CN105758321A - 火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法，属于测量技术领域。该测量系统包括底架、工作台、限位机构、高精度激光测距传感器组件、升降机构、油缸头、油缸及连接螺钉、液压站、液压阀台、数据采集卡、控制器及显示器、继电器以及电缆电源、信号通讯模块、驱动控制模块及数据采集与处理模块。本发明使激光线在测量车轮内孔时垂直于内孔表面，激光器在车轮内孔某处每旋转90°测一个数据，得四个数据，由几何关系计算得出此处内孔直径，通过已知车轮内孔直径对激光发出点和分度台旋转中心之间的距离进行了标定。本发明具有速度快、精度高及稳定性高等技术特点，能够推广应用于孔类零件形状的检测。

Description

火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法

技术领域：

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法，是一种内孔直径尺寸非接触式测量技术。

背景技术：

在火车轮对压装工艺中，车轮和车轴轮座之间是过盈配合，在压装前需要对车轮轮毂内孔和车轴对应轮座直径进行实时测量，车轮轮毂内孔和车轴轮座之间的过盈配合必须满足压装曲线技术要求。压装前实时测量车轮轮毂内孔直径尺寸的精度要达到5μm，同时还需要保证高效、高精度。目前，在盘类零件的机械加工过程中，零件内孔直径测量的常用工具是接触式内径千分尺量具，这些工具都是依靠人眼来读取测量数值，所读数值因人而异，手工操作的差别不可避免地会带来误差，而且在使用火车轮对压装选配系统时，需要人工将测量数据手工输入计算机，否则无法由计算机根据过盈量进行自动选配，手工输入大量测量数据时的校对工作也是相当繁琐且容易出错的。

在非接触式内径测量方法中，文献“采用高精度自动定心机构的大尺寸内径测量[J]”(仪器仪表学报,2012年08期)及“激光非接触式大尺寸内径自动测量系统[J]”(红外与激光工程，2012年08期)，是将高精度激光测距传感器安装在自动定心机构上进行测量，前提是测量系统在被测内孔内高精度定心，这是很难的，且经过Pro/E仿真，测量机构与被测内孔的偏心量为0.02(6级尺寸精度)时，测量误差将达20μm，最终测量精度不可能达到文献中所说的1μm，且定心机构与内孔接触会损伤被测内孔。文献“光学式轴孔内径在线测量方法研究与误差分析[J]”(机械工程学报，2013年14期)，是将多个激光器均匀分布于一个测棒，通过已知标准孔的值进行标定，前提是测棒上激光器位置要求严格，不但在圆周方向要均布，且要求激光线垂直于测棒运动方向，测棒运动方向还要与测量截面垂直，这些要求同时达到几乎是不可能的，多个高精度激光测距传感器使这个测量系统价格昂贵，可测范围固定。“滑阀内孔圆柱度误差气动测量系统的研究[J]”(控制与检测，2010年第1)，该非接触式测量不会伤害被测内孔表面，但其受自身气压源的稳定性影响大，工作距离很小(几十微米)，且难以实现在线自动测量。“基于光学三角原理的内径非接触测量方法[J]”(光学技术,2005,Vol.31No.4)，采用单光三角测量原理，结合半导体激光准直技术、现代传感技术等自行设计了一种非接触式测量内径的光电测量系统，而未采用成熟的高精度激光测距传感器，系统的测量误差大，达到0.03mm。“基于红外测温的筒形锻件内外径在线测量木[J]”(机械工程学报，2012.Mar,Vol.48NO.6),提出一种新的基于红外测温技术和激光扫描技术相结合的筒形锻件内外径在线测量方法，该方法中温度信息由红外双色测温系统测得，外径尺寸信息由激光扫描技术测得，再在传热学的基础上推导筒形锻件导热微分方程，建立筒形锻件温度与尺寸的关系，结合锻件内外表面的温度信息和外径尺寸信息求得内径尺寸的大小,所提出的筒形锻件内外径尺寸测量方法测得的数据和标准尺寸相比误差控制在15mm以内，只能用于测量热态零件，误差级别太大。

发明内容：

本发明针对现有火车车轮轮毂内孔直径测量中存在的上述技术问题，提出一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法。

