CN112356875B - 用于检测弧形面踏陷深度测量器件、测量方法及测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精密测量仪器设备领域,提供了一种用于检测弧形面踏陷深度测量器件、测量方法及测量装置。其中,用于检测弧形面踏陷深度测量器件包括测量部,其包括主测头和两个辅助测头,两个辅助测头等距离布设在主测头两侧;主测头和两个辅助测头所在轴线始终共面;数据处理部,其用于获取伸入踏陷内部的主测头的直线位移,根据辅助测头与主测头的距离及弧形面所在圆的半径变化,计算出测量误差,进而对主测头的直线位移进行修正,一次测量得到踏陷深度。其能够简便准确地测量出踏面缺陷深度测量。
Description
技术领域
本发明属于精密测量仪器设备领域,尤其涉及一种用于检测弧形面踏陷深度测量器件、测量方法及测量装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
对于弧面踏陷深度的检测是工业生产中必不可少的环节。比如:对于车轮来说,动车组运用检修过程中,经常发现车轮踏面存在擦伤、铬伤、剥离等缺陷。
发明人发现,目前弧面踏陷深度测量时存在以下问题:
1)多采用经验判断深度,无法准确获取踏面缺陷深度,这样尤其对于动车组车轮来说,难以保障动车组检修质量,为车辆安全运行带来一定隐患。
2)现有的踏面缺陷深度测量,比如,刀口尺配合塞尺以及第四种检查器进行深度判断测量时需要移动测量工具进行多次测量,再进行作差等计算得到车轮踏面缺陷深度,这样一方面增加了测量的复杂度,另一方面由于多次测量增加了测量误差,仍无法保障踏面缺陷深度测量结果的精确度。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题,本发明提供了一种用于检测弧形面踏陷深度测量器件、测量方法及测量装置,其能够实现一次测量即为缺陷深度,避免因二次定位带来的定位误差,且根据测量误差对主测头直线位移进行修正,能够提高测量精度。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明的第一个方面提供了一种用于检测弧形面踏陷深度测量器件。
在一个或多个实施例中,一种用于检测弧形面踏陷深度测量器件,包括:
测量部,其包括主测头和两个辅助测头,两个辅助测头等距离布设在主测头两侧,主测头和两个辅助测头所在轴线始终共面;
数据处理部,其用于获取伸入踏陷内部的主测头的直线位移,根据辅助测头与主测头的距离及弧形面所在圆的半径变化,计算出测量误差,进而对主测头的直线位移进行修正,一次测量得到踏陷深度。
本发明的第二个方面提供一种基于如上述所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件的测量方法。
在一个或多个实施例中,一种基于如上述所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件的测量方法,包括:
将主测头放置在踏陷内,调整两个辅助测头的末端与主测头所在滚动圆接触;
获取主测头直线位移,根据辅助测头与主测头的距离及弧形面所在圆的半径变化,计算出测量误差,进而对主测头的直线位移进行修正,一次测量得到踏陷深度。
本发明的第三个方面提供一种测量装置。
在一个或多个实施例中,一种测量装置包括如上述所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件,及与其相连的定位部。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)将主测头放置在踏陷内,调整两个辅助测头的末端与主测头所在滚动圆接触,实现了一次测量即为缺陷深度,避免了因二次定位带来的定位误差。
(2)根据辅助测头与主测头的距离及弧形面所在圆的半径变化而得到的测量误差对主测头直线位移进行修正补偿,即得到踏陷深度,提高了踏陷深度测量精度。
(3)支撑机构设置为浮动式结构,这样当辅助测头所在滚动圆与主测头所在缺陷处滚动圆不同心时,调整两个辅助测头的高度,确保两个辅助测头的末端与主测头的末端始终与缺陷处滚动圆接触,在满足精度要求的同时,提高测量效率。
(4)设置辅助测头与主测头之间的距离可调,能够适用于不同踏面面积及深度的情况且保障测量精度。
(5)在主测头的末端和两个辅助测头的末端设有球珠,采用点接触进行测量,减少测量误差。
