号识别机构。
机座平台固定于地面的地基上,立柱垂直固定于机座平台两端,横梁固定于两个立柱的 上端,机座平台上有V形导槽和螺栓孔,为其它部件提供运动导向和安装基础。
测控机柜安装于机座平台外侧,机柜内部有两台计算机、显示器、动力电源、信号电源、 电机驱动器、气路控制阀,计算机内装有运动控制卡、继电器卡、视频采集卡、网卡和串口, 运动控制卡与电机驱动器连接,电机驱动器输出与轮对测量装置的各电机连接,提供电机控 制驱动,继电器卡与各气路控制阀连接,各气路控制阀输出与各驱动气缸连接,提供驱动气 缸控制驱动,串口与激光传感器连接,接收测量信号,网口为上位计算机和下位计算机提供 信号传输通道。
变轨机构包括运动基座、滚珠丝杠组件、步进电机、带有拨杆的导轨托叉。两节用于轮 对滚动的导轨分置于机座平台上, 一节导轨为固定导轨,另一节导轨为活动导轨。活动导轨 位于托叉的两个拨杆之间,托叉用螺栓固定于运动基座的内侧。运动基座下有V形突缘,与 机座平台的V形导槽构成滑动运动幅,运动基座外侧有固定螺栓孔,需调整轮对轨距时将螺 栓放松,调整完毕后再将螺栓拧紧。滚珠丝杠组件的外套部分与运动基座固接为一体,滚珠 丝杠组件的丝杠穿过其外套,与步进电机的输出轴铰链。步进电机安装在机座平台上,步进 电机驱动信号端与测控机柜内的电机驱动器的输出连接。调整轮对轨距时,测控机柜内的上 位计算机通过运动控制卡控制电机驱动器,电机驱动器输出信号驱动步进电机运动,使滚珠 丝杠旋转,丝杠带动运动基座和导轨托叉作伸縮运动,托义上的拨杆推拉导轨,使导轨变换位置。轮距调整完毕,将运动基座的固定螺栓和导轨的固定螺栓紧固,即完成了导轨距离调 整。
轮对进出机构包括轮对推入机构和轮对推出机构,轮对推入机构接收送来的待测轮对, 并减缓其冲击,使其处于准备进入的状态,保护正在工作的轮对测量装置,当轮对测量装置 没有轮对正在进行测量时,轮对推入机构动作,将待测轮对推入测量位置;轮对推出机构接 收轮对推入机构送入的待测轮对,并减缓其冲击,使待测轮对处于准备状态,轮对升降机构 将轮对举升到测量位置完成测量,轮对测量完毕后,下降回到轮对推出机构,轮对推出机构 动作,将完成测量的轮对推出轮对测量装置。这两个机构结构相同,都由V形拨叉、拨叉连 杆和驱动汽缸组成。V形拨叉的转轴与拨叉连杆固连在一起,拨叉连杆与驱动气缸的运动轴 连接,驱动气缸通过一个活动轴连接到地面基础上,驱动气缸的气路与测控机柜内的气路控 制阀出口连接。测控机柜的上位计算机通过继电器卡控制气路控制阀,从而控制驱动气缸的 运动,并通过拨叉连杆带动拨叉运动,同时驱动气缸还配有传感器,当气缸运动到相应位置 时,控制气缸的气路,使拨叉固定在设定的位置上,起到定位的作用,并利用气缸内的空气 压縮减缓轮对的冲击。
轮对升降机构安装在导轨外侧的两个运动基座上,包括V形托架、螺旋升降机构、伺服 电机。V形托架固定于螺旋升降机构的升降杆上,螺旋升降机构固定在机座平台上,其传动 机构通过蜗杆与伺服电机的转轴铰接,伺服电机的驱动信号端与测控机柜内的电机驱动器的 输出连接。测控机柜内的上位计算机通过运动控制卡控制电机驱动器,电机驱动器输出信号 驱动步进电机旋转,电机旋转带动螺旋升降机构及V形托架上下运动,从而使V形托架上的 轮对从轮对推出机构上举升至测量位置,测量完毕后轮对落于V形托架上,轮对升降机构下 降,将轮对落至轮对推出机构的拨叉上。