本发明所提供的一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统，包括包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括底架1、工作台3、第一限位机构4A、第二限位机构4B、第三限位机构4C、第四限位机构4D、高精度激光测距传感器组件8、升降机构10)、油缸头13、油缸14及连接螺钉、液压站、液压阀台、数据采集卡、控制器及显示器、继电器及电缆电源；所述软件部分包括信号通讯模块、驱动控制模块及数据采集与处理模块；所述工作台3用第一螺钉2固定在所述底架1上，所述第一限位机构4A、第二限位机构4B、第三限位机构4C及所述第四限位机构4D分别对称安装在所述工作台3四个圆周方向90°均布的径向通槽内，用第二螺钉5固定所述第一限位机构4A、第二限位机构4B、第三限位机构4C及所述第四限位机构4D中的轴承座17，所述高精度激光测距传感器组件8用第四螺钉9固定于所述升降机构10的精密油压分度台33的上表面，所述高精度激光测距传感器组件8中的联接盘20的中心线与所述精密油压分度台33的中心线重合，所述升降机构10通过第三螺钉6和第一垫片7固定于所述工作台3的下表面，所述升降机构10中心的圆板34外圆与所述工作台3下止口间隙配合，所述油缸头13的一端通过第一螺母11和第一螺栓12与所述升降机构10相连，所述油缸头13的另一端与所述油缸14通过螺纹相连，所述高精度激光测距传感器21通过信号线与所述数据采集卡、控制器及显示器相连。

如图5所示，所述工作台3上下端面粗糙度Ra均为1.6且两端面之间的平行度为0.04mm(公差等级4级)，四条径向矩形槽圆周方向均布于工作台3上表面，在工作台3的上表面径向矩形槽旁刻有直径尺寸刻度。

如图6所示，图1中的四个限位机构：第一限位机构4A、第二限位机构4B、第三限位机构4C及第四限位机构4D的结构及组成相同，限位机构包括第二螺母15、第二垫片16、轴承座17、丝杠18及限位块19，丝杠18的左轴端穿过轴承座17并用第二螺母15和第二垫片16紧固，丝杠18左轴端与轴承座17的内孔之间为间隙配合，限位块19内螺纹孔与丝杠18的外螺纹相配，丝杠18的右轴端为方形轴台阶。

如图7所示，所述高精度激光测距传感器组件8包括高精度激光测距传感器21、联接盘20、调位块22、第五螺钉23、压板24及高精度激光测距传感器座25，高精度激光测距传感器21与调位块22刚性联接，调位块22放在高精度激光测距传感器座25的上槽内，用压板24和第五螺钉23固定调位块22。调位块22宽度与高精度激光测距传感器座25的上槽宽相等。高精度激光测距传感器座25通过其下通孔与联接盘20的上圆柱台阶紧配合，实现安装并定位。高精度激光测距传感器座25上槽的两侧面对于其上的通孔中心线的对称度为0.005mm(公差等级4级)。高精度激光测距传感器座25的上表面凹槽旁刻有与被测车轮轮毂内孔直径相对应的尺寸刻度，高精度激光测距传感器21在高精度激光测距传感器座25上槽中的位置为高精度激光测距传感器21的后端面与被测车轮轮毂内孔直径值所对应的尺寸刻度，使高精度激光测距传感器21测到的数据在高精度激光测距传感器量程之内。联接盘20的最下端圆柱台阶与自身最上端圆柱台阶之间的同轴度为0.005mm(4级公差等级)。

如图8、9所示，所述升降机构10包括第三螺母26、第三垫片27、定位环28、导杆29、凸球面滑座30、凹球面座31、第二螺栓32、精密油压分度台33、圆板34、第四垫片35、第四螺母36及第三螺栓37；两根相互平行的导杆29通过第四垫片35和第四螺母36与圆板34紧固，导杆29垂直于圆板34的下表面，凸球面滑座30的两个圆孔分别穿过两导杆，凹球面座31的凹球面与凸球面滑座30的凸球面相接触，两者半径相等，两者之间通过四根第三螺栓37相联，凹球面座31与精密油压分度台33通过第二螺栓32刚性紧固。定位环28通过第三螺母26和第三垫片27固定在导杆29的下端。所有零件装配好后调松第三螺栓37，将圆板34的上表面反扣在调试台上(让开第四垫片35和第四螺栓36)，推动凸球面滑座30，使精密油压分度台33的上表面也紧贴调试台面，压住凸球面滑座30、凹球面座31和精密油压分度台33等组件，分别调紧第三螺栓37，反复调整过程中不能使精密油压分度台33上表面离开调试台面，最终达到的目标是：精密油压分度台33的上表面与圆板34的上表面平行。

