CN108891444A - 一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置及方法，属于列车车轮检测技术领域。本发明的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的启动开关、激光位移传感器I和停止开关，还包括安装于轨道内侧或外侧的激光位移传感器II，其中激光位移传感器I的探测光束垂直于车轮内辋面和轨道顶面向上，激光位移传感器II的探测光束与轨道顶面之间存在倾斜夹角。采用本发明的技术方案可以对列车车轮几何参数进行在线动态测量，且其测量精度较高，从而有利于保证列车的安全行驶。

Description

一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置及方法

技术领域

本发明属于列车车轮检测技术领域，更具体地说，涉及一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置及方法。

背景技术

列车车轮是轨道交通列车最重要的走行部件之一，它承载了列车所有的动、静载荷。但在列车运行过程中，由于车轮与轨道之间长期摩擦，会对车轮造成不同程度的磨损，如直径磨耗、轮缘偏磨等。直径磨耗会导致同车或同架或同对轮径差超限，以及轮缘高增大，轮缘偏磨会导致轮缘厚度减小和轮缘综合值减小，这些情况的发生都会对行车安全造成很大的威胁。因此，及时、快速、准确地测量列车车轮的直径(D_T)、轮缘高(Sh)、轮缘厚(Sd)、轮缘综合值(Qr)等几何参数，对于保障列车的行车安全具有重大的意义。

现有车轮几何参数的检测手段主要包括人工测量和静态测量。其中，人工测量主要是利用第四种检测器和轮径尺对车轮几何参数进行粗略测量，测量优点是设备投入低，缺点是精度低、人力投入大、测量周期长。静态测量是采用镟床等专用设备进行车轮几何参数测量的一种手段，测量优点是精度高，其缺点是设备投入大、成本高，需要耗费大量的人力和物力，而且测量周期较长，从而影响列车的正常使用。

由于人工测量和静态测量存在的种种局限性，现在越来越多的人集中于在线动态测量方法的研究。如，申请号200610155282.8公开了一种车辆轮对直径在线检测方法及装置，该方法利用结构光光源在轮对踏面上的投影信息和位移传感器检测到的基点位置的信息来检测车轮平均直径参数和左右车轮轮径差参数，但该方法存在受外界光影响大、响应速度慢、测量精度低等缺点。申请号201410519742.5公开了一种城轨列车轮对尺寸在线检测方法及装置，该申请案基于二维激光位移传感器技术测得不同时刻踏面轮廓线的轮缘最低点坐标，在速度已知的情况下，将不同时刻的点还原到同一时刻下的坐标值，利用三点成圆的原理拟合出车轮轮缘顶点所在的圆，再用轮缘顶点圆直径减去两倍的轮缘高得到车轮直径。该方法由于把速度当作已知，在将不同时刻轮缘最低点的值还原到同一时刻下的坐标值的过程中，由于速度的偏差，造成还原后的坐标值失真，最终导致拟合后的轮缘顶点圆直径有较大的偏差。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有列车车轮几何参数测量存在的以上问题，提供了一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置及方法。采用本发明的技术方案可以对列车车轮几何参数进行在线动态测量，且其测量精度较高，从而有利于保证列车的安全行驶。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

其一，本发明的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的启动开关、激光位移传感器I和停止开关，还包括激光位移传感器II，其中激光位移传感器I的探测光束垂直于车轮内辋面和轨道顶面向上，激光位移传感器II的探测光束与轨道顶面之间存在倾斜夹角。