轮对夹紧定位机构包括运动基座、滚珠丝杠组件、步进电机、驱动气缸、顶尖和标准量 块。带有固定螺孔的运动基座位于固定导轨外侧,其v形突缘落在机座平台的v形导槽上, 滚珠丝杠组件的外套部分与运动基座固接为一体,滚珠丝杠组件的丝杠穿过其外套,与步进 电机的输出轴铰接,步进电机固定于机座平台上,步进电机的驱动信号端与测控机柜内的电 机驱动器的输出连接,驱动气缸安装于运动基座上,驱动气缸的气路与测控机柜内的气路控 制阀出口连接,顶尖与驱动气缸运动轴固连,标准量块套装于顶尖突起部分。测控机柜内的 上位计算机通过运动控制卡控制电机驱动器,电机驱动器输出信号驱动步进电机运动,使滚 珠丝杠旋转,丝杠带动运动基座作伸縮运动,用于适应不同规格轮对轴长的变化,调整完成 后将运动基座的固定螺栓紧固;测控机柜的上位计算机通过继电器卡控制气路控制阀,从而 控制驱动气缸的运动,带动顶尖作水平运动,与安装在机座平台另一侧的运动基座上的顶尖 配合,将轮对升降机构举升到测量位置的轮对夹紧。标准量块为激光测量机构提供轴向和径 向测量基准,并可校准轮对测量机构的运动位置测量误差。
轮对旋转机构安装于导轨的外侧,包括驱动气缸、步进电机和摩擦轮。驱动气缸安装于 机座平台上,驱动气缸的气路与测控机柜内的气路控制阀出口连接,步进电机与驱动气缸的 运动轴固接,步进电机驱动信号端与测控机柜内的电机驱动器的输出连接,摩擦轮与步进电 机的输出轴固接。测控机柜的上位计算机通过继电器卡控制气路控制阀,从而控制驱动气缸 的运动,带动步进电机和摩擦轮上下运动,使摩擦轮接触轮对踏面或离开轮对踏面;测控机 柜内的下位计算机通过运动控制卡控制电机驱动器,电机驱动器输出信号驱动步进电机和摩擦轮转动,带动轮对做旋转运动,使激光扫描测量机构能够测量不同转角位置的轮对尺寸参 数。
激光扫描测量机构是一个可带动激光测距传感器作三自由度运动,同时提供位置测量信 息的装置,包括水平运动机构、垂直运动机构、旋转运动机构和激光测距传感器。水平运动 机构安装于横梁上,包括水平直线导轨、水平运动滑块、伺服电机和光栅测量装置,水平运 动滑块通过直线导轨上的传动部件与伺服电机的输出轴连接,伺服电机驱动信号端与测控机 柜内的电机驱动器的输出连接,光栅测量装置的光栅配装于水平直线导轨上,光栅测量头安 装于水平活动滑块上,光栅测量头的信号线与测控机柜下位计算机的运动控制卡连接;垂直 运动机构包括直线导轨、垂直运动滑块、伺服电机和光栅测量装置,垂直运动滑块安装于水 平运动滑块上,伺服电机驱动信号端与测控机柜内的电机驱动器的输出连接,光栅测量装置 的光栅配装于直线导轨上,光栅测量头安装于垂直活动滑块上,光栅测量头的信号线与测控 机柜下位计算机的运动控制卡连接;旋转机构安装于垂直运动机构的下端,包括一台直接驱 动电机和一个托架,该直接驱动电机内置角度测量装置,角度测量装置的输出信号与测控机 柜下位计算机的运动控制卡连接,电机驱动信号端与测控机柜内的电机驱动器的输出连接, 托架固定在直接驱动电机的旋转盘上;激光测距传感器安装于旋转机构的托架上,其测量信 号接口与测控机柜内下位计算机的串口相接。测控机柜内的下位计算机通过运动控制卡控制 电机驱动器,电机驱动器输出信号驱动水平运动机构、垂直运动机构和旋转运动机构运动, 带动激光测距传感器沿轮对的外轮廓运动,并保持激光测距传感器与轮对表面的距离和方位 处于激光测距传感器要求的范围内,同时下位计算机通过运动控制卡实时读取水平、垂直、 旋转位置信息,通过串口实时读取激光测距传感器的距离测量信息,并将这些信息传输给上 位计算机,由上位计算机进行数字滤波、模型求解和曲线拟合,获得轮对的外形尺寸参数。