根据一定规格范围的车轮尺寸，该测量系统工作台3设计为大小合适的环形台面，将被测车轮吊运到该环形台面上时，车轮的轮缘端面落在该环形台面上，要完全接触。高精度测距传感器21与调位块22刚性连接，安放在高精度激光测距传感器座25的上槽内，可以沿槽向移动以适应不同规格范围的测量，调好后用压板24压住，高精度激光测距传感器座25与连接盘20的上轴紧配合，连接盘20用第四螺钉9固定于精密油压分度台33的旋转面上，以实现高精度激光测距传感器的旋转，精密油压分度台33安装在凹球面座31上，其凹球面与凸球面滑座30的球面接触，通过调整两者之间的第三螺栓37，使精密油压分度台33的上表面与导杆29垂直及使精密油压分度台33的上表面与连接盘20的上表面平行。升降机构10组装好后，通过第三螺钉6固定于工作台3的下表面，工作台的上工作面和下表面平行度为5级。

通过精密制造及精心装配调试，使高精度激光测距传感器21发出的激光线在测量车轮内孔时垂直于内孔圆柱面，且激光线与激光发出点到旋转中心的连线重合(方法是：通过放长激光线，用线绳等辅助工具连接激光线端头与旋转中心，调整高精度激光测距传感器位置使该直线与激光线重合)，即激光线通过旋转中心。如图4所示，车轮内孔测量转化为平面问题。在车轮未上工作台之前，升降机构10使高精度激光测距传感器处于工作台3下，吊装车轮时不会碰到高精度激光测距传感器21，车轮吊上工作台时，由工作台3上四个90°均布的限位块19(已根据被测车轮最大轮缘外径尺寸调好位置)使车轮尽量放在工作台3的中心位置，以满足高精度激光传感器的量程。升降机构10工作，使高精度激光测距传感器21上升到车轮轮毂内孔高度的1/2处，精密油压分度台33每旋转90°测一次高精度激光测距传感器21发出点到被测车轮内孔壁的距离，分别为l₀₁、l₀₂、l₀₃、l₀₄，当已知前一个被测车轮的内孔平均半径R₀(通过传统方法如内径千分尺测得)，则高精度激光测距传感器激光发出点到旋转中心的距离a由下列方程组求得：

$\left\{\begin{array}{c}{(-l_{01}-a-x_0)}^2+y_0^2=R_0^2\\ {x_0}^2+{(a+l_{02}-y_0)}^2=R_0^2\\ {(a+l_{03}-x_0)}^2+y_0^2=R_0^2\\ {x_0}^2+{(-a-l_{04}-y_0)}^2=R_0^2\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中:x₀、y₀—车轮中心坐标值。

$a=-\frac{1}{2}(l_{01}+l_{03})+\frac{1}{2}\sqrt{4R_0^2-{(l_{02}-l_{04})}^2}---\left(2\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{x}_0=\frac{1}{2}(l_{03}-l_{01})\\ y_0=\frac{1}{2}(l_{02}-l_{04})\end{array}\right.---\left(3\right)$

在参数α标定后，即可进行后续自动测量，下降高精度激光测距传感器组件8，当一个新的被测车轮吊上工作台3后，上升高精度激光测距传感器21分别到被测车轮内孔高度的下1/6处，精密油压分度台33每旋转90°分别测出4个数据l₁₁、l₁₂、l₁₃、l₁₄，车轮中心为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{10}=\frac{1}{2}(l_{13}-l_{11})\\ y_{10}=\frac{1}{2}(l_{12}-l_{14})\end{array}\right.$

