CN112344899B - 一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车轮轮对踏面检测技术领域，尤其是一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法，通过提升驱动装置将轮对抬起，利用从动顶紧装置将轮对顶紧，提升驱动装置驱动轮对旋转，通过定位传感装置进行四点定位，并整体旋转得到修正角度，存储在信号收集处理装置中，启动两组线位移传感装置对轮对踏面进行三维轮廓扫描，并将扫描数据传递给信号收集处理装置，利用修正角度数据对轮对踏面三维轮廓扫描数据进行坐标修正，得到真实的轮对踏面三维轮廓数据。本发明直接扫描踏面三维轮廓，更直观更精准反映踏面几何尺寸，采用无定心检测装置，替换传统定心检测，有效减少检测时间，大大提高轮对踏面检测效率，具有精度高、速度快的优点。

Description

一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法

技术领域

本发明涉及车轮轮对踏面检测技术领域，尤其是一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法。

背景技术

车轮轮对作为铁路车辆重要的运行部件，在铁路安全运输和速度方面起着关键性的作用。

在轮对的检修过程中，需要检测的参数众多，包括踏面尺寸以及磨损，这些都是影响车辆运行的重要参数，必须及时准确测出并加以检修。我国早期的检测手段还是靠手工测量，测量工具为特制卡钳和直尺，这种测量方式工作效率低下，误差范围较大，人为因素也占据了很大一部分问题，因此精度也得不到很好地保证。

目前自动检测装置被越来越广泛地应用于轮对检修场所，专利公开号为CN101619965A的发明专利申请公开的《轮对自动测量装置》，应用了激光三角法测距、运动控制、机器视觉等技术，该检测装置激光测距传感器安装于一个三自由度运动机构上，在固定空间坐标系内进行绝对测量，测量装置在长导轨上移动，加工精度要求很高，制作成本昂贵，而且测量过程中轮对轴向和径向必须精准定位，在定位上浪费的时间太多，生产效率难以提高。传统的检测装置都通过顶尖定心定位，定心过程时间长，跟不上检测节拍。

发明内容

为了克服现有的轮对检测的不足，本发明提供了一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法。该检测方法精度高、速度快，短时间内对车轮轮对踏面轮廓三维成型，进而提高检测效率和质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法，包含检测用的轨道，所述轨道正上方通过支座固定有检测装置，所述检测装置包含一组可空间旋转的定位传感装置和两组线位移传感装置，所述定位传感装置包含固定座和安装在固定座上的四个点位移传感器，所述轨道的空挡处安装有提升驱动装置，所述支座上还设置有从动顶紧装置，所述检测装置与信号收集处理装置通讯相连。

具体检测方法如下：

步骤①、将轮对置于轨道上；

步骤②、通过提升驱动装置将轮对抬起，利用从动顶紧装置将轮对顶紧，提升驱动装置驱动轮对旋转；

步骤③、通过定位传感装置进行四点定位，并整体旋转得到修正角度，将修正角度存储在信号收集处理装置中；

步骤④、启动两组线位移传感装置对轮对踏面进行三维轮廓扫描，并将扫描数据传递给信号收集处理装置；

步骤⑤、信号收集处理装置利用修正角度数据对轮对踏面三维轮廓扫描数据进行坐标修正，得到真实的轮对踏面三维轮廓数据。

优选的，所述轨道分为检测工位和待测工位。一组轮对位于检测工位检测时，后续轮对在待测工位等候，提高轮转效率。

优选的，所述定位传感装置通过球关节可空间旋转地安装在支座上。四个点位移传感器用来测定点位移传感器距离轮对车轴端面长度，反馈给信号收集处理装置比较大小，通过球关节旋转调整定位传感装置角度，直至四个反馈值大小相等。

优选的，所述提升驱动装置包含提升架和安装在提升架上部的驱动轮，所述提升架通过设置在其底部的驱动装置一驱动，所述驱动轮通过电机驱动。驱动装置一驱动提升架上升，直至驱动轮顶住轮对车轴，驱动轮转动，从而带动车轴转动。驱动装置一可以采用液压驱动装置，而驱动轮共有四个，从而对轮对形成稳定的支撑并驱动其转动。