(6)利用测量误差上下限均值对主测头直线位移修正,这样避免弧形面所在圆的半径发生变化,而影响测量结果,保障了测量精度。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例的用于检测弧形面踏陷深度测量器件结构示意图;
图2是本发明实施例的滚动圆不同心示意图;
图3是本发明实施例的用于检测弧形面踏陷深度测量器件的测量原理图;
图4是本发明实施例的车轮踏面缺陷深度测量装置结构示意图;
图5是本发明实施例的车轮踏面缺陷深度测量装置与车轮接触示意图。
其中,1-第一辅助测头;2-主测头;3-第二辅助测头;4-测杆;5-支撑块;6-转轴;7-数据处理部;8-水平杆;9-径向定位块;10-垂直杆;11-轴向定位块;12-卡槽;13-车轮。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
<用于检测弧形面踏陷深度测量器件>
本实施例的用于检测弧形面踏陷深度测量器件,包括测量部和数据处理部两部分。
下面结合图1,对测量部的各个组件进行详细说明。其中,测量部,其包括主测头2和两个辅助测头,其中,这个两个辅助测头分别为第一辅助测头1和第二辅助测头3。两个辅助测头等距离布设在主测头2两侧,主测头2和两个辅助测头所在轴线始终共面。
具体地,主测头通过支撑机构与两个辅助测头相连。
当辅助测头所在滚动圆与主测头所在缺陷处滚动圆不同心时,还调整两个辅助测头的高度,确保两个辅助测头的末端与主测头的末端始终与缺陷处滚动圆接触,且实现在满足精度要求的同时,提高测量效率的目的,支撑机构设置可设计为浮动式结构。
浮动式结构也可采用支撑块与转轴的结构来实现。具体地,如图1所示,两个辅助测头分别固定在支撑块5的两端,支撑块5通过转轴6与主测头2连接。
此处需要说明的是,支撑块可采用圆柱体或是长方体等其他结构来实现,本领域技术人员可根据实际情况来选择,此处不再累述。
以弧形面为车轮为例:车轮运行一段时间后,车轮轮缘及踏面表面状态较差,会出现不同程度的磨损及不圆度等现象,此时轮缘顶部滚动圆和损伤处滚动圆难以保证同心,如图2所示。
E、F点为测量尺V型定位与轮缘顶部接触点,A、B点为辅助测头,外圆为定位处滚动圆、内圆为损伤处滚动圆,当二者不同心时,若辅助测头无法旋转,既AB∥EF,势必造成其中1个辅助测头A与损伤处滚动圆不接触,就会导致测量结果偏大。增加浮动式设计,辅助测头可旋转,使辅助测头在a、b点与损伤处滚动圆接触,进而减少因不同心带来的测量误差(大小约为Aa/2)。
在一些实施方式中,主测头的末端和两个辅助测头的末端设有球珠,这样采用点接触进行测量,减少了测量误差。
其中,主测头和辅助测头的结构可采用现有的结构来实现,比如探针式结构等,本领域技术人员可根据实际情况来设置,此处不再累述。
为了适用于不同踏面面积及深度的情况且保障测量精度,在一些实施方式中,还将辅助测头与主测头之间的距离设置为可调。
此处可以理解的是,辅助测头与主测头之间的距离可调的方式可根据实际情况具体设置,比如:可采用滑轨或滑槽结构,或是可拆卸螺丝螺纹固定的方式等。
所述主测头2通过测杆4与数据处理部相连。所述主测头伸缩可调。数据处理部7用于:
获取伸入踏陷内部的主测头的直线位移,根据辅助测头与主测头的距离及弧形面所在圆的半径变化,计算出测量误差,进而对主测头的直线位移进行修正,输出修正后的主测头直线位移,即一次测量得到踏陷深度。
为了避免弧形面所在圆的半径发生变化,而影响测量结果,保障测量精度,数据处理部根据辅助测头与主测头的距离及弧形面所在圆的半径变化,得到测量误差上下限,进而对测量误差上下限求均值,利用该测量误差均值对主测头直线位移修正。也就是利用测量误差均值累加获取的初始主测头直线位移,一次测量得到最终主测头直线位移数值,即为踏陷深度。
此处需要说明的是,本实施例的用于检测弧形面踏陷深度测量器件所适用的弧形面包括但不限于车轮,还可用于检测其他弧形面物体的踏面缺陷深度。
在一些实施方式中,以数据处理部采用百分表或千分表来实现,且弧形面为车轮为例:
(1)两辅助测头间距为20mm,其中结合车辆运用情况,设定踏面缺陷深度不超过20mm,则缺陷最深点也就是主测头末端与辅助测头之间的距离L=10mm;
(2)△为百分表或千分表相连的主测头与两辅助测头在同一直线时的弧高,如图3所示;
(3)r为缺陷处滚动圆直径,h为直角三角形直角边高,则有如下关系:r2=h2+L2,△=r-h。
以CRH2型动车组为例,r变化范围为860mm—790mm:
1)当r=860mm时,计算得:△1=0.0581mm;
2)当r=790mm时,计算得:△2=0.0633mm;
取平均值:△=(△1+△2)/2=0.0607mm.