此处内孔半径为R₁为：

$R_1=\sqrt{{(l_{11}+a+x_{10})}^2+y_{10}^2}---\left(4\right)$

将高精度激光测距传感器21上升到车轮内孔高度的1/2处，同上方法再测出4个数据l₂₁、l₂₂、l₂₃、l₂₄，则：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{20}=\frac{1}{2}(l_{23}-l_{21})\\ y_{20}=\frac{1}{2}(l_{22}-l_{24})\end{array}\right.$

此处内孔半径为R₂为：

$R_2=\sqrt{{(l_{21}+a+x_{20})}^2+y_{20}^2}---\left(5\right)$

将高精度激光测距传感器21上升到车轮内孔高度的5/6处，同上方法又测得4个数据l₃₁、l₃₂、l₃₃、l₃₄，则：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{30}=\frac{1}{2}(l_{33}-l_{31})\\ y_{30}=\frac{1}{2}(l_{32}-l_{34})\end{array}\right.$

此处内孔半径R₃为：

$R_3=\sqrt{{(l_{31}+a+x_{30})}^2+y_{30}^2}---\left(6\right)$

最终得出被测车轮轮毂内孔直径为：

D＝2(R₁+R₂+R₃)/3(7)

本测量系统有以下功能：

1、自动测量被测车轮轮毂内径尺寸，输出并显示结果。

2、自动记录并显示标定时高精度激光测距传感器的位置参数a。

3、自动记录并显示被测车轮的总数量及与该车轮对应的内径尺寸。

根据测量原理及系统要达到的功能，本测量方法的具体步骤为：

(1)系统起始位置为：高精度激光测距传感器21处于最低位，即升降机构10的油缸14活塞全部缩进，使高精度激光测距传感器21位于工作台3的台面之下80mm，精密油压分度台33处于零位，送电启动测量系统。

(2)根据工作台3上的刻度调整工作台3上四个圆周方向均布的第一限位机构4A、第二限位机构4B、第三限位机构4C及第四限位机构4D，使限位块19位置与被测车轮轮缘直径尺寸大小对应；依据高精度激光测距传感器座25上的刻度，调整高精度激光测距传感器21的径向位置，用压板24及第五螺钉23固定高精度激光测距传感器21。

(3)吊上第一个被测车轮38，使车轮38轮缘端面与工作台3上表面完全接触，用内径千分尺测出被测车轮的内孔直径R₀。

(4)升降机构10工作，使高精度激光测距传感器21上升，当高精度激光测距传感器21发出的激光线位于被测车轮轮毂高度1/2处，开始测量，得到激光发出点到被测车轮内孔壁的距离数据l₀₁，然后精密油压分度台33每旋转90°测一个数据，分别得到数据：l₀₂、l₀₃、l₀₄。

(5)按式计算出高精度激光测距传感器(21)位置参数a。

(6)吊走上一个被测车轮，高精度激光测距传感器21下降复位，精密油压分度台33反转复位。

(7)吊上第二个被测车轮，保证车轮轮缘端面与工作台上表面完全接触，高精度激光测距传感器21上升，当高精度激光测距传感器21发出的激光线位于车轮轮毂高度的下1/6处，开始测距，精密油压分度台33每旋转90°测一个数据，分别得l₁₁、l₁₂、l₁₃、l₁₄，按下式计算出车轮轮毂内孔半径值：

$R_1=\sqrt{{(l_{11}+a+(l_{13}-l_{11})/2)}^2+{\left(\right(l_{12}-l_{14})/2)}^2}$

(8)高精度激光测距传感器21上升到车轮轮毂高度的1/2处，同步骤(7)方法，测出4个数据l₂₁、l₂₂、l₂₃、l₂₄，按下式计算出此处车轮轮毂内孔半径值：

$R_2=\sqrt{{(l_{21}+a+(l_{23}-l_{21})/2)}^2+{\left(\right(l_{22}-l_{24})/2)}^2}$

高精度激光测距传感器21上升到车轮轮毂高度的5/6处，同步骤(7)方法，测出4个数据l₃₁、l₃₂、l₃₃、l₃₄，按下式计算出此处车轮轮毂内孔半径值：

$R_3=\sqrt{{(l_{31}+a+(l_{33}-l_{31})/2)}^2+{\left(\right(l_{32}-l_{34})/2)}^2};$