轮对编号识别机构安装于轮对导轨的外侧,包括安装架、照明光源和摄像机,安装架固 定于地面上,照明光源和摄像机安装于固定架上部,摄像机的图像输出接口与测控机柜内的 上位计算机的视频采集卡相连,当待测轮对进入轮对推入机构的V形拨叉,处于等待状态时, 照明光源照射于轮对轴端,摄像机获得轮对轴端的图像送至上位计算机,计算机运行轮对编 号识别软件,对带有轮对编号的轴端图像进行处理、识别,获得由字符表示的轮对编号代码。
轮对自动测量装置的工作过程是:用户通过测控机柜的显示器和上位计算机进行交互操 作,输入轮对的外形主尺寸,或者选择自学习功能让轮对测量装置自行获得轮对外形主尺寸。 上位计算机根据轮对的外形主尺寸,计算得到激光测距传感器的最优扫描测量轨迹,并将此 轨迹转换为激光扫描测量机构的运动控制参数。用户将待测轮对滚至轮对推入机构,并在显 示器上点击轮对测量开始菜单按钮,轮对测量装置即自动开始测量操作:在上位计算机的控 制下,轮对推入机构接收轮对并缓冲其冲击,同时轮对编号识别机构获取轮对编号,在轮对 测量位置空闲时,轮对推入机构将轮对推入,轮对推出机构接收轮对并缓冲其冲击,轮对升 降机构将轮对举升到测量工位,轮对夹紧定位机构向内运动,顶尖将轮对夹紧,轮对旋转机 构将摩擦轮升起,使其与轮对踏面紧密接触,做好测量准备,然后上位计算机向下位计算机 发送轮对测量命令和运动控制参数,启动下位计算机工作;下位计算机接到上位计算机的命 令和运动控制参数后,控制激光扫描测量机构按照规划好的扫描轨迹沿轮对的外轮廓进行扫 描测量,并在必要时控制轮对旋转机构的摩擦轮旋转,将获得的测量数据上传给上位计算机, 完成测量任务后,激光扫描测量机构回复到原位,向上位计算机发出测量完成信号;上位计 算机从下位计算机获得测量数据,对数据进行数字滤波、模型求解和曲线拟合处理,获得轮
6对的外形尺寸数据,与轮对编号、测量人员信息、测量日期和时间信息一并显示在测控机柜 的显示器上,并将这些数据存入数据库;同时,在上位计算机的控制下,轮对夹紧定位机构 向外移动,松开轮对顶尖,轮对落到升降机构上,升降机构下降,将轮对放入轮对推出机构 的V形拨叉上,轮对推出机构动作将轮对推至测量装置外,完成一个轮对的全部测量过程。 当选择自学习功能时,激光扫描测量机构的测量控制方式与轮对测量不同,其它机构的工作 过程与轮对测量相同。自学习时,轮对旋转机构不工作,激光扫描测量机构的旋转单元转动, 使激光测距传感器的测量线与横梁垂直,垂直运动机构向上运动到最大位置;然后水平运动 单元做水平运动,激光测距传感器获取轮对外轮廓距离信息;对未能获得轮对外轮廓距离信 息的部分,垂直运动单元向下运动一个与激光传感器量程有关的长度,水平运动单元在未能 获得轮对外轮廓距离信息的水平范围内继续做水平运动,激光测距传感器获取轮对外轮廓距 离信息,此过程反复进行,直至获得轮对沿轴向的全部外轮廓信息。
