CN105292180A - 基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测方法和装置，该装置包括：对称设置于轨道内、外两侧的两个激光位移传感器，以及设置于轨道内侧的两个电涡流位移传感器。方法为：两个激光位移传感器探测获取踏面轮廓线，通过提取的踏面轮廓线按几何关系计算轮缘高与轮缘厚；两个电涡流位移传感器用于检测竖直方向上与轮缘顶点的距离，当车轮同时经过电涡流位移传感器和轨道内侧激光位移传感器的有效测量范围时，提取该时刻轨道内侧三个传感器的测量数据，根据该测量数据按几何关系计算轮缘顶点圆直径，再结合轮缘高计算车轮直径。本发明具有测量原理简单且实用、成本低、精度高的优点，能够进行非接触式及实时性测量。

Description

基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测方法和装置

技术领域

本发明属于交通安全工程技术领域，特别是一种基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测方法和装置。

背景技术

随着国内轨道交通的大规模建设，列车运行速度的不断提高，其安全问题日益受到广泛重视。轮对作为轮轨车辆重要的走行部件，由于在恶劣的工作条件下长时间与轨道摩擦以及刹车、振动等，使得轮对踏面表面出现磨损、擦伤、剥离等缺陷，这些缺陷都严重威胁着行车安全。因此，必须及时有效地对列车轮对状态进行检测，及时发现轮对缺陷，修复或更换超限轮对，以避免列车事故的发生。

轮对尺寸动态在线检测技术一直是国内外轨道交通研究的重点。国外轮对尺寸在线检测技术与应用已经较为成熟，但由于设备规模大、安装基础要求高、价格昂贵，导致国外的系统不适合国内地铁公司的实际情况。对于国内轮对尺寸的在线检测技术，成文凭研究了基于机器视觉的轮对尺寸检测技术，提高了检测效率，但由于车轮磨损部分有着强烈的反光现象，使得数字图像中轮对的边缘变得模糊，给后期的图像处理带来了难度；胡波提出了一种基于PSD的激光位移测量技术的轮对尺寸动态监测系统，具有实时性强、分辨率高的特点，但系统所需传感器多，对安装要求高且价格昂贵；中国专利CN103693073A(一种非接触式车轮直径动态测量装置及其测量方法，申请号201410005647.3，申请日：2014-01-06)公开了一种车轮直径动态测量装置及其测量方法，该方法用两个涡流传感器和一个激光位移传感器对车轮直径进行检测，其中两个涡流传感器仅实现车轮的定位，在车轮直径的计算中没有涉及到涡流传感器测量的距离读数，且仅用一个激光位移传感器测量踏面对应滚动圆上一点的距离，这种检测方法在车轮滚动的过程中测量不稳定，会降低测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、精度高、测量原理简单且实用的基于多种传感器的轮对尺寸在线检测方法和装置，并且能够实现非接触式及实时性测量。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测方法，包括以下步骤：

步骤1，布设传感器：轨道外侧的第一激光位移传感器S1和轨道内侧的第二激光位移传感器S2相对于二者之间的轨道镜像对称设置，第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2沿列车前进方向设置于轨道内侧且均位于轮缘顶点正下方，列车前进方向依次经过第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2；

步骤2，坐标变换、数据融合：第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2同时探测车轮输出探测点坐标后，通过坐标变换和坐标平移将第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2同一时刻的输出点融合到同一坐标系上，融合后的点即为踏面轮廓线上的离散点，根据踏面轮廓外形几何关系计算出轮缘高h、轮缘厚d；

步骤3，提取轮缘顶点圆周上三点的坐标：车轮在钢轨上滚动过程中，会同时经过第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2的有效测量范围，提取第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2在该有效测量范围内同一时刻的数据，建立坐标系，求解轮缘顶点圆周上三点的坐标；