更进一步的，所述的激光位移传感器II安装于轨道内侧并位于激光位移传感器I与停止开关之间，其探测光束垂直于车轮内辋面，并与轨道顶面存在倾斜夹角α。

更进一步的，所述的激光位移传感器II安装于轨道外侧，其探测光束与平行于轨道顶面方向的夹角为β，与车轮内辋面之间的夹角为γ。

更进一步的，所述激光位移传感器I和激光位移传感器II的采样频率相同。

更进一步的，所述轨道内侧还安装有间隔分布的电涡流位移传感器I和电涡流位移传感器II，且两电涡流位移传感器的采样频率相同。

更进一步的，所述电涡流位移传感器的采样频率K₁大于等于激光位移传感器的采样频率K₂。

更进一步的，所述启动开关、电涡流位移传感器、激光位移传感器及停止开关均与控制系统相连，且电涡流位移传感器及激光位移传感器均与数据处理系统相同。

其二，本发明的一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，所述激光位移传感器II安装于轨道内侧，启动开关被触发时，两个激光位移传感器同时开始采集数据，停止开关被触发时，数据采集结束，对采集到的数据进行处理，即得列车车轮几何参数，具体处理过程为：

步骤1、按顺序截取激光位移传感器I所测轮廓线中轮缘顶点的距离值di，并以为X坐标，以di为Y坐标，建立坐标组

步骤2、对得到的坐标组进行圆拟合，得到轮缘顶点圆直径D；

步骤3、在激光位移传感器I所测轮廓线中找出轮缘顶点距离最小的轮廓线A，以及该轮廓线上轮缘顶点的距离值Z；

步骤4、计算激光位移传感器I所测第A条轮廓线上各点距离值所对应的直径值D_j，计算公式为：

D_j＝D-2(Z_j-Z) (j＝1，2，3，……)

式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，mm；Z为激光位移传感器I所测第A条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_j为激光位移传感器I所测第A条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；

步骤5、计算激光位移传感器II所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线所在条数B，计算公式为：

式中：A为激光位移传感器I所测轮廓线中轮缘顶点距离值最小的轮廓线所在条数；R为车轮轮缘半径，单位mm；V为车轮行驶速度，单位mm/ms；K₂为激光位移传感器II的采样频率，单位kHz；α为激光位移传感器II的探测光束与轨道顶面之间的倾斜夹角，L₂为两激光位移传感器的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；

步骤6、计算激光位移传感器II所测第B条轮廓线上各点距离值所对应的直径值，计算公式为：

D_k＝D-2(Z_k-Z`) (k＝1,2,3……)

式中：Z`为激光位移传感器II所测第B条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_k为激光位移传感器II所测第B条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；

步骤7、截取激光位移传感器I所测第A条轮廓线中车轮内辋面至轮缘顶点之间的直径，并与激光位移传感器I自身X轴坐标结合，构成坐标组{(X_d，D_d)}；截取激光位移传感器II所测第B条轮廓线中轮缘顶点至车轮外辋面之间的直径，并与该激光位移传感器自身的X轴坐标结合，构成坐标组{(X_e，D_e)}；再将截取的坐标组以轮缘顶点为特征点进行拼接，拼接时去除一个重复的轮缘顶点坐标，并将X坐标进行整合，以车轮内辋面为横坐标零点向车轮外辋面为X轴，得到从车轮内辋面至外辋面不同位置的直径坐标组{(X_f，D_f)}；

步骤8、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到X_f＝d或离d最接近的横坐标所对应的直径，即得车轮踏面直径D_T，其中d为车轮直径测量基点与车轮内辋面之间的距离，车轮轮缘高为

步骤9、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘厚测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_h，车轮内辋面所对应的横坐标记为X₁，则轮缘厚为Sd＝X_h-X₁；在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘综合值测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_q，则轮缘综合值为Qr＝X_h-X_q。

更进一步的，所述步骤1中列车行驶速度V根据以下方法测量得到：

a、计算电涡流位移传感器I所测数据中最小值至电涡流位移传感器II所测数据中最小值之间的数据量n；

b、计算车轮行驶速度，计算公式为：

其中，V为车轮经过测量区间时的行驶速度，单位mm/ms；L₁为电涡流位移传感器I至电涡流位移传感器II沿平行于轨道顶面方向的中心距，K₁为两个电涡流位移传感器的采样频率，kHz。

其三，本发明的一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，所述激光位移传感器II安装于轨道外侧，启动开关被触发时，两个激光位移传感器同时开始采集数据，停止开关被触发时，数据采集结束，对采集到的数据进行处理，即得列车车轮几何参数，具体处理过程为：