本发明的有益效果是:激光扫描测量机构控制激光测距传感器沿轮对外轮廓运动,使激 光测距传感器与被测轮对表面的距离和方位始终处于测量精度要求的范围内,可以避免使用 多个不同量程的激光测距传感器,可以保证轮对测量的高精度;数字滤波和曲线拟合减小了 轮对表面加工痕迹对测量精度的影响,降低了轮对装配位置误差对测量结果一致性的影响; 论对精确定位、激光测距传感器精确运动控制、标准量块提供的精确位置基准和运动位置校 准,使轮对与激光测距传感器的相对位置准确,保证轮对测量的精度;实时数字控制使时间 误差处于可控的范围内,在保证测量精度的同时大幅提高了轮对测量速度;轨距变换功能适 应了多轨距规格轮对测量需要。
附图说明
图l是本发明的主视图; 图2是本发明的侧视图; 图3是本发明的俯视图; 图4是本发明测控机柜结构图;
图5是本发明的轮对进出机构的工作原理图。
上述各图中的标号:1、机座平台,2、立柱,3、横梁,4、变轨机构、5、轮对进出机构, 6、轮对升降机构,7、轮对夹紧定位机构,8、轮对旋转机构,9、激光扫描测量机构,10、 轮对编号识别机构,11、水平运动运动机构,12、垂直运动机构,13、旋转运动机构,14、 激光测距传感器。
如图l、 2、 3所示,轮对自动测量装置由机座平台1、立柱2、横梁3、变轨机构4、轮 对进出机构5、轮对升降机构6、轮对夹紧定位机构7、轮对旋转机构8、激光扫描测量机构 9、轮对编号识别机构10组成。激光扫描测量机构9包括水平运动机构11、垂直运动机构12、 旋转运动机构13和激光测距传感器14。轮对进出机构5包括轮对推入机构和轮对推出机构 两部分。
机座平台采用铸铁件,与地面地基的连接采用螺栓连接方式,机座平台上加工出两条V 形导槽。两侧立柱为门形结构的铸铁件,与机座平台采用螺栓连接方式。横梁采用大理石材质,与立柱的连接采用位置可调的螺栓连接方式。
如图4所示,测控机柜由上位计算机系统和下位计算机系统组成。测控机柜采用立式机 柜,设有可拉伸键盘托。机柜内部从下至上分五层安装设备,第一层安装气路控制阀,第二 层安装电机驱动器,第三层安装动力电源和信号电源,第四层安装下位计算机和显示器,第 五层安装上位计算机。上位计算机和下位计算机均选用工控机。上位计算机配备视频采集卡、 继电器卡、运动控制卡。下位计算机配备运动控制卡、UMI适配器。机柜内安装5个伺服电 机驱动器、5个步进电机驱动器和5套气动控制阀。
变轨机构配备两套滚珠丝杠组件、两台步进电机,带有拨杆的导轨托叉采用钢材订制。 固定导轨和活动导轨均采用螺栓与机座平台连接,当需要调整导轨距离时,将活动导轨的螺 栓松开。活动导轨位于托叉的两个拨杆之间,托叉用螺栓固定于运动基座的内侧。运动基座 的V形突缘与机座平台的V形导槽构成滑动运动幅,运动基座外侧有固定螺栓孔,用于固定 运动基座。滚珠丝杠组件的外套部分与运动基座固接为一体,滚珠丝杠组件的丝杠穿过其外 套,与步进电机的输出轴铰链。步进电机安装在机座平台上,步进电机驱动信号端与测控机 柜内的电机驱动器的输出连接。调整轮对轨距时,先松开活动导轨的固定螺栓和运动基座的 固定螺栓,将轮对轨距通过测控机柜的键盘输入计算机,选择轨距调整按钮,测控机柜内的 上位计算机通过运动控制卡控制电机驱动器,电机驱动器输出信号驱动步进电机运动,使滚 珠丝杠旋转,丝杠带动运动基座和导轨托叉作伸縮运动,托叉上的拨杆推拉导轨,使导轨变 换位置,轮距调整完毕后将活动导轨和运动基座的螺栓拧紧,即完成了导轨距离调整。