步骤4，计算车轮直径：根据步骤3得到的轮缘顶点圆周上三点的坐标由几何关系计算轮缘顶点圆直径Dr，再结合步骤2得到的轮缘高h计算车轮直径D。

一种基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测装置，包括第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2，其中轨道外侧的第一激光位移传感器S1和轨道内侧的第二激光位移传感器S2相对于二者之间的轨道镜像对称设置，第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2沿列车前进方向设置于轨道内侧且均位于轮缘顶点正下方，列车前进方向依次经过第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)测量装置仅需两组激光位移传感器和两个电涡流位移传感器即可实现轮缘高、轮缘厚、轮径等轮对尺寸的检测，成本低且测量原理简单；(2)在线非接触式测量，大大提高了检测效率和测量精度，为实现轮对尺寸在线测量提供了一种有效的解决方案。

附图说明

图1是本发明基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测装置的结构示意图。

图2是本发明两个激光位移传感器与车轮之间的安装角度β₁、β₂的示意图。

图3是本发明两个激光位移传感器与车轮之间的安装角度α₁、α₂的示意图。

图4是本发明中经坐标变换、数据融合后的踏面数据点。

图5是本发明中车轮直径在线检测装置的工作原理示意图。

具体实施方式

本发明是基于多种传感器的轮对尺寸在线检测系统，首先通过激光位移传感器得出轮缘高、轮缘厚，然后结合电涡流位移传感器，根据几何关系计算轮缘顶点圆直径，再由已知的轮缘高计算车轮直径。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为基于多种传感器的轮对尺寸在线检测装置的设备布设图。结合图1，本发明基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测装置，包括第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2，其中轨道外侧的第一激光位移传感器S1和轨道内侧的第二激光位移传感器S2相对于二者之间的轨道镜像对称设置，第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2沿列车前进方向设置于轨道内侧且均位于轮缘顶点正下方，列车前进方向依次经过第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2。

结合图2～3，两个激光位移传感器与车轮之间的安装角度示意图，所述第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2采用基于三角测量原理的2D激光位移传感器。所述第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2至二者之间轨道的垂直距离分别为l₁、l₂，范围均为100mm～450mm；第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2与铅垂线的夹角分别为β₁、β₂，范围均为25°～65°；第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2与沿该轨道方向的直线的夹角分别为α₁、α₂，范围均为15°～65°；其中l₁与l₂相等，β₁与β₂相等，α₁与α₂相等。

所述第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2之间的距离为l₃，l₃的范围为100mm～200mm；第二电涡流位移传感器P2与第二激光位移传感器S2之间的距离为l₄；l₄的范围为200mm～300mm。

结合图2～4，本发明基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测方法，包括以下步骤：

步骤1，布设传感器：轨道外侧的第一激光位移传感器S1和轨道内侧的第二激光位移传感器S2相对于二者之间的轨道镜像对称设置，第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2沿列车前进方向设置于轨道内侧且均位于轮缘顶点正下方，列车前进方向依次经过第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2；

步骤2，坐标变换、数据融合：第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2同时探测车轮输出探测点坐标后，通过坐标变换和坐标平移将第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2同一时刻的输出点融合到同一坐标系上，如图4所示，融合后的点即为踏面轮廓线上的离散点，根据踏面轮廓外形几何关系计算出轮缘高h、轮缘厚d，具体步骤如下：

(2.1)第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2同时探测车轮输出探测点坐标，所述探测点坐标以激光发射方向的中心线为y轴、垂直于激光发射方向的中心线为x轴、激光源为坐标原点；

(2.2)对轨道外侧的第一激光位移传感器S1输出的二维坐标值(x_n ⁽¹⁾,y_n ⁽¹⁾)根据以下公式进行坐标变换得(u_n ⁽¹⁾,v_n ⁽¹⁾)：

${u_n}^{\left(1\right)}=\sqrt{{x_n}^{{\left(1\right)}^2}+{y_n}^{{\left(1\right)}^2}}sin(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\β}}_1)$