步骤1、按顺序截取激光位移传感器I所测轮廓线中轮缘顶点的距离值di，并以为X坐标，以di为Y坐标，建立坐标组

步骤2、对得到的坐标组进行圆拟合，得到轮缘顶点圆直径D；

步骤3、在激光位移传感器I所测轮廓线中找出轮缘顶点距离最小的轮廓线A，以及该轮廓线上轮缘顶点的距离值Z；

步骤4、计算激光位移传感器I所测第A条轮廓线上各点距离值所对应的直径值D_j，计算公式为：

D_j＝D-2(Z_j-Z) (j＝1，2，3，……)

式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，mm；Z为激光位移传感器I所测第A条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_j为激光位移传感器I所测第A条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；

步骤5、计算激光位移传感器II所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线所在条数B，计算公式为：

式中：A为激光位移传感器I所测轮廓线中轮缘顶点距离值最小的轮廓线所在条数；R为车轮轮缘半径，单位mm；V为车轮行驶速度，单位mm/ms；K₂为激光位移传感器II的采样频率，单位kHz；β为激光位移传感器II的探测光束与平行于轨道顶面之间的倾斜夹角，L₂为两激光位移传感器的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；

步骤6、将激光位移传感器II所测第B条激光线进行旋转，得到旋转后轮廓线上各点的坐标(X_i，Y_i)，旋转公式为

X_i＝x_icosγ-y_isinγ

Y_i＝x_isinγ+y_icosγ

式中：x_i为激光位移传感器II所测第B条轮廓线上各点的横坐标，单位mm；y_i为激光位移传感器II所测第B条轮廓线上各点的纵坐标，单位mm；X_i为旋转过后轮廓线上各点的横坐标，单位mm；Y_i为旋转过后轮廓线上各点的纵坐标，单位mm；γ为激光位移传感器II的探测光束与车轮内辋面之间的倾斜夹角；

步骤7、计算激光位移传感器II所测第B条轮廓线旋转后各点距离值所对应的直径值，计算公式为：

D_k＝D-2(Z_k-Z`) (k＝1,2,3……)

式中：Z`为激光位移传感器II所测第B条轮廓线旋转后轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_k为激光位移传感器II所测第B条轮廓线旋转后其他各点的距离值，单位mm；

步骤8、截取激光位移传感器I所测第A条轮廓线中车轮内辋面至轮缘顶点之间的直径，并与激光位移传感器I自身X轴坐标结合，构成坐标组{(X_d，D_d)}；截取激光位移传感器II所测第B条轮廓线旋转后其轮缘顶点至车轮外辋面之间的直径，并与旋转后该激光位移传感器自身的X轴坐标结合，构成坐标组{(X_e，D_e)}；再将截取的坐标组以轮缘顶点为特征点进行拼接，拼接时去除一个重复的轮缘顶点坐标，并将X坐标进行整合，以车轮内辋面为横坐标零点向车轮外辋面为X轴，得到从车轮内辋面至外辋面不同位置的直径坐标组{(X_f，D_f)}；

步骤9、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到X_f＝d或离d最接近的横坐标所对应的直径，即得车轮踏面直径D_T，其中d为车轮直径测量基点与车轮内辋面之间的距离，车轮轮缘高为

步骤10、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘厚测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_h，车轮内辋面所对应的横坐标记为X₁，则轮缘厚为Sd＝X_h-X₁；在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘综合值测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_q，则轮缘综合值为Qr＝X_h-X_q。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的启动开关、激光位移传感器I和停止开关，其中激光位移传感器I和激光位移传感器II的探测光束均垂直于车轮内辋面和轨道顶面向上，还包括激光位移传感器II，通过两个激光位移传感器的布设，并对其采集数据进行处理即可获得列车车轮的几何参数，实现了列车车轮几何参数的在线动态测量，提高了测量效率，且其测量精度也较高，测量范围大。