轮对进出机构由V形拨叉、拨叉连杆和驱动汽缸组成,V形拨叉的转轴与拨叉连杆固连 在一起,拨叉连杆通过活动轴与驱动气缸的运动连杆连接,驱动气缸通过一个活动轴连接到 地面基础上,驱动气缸的气路与测控机柜内的气路控制阀出口连接,驱动气缸可选用SMC产 品。测控机柜的上位计算机通过继电器卡控制气路控制阀,从而控制驱动气缸的运动,并通 过拨叉连杆带动拨叉运动。以轮对推入机构为例,轮对的进出过程如图5所示。拨叉有三种 位置状态,分别为图5的(a)、 (b)、 (c)所示,起到接收、阻挡定位以及推动轮对的作用。 轮对被推入后,拨叉自动还原到图5 (a)所示的接收轮对状态,驱动气路与驱动气缸的通路 关闭。驱动气缸配有传感器,当气缸处于接收轮对状态时,活塞两端的气缸气路连通,轮对 进入时V形拨叉带动气缸活塞运动,当气缸活塞运动到设定位置时,触发对气缸气路的控制, 活塞两端气缸的连通气路关闭,使拨叉停止在设定的位置上,处于图5 (b)的状态,起到阻 挡定位作用,同时利用气缸内的空气压縮吸收轮对的冲击动能。轮对推入时,驱动气路与驱 动气缸的通路打开,驱动气缸运动带动V形拨叉旋转,将轮对推入测量装置。
轮对升降机构安装在导轨外侧的两个运动基座上,V形托架订制配装,螺旋升降机构采 用Joyce产品,伺服电机采用Fuji Electric产品,V形托架与螺旋升降机升降杆采用螺栓 连接,螺旋升降机与机座平台采用螺栓连接,螺旋升降机动力输入轴与伺服电机的转轴采用 柔性联轴器铰接,伺服电机的驱动信号端与测控机柜内的电机驱动器的输出连接。测控机柜 内的上位计算机通过运动控制卡控制电机驱动器,电机驱动器输出信号驱动步进电机旋转, 电机旋转带动螺旋升降机构及V形托架上下运动,从而使V形托架上的轮对从轮对推出机构 上举升至测量位置,测量完毕后由测量位置降落至轮对推出机构的拨叉上。
轮对夹紧定位通过一对顶尖机构实现,这一对顶尖分别安装于导轨两侧外的运动基座上, 一个顶尖安装于变轨机构的运动基座上, 一个顶尖安装于处于另一侧的轮对夹紧定位机构的运动基座上。顶尖可选用BN011005型和5SBNS (90)型,滚珠丝杠组件和步进电机可采用与 变轨机构运动基座相同的部件,驱动气缸可选用SMC产品,标准量块订制并经国家计量机构 标定,运动基座外侧有螺栓用于与机座平台的固定。当轮距相同但轮轴长度不同时,可以松 开轮对夹紧定位机构的运动基座的螺栓,通过测控机柜的上位计算机控制运动基座移动,调 整轮对的轴长,调整完毕后将运动基座的螺栓拧紧固定。轮对测量时,测控机柜的上位计算 机通过继电器卡控制气路控制阀,从而控制驱动气缸的运动,带动顶尖作水平运动,与安装 在机座平台另一侧的运动基座上的顶尖配合,将举升到测量位置的轮对夹紧。标准量块可为 激光测量机构提供轴向和径向测量基准,并可校准轮对测量机构的运动位置测量误差。