${v_n}^{\left(1\right)}=\sqrt{{x_n}^{{\left(1\right)}^2}+{y_n}^{{\left(1\right)}^2}}cos(\mathrm{\θ}+{\mathrm{\β}}_1)$

对轨道内侧的第二激光位移传感器S2输出的二维坐标值(x_n ⁽²⁾,y_n ⁽²⁾)根据以下公式进行坐标变换得(u_n ⁽²⁾,v_n ⁽²⁾)：

${u_n}^{\left(2\right)}=\sqrt{{x_n}^{{\left(2\right)}^2}+{y_n}^{{\left(2\right)}^2}}sin({\mathrm{\θ}}^{\′}-{\mathrm{\β}}_2)$

${v_n}^{\left(2\right)}=\sqrt{{x_n}^{{\left(2\right)}^2}+{y_n}^{{\left(2\right)}^2}}cos({\mathrm{\θ}}^{\′}-{\mathrm{\β}}_2)$

其中，θ为(x_n ⁽¹⁾,y_n ⁽¹⁾)与原始坐标系纵坐标的夹角、θ′为(x_n ⁽²⁾,y_n ⁽²⁾)与原始坐标系纵坐标的夹角，β₁为第一激光位移传感器S1与铅垂线的夹角、β₂为第二激光位移传感器S2与铅垂线的夹角，(u_n ⁽¹⁾,v_n ⁽¹⁾)、(u_n ⁽²⁾,v_n ⁽²⁾)为原始坐标进行坐标变换后所得坐标系内的坐标值；

(2.3)根据以下公式，将坐标变换后的两组数据进行融合：

u_n ⁽⁰⁾＝u_n ⁽¹⁾+au_n ⁽⁰⁾＝u_n ⁽²⁾

v_n ⁽⁰⁾＝v_n ⁽¹⁾+bv_n ⁽⁰⁾＝v_n ⁽²⁾

其中(a,b)为第一激光位移传感器S1的原始坐标原点在第二激光位移传感器S2坐标变换后的坐标系中的坐标值，(u_n ⁽⁰⁾,v_n ⁽⁰⁾)为(x_n ⁽¹⁾,y_n ⁽¹⁾)、(x_n ⁽²⁾,y_n ⁽²⁾)在融合坐标系中的坐标值；

根据轮对尺寸的定义，由融合后的踏面轮廓离散点得到轮缘高h、轮缘厚d。

步骤3，提取轮缘顶点圆周上三点的坐标：车轮在钢轨上滚动过程中，会同时经过第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2的有效测量范围，提取第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2在该有效测量范围内同一时刻的数据，建立坐标系，求解轮缘顶点圆周上三点的坐标，结合图5车轮直径在线检测的工作原理示意图，具体检测过程如下：

(3.1)车轮在钢轨上滚动过程中，同时经过第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2的有效测量范围，提取第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2在该有效测量范围内同一时刻的数据；将该时刻第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2的探测数据分别记为L₁、L₂；第二激光位移传感器S2的探测数据通过坐标变换公式得到车轮踏面轮廓线上的离散点，将车轮轮缘部分的离散点进行4阶曲线拟合，提取出该拟合曲线的极小值点即为轮缘最低点，记该轮缘最低点的纵坐标为L₃；

(3.2)以第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2的中心且垂直于地面的直线为y轴，y轴与第二激光位移传感器S2激光面的中心线交点为坐标原点，建立直角坐标系XOY；

(3.3)确定轮缘顶点圆周上三点的坐标，公式如下：

$p_{c_1}=x_1,q_{c_1}=y_1+L_1$

$p_{c_2}=x_2,q_{c_2}=y_2+L_2$

$p_{c_3}=x_3+L_3{\mathrm{sin\α}}_2,q_{c_3}=y_3+L_3{\mathrm{cos\α}}_2$

其中，(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)分别为第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2在直角坐标系XOY中的坐标， 分别为第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2检测到的轮缘顶点圆周上三点的坐标。