(2)本发明的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，利用电涡流位移传感器采样频率高的特点，在轨道内侧还安装有电涡流位移传感器I和电涡流位移传感器II，通过电涡流位移传感器的布设对列车行驶速度进行测量，从而可以有效提高车轮行驶速度的准确性，进而能够有效保证列车车轮几何参数的测量精度。

(3)本发明的一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，启动开关被触发时，两个激光位移传感器同时开始采集数据，停止开关被触发时，数据采集结束，对采集到的数据进行处理，从而可以实现列车车轮几何参数的在线动态测量，且其测量精度较高，其中激光位移传感器II可以安装于轨道内侧，也可安装于轨道外侧。

(4)本发明的一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，采用非接触测量，测量过程对车轮无磨损，且其测量装置结构和安装简单，成本低，适于推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例3的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置的主视示意图；

图3为本发明实施例3的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置的侧视示意图；

图4为待测量车轮的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、启动开关；2、电涡流位移传感器I；3、激光位移传感器I；4、电涡流位移传感器II；5、激光位移传感器II；6、停止开关。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，现结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的启动开关1、激光位移传感器I 3、激光位移传感器II5和停止开关6，其中激光位移传感器I3和激光位移传感器II5的探测光束均垂直于车轮内辋面，且激光位移传感器I3的探测光束垂直于轨道顶面向上，激光位移传感器II5的探测光束与轨道顶面之间存在倾斜夹角α。本实施例中启动开关1、电涡流位移传感器、激光位移传感器及停止开关6均与控制系统相连，两个激光位移传感器均与数据处理系统相同，且其采样频率相同。

针对现有列车车轮几何参数测量存在的问题，本实施例仅通过两个激光位移传感器的布设，并对其采集数据进行处理即可获得列车车轮的几何参数，实现了列车车轮几何参数的在线动态测量，提高了测量效率，且其测量精度也较高，测量范围大。

本实施例的一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，所述激光位移传感器II5安装于轨道内侧，启动开关1被触发时，两个激光位移传感器同时开始采集数据，停止开关6被触发时，数据采集结束，对采集到的数据进行处理，即得列车车轮几何参数，具体处理过程为：

步骤1、按顺序截取激光位移传感器I3所测轮廓线中轮缘顶点的距离值di(即各轮廓线中各点的最小距离值)，并以为X坐标，以di为Y坐标，建立坐标组

步骤2、对得到的坐标组进行圆拟合，得到轮缘顶点圆直径D；

步骤3、在激光位移传感器I3所测轮廓线中找出轮缘顶点距离最小的轮廓线A，以及该轮廓线上轮缘顶点的距离值Z；

步骤4、计算激光位移传感器I3所测第A条轮廓线上各点距离值所对应的直径值D_j，计算公式为：

D_j＝D-2(Z_j-Z) (j＝1，2，3，……)

式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，mm；Z为激光位移传感器I3所测第A条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_j为激光位移传感器I3所测第A条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；

步骤5、计算激光位移传感器II5所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线所在条数B，计算公式为：

式中：A为激光位移传感器I3所测轮廓线中轮缘顶点距离值最小的轮廓线所在条数；R为车轮轮缘半径，单位mm；V为车轮行驶速度，单位mm/ms；K₂为激光位移传感器II 5的采样频率，单位kHz；α为激光位移传感器II 5的探测光束与轨道顶面之间的倾斜夹角，L₂为两激光位移传感器的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；

步骤6、计算激光位移传感器II5所测第B条轮廓线上各点距离值所对应的直径值，计算公式为：

D_k＝D-2(Z_k-Z`) (k＝1,2,3……)

式中：Z`为激光位移传感器II5所测第B条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_k为激光位移传感器II5所测第B条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；