轮对旋转机构安装于导轨的外侧,驱动气缸可选用SMC产品,步进电机可选用斯达微步 公司的产品,摩擦轮订制并对外表面进行处理增加摩擦力。驱动气缸用螺栓安装于机座平台, 驱动气缸的气路与测控机柜内的气路控制阀出口连接,步进电机与驱动气缸的运动轴固接, 步进电机驱动信号端与测控机柜内的电机驱动器的输出连接,摩擦轮与步进电机的输出轴固 接。测控机柜的上位计算机通过继电器卡控制气路控制阀,从而控制驱动气缸的运动,带动 步进电机和摩擦轮上下运动,使摩擦轮接触轮对踏面或离开轮对踏面,测控机柜内的下位计 算机通过运动控制卡控制电机驱动器,电机驱动器输出信号驱动步进电机和摩擦轮转动,带 动轮对做旋转运动,使激光扫描测量机构能够测量不同转角位置的轮对尺寸参数。
激光扫描测量机构可釆用水平运动机构、垂直运动机构、旋转运动机构和激光测距传感 器构成。水平运动机构和垂直运动机构可采用MAX公司的直线运动单元,光栅测量装置可选 用雷尼绍公司的产品,旋转运动机构可选用NIKKE公司的直驱电机,激光测距传感器托架配 装订制,同时配装线缆活动托架,实现各运动机构及激光测距传感器信号线的连接,激光测 距传感器可选用德国米依公司的1700-50产品(其测距分辨率为3um,测距量程为50mm,激 光传感器与被测表面距离应保持在45腿-95腿之间,当激光束与被测表面垂直时,不会有被 测表面倾斜带来的附加误差,当激光束与被测表面的夹角在90° ±5°范围以内时,被测表 面倾斜带来的附加误差小于测距量程的0. 12%,当激光束与被测表面的夹角在90° ±15°范 围以内时,被测表面倾斜带来的附加误差小于测距量程的0.2%)。水平运动机构安装于横梁 上,垂直运动机构安装于水平运动机构滑块上,旋转运动机构安装于垂直运动机构的下部自 由端。各运动机构的电机驱动信号端与测控机柜内的电机驱动器的输出连接,光栅测量装置 和角度测量装置与测控机柜内的运动控制卡的输入连接。测控机柜内的下位计算机通过运动 控制卡控制电机驱动器,电机驱动器输出信号驱动水平运动机构、垂直运动机构和旋转运动 机构运动,带动激光测距传感器沿轮对的外轮廓运动,并使激光测距传感器与轮对表面的距 离保持在45mm-95mm之间,激光测距传感器激光束与轮对表面保持在90° ±5°以内,同时 下位计算机通过运动控制卡实时读取水平、垂直、旋转位置信息,通过串口实时读取激光测 距传感器的距离测量信息,并将这些信息传输给上位计算机,由上位计算机进行数字滤波、 模型求解和曲线拟合,获得轮对的外形尺寸参数。
轮对编号识别机构安装于轮对推入机构的外侧,安装架配装订制,照明光源可选用AI公 司的产品,摄像机可选用CCD型摄像机,摄像机的图像输出接口与测控机柜内的上位计算机 的视频采集卡相连,当待测轮对位于轮对推入机构时,照明光源照射于轮对轴端,摄像机获 得轮对轴端的图像送至上位计算机,计算机运行轮对编号识别软件,对带有轮对编号的轴端 图像进行处理、识别,获得由字符表示的轮对编号代码。本实例是本发明的一个实施特例,在运用本发明进行轮对测量装置的设计时,可以 按照功能和技术指标,变换其基本结构和部件、器件、材料的型号及生产厂家。

Claims (10)