(9)按下式计算出车轮轮毂内孔直径值为：

D＝2(R₁+R₂+R₃)/3；

记录并输出结果。

(10)吊走被测车轮，依据上述步骤(6)-(9)重复测量后续车轮。

本发明测量系统主要技术参数及主要部件型号如下表所示：

项目	技术参数
		被测车轮轮毂内孔直径范围	φ150-φ210mm
被测车轮轮缘外径范围	φ780-φ1000mm
		测量精度	≤5μm
每个车轮内孔直径测量时间	≤60s
		系统工作环境温度	-20℃-50℃
电源电压	220V
		开关电源	24V，350W

本发明系统能够自动测量车轮轮毂内孔的直径尺寸，并将每个零件的测量数据进行存储，利于检测该车轮是否满足轮对压装过盈量要求。通过对已知车轮内孔直径(用传动方法测量如内径千分尺)对激光发出点和高精度激光测距传感器旋转中心之间的距离a进行了标定，利用几何关系消除了位置参数a产生的误差，能够满足较高精度的测量要求，有效地减少了人工测量带来的偶然误差，降低了人工测量成本。该方法是一种较好的非接触式内孔直径测量方法，具有速度快、精度高、稳定性高等特点，对于孔类零件形状的检测具有推广应用价值。

附图说明：

图1是本发明火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统机械结构三维图；

图2是本发明火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统图；

图3是本发明的火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统机械结构剖示图；

图4是本发明的火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统测量原理图；

图5是本发明的测量系统工作台结构示意图；

图6是本发明的测量系统限位机构图；

图7是本发明的测量系统高精度激光测距传感器组件结构图；

图8本发明的测量系统升降机构结构图；

图9本发明的测量系统升降机构三维结构图；

图10本发明的火车车轮内孔直径实测示意图。

图中：1：底架；2：第一螺钉；3：工作台；4A：第一限位机构；4B：第二限位机构；4C：第三限位机构；4D：第三限位机构；5：第二螺钉；6：第三螺钉；7：第一垫片；8：高精度激光测距传感器组件；9：第四螺钉；10：升降机构；11：第一螺母；12：第一螺栓；13：油缸头；14：油缸；15：第二螺母；16：第二垫片；17：轴承座；18：丝杠；19：限位块；20：联接盘；21：高精度激光测距传感器；22：调位块；23：第五螺钉；24：压板；25：高精度激光测距传感器座；26：第三螺母；27：第三垫片；28：定位环；29：导杆；30：凸球面滑座；31：凹球面座；32：第二螺栓；33：精密油压分度台；34：圆板；35：第四垫片；36：第四螺母；37：第三螺栓；38：车轮。

具体实施方式：

如图1、2、3所示，一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统，包括硬件部分和软件部分，硬件部分由底架1、工作台3、限位机构、高精度激光测距传感器组件8、升降机构10、油缸头13、油缸14及连接螺钉、液压站、液压阀台、数据采集卡、控制器及显示器、继电器以及电缆电源组成；软件部分由信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块组成。

其中，本系统所用高精度激光测距传感器21(图7)型号为德国SICKOD5-30W05，其主要技术参数见下表，精密油压分度台33(图8)型号是HSD-200HT，其等分精度和重复精度均为±0.02s，等分规格为4-8；升降机构10中的油缸14(图2)型号为CDH2MF450/36-300(带MTS位置传感器)。

本实施例中系统能测量的车轮轮毂内孔尺寸范围为φ150mm-φ210mm，对应的测量系统工作台3的环形台面大小设计为φ550-1200。本实施例将要测量的火车车轮轮缘直径图纸尺寸为φ960mm,内孔图纸尺寸为φ190mm。

通过精密制造及精心装配调试，特别是要认真调整高精度激光测距传感器21在其高精度激光测距传感器座25内的位置,使其相对于被测车轮内孔的距离满足测距传感器量程30±5mm，同时要使高精度激光测距传感器21发出的激光线在测量车轮内孔时垂直于内孔圆柱面，且激光线与激光发出点到旋转中心的连线重合，即激光线通过旋转中心。