为实现一次测量,对百分表读数进行人为设置,既当百分表相连的主测头和两辅助测头处于同一高度时,设置百分表读数为:0.06mm,则测量最大误差为:
max(|△1-0.06|,|△2-0.06|)=0.0033mm。
考虑检修要求为:缺陷深度≤0.25mm,则此测量精度满足要求。
以CR400AF型动车组为例,r变化范围为920mm—850mm:
1)当r=920mm时,计算得:△1=0.0543mm;
2)当r=850mm时,计算得:△2=0.0588mm;
为实现一次测量,对百分表读数进行人为设置,既当百分表相连的主测头和两辅助测头处于同一高度时,设置百分表读数为:0.06mm,则测量最大误差为:
max(|△1-0.06|,|△2-0.06|)=0.0057mm。
考虑检修要求为:缺陷深度≤0.25mm,则此测量精度同样满足要求。
此处需要说明的是,主测头直线位移的具体修正系数,本领域技术人员需根据实际测量工况进行设定。
在上述实施例中,百分表是利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用长度测量工具,通常由测头、量杆、防震弹簧、齿条、齿轮、游丝、圆表盘及指针等组成。千分表是通过齿轮或杠杆将一般的直线位移或直线运动转换成指针的旋转运动,然后在刻度盘上进行读数的长度测量仪器百分表或千分表的硬件结构均为现有结构。
在其他实施方式中,数据处理部还可采用其他形式来实现,比如数据处理部包括位移传感器和处理器,位移传感器用于检测主测头直线位移信号,处理器用于接收并修正所述直线位移信号。
此处需要说明的是,位移传感器和处理器的结构均为现有结构,本领域技术人员可根据实际精度需求来选择相应的型号。
在一些实施例中,数据处理部除了包括位移传感器和处理器之外,还包括显示器,所述显示器用于显示修正后的直线位移信号,最终踏陷深度值。
<用于检测弧形面踏陷深度测量器件的测量方法>
基于上述所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件的测量方法,其包括:
步骤1:将主测头放置在踏陷内,调整两个辅助测头的末端与主测头所在滚动圆接触。
在步骤1的具体实施过程中,当辅助测头所在滚动圆与主测头所在缺陷处滚动圆不同心时,调整两个辅助测头的高度,确保两个辅助测头的末端与主测头的末端始终与缺陷处滚动圆接触,这样实现了一次测量即为缺陷深度,避免了因二次定位带来的定位误差。
在一些实施例中,还根据踏陷面大小,调整辅助测头与主测头的距离,这样能够适用于不同踏面面积及深度的情况且保障测量精度。
步骤2:获取主测头直线位移,根据辅助测头与主测头的距离及弧形面所在圆的半径变化,计算出测量误差,进而对主测头的直线位移进行修正,一次测量得到踏陷深度。
为了避免弧形面所在圆的半径发生变化,而影响测量结果,保障测量精度,根据辅助测头与主测头的距离及弧形面所在圆的半径变化,得到测量误差上下限,进而对测量误差上下限求均值,利用该测量误差均值对主测头直线位移修正。也就是利用测量误差均值累加获取的初始主测头直线位移,一次测量得到最终主测头直线位移数值,即为踏陷深度,其原理可参照图3,具体如上述以数据处理部采用百分表或千分表来实现,且弧形面为车轮为例来说明,此处不再累述。
此处需要说明的是,主测头直线位移的具体修正系数,本领域技术人员需根据实际测量工况进行设定。
本实施例根据辅助测头与主测头的距离及弧形面所在圆的半径变化而得到的测量误差对主测头直线位移进行修正补偿,一次测量得到踏陷深度,提高了踏陷深度测量精度。
<车轮踏面缺陷深度测量装置>