步骤7、截取激光位移传感器I3所测第A条轮廓线中车轮内辋面至轮缘顶点之间的直径，并与激光位移传感器I3自身X轴坐标结合，构成坐标组{(X_d，D_d)}；截取激光位移传感器II5所测第B条轮廓线中轮缘顶点至车轮外辋面之间的直径，并与该激光位移传感器自身的X轴坐标结合，构成坐标组{(X_e，D_e)}；再将截取的坐标组以轮缘顶点为特征点进行拼接，拼接时去除一个重复的轮缘顶点坐标，并将X坐标进行整合，以车轮内辋面为横坐标零点向车轮外辋面为X轴，得到从车轮内辋面至外辋面不同位置的直径坐标组{(X_f，D_f)}；

步骤8、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到X_f＝d或离d最接近的横坐标所对应的直径，即得车轮踏面直径D_T，其中d为车轮直径测量基点与车轮内辋面之间的距离，车轮轮缘高为

步骤9、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘厚测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_h，车轮内辋面所对应的横坐标记为X₁，则轮缘厚为Sd＝X_h-X₁；在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘综合值测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_q，则轮缘综合值为Qr＝X_h-X_q。

实施例2

本实施例的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其结构基本同实施例1，其区别主要在于：本实施例中轨道内侧还安装有间隔分布的电涡流位移传感器I2和电涡流位移传感器II4。上述两个电涡流位移传感器的采样频率相同，且电涡流位移传感器的采样频率K₁大于等于激光位移传感器的采样频率K₂。同时本实施例中电涡流位移传感器I2和电涡流位移传感器II4也与控制系统及数据处理系统相连，且电涡流位移传感器的安装保证车轮经过时轮缘能够进入电涡流位移传感器的测量区域。

本实施例的一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，其步骤同实施例1，其区别主要在于：本实施例中利用电涡流位移传感器I2和电涡流位移传感器II4的测量数据对测量区间列车的行驶速度V进行计算，当启动开关1启动时，两个电涡流位移传感器也同时采集数据，当停止开关触发时，其同时停止采集。列车的行驶速度V的具体计算方法为：

a、计算电涡流位移传感器I 2所测数据中最小值至电涡流位移传感器II 4所测数据中最小值之间的数据量n；

b、计算车轮行驶速度，计算公式为：

其中，V为车轮经过测量区间时的行驶速度，单位mm/ms；L₁为电涡流位移传感器I2至电涡流位移传感器II 4沿平行于轨道顶面方向的中心距，K₁为两个电涡流位移传感器的采样频率，kHz。

本实施例利用电涡流位移传感器采样频率高的特点，通过电涡流位移传感器的布设对列车行驶速度进行测量，从而可以有效提高车轮行驶速度的准确性，进而能够有效保证列车车轮几何参数的测量精度。

实施例3

如图2、图3所示，本实施例的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其结构基本同实施例2，其区别主要在于：本实施例中激光位移传感器II5安装于轨道外侧，其探测光束与平行于轨道顶面方向的夹角为β，与车轮内辋面之间的夹角为γ。

结合图2-图4，本实施例的一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，所述激光位移传感器II 5安装于轨道外侧，启动开关1被触发时，两个激光位移传感器同时开始采集数据，停止开关6被触发时，数据采集结束，对采集到的数据进行处理，即得列车车轮几何参数，具体处理过程为：

步骤1、按顺序截取激光位移传感器I 3所测轮廓线中轮缘顶点的距离值di，并以为X坐标，以di为Y坐标，建立坐标组

步骤2、对得到的坐标组进行圆拟合，得到轮缘顶点圆直径D；

步骤3、在激光位移传感器I 3所测轮廓线中找出轮缘顶点距离最小的轮廓线A，以及该轮廓线上轮缘顶点的距离值Z；

步骤4、计算激光位移传感器I3所测第A条轮廓线上各点距离值所对应的直径值D_j，计算公式为：

D_j＝D-2(Z_j-Z) (j＝1，2，3，……)

式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，mm；Z为激光位移传感器I3所测第A条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_j为激光位移传感器I3所测第A条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；

步骤5、计算激光位移传感器II5所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线所在条数B，计算公式为：