1、轮对自动测量装置,是一种利用激光测距原理对轮对外形尺寸进行自动测量的装置,其特征在于:激光测距传感器安装于一个三自由度运动机构上,该机构在数字测控单元的控制下带动激光测距传感器沿轮对外轮廓作相对运动,使激光测距传感器与轮对表面的距离保持在激光测距传感器测量精度允许的范围内,使激光测距传感器的激光束与轮对外表面的角度保持在激光测距传感器测量精度允许的范围内,测控单元根据三自由度运动机构的位置信息和激光测距传感器的测距信息计算获得轮对外形尺寸数据。
2、 根据权力要求l所述的轮对自动测量装置,其特征在于:所述的数字测控单元有上位 计算机和下位数字测控部件,下位数字测控部件对三自由度运动机构和激光测距传感器进行 实时控制,同时实时采集三自由度运动机构的位置信息和激光测距传感器的测距信息,并将 这些信息上传至上位计算机,上位计算机对测量信息进行数字滤波处理、模型求解和曲线拟 合获得轮对的外形尺寸参数。
3、 根据权力要求l所述的轮对自动测量装置,其特征在于:所述的三自由度运动机构包 括两个直线运动单元和一个旋转运动单元,直线运动单元装有测量位置的光栅尺,旋转运动 单元装有测量角度的编码器,激光测距传感器安装于三自由度运动机构的自由端,三自由度 运动受下位数字测控部件的控制,使激光测距传感器沿轮对外轮廓作相对运动,使激光测距 传感器与轮对表面的距离保持在激光测距传感器测量精度允许的范围内,使激光测距传感器 的激光束与轮对外表面的角度保持在激光测距传感器测量精度允许的范围内。
4、 根据权力要求l所述的轮对自动测量装置,其特征在于:还包括轮对旋转机构、轮对 夹紧机构、轮对升降机构、轮对进出机构、变轨机构和编号识别机构,这些机构受数字测控 单元的上位计算机控制,自动完成轮对外形尺寸测量的辅助工作。
5、 根据权力要求1和4所述的轮对自动测量装置,其特征在于:所述的旋转机构包括驱 动气缸、步进电机和摩擦轮,驱动气缸能够将摩擦轮升起,使摩擦轮对踏面紧密接触,通过 步进电机的旋转带动轮对绕其轴旋转。
6、 根据权力要求1和4所述的轮对自动测量装置,其特征在于:所述的轮对夹紧定位机 构包括运动基座、滚珠丝杠组件、步进电机、驱动气缸、顶尖和标准量块,变换运动基座的 位置可以适应不同轴长的轮对的测量要求,驱动气缸的运动可以将轮对轴准确定位,标准量 块提供轮对测量基准,并可对轮对自动测量装置进行校准标定。
7、 根据权力要求1和4所述的轮对自动测量装置,其特征在于:所述的轮对升降机构包 括V形托架、螺旋升降机构和伺服电机,能够将轮对从轮对从待测位置上举升至测量位置, 还能够将轮对从测量位置降落至轮对推出机构的V形拨叉上。
8、 根据权力要求1和4所述的轮对自动测量装置,其特征在于:所述的轮对进出机构包 括V形拨叉、拨叉连杆和驱动汽缸,能够接收沿导轨滚动来的轮对,并减缓其冲击,通过气 缸动作将轮对推向特定位置。
9、 根据权力要求1和4所述的轮对自动测量装置,其特征在于:所述的变轨机构包括运 动基座、滚珠丝杠组件、步进电机和带有拨杆的导轨托叉,能够通过推拉活动导轨,改变导 轨的距离,适应不同轮距的轮对的测量需要。
10、 根据权力要求1和4所述的轮对自动测量装置,其特征在于:所述的编码识别机构 包括安装架、照明光源和数码摄像装置,能够采集轮对轴端面的编码图像,并依靠测控机柜 内的上位计算机处理、识别,获得轮对的编号代码。
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