优选的，所述从动顶紧装置包含动力装置、轮架和从动轮，所述动力装置与轮架相连，所述轮架上安装从动轮。动力装置驱动轮架下降，从而使从动轮抵紧车轴，防止轮对在旋转一周过程中出现轴向以及径向的位移或跳动，从而影响检测结果。优选的，从动轮的数量有两个，保证车轴受力均衡。

优选的，所述步骤③的具体方法为，使用定位传感装置分别测定四个点位移传感器与轮对车轴端面的距离，并将四个距离反馈到信号收集处理装置比较四个距离大小，定位传感装置旋转角度调整距离大小，每旋转一次将测量值反馈到信号收集处理装置比较大小，直到四个距离相等，定位传感装置旋转角度即为修正角度，此后修正角度存储在信号收集处理装置中。

优选的，所述步骤⑤的具体方法为，根据修正角度数据得到修正旋转矩阵，将轮对踏面三维轮廓扫描数据与修正旋转矩阵相乘得到真实的轮对踏面三维轮廓扫描数据。

优选的，所述两组线位移传感装置分别通过丝杠滑块结构位置可调地安装在支座上。可根据不同规格的轮对，利用丝杠滑块结构调整两组线位移传感装置的距离，从而便于扫描整个踏面轮廓。

本发明的有益效果是，利用提升驱动装置将轮对抬起并驱动旋转，定位传感装置对应修正角度数据采集，而线位移传感装置有两组，分别对应两个轮子的轮廓扫描，采用四点无定心定位替代了传统的定心定位，通过定位传感装置测定距离并得到修正角度，存储到信号收集处理装置，通过线位移传感装置对轮对踏面进行三维轮廓扫描，反馈到信号收集处理装置，利用修正角度数据对轮对踏面三维轮廓扫描数据进行坐标修正，得到真实的轮对踏面三维轮廓数据。本发明直接扫描踏面三维轮廓，更直观反映了车轮轮对踏面几何尺寸，更精准更快速；采用无定心的检测装置，替换了传统定心检测，有效减少检测时间，大大提高轮对踏面检测效率，具有精度高、速度快的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的结构主视图；

图3是球关节的结构示意图；

图4是定位传感装置的结构示意图；

图5是轮对的偏斜示意图；

图6是得到轮对真实踏面轮廓示意图；

图7是驱动轮的安装示意图。

图中1、轨道，1-1、检测工位，1-2、待测工位，2、支座，3、检测装置，3-1、定位传感装置，3-1-1、固定座，3-1-2、点位移传感器，3-2、线位移传感装置，4、提升驱动装置，4-1、提升架，4-2、驱动轮，5、从动顶紧装置，5-1、动力装置，5-2、轮架，5-3、从动轮，6、信号收集处理装置，7、驱动装置一，8、丝杠滑块结构，9、球关节。

具体实施方式

如图1至4是本发明的结构示意图，一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法，包含检测用的轨道1，所述轨道1正上方通过支座2固定有检测装置3，所述检测装置3包含一组可空间旋转的定位传感装置3-1和两组线位移传感装置3-2，所述定位传感装置3-1包含固定座3-1-1和安装在固定座3-1-1上的四个点位移传感器3-1-2，所述轨道1的空挡处安装有提升驱动装置4，所述支座2上还设置有从动顶紧装置5，所述检测装置3与信号收集处理装置6通讯相连。

