CN107576510B - 基于激光测量位移的车厢性能检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于激光测量位移的车厢性能检测方法及检测系统，采用激光位移传感器自动检测其与车厢厢壁的距离，保证测量精度，激光位移传感器通过放置于车厢外的支撑组件支撑固定，车厢壁的变形不会影响到激光位移传感器的位置，整个试验过程中参考物基准位置不变，消除因基准位置改变而造成的误差，在车厢壁上选取多个检测点，利用激光位移传感器对车厢残余变形量进行测量，同一激光位移传感器在车厢变形前和变形后的两次测量数据差即为该激光位移传感器测得的对应处的残余变形量，取各激光位移传感器测得的最大值即为车厢的残余变形量，满足对各类厢式车车厢表面形变进行数据采集的要求。

Description

基于激光测量位移的车厢性能检测方法及检测系统

技术领域

本发明涉及一种车厢性能检测方法和检测系统，属于车辆检测技术领域。

背景技术

当前，根据GB17953-2013、JT/T389-2010等标准的要求，硬体车厢、保温车厢、冷藏车厢以、侧帘车厢等的厢体强度和机械性能试验一般采用气袋实验方法，即在厢体内部待测量面上通过对气袋充气加压的方法使厢体壁面对产生形变，并对车厢体外表面的残余变形量进行评价。然而由于受压车厢体外表面的形变是大范围且不规则性的，车厢体外表面残余变形量的测量一直是检测过程中的难点问题。传统的测量方法是在车厢体受压前及受压后，运用平行布置于箱体表面的细线作为参考物，用尺测量参考物与车厢体表面的距离，从而确定残余变形量，此方法虽然操作简单，但存在多个弊端，首先，以尺为测量工具，测量时无法保证尺与参考物之间的严格垂直，且肉眼观察测量结果的精度太低；另外，以线作为参考物会导致参考物本身基准位置的变化而对测量结果产生误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提出一种基于激光测量位移的车厢性能检测方法及检测系统，利用激光位移传感器对车厢残余变形量进行测量，解决测量厢体强度时传统测量方法存在的多种弊端，大大提升了试验测量精度。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种基于激光测量位移的车厢性能检测方法，包括如下步骤：

(1)在待测车辆的车厢外安装支撑组件，在支撑组件上按设定的分布结构安装N个激光位移传感器，N≥2，通过激光位移传感器检测其与车厢厢壁的初始距离l_i0，i∈[1，N]；

(2)在车厢厢体内部待测面上安装气袋，对气袋充气加压，充气至设定压力后保压3分钟以上，通过对气袋充气加压使厢壁变形，保压结束后气袋放气卸压；

(3)自气袋放气卸压开始通过激光位移传感器持续检测激光位移传感器与车厢厢壁的距离l_ij，其中j为正整数；

(4)当出现连续M个检测值相等时，M≥2，对应的激光位移传感器结束测距，记录该M个相等的检测值为l_in；

(5)根据公式s_i＝l_in-l_i0计算结束测距的激光位移传感器测得的残余变形量，取各激光位移传感器测得的残余变形量中的最大值s_max作为车厢的残余变形量。

步骤(1)中在支撑组件上按设定的分布结构安装8个以上激光位移传感器，各激光位移传感器在支撑组件上均匀分布。

还包括步骤(6)，根据公式l_max＝l_i1-l_i0计算第i个激光位移传感器对应的车厢检测点的最大变形量l_max，对比车厢边缘检测点对应的激光位移传感器所检测的最大变形量与车厢中部检测点对应的激光位移传感器所检测的最大变形量。