测量系统的工作过程如下：

㈠系统起始位置为：高精度激光测距传感器21处于最低位，即升降机构10的油缸14活塞全部缩进使高精度激光测距传感器21位于工作台面之下80mm，精密油压分度台33处于零位，送电启动测量系统。

㈡根据工作台3上的刻度调整工作台3上4个圆周方向均布的限位机构4，使限位块19位置与被测车轮轮缘直径尺寸φ960对应；依据高精度激光测距传感器座25上的刻度和车轮内孔图纸尺寸φ190，调整高精度激光测距传感器21的径向位置，用压板24及第五螺钉23固定。

㈢如图10所示,吊上第一个被测车轮38，使车轮轮缘端面与工作台3上表面完全接触，用内径千分尺测出内孔直径尺寸R₀，为95.000mm。

㈣升降机构10工作，高精度激光测距传感器21上升到车轮轮毂高度的1/2处，开始测量，得到数据l₀₁，精密油压分度台33每旋转90°测一个数据，得l₀₂、l₀₃、l₀₄，本实施例中测量结果为：l₀₁＝26.4512、l₀₂＝27.4137、l₀₃＝34.4515、l₀₄＝33.4132，单位mm。

㈤按式计算出高精度激光测距传感器21位置参数a，计算结果为a＝62.000mm。

㈥吊走上一个被测车轮，高精度激光测距传感器21下降复位，精密油压分度台33反转复位。

㈦吊上第二个被测车轮，注意车轮轮缘端面与工作台上表面要完全接触，高精度激光测距传感器21上升到车轮轮毂高度的下1/6处，开始测距，精密油压分度台33每旋转90°测一个数据，得l₁₁、l₁₂、l₁₃、l₁₄，分别为31.9754、30.9970、33.9835、34.9930，单位mm。按下式

$R_1=\sqrt{{(l_{11}+a+(l_{13}-1_{11})/2)}^2+{\left(\right(l_{12}-1_{14})/2)}^2}$

计算出车轮轮毂内孔半径值为R₁＝95.0005mm。

㈧高精度激光测距传感器(21)上升到车轮轮毂高度的1/2处，同第㈦步方法，测出4个数据l₂₁、l₂₂、l₂₃、l₂₄，分别为31.9771、30.9958、33.9753、34.9938，单位mm。

按下式

$R_2=\sqrt{{(l_{21}+a+(l_{23}-1_{21})/2)}^2+{\left(\right(l_{22}-1_{24})/2)}^2}$

计算出此处车轮轮毂内孔半径为R₂＝94.9998mm。

高精度激光测距传感器21上升到车轮轮毂高度的5/6处，同第㈦步方法，测出4个数据l₃₁、l₃₂、l₃₃、l₃₄，分别为31.9739、30.9984、33.9860、34.9924，单位mm。

按下式

$R_3=\sqrt{{(l_{31}+a+(l_{33}-1_{31})/2)}^2+{\left(\right(l_{32}-1_{34})/2)}^2};$

计算出此处车轮轮毂内孔半径为R₃＝95.0009mm。

㈨按下式

D＝2(R₁+R₂+R₃)/3

计算出车轮轮毂内孔直径为190.0008mm，记录并输出结果。

㈩吊走被测车轮，依据上述㈥-㈨步骤重复测量后续车轮。

用内径千分尺方法实测第二个火车车轮轮毂内孔直径尺寸为190.004mm，本激光方法测量的结果为190.0008mm，两种方法测量结果之间的误差为3.2μm，小于5μm。

Claims (2)

1.一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统，其特征在于该测量系统包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括底架(1)、工作台(3)、第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)、第四限位机构(4D)、高精度激光测距传感器组件(8)、升降机构(10)、油缸头(13)、油缸(14)及连接螺钉、液压站、液压阀台、数据采集卡、控制器及显示器、继电器及电缆电源；所述软件部分包括信号通讯模块、驱动控制模块及数据采集与处理模块；所述工作台(3)用第一螺钉(2)固定在所述底架(1)上，所述第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)及所述第四限位机构(4D)分别对称安装在所述工作台(3)四个圆周方向90°均布的径向通槽内，用第二螺钉(5)固定所述第一限位机构4A、第二限位机构4B、第三限位机构4C及所述第四限位机构4D中的轴承座(17)，所述高精度激光测距传感器组件(8)用第四螺钉(9)固定于所述升降机构(10)的精密油压分度台(33)的上表面，所述高精度激光测距传感器组件(8)中的联接盘(20)的中心线与所述精密油压分度台(33)的中心线重合，所述升降机构(10)通过第三螺钉(6)和第一垫片(7)固定于所述工作台(3)的下表面，所述升降机构(10)中心的圆板(34)外圆与所述工作台(3)下止口间隙配合，所述油缸头(13)的一端通过第一螺母(11)和第一螺栓(12)与所述升降机构(10)相连，所述油缸头(13)的另一端与所述油缸(14)通过螺纹相连，所述高精度激光测距传感器(21)通过信号线与所述数据采集卡、控制器及显示器相连。