步骤4，计算车轮直径：根据步骤3得到的轮缘顶点圆周上三点的坐标由几何关系计算轮缘顶点圆直径Dr，再结合步骤2得到的轮缘高h计算车轮直径D，具体步骤如下：

(4.1)计算轮缘顶点圆的圆心坐标(p₀，q₀)，公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{p}_0=\frac{(q_{c_1}-q_{c_3})(p_{c_1}^2-p_{c_2}^2+q_{c_1}^2-q_{c_2}^2)-(q_{c_1}-q_{c_2})(p_{c_1}^2-p_{c_3}^2+q_{c_1}^2-q_{c_3}^2)}{2(p_{c_1}-p_{c_2})(q_{c_1}-q_{c_3})-2(p_{c_1}-p_{c_3})(q_{c_1}-q_{c_2})}\\ q_0=\frac{(p_{c_1}-p_{c_2})(p_{c_1}^2-p_{c_3}^2+q_{c_1}^2-q_{c_3}^2)-(p_{c_1}-p_{c_3})(p_{c_1}^2-p_{c_2}^2+q_{c_1}^2-q_{c_2}^2)}{2(p_{c_1}-p_{c_2})(q_{c_1}-q_{c_3})-2(p_{c_1}-p_{c_3})(q_{c_1}-q_{c_2})}\end{array}\right.$

其中，分别为第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2检测到的轮缘顶点圆周上三点的坐标；

(4.2)计算轮缘顶点圆的直径D_r，公式为：

$D_r=2\·\sqrt{{(p_0-p_{c_1})}^2+{(q_0-q_{c_1})}^2}$

(4.3)结合步骤2所得轮缘高h即可得车轮直径D为：

D＝D_r-2h。

所述第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2采用基于三角测量原理的2D激光位移传感器。l₁、l₂范围均为100mm～450mm；β₁、β₂范围均为25°～65°；α₁、α₂范围均为15°～65°；其中l₁与l₂相等，β₁与β₂相等，α₁与α₂相等。l₃的范围为100mm～200mm；l₄的范围为200mm～300mm。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

结合图1～3，沿列车前进方向依次安装第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2。第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2之间的距离为150mm。第二电涡流位移传感器P2与第二激光位移传感器S2之间的距离为250mm。第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2与铅垂线均成45°角安装于轨道两侧，与沿轨道方向的直线的夹角为47°，则β₁、β₂为45°，α₁、α₂为47°，与轨道的垂直距离均为250mm。激光位移传感器和涡流位移传感器采样频率相同，均为200Hz。

第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2同时探测车轮输出探测点坐标后，按下式对数据点进行坐标变换：

然后对第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2经坐标变换后的点按下式进行数据融合：

u_n ⁽⁰⁾＝u_n ⁽¹⁾-597u_n ⁽⁰⁾＝u_n ⁽²⁾

v_n ⁽⁰⁾＝v_n ⁽¹⁾+31v_n ⁽⁰⁾＝v_n ⁽²⁾

融合后的点即为踏面轮廓线上的离散点，根据踏面轮廓外形几何关系计算出轮缘高为27.69mm、轮缘厚为28.54mm。

车轮通过第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2时，在电涡流位移传感器的有效范围内探测到车轮到第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2的最低点距离分别为5.64mm和8.37mm，即L1＝5.64mm，L2＝8.37mm。结合图4，根据轮廓线的几何关系提取此时第二激光位移传感器S2对应探测数据的轮缘最低点纵坐标为，即L3＝323.24mm。

第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2检测到的轮缘顶点圆周上三点的坐标可以按下式计算得到：