本发明还对应提供了用于上述检测方法的检测系统，包括数据采集单元和支撑组件，支撑组件位于待测车辆的车厢外并且平行于车厢厢壁；所述数据采集单元包括控制器、显示模块、供电模块和2个以上激光位移传感器，供电模块为整个数据采集单元供能，显示模块和激光位移传感器均与控制器电性连接，激光位移传感器安装于支撑组件上；所述支撑组件为拼接结构，由1个以上活动支架拼接构成，所述活动支架包括基础支架、1组以上直线位移机构和3个以上带刹车万向轮，带刹车万向轮均匀安装在基础支架底部，基础支架具有一平行于车厢厢壁的工作面，直线位移机构沿水平和/或竖直方向安装于基础支架的工作面上，激光位移传感器安装于直线位移机构的可动部分上并且与工作面垂直；支撑组件上可翻转地安装有4根以上限位杆，其中4根限位杆分布于支撑组件的四角，其余限位杆均匀分布于支撑组件中心，限位杆垂直于其所在的基础支架的工作面。

所述直线位移机构设计为2组以上，其中一组沿水平方向安装固定，其余直线位移机构均沿竖直方向安装固定，该水平直线位移机构为导轨滑块副，其滑块数量与竖直直线位移机构的数量相同，各滑块上均设有锁紧螺钉，各竖直直线位移机构分别安装在各滑块；所述竖直直线位移机构由通过滑动副连接的滑道和安装座构成，各安装座上同样设有锁紧螺钉，激光位移传感器固定于安装座上。

所述基础支架整体呈L型，其竖直部所在竖直面即为工作面，带刹车万向轮安装于基础支架的水平部上。

所述基础支架的下端设有配重加强杆，配重加强杆倾斜固定于基础支架上，与基础支架构成直角三角形结构，配重加强杆的杆径由上至下递增。

相邻两个活动支架通过对接机构拼接，所述对接机构由导杆、导杆固定座、直线轴承与轴承固定座构成，轴承固定座和导杆固定座分别固定在待拼接的两个活动支架的底部，直线轴承安装于轴承固定座中，导杆一端通过导杆固定座固定、另一端装入直线轴承中，轴承固定座上设有紧固把手，紧固把手抵紧导杆位于轴承固定座中的杆段。

所述供电模块包括线性电源和开关电源，线性电源和开关电源均接入市电并输出24V电压，线性电源用于各激光位移传感器的供电，开关电源用于控制器和显示模块的供电。

所述显示模块为工业触摸显示屏；所述控制器为PLC，其中集成有模拟量扩展模块。

由上述技术方案可知，本发明采用激光位移传感器自动检测其与车厢厢壁的距离，保证测量精度，激光位移传感器通过放置于车厢外的支撑组件支撑固定，车厢壁的变形不会影响到激光位移传感器的位置，在车厢壁上选取多个检测点，利用激光位移传感器对车厢残余变形量进行测量，同一激光位移传感器在车厢变形前和变形后的两次测量数据差即为该激光位移传感器测得的对应处的残余变形量，取各激光位移传感器测得的最大值即为车厢的残余变形量，满足对各类厢式车车厢表面形变进行数据采集的要求。

此外，本申请中对车厢变形后的测量是从气袋放气卸压开始即进行的，因此测得的第一个数据即为车厢在气袋加压过程中的最大变形量，对于结构合理、材料均匀的车厢壁，其最大变形量应该满足中间大于侧边，通过对比车厢边缘检测点对应的激光位移传感器所检测的最大变形量与车厢中部检测点对应的激光位移传感器所检测的最大变形量，即可判断出该车厢厢壁内部材料是否均匀，框架结构是否符合要求，进而判断出车厢的整体机械强度、安全性能，满足国内外标准规范的性能规律研究和测试评价需求。

为实现上述方法对各类厢式车车厢表面形变进行数据采集的要求，本发明设计一套尺寸可调、位置可移动的支撑组件用于安装激光位移传感器，确保激光位移传感器与车厢待测面始终保持垂直，整个试验过程中参考物基准位置不变，消除因基准位置改变而造成的误差。