具体检测方法如下：

步骤①、将轮对置于轨道1上；

步骤②、通过提升驱动装置4将轮对抬起，利用从动顶紧装置5将轮对顶紧，提升驱动装置4驱动轮对旋转；

步骤③、通过定位传感装置3-1进行四点定位，并整体旋转得到修正角度，将修正角度存储在信号收集处理装置6中；

步骤④、启动两组线位移传感装置3-2对轮对踏面进行三维轮廓扫描，并将扫描数据传递给信号收集处理装置6；

步骤⑤、信号收集处理装置6利用修正角度数据对轮对踏面三维轮廓扫描数据进行坐标修正，得到真实的轮对踏面三维轮廓数据。

本申请利用提升驱动装置4将轮对抬起并驱动旋转，定位传感装置3-1对应修正角度数据采集，而线位移传感装置3-2有两组，分别对应两个轮子的轮廓扫描，采用四点无定心定位替代了传统的定心定位，通过定位传感装置3-1测定距离并得到修正角度，存储到信号收集处理装置6，通过线位移传感装置3-2对轮对踏面进行三维轮廓扫描，反馈到信号收集处理装置6，利用修正角度数据对轮对踏面三维轮廓扫描数据进行坐标修正，得到真实的轮对踏面三维轮廓数据。本发明直接扫描踏面三维轮廓，更直观反映了车轮轮对踏面几何尺寸，更精准更快速；采用无定心的检测装置，替换了传统定心检测，有效减少检测时间，大大提高轮对踏面检测效率，具有精度高、速度快的优点。

具体而言，本申请的信号收集处理装置6为中控柜，其内置计算机控制器，可对信号进行收集、存储和处理，从而得到准确的轮对踏面三维轮廓。优选的，所述轨道1分为检测工位1-1和待测工位1-2。一组轮对位于检测工位1-1检测时，后续轮对在待测工位1-2等候，提高轮转效率。

优选的，所述定位传感装置3-1通过球关节9可空间旋转地安装在支座2上。四个点位移传感器3-1-2用来测定点位移传感器3-1-2距离轮对车轴端面长度，反馈给信号收集处理装置6比较大小。以球关节9的球心为坐标原点建立笛卡尔坐标系，通过球关节9旋转调整定位传感装置3-1角度，直至四个反馈值大小相等。待测轮对偏斜示意图如图5所示。

优选的，所述提升驱动装置4包含提升架4-1和安装在提升架4-1上部的驱动轮4-2，所述提升架4-1通过设置在其底部的驱动装置一7驱动，所述驱动轮4-2通过电机驱动。驱动装置一7驱动提升架4-1上升，直至驱动轮4-2顶住轮对车轴，驱动轮4-2转动，从而带动车轴转动。驱动装置一7可以采用液压驱动装置，而驱动轮4-2共有四个，两个驱动轮4-2为一组，分别支撑车轴两端，图7是驱动轮4-2的安装示意图，从而对轮对形成稳定的支撑并驱动其转动。

优选的，所述从动顶紧装置5包含动力装置5-1、轮架5-2和从动轮5-3，所述动力装置5-1与轮架5-2相连，所述轮架5-2上安装从动轮5-3。动力装置5-1驱动轮架5-2下降，从而使从动轮5-3抵紧车轴，防止轮对在旋转一周过程中出现轴向以及径向的位移或跳动，从而影响检测结果。优选的，从动轮5-3的数量有两个，保证车轴受力均衡。

优选的，所述步骤③的具体方法为，使用定位传感装置3-1分别测定四个点位移传感器3-1-2与轮对车轴端面的距离，并将四个距离反馈到信号收集处理装置6比较四个距离大小，定位传感装置3-1旋转角度调整距离大小，每旋转一次将测量值反馈到信号收集处理装置6比较大小，直到四个距离相等，定位传感装置3-1旋转角度即为修正角度，此后，修正角度存储在信号收集处理装置6中。