$p_{c_1}=x_1,q_{c_1}=y_1+5.64$

$p_{c_2}=x_2,q_{c_2}=y_2+8.37$

其中(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)分别为(225.49,227.84)、(-194.27,210.77)、(-458.89,54.71)，则第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2分别检测到的轮缘顶点圆周上三点A,B,C的坐标为A(225.49,233.48)，B(-194.27,219.14)，C(-222.49,275.16)。

根据已知轮缘顶点圆上三点的坐标A(225.49,233.48)，B(-194.27,219.14)，C(-222.49,275.16)，则由轮心计算公式可得轮心坐标为(-86.73,-26.07)，因此轮缘顶点圆直径为：

$D_r=2\·\sqrt{{(p_0-p_{c_1})}^2+{(q_0-q_{c_1})}^2}=826.38$

车轮直径为：

D＝D_r-2h＝771.00mm

人工测量该车轮的实际轮缘高为27.8mm、轮缘厚为28.6mm，轮径为771.4mm，可见该方法满足现场实际测量要求。

本发明通过两组激光位移传感器和两个电涡流位移传感器配合工作，实现了轮缘高、轮缘厚、轮径等轮对尺寸的非接触式在线检测，具有成本低、测量原理简单且实用的高精度测量的特点。

Claims (7)

1.一种基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，布设传感器：轨道外侧的第一激光位移传感器S1和轨道内侧的第二激光位移传感器S2相对于二者之间的轨道镜像对称设置，第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2沿列车前进方向设置于轨道内侧且均位于轮缘顶点正下方，列车前进方向依次经过第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2；

步骤2，坐标变换、数据融合：第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2同时探测车轮输出探测点坐标后，通过坐标变换和坐标平移将第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2同一时刻的输出点融合到同一坐标系上，融合后的点即为踏面轮廓线上的离散点，根据踏面轮廓外形几何关系计算出轮缘高h、轮缘厚d；

步骤3，提取轮缘顶点圆周上三点的坐标：车轮在钢轨上滚动过程中，会同时经过第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2的有效测量范围，提取第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2在该有效测量范围内同一时刻的数据，建立坐标系，求解轮缘顶点圆周上三点的坐标；

步骤4，计算车轮直径：根据步骤3得到的轮缘顶点圆周上三点的坐标由几何关系计算轮缘顶点圆直径D_r，再结合步骤2得到的轮缘高h计算车轮直径D。

2.根据权利要求1所述的基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测方法，其特征在于，步骤1所述第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2至二者之间轨道的垂直距离分别为l₁、l₂，范围均为100mm～450mm；第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2与铅垂线的夹角分别为β₁、β₂，范围均为25°～65°；第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2与沿该轨道方向的直线的夹角分别为α₁、α₂，范围均为15°～65°；其中l₁与l₂相等，β₁与β₂相等，α₁与α₂相等；

所述第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2之间的距离为l₃，l₃的范围为100mm～200mm；第二电涡流位移传感器P2与第二激光位移传感器S2之间的距离为l₄，l₄的范围为200mm～300mm。

3.根据权利要求1所述的基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测方法，其特征在于，步骤2所述坐标变换、数据融合的具体步骤如下：

(2.1)第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2同时探测车轮输出探测点坐标，所述探测点坐标以激光发射方向的中心线为y轴、垂直于激光发射方向的中心线为x轴、激光源为坐标原点；

(2.2)对轨道外侧的第一激光位移传感器S1输出的二维坐标值(x_n ⁽¹⁾,y_n ⁽¹⁾)根据以下公式进行坐标变换得(u_n ⁽¹⁾,v_n ⁽¹⁾)：

对轨道内侧的第二激光位移传感器S2输出的二维坐标值(x_n ⁽²⁾,y_n ⁽²⁾)根据以下公式进行坐标变换得(u_n ⁽²⁾,v_n ⁽²⁾)：

其中，θ为(x_n ⁽¹⁾,y_n ⁽¹⁾)与原始坐标系纵坐标的夹角、θ′为(x_n ⁽²⁾,y_n ⁽²⁾)与原始坐标系纵坐标的夹角，β₁为第一激光位移传感器S1与铅垂线的夹角、β₂为第二激光位移传感器S2与铅垂线的夹角，(u_n ⁽¹⁾,v_n ⁽¹⁾)、(u_n ⁽²⁾,v_n ⁽²⁾)为原始坐标进行坐标变换后所得坐标系内的坐标值；