由于车厢尺寸的变化范围广、厢体结构类型多样化，本发明提供的支撑组件采用拼接结构，由多个可独立使用的活动支架拼接构成，可覆盖各种车厢的尺寸范围，覆盖范围为长*高＝2.75m*1.8m～9.5m*2.55m，底部使用带刹车万向轮，其结构简洁、重量轻、易于移动，便于对车厢厢体在强度试验过程中的变形量实时监控与反馈；激光位移传感器安装于活动支架上，活动支架的支撑组件上可翻转地安装有多根限位杆，限位杆用于在测试前抵紧车厢框架的四周，由于限位杆垂直于其所在的基础支架的工作面，以此保证激光位移传感器与待测面始终保持垂直；各活动支架中均设置多组直线位移机构，通过该直线位移机构可以调节激光位移传感器的水平和竖直位置，各直线位移机构均可锁止，激光位移传感器位置确定后通过锁止锁紧螺钉固定激光位移传感器的位置。

活动支架的基础支架底部具有直角三角形支撑结构，自身结构稳固，直角三角形支撑结构的斜边，即配重加强杆的杆径由上至下递增，因此重量也由上至下递增，保证活动支架使用时不会发生倾斜或倾倒。相邻两个活动支架通过对接机构拼接，对接机构中采用导杆和直线轴承构成滑动副，得到高精度的平稳直线运动，在活动支架拼接时能够确保相邻两个活动支架的工作面位于同一平面上。

附图说明

图1为本发明提供的支撑组件的结构示意图。

图2为本发明提供的活动支架的结构示意图。

图3为活动支架的拼接结构示意图。

图4为数据采集单元的结构框图。

其中，10-活动支架，1-基础支架，2-带刹车万向轮，3-配重加强杆，4-水平直线位移机构，4a-导轨，4b-滑块，4c-水平锁紧螺钉，5-竖直直线位移机构，5a-滑道，5b-安装座，5c-竖直锁紧螺钉；20-限位杆；30-对接机构，31-导杆，32-导杆固定座，33-轴承固定座，34-紧固把手。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。

本发明提供的基于激光测量位移的车厢性能检测方法，包括如下步骤：

(1)在待测车辆的车厢外安装支撑组件，在支撑组件上按设定的分布结构安装10个激光位移传感器，各激光位移传感器在支撑组件上均匀分布，通过激光位移传感器检测其与车厢厢壁的初始距离l_i0，i∈[1，10]；

(2)在车厢厢体内部待测面上安装气袋，对气袋充气加压，在5分钟内充气至设定压力，随后保压20分钟，通过对气袋充气加压使厢壁变形，保压结束后气袋放气卸压；

(3)自气袋放气卸压开始通过激光位移传感器持续检测激光位移传感器与车厢厢壁的距离l_ij，其中j为正整数，检测频率为每秒1次；

(4)当出现连续5个检测值相等时，对应的激光位移传感器结束测距，记录该5个相等的检测值为l_in；

(5)根据公式s_i＝l_in-l_i0计算结束测距的激光位移传感器测得的残余变形量，取各激光位移传感器测得的残余变形量中的最大值s_max作为车厢的残余变形量，若车厢的残余变形量不大于12mm，则残余变形量指标检测合格，车厢性能合格。

此外，还可根据公式l_max＝l_i1-l_i0计算第i个激光位移传感器对应的车厢检测点的最大变形量l_max，对比车厢边缘检测点对应的激光位移传感器所检测的最大变形量与车厢中部检测点对应的激光位移传感器所检测的最大变形量，若车厢边缘检测点的最大变形量不大于车厢中部检测点的最大变形量，则车厢厢壁结构设计检测合格。

本发明还对应提供了用于上述检测方法的检测系统，包括数据采集单元和支撑组件，支撑组件位于待测车辆的车厢外并且其所在平面平行于车厢厢壁；

参见图4，所述数据采集单元包括PLC控制器、工业触摸显示屏、供电模块和10个激光位移传感器，所述供电模块包括线性电源和开关电源，线性电源和开关电源均接入市电并输出24V电压，线性电源用于各激光位移传感器的供电，开关电源用于PLC控制器和工业触摸显示屏的供电，工业触摸显示屏与PLC控制器信息交互，二者集成于控制柜中，PLC控制器上集成了模拟量扩展模块，激光位移传感器与PLC控制器之间用自动伸缩的绕线盘快速对接，信号线收缩自如，方便线缆管理，绕线盘安装在控制柜内，控制柜上设有主电源开关和电源指示灯，分别用于控制和指示设备的总电源，控制柜侧壁装有通风工业风扇，可有效控制柜内温度，保护电气元件正常工作；