式中：A为激光位移传感器I3所测轮廓线中轮缘顶点距离值最小的轮廓线所在条数；R为车轮轮缘半径，单位mm；V为车轮行驶速度，单位mm/ms；K₂为激光位移传感器II 5的采样频率，单位kHz；β为激光位移传感器II 5的探测光束与平行于轨道顶面之间的倾斜夹角，L₂为两激光位移传感器的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；

步骤6、将激光位移传感器II5所测第B条激光线进行旋转，得到旋转后轮廓线上各点的坐标(X_i，Y_i)，旋转公式为

X_i＝x_icosγ-y_isinγ

Y_i＝x_isinγ+y_icosγ

式中：x_i为激光位移传感器II 5所测第B条轮廓线上各点的横坐标，单位mm；y_i为激光位移传感器II 5所测第B条轮廓线上各点的纵坐标，单位mm；X_i为旋转过后轮廓线上各点的横坐标，单位mm；Y_i为旋转过后轮廓线上各点的纵坐标，单位mm；γ为激光位移传感器II5的探测光束与车轮内辋面之间的倾斜夹角；

步骤7、计算激光位移传感器II 5所测第B条轮廓线旋转后各点距离值所对应的直径值，计算公式为：

D_k＝D-2(Z_k-Z`) (k＝1,2,3……)

式中：Z`为激光位移传感器II 5所测第B条轮廓线旋转后轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_k为激光位移传感器II 5所测第B条轮廓线旋转后其他各点的距离值，单位mm；

步骤8、截取激光位移传感器I 3所测第A条轮廓线中车轮内辋面至轮缘顶点之间的直径，并与激光位移传感器I 3自身X轴坐标结合，构成坐标组{(X_d，D_d)}；截取激光位移传感器II 5所测第B条轮廓线旋转后其轮缘顶点至车轮外辋面之间的直径，并与旋转后该激光位移传感器自身的X轴坐标结合，构成坐标组{(X_e，D_e)}；再将截取的坐标组以轮缘顶点为特征点进行拼接，拼接时去除一个重复的轮缘顶点坐标，并将X坐标进行整合，以车轮内辋面为横坐标零点向车轮外辋面为X轴，得到从车轮内辋面至外辋面不同位置的直径坐标组{(X_f，D_f)}；

步骤9、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到X_f＝d或离d最接近的横坐标所对应的直径，即得车轮踏面直径D_T，其中d为车轮直径测量基点与车轮内辋面之间的距离，车轮轮缘高为

步骤10、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘厚测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_h，车轮内辋面所对应的横坐标记为X₁，则轮缘厚为Sd＝X_h-X₁；在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘综合值测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_q，则轮缘综合值为Qr＝X_h-X_q。

实施例4

本实施例中的测量装置结构及测量方法同实施例1或2或3，其区别主要在于：本实施例中车轮直径测量基点与车轮内辋面之间的距离d取70mm。

实施例5

本实施例中的测量装置结构及测量方法同实施例1或2或3，其区别主要在于：本实施例中轮缘厚测量基点对应的直径D_h＝D_T+20。

实施例6

本实施例中的测量装置结构及测量方法同实施例1或2或3，其区别主要在于：本实施例中轮缘厚测量基点对应的直径D_h＝D_T+24。

实施例7

本实施例中的测量装置结构及测量方法同实施例1或2或3，其区别主要在于：本实施例中轮缘综合值测量基点对应的轮缘外侧直径D_q＝D-4。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：包括沿列车行驶方向依次设置于轨道内侧的启动开关(1)、激光位移传感器I(3)和停止开关(6)，还包括激光位移传感器II(5)，其中激光位移传感器I(3)的探测光束垂直于车轮内辋面和轨道顶面向上，激光位移传感器II(5)的探测光束与轨道顶面之间存在倾斜夹角。

2.根据权利要求1所述的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述的激光位移传感器II(5)安装于轨道内侧并位于激光位移传感器I(3)与停止开关(6)之间，其探测光束垂直于车轮内辋面，并与轨道顶面存在倾斜夹角α。