优选的，所述步骤⑤的具体方法为，根据修正角度数据得到修正旋转矩阵，将轮对踏面三维轮廓扫描数据与修正旋转矩阵相乘得到真实的轮对踏面三维轮廓扫描数据。

具体而言，修正角度为空间角度，例如，该修正角度可视为分别绕X、Y、Z轴旋转α、β、γ、角度得到，修正矩阵的计算参考以下公式：

（1）旋转α度，得到矩阵：

A=

。

（2）旋转β度，得到矩阵：

B=

。

（3）旋转γ度，得到矩阵：

C=

。

综合（1）、（2）和（3），可以得到修正旋转矩阵：

D=

=

。

线位移传感装置3-2的扫描结果乘以修正旋转矩阵D，便可以得到待测轮对的真实踏面三维轮廓。

优选的，所述两组线位移传感装置3-2分别通过丝杠滑块结构8位置可调地安装在支座2上。可根据不同规格的轮对，利用丝杠滑块结构8调整两组线位移传感装置3-2的距离，从而便于扫描整个踏面轮廓。启动线位移传感装置3-2开始扫描待测轮对三维轮廓，待测轮对旋转一周后，线位移传感装置3-2将扫描的三维轮廓数据反馈给信号收集处理装置6，等待下一步处理。最终得到轮对的真实踏面轮廓如图6所示。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法，其特征是，包含检测用的轨道(1)，所述轨道(1)正上方通过支座(2)固定有检测装置(3)，所述检测装置(3)包含一组可空间旋转的定位传感装置(3-1)和两组线位移传感装置(3-2)，所述定位传感装置(3-1)包含固定座(3-1-1)和安装在固定座(3-1-1)上的四个点位移传感器(3-1-2)，所述轨道(1)的空挡处安装有提升驱动装置(4)，所述支座(2)上还设置有从动顶紧装置(5)，所述检测装置(3)与信号收集处理装置(6)通讯相连，

具体检测方法如下：

步骤①、将轮对置于轨道(1)上；

步骤②、通过提升驱动装置(4)将轮对抬起，利用从动顶紧装置(5)将轮对顶紧，提升驱动装置(4)驱动轮对旋转；

步骤③、通过定位传感装置(3-1)进行四点定位，整体旋转得到修正角度，将修正角度存储在信号收集处理装置(6)中，所述四点定位的具体方法为，使用定位传感装置(3-1)分别测定四个点位移传感器(3-1-2)与轮对车轴端面的距离，并将四个距离反馈到信号收集处理装置(6)比较四个距离大小，定位传感装置(3-1)旋转角度调整距离大小，每旋转一次将测量值反馈到信号收集处理装置(6)比较大小，直到四个距离相等，定位传感装置(3-1)旋转角度即为修正角度；

步骤④、启动两组线位移传感装置(3-2)对轮对踏面进行三维轮廓扫描，并将扫描数据传递给信号收集处理装置(6)；

步骤⑤、信号收集处理装置(6)利用修正角度数据对轮对踏面三维轮廓扫描数据进行坐标修正，得到真实的轮对踏面三维轮廓数据。

2.根据权利要求1所述的一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法，其特征是，所述轨道(1)分为检测工位(1-1)和待测工位(1-2)。

3.根据权利要求1所述的一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法，其特征是，所述定位传感装置(3-1)通过球关节(9)可空间旋转地安装在支座(2)上。

4.根据权利要求1所述的一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法，其特征是，所述提升驱动装置(4)包含提升架(4-1)和安装在提升架(4-1)上部的驱动轮(4-2)，所述提升架(4-1)通过设置在其底部的驱动装置一(7)驱动，所述驱动轮(4-2)通过电机驱动。

5.根据权利要求1所述的一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法，其特征是，所述从动顶紧装置(5)包含动力装置(5-1)、轮架(5-2)和从动轮(5-3)，所述动力装置(5-1)与轮架(5-2)相连，所述轮架(5-2)上安装从动轮(5-3)。

6.根据权利要求1所述的一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法，其特征是，所述步骤⑤的具体方法为，根据修正角度数据得到修正旋转矩阵，将轮对踏面三维轮廓扫描数据与修正旋转矩阵相乘得到真实的轮对踏面三维轮廓扫描数据。

7.根据权利要求1所述的一种无定心车轮轮对踏面三维轮廓检测方法，其特征是，所述两组线位移传感装置(3-2)分别通过丝杠滑块结构(8)位置可调地安装在支座(2)上。

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