2.一种权利要求1所述测量系统的测量方法，其特征在于该测量方法具体步骤如下：

(1)系统起始位置为：高精度激光测距传感器(21)处于最低位，即升降机构(10)的油缸(14)活塞全部缩进，使高精度激光测距传感器(21)位于工作台(3)的台面之下80mm，精密油压分度台(33)处于零位，送电启动测量系统；

(2)根据工作台(3)上的刻度调整工作台(3)上四个圆周方向均布的第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)及第四限位机构(4D)，使限位块(19)位置与被测车轮轮缘直径尺寸大小对应；依据高精度激光测距传感器座(25)上的刻度，调整高精度激光测距传感器(21)的径向位置，用压板(24)及第五螺钉(23)固定高精度激光测距传感器(21)；

(3)吊上第一个被测车轮(38)，使车轮(38)轮缘端面与工作台(3)上表面完全接触，用内径千分尺测出被测车轮的内孔直径R₀；

(4)升降机构(10)工作，使高精度激光测距传感器(21)上升，当高精度激光测距传感器(21)发出的激光线位于被测车轮轮毂高度1/2处，开始测量，得到激光发出点到被测车轮内孔壁的距离数据l₀₁，然后精密油压分度台(33)每旋转90°测一个数据，分别得到数据：l₀₂、l₀₃、l₀₄；

(5)按式计算出高精度激光测距传感器(21)位置参数a；

(6)吊走上一个被测车轮，高精度激光测距传感器(21)下降复位，精密油压分度台(33)反转复位；

(7)吊上第二个被测车轮，保证车轮轮缘端面与工作台上表面完全接触，高精度激光测距传感器(21)上升，当高精度激光测距传感器(21)发出的激光线位于车轮轮毂高度的下1/6处，开始测距，精密油压分度台(33)每旋转90°测一个数据，分别得l₁₁、l₁₂、l₁₃、l₁₄，按下式计算出车轮轮毂内孔半径值：

$R_1=\sqrt{{(l_{11}+a+(l_{13}-l_{11})/2)}^2+{\left(\right(l_{12}-l_{14})/2)}^2}$

(8)高精度激光测距传感器(21)上升到车轮轮毂高度的1/2处，同步骤(7)方法，测出4个数据l₂₁、l₂₂、l₂₃、l₂₄，按下式计算出此处车轮轮毂内孔半径值：

$R_2=\sqrt{{(l_{21}+a+(l_{23}-l_{21})/2)}^2+{\left(\right(l_{22}-l_{24})/2)}^2}$

高精度激光测距传感器(21)上升到车轮轮毂高度的5/6处，同步骤(7)方法，测出4个数据l₃₁、l₃₂、l₃₃、l₃₄，按下式计算出此处车轮轮毂内孔半径值：

$R_3=\sqrt{{(l_{31}+a+(l_{33}-l_{31})/2)}^2+{\left(\right(l_{32}-l_{34})/2)}^2};$

(9)按下式计算出车轮轮毂内孔直径值为：

D＝2(R₁+R₂+R₃)/3；

记录并输出结果；

(10)吊走被测车轮，依据上述步骤(6)-(9)重复测量后续车轮；

其中：被测火车车轮轮毂内孔直径范围为Φ150～Φ210mm，车轮轮缘外径尺寸范围为Φ780～Φ1000mm，测量精度≤5μm，每个车轮内孔直径测量时间≤60s，系统工作环境温度-20℃～50℃。