3.根据权利要求1所述的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述的激光位移传感器II(5)安装于轨道外侧，其探测光束与平行于轨道顶面方向的夹角为β，与车轮内辋面之间的夹角为γ。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述激光位移传感器I(3)和激光位移传感器II(5)的采样频率相同。

5.根据权利要求4所述的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述轨道内侧还安装有间隔分布的电涡流位移传感器I(2)和电涡流位移传感器II(4)，且两电涡流位移传感器的采样频率相同。

6.根据权利要求5所述的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述电涡流位移传感器的采样频率K₁大于等于激光位移传感器的采样频率K₂。

7.根据权利要求4所述的一种在线动态测量列车车轮几何参数的装置，其特征在于：所述启动开关(1)、电涡流位移传感器、激光位移传感器及停止开关(6)均与控制系统相连，且电涡流位移传感器及激光位移传感器均与数据处理系统相同。

8.一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，其特征在于：所述激光位移传感器II(5)安装于轨道内侧，启动开关(1)被触发时，两个激光位移传感器同时开始采集数据，停止开关(6)被触发时，数据采集结束，对采集到的数据进行处理，即得列车车轮几何参数，具体处理过程为：

步骤1、按顺序截取激光位移传感器I(3)所测轮廓线中轮缘顶点的距离值di，并以为X坐标，以di为Y坐标，建立坐标组

步骤2、对得到的坐标组进行圆拟合，得到轮缘顶点圆直径D；

步骤3、在激光位移传感器I(3)所测轮廓线中找出轮缘顶点距离最小的轮廓线A，以及该轮廓线上轮缘顶点的距离值Z；

步骤4、计算激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线上各点距离值所对应的直径值D_j，计算公式为：

D_j＝D-2(Z_j-Z) (j＝1，2，3，……)

式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，mm；Z为激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_j为激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；

步骤5、计算激光位移传感器II(5)所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线所在条数B，计算公式为：

式中：A为激光位移传感器I(3)所测轮廓线中轮缘顶点距离值最小的轮廓线所在条数；R为车轮轮缘半径，单位mm；V为车轮行驶速度，单位mm/ms；K₂为激光位移传感器II(5)的采样频率，单位kHz；α为激光位移传感器II(5)的探测光束与轨道顶面之间的倾斜夹角，L₂为两激光位移传感器的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；

步骤6、计算激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线上各点距离值所对应的直径值，计算公式为：

D_k＝D-2(Z_k-Z`) (k＝1,2,3……)

式中：Z`为激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_k为激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；

步骤7、截取激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线中车轮内辋面至轮缘顶点之间的直径，并与激光位移传感器I(3)自身X轴坐标结合，构成坐标组{(X_d，D_d)}；截取激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线中轮缘顶点至车轮外辋面之间的直径，并与该激光位移传感器自身的X轴坐标结合，构成坐标组{(X_e，D_e)}；再将截取的坐标组以轮缘顶点为特征点进行拼接，拼接时去除一个重复的轮缘顶点坐标，并将X坐标进行整合，以车轮内辋面为横坐标零点向车轮外辋面为X轴，得到从车轮内辋面至外辋面不同位置的直径坐标组{(X_f，D_f)}；

步骤8、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到X_f＝d或离d最接近的横坐标所对应的直径，即得车轮踏面直径D_T，其中d为车轮直径测量基点与车轮内辋面之间的距离，车轮轮缘高为

步骤9、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘厚测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_h，车轮内辋面所对应的横坐标记为X₁，则轮缘厚为Sd＝X_h-X₁；在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘综合值测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_q，则轮缘综合值为Qr＝X_h-X_q。

9.根据权利要求8所述的一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，其特征在于：所述步骤1中列车行驶速度V根据以下方法测量得到：

a、计算电涡流位移传感器I(2)所测数据中最小值至电涡流位移传感器II(4)所测数据中最小值之间的数据量n；

b、计算车轮行驶速度，计算公式为：

其中，V为车轮经过测量区间时的行驶速度，单位mm/ms；L₁为电涡流位移传感器I(2)至电涡流位移传感器II(4)沿平行于轨道顶面方向的中心距，K₁为两个电涡流位移传感器的采样频率，kHz。