(2.3)根据以下公式，将坐标变换后的两组数据进行融合：

u_n ⁽⁰⁾＝u_n ⁽¹⁾+au_n ⁽⁰⁾＝u_n ⁽²⁾

v_n ⁽⁰⁾＝v_n ⁽¹⁾+bv_n ⁽⁰⁾＝v_n ⁽²⁾

其中(a,b)为第一激光位移传感器S1的原始坐标原点在第二激光位移传感器S2坐标变换后的坐标系中的坐标值，(u_n ⁽⁰⁾,v_n ⁽⁰⁾)为(x_n ⁽¹⁾,y_n ⁽¹⁾)、(x_n ⁽²⁾,y_n ⁽²⁾)在融合坐标系中的坐标值；

根据轮对尺寸的定义，由融合后的踏面轮廓离散点得到轮缘高h、轮缘厚d。

4.根据权利要求1所述的基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测方法，其特征在于，步骤3所述的提取轮缘顶点圆周上三点的坐标，具体如下：

(3.1)车轮在钢轨上滚动过程中，同时经过第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2的有效测量范围，提取第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2在该有效测量范围内同一时刻的数据；将该时刻第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2的探测数据分别记为L₁、L₂；第二激光位移传感器S2的探测数据通过坐标变换公式得到车轮踏面轮廓线上的离散点，将车轮轮缘部分的离散点进行4阶曲线拟合，提取出该拟合曲线的极小值点即为轮缘最低点，记该轮缘最低点的纵坐标为L₃；

(3.2)以第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2的中心且垂直于地面的直线为y轴，y轴与第二激光位移传感器S2激光面的中心线交点为坐标原点，建立直角坐标系XOY；

(3.3)确定轮缘顶点圆周上三点的坐标，公式如下：

其中，(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)分别为第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2在直角坐标系XOY中的坐标， 分别为第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2检测到的轮缘顶点圆周上三点的坐标。

5.根据权利要求1所述的基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测方法，其特征在于，步骤4所述的计算车轮直径，具体步骤如下：

(4.1)计算轮缘顶点圆的圆心坐标(p₀，q₀)，公式为：

其中，分别为第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2检测到的轮缘顶点圆周上三点的坐标；

(4.2)计算轮缘顶点圆的直径D_r，公式为：

(4.3)结合步骤2所得轮缘高h即可得车轮直径D为：

D＝D_r-2h。

6.一种基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测装置，其特征在于，包括第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2、第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2，其中轨道外侧的第一激光位移传感器S1和轨道内侧的第二激光位移传感器S2相对于二者之间的轨道镜像对称设置，第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2沿列车前进方向设置于轨道内侧且均位于轮缘顶点正下方，列车前进方向依次经过第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2。

7.根据权利要求6所述的基于多种传感器的非接触式轮对尺寸在线检测装置，其特征在于，所述第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2至二者之间轨道的垂直距离分别为l₁、l₂，范围均为100mm～450mm；第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2与铅垂线的夹角分别为β₁、β₂，范围均为25°～65°；第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2与沿该轨道方向的直线的夹角分别为α₁、α₂，范围均为15°～65°；其中l₁与l₂相等，β₁与β₂相等，α₁与α₂相等；

所述第一电涡流位移传感器P1、第二电涡流位移传感器P2之间的距离为l₃，l₃的范围为100mm～200mm；第二电涡流位移传感器P2与第二激光位移传感器S2之间的距离为l₄；l₄的范围为200mm～300mm。