所述激光位移传感器安装于支撑组件上，参见图1，所述支撑组件为拼接结构，由1个以上活动支架10拼接构成，支撑组件上可翻转地安装有4根限位杆20，其长度为50mm-200mm，本实施例采用200mm，4根限位杆20分布于支撑组件的四角，当车厢长度大于4m时，可适当增加限位杆的数量，除四角处的4根，其余限位杆均匀分布于支撑组件中心，各限位杆抵紧车厢待测面，确保支撑组件与车厢待测面平行，限位杆20采用弹性模量较小的弹簧杆，保证可随车厢厢壁变形而缩短，但是其自身弹性力不会影响到厢壁的变形；

相邻两个活动支架10通过对接机构30拼接，参见图3，所述对接机构30由导杆31、导杆固定座32、直线轴承与轴承固定座33构成，轴承固定座33和导杆固定座32分别固定在待拼接的两个活动支架10的底部，直线轴承安装于轴承固定座中，导杆31一端通过导杆固定座32固定、另一端装入直线轴承中，轴承固定座上设有紧固把手34，紧固把手34采用普通螺钉，紧固把手的端部抵紧导杆位于轴承固定座中的杆段，限制导杆的移动；

参见图2，所述活动支架10包括基础支架1、4组直线位移机构4、5和4个带刹车万向轮2，所述基础支架1采用60*30mm铝型材进行拼接而成，整体呈L型，其竖直部所在竖直面构成安装激光位移传感器的工作面，该工作面平行于车厢厢壁，限位杆20垂直于其所在的基础支架1的工作面，基础支架1的下端设有配重加强杆3，配重加强杆3倾斜固定于基础支架1上，与基础支架1构成直角三角形结构，配重加强杆3的杆径由上至下递增，降低基础支架的重心，使得基础支架更稳固，带刹车万向轮2安装于基础支架1的水平部底部的四角，直线位移机构沿水平和竖直方向安装于基础支架1的工作面上；

本实施例中，4组直线位移机构包含1组沿水平方向安装固定的水平直线位移机构4，以及3组沿竖直方向安装固定的竖直直线位移机构5，该水平直线位移机构4为导轨滑块副，包括一根导轨4a以及与竖直直线位移机构5数量相同的滑块4b，各滑块4b上均设有水平锁紧螺钉4c，各竖直直线位移机构5分别安装在各滑块4b上，竖直直线位移机构5可在不同活动支架的水平直线位移机构4上任意切换；所述竖直直线位移机构5由通过滑动副连接的滑道5a和安装座5b构成，部分竖直直线位移机构5的滑道5a上安装有多个安装座5b，各安装座5b上设有竖直锁紧螺钉5c，水平锁紧螺钉4c和竖直锁紧螺钉5c均采用普通螺钉，其端部抵紧导轨4a、滑道5a，阻止滑块4b、安装座5b继续滑动，激光位移传感器固定于安装座5b上，其发射的激光垂直于车厢待测面。

实际使用中，首先根据待测车厢的尺寸确定所需活动支架的数量，随后对活动支架进行拼接，形成支撑组件；将各激光位移传感器依次安装固定，调节好位置后锁紧水平锁紧螺钉和竖直锁紧螺钉；最后将拼接好的支撑组件移动至车厢旁，调整其位置使得各限位杆均与车厢待测箱壁接触但不挤压厢壁，整个支撑组件与车厢厢壁间等距，随后锁紧带刹车万向轮，开始测试，各激光位移传感器对冷藏车车厢在强度试验过程中的变形量实时监控与反馈。采用工业触摸屏与PLC控制器，自动完成测量数据采集、传送显示、记录、输出。主要数据处理结果在屏幕上显示，并以报表形式显示记录、打印输出或保存为数据文件。

Claims (7)