10.一种在线动态测量列车车轮几何参数的方法，其特征在于：所述激光位移传感器II(5)安装于轨道外侧，启动开关(1)被触发时，两个激光位移传感器同时开始采集数据，停止开关(6)被触发时，数据采集结束，对采集到的数据进行处理，即得列车车轮几何参数，具体处理过程为：

步骤1、按顺序截取激光位移传感器I(3)所测轮廓线中轮缘顶点的距离值di，并以为X坐标，以di为Y坐标，建立坐标组

步骤2、对得到的坐标组进行圆拟合，得到轮缘顶点圆直径D；

步骤3、在激光位移传感器I(3)所测轮廓线中找出轮缘顶点距离最小的轮廓线A，以及该轮廓线上轮缘顶点的距离值Z；

步骤4、计算激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线上各点距离值所对应的直径值D_j，计算公式为：

D_j＝D-2(Z_j-Z) (j＝1，2，3，……)

式中：D为车轮轮缘顶点圆直径，mm；Z为激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线中轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_j为激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线中其他各点的距离值，单位mm；

步骤5、计算激光位移传感器II(5)所测轮廓线中经过车轮法线或最接近车轮法线的轮廓线所在条数B，计算公式为：

式中：A为激光位移传感器I(3)所测轮廓线中轮缘顶点距离值最小的轮廓线所在条数；R为车轮轮缘半径，单位mm；V为车轮行驶速度，单位mm/ms；K₂为激光位移传感器II(5)的采样频率，单位kHz；β为激光位移传感器II(5)的探测光束与平行于轨道顶面之间的倾斜夹角，L₂为两激光位移传感器的感测头沿平行于轨道顶面方向的距离，单位mm；

步骤6、将激光位移传感器II(5)所测第B条激光线进行旋转，得到旋转后轮廓线上各点的坐标(X_i，Y_i)，旋转公式为

X_i＝x_icosγ-y_isinγ

Y_i＝x_isinγ+y_icosγ

式中：x_i为激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线上各点的横坐标，单位mm；y_i为激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线上各点的纵坐标，单位mm；X_i为旋转过后轮廓线上各点的横坐标，单位mm；Y_i为旋转过后轮廓线上各点的纵坐标，单位mm；γ为激光位移传感器II(5)的探测光束与车轮内辋面之间的倾斜夹角；

步骤7、计算激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线旋转后各点距离值所对应的直径值，计算公式为：

D_k＝D-2(Z_k-Z`) (k＝1,2,3……)

式中：Z`为激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线旋转后轮缘顶点的距离值，单位mm；Z_k为激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线旋转后其他各点的距离值，单位mm；

步骤8、截取激光位移传感器I(3)所测第A条轮廓线中车轮内辋面至轮缘顶点之间的直径，并与激光位移传感器I(3)自身X轴坐标结合，构成坐标组{(X_d，D_d)}；截取激光位移传感器II(5)所测第B条轮廓线旋转后其轮缘顶点至车轮外辋面之间的直径，并与旋转后该激光位移传感器自身的X轴坐标结合，构成坐标组{(X_e，D_e)}；再将截取的坐标组以轮缘顶点为特征点进行拼接，拼接时去除一个重复的轮缘顶点坐标，并将X坐标进行整合，以车轮内辋面为横坐标零点向车轮外辋面为X轴，得到从车轮内辋面至外辋面不同位置的直径坐标组{(X_f，D_f)}；

步骤9、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到X_f＝d或离d最接近的横坐标所对应的直径，即得车轮踏面直径D_T，其中d为车轮直径测量基点与车轮内辋面之间的距离，车轮轮缘高为

步骤10、在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘厚测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_h，车轮内辋面所对应的横坐标记为X₁，则轮缘厚为Sd＝X_h-X₁；在坐标组{(X_f，D_f)}中找到与轮缘综合值测量基点所对应的轮缘外侧的横坐标X_q，则轮缘综合值为Qr＝X_h-X_q。