1.一种基于激光测量位移的车厢性能检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在待测车辆的车厢外安装支撑组件，在支撑组件上按设定的分布结构安装N个激光位移传感器，N≥2，通过激光位移传感器检测其与车厢厢壁的初始距离l_i0，i∈[1，N]；

(2)在车厢厢体内部待测面上安装气袋，对气袋充气加压，充气至设定压力后保压3分钟以上，通过对气袋充气加压使厢壁变形，保压结束后气袋放气卸压；

(3)自气袋放气卸压开始通过激光位移传感器持续检测激光位移传感器与车厢厢壁的距离l_ij，其中j为正整数；

(4)当出现连续M个检测值相等时，M≥2，对应的激光位移传感器结束测距，记录该M个相等的检测值为l_in；

(5)根据公式s_i＝l_in-l_i0计算结束测距的激光位移传感器测得的残余变形量，取各激光位移传感器测得的残余变形量中的最大值s_max作为车厢的残余变形量；

(6)根据公式l_max＝l_i1-l_i0计算第i个激光位移传感器对应的车厢检测点的最大变形量l_max，对比车厢边缘检测点对应的激光位移传感器所检测的最大变形量与车厢中部检测点对应的激光位移传感器所检测的最大变形量。

2.根据权利要求1所述的基于激光测量位移的车厢性能检测方法，其特征在于：步骤(1)中在支撑组件上按设定的分布结构安装8个以上激光位移传感器，各激光位移传感器在支撑组件上均匀分布。

3.一种用于权利要求1所述基于激光测量位移的车厢性能检测方法的检测系统，其特征在于：包括数据采集单元和支撑组件，支撑组件位于待测车辆的车厢外并且平行于车厢厢壁；所述数据采集单元包括控制器、显示模块、供电模块和2个以上激光位移传感器，供电模块为整个数据采集单元供能，显示模块和激光位移传感器均与控制器电性连接，激光位移传感器安装于支撑组件上；

所述支撑组件为拼接结构，由1个以上活动支架拼接构成，相邻两个活动支架通过对接机构拼接，所述对接机构由导杆、导杆固定座、直线轴承与轴承固定座构成，轴承固定座和导杆固定座分别固定在待拼接的两个活动支架的底部，直线轴承安装于轴承固定座中，导杆一端通过导杆固定座固定、另一端装入直线轴承中，轴承固定座上设有紧固把手，紧固把手抵紧导杆位于轴承固定座中的杆段；

所述活动支架包括基础支架、1组以上直线位移机构和3个以上带刹车万向轮，带刹车万向轮均匀安装在基础支架底部，基础支架具有一平行于车厢厢壁的工作面，直线位移机构沿水平和/或竖直方向安装于基础支架的工作面上，激光位移传感器安装于直线位移机构的可动部分上并且与工作面垂直；

所述直线位移机构设计为2组以上，其中一组沿水平方向安装固定，其余直线位移机构均沿竖直方向安装固定，该水平直线位移机构为导轨滑块副，其滑块数量与竖直直线位移机构的数量相同，各滑块上均设有锁紧螺钉，各竖直直线位移机构分别安装在各滑块上；所述竖直直线位移机构由通过滑动副连接的滑道和安装座构成，各安装座上同样设有锁紧螺钉，激光位移传感器固定于安装座上；

支撑组件上可翻转地安装有4根以上限位杆，其中4根限位杆分布于支撑组件的四角，其余限位杆均匀分布于支撑组件中心，限位杆垂直于其所在的基础支架的工作面。

4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于：所述基础支架整体呈L型，其竖直部所在竖直面即为工作面，带刹车万向轮安装于基础支架的水平部上。

5.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于：所述基础支架的下端设有配重加强杆，配重加强杆倾斜固定于基础支架上，与基础支架构成直角三角形结构，配重加强杆的杆径由上至下递增。

6.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于：所述供电模块包括线性电源和开关电源，线性电源和开关电源均接入市电并输出24V电压，线性电源用于各激光位移传感器的供电，开关电源用于控制器和显示模块的供电。

7.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于：所述显示模块为工业触摸显示屏；所述控制器为PLC控制器，其中集成有模拟量扩展模块。