本实施例的车轮踏面缺陷深度测量装置包括如上述所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件,及与其相连的定位部。
参照图4和图5,下面来对定位部的各个组件进行详细说明。
在一些实施方式中,所述定位部与所述用于检测弧形面踏陷深度测量器件的测量部之间的距离可调。
具体地,所述定位部包括轴向定位块11和径向定位块9,所述轴向定位块11固定在垂直杆10上,所述径向定位块9固定在卡槽12上,卡槽12与垂直杆10相连。所述卡槽12内穿设有可移动的水平杆8,所述用于检测弧形面踏陷深度测量器件固定在水平杆8上。
此处需要说明的是,卡槽12与垂直杆10的连接方式可为焊接或是螺纹固定等其他固定方式来实现。
其中,轴向定位块与车轮轮辋内侧面贴合,用于轴向定位。
在具体实施过程中,轴向定位块采用平面块,其普通平面定位方式进行定位。平面块可采用现有的固定方式(比如:焊接或是螺纹固定)固定在垂直杆上。
此处可以理解的是,平面块贴合连接在垂直杆上,采用螺栓连接或其他连接方式均可。这样使得垂直杆与车轮径向表面贴合,起到了方便而稳定的支撑垂直杆,使不同位置的测量基准保持在同一个理论基准线上,避免了测量基准的变化造成不必要的测量误差,提高了测量的精度。
在其他实施例中,轴向定位块也可采用磁吸式等其它方式进行定位,本领域技术人员可根据实际情况来具体设置,此处不再累述。
其中,径向定位块与车轮轮缘贴合,保证深度测量方向为轮径方向。
在具体实施过程中,径向定位块采用平面块,采用V型块结构来实现。
此处需要说明的是,V型块上部采用螺栓连接或其他连接方式与卡槽固定,而V型块直接安放在轮对的圆弧形踏面径向方向进行定位,无论踏面的锥度如何变化都可将其测量基准与踏面的锥形径向表面贴合,提高了测量的精度。
在其他实施例中,径向定位块也可采用磁吸式等其它方式进行定位,本领域技术人员可根据实际情况来具体设置,此处不再累述。
此处还需要说明的是,定位部与所述用于检测弧形面踏陷深度测量器件的测量部之间的距离可调方式,也可采用其他方式来实现,比如:所述用于检测弧形面踏陷深度测量器件沿水平杆移动。可在水平杆上设置导向槽的结构来实现。
在具体实施例中,用于检测弧形面踏陷深度测量器件与水平杆两者可通过螺栓固定,也可采用其他现有的连接方式来固定,此处不再详述。
本发明实施例的车轮踏面缺陷深度测量装置在对车轮踏面缺陷深度测量时,在一些实施方式中,该车轮可与车体分离以单独进行检测。在其他实施方式中,无需将该车轮与车体分离也可进行检测,如采用重型设备将车体架空。
在测量的过程中,定位部将检测弧形面踏陷深度测量器件固定在车轮13表面;将主测头放置在踏陷内,调整两个辅助测头的末端与主测头所在滚动圆接触;获取主测头直线位移,根据辅助测头与主测头的距离及弧形面所在圆的半径变化,计算出测量误差,进而对主测头的直线位移进行修正,一次测量得到踏陷深度。
本实施例的车轮踏面缺陷深度测量装置在测量过程中,除了固定用于检测弧形面踏陷深度测量器件之外,测量原理与用于检测弧形面踏陷深度测量器件的测量原理相同,此处不再累述。
本实施例的车轮踏面缺陷深度测量装置相比现行测量方法,可实现精确定位、精准测量、一次测定的目标,操作便捷、易于实现,最大限度满足快速测量、提升运用修效率,同时保证了测量精度,对车辆行车安全具有至关重要作业。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种用于检测弧形面踏陷深度测量器件,其特征在于,包括:
测量部,其包括主测头和两个辅助测头,两个辅助测头等距离布设在主测头两侧,主测头和两个辅助测头所在轴线始终共面;
所述主测头伸缩可调;所述主测头通过支撑机构与两个辅助测头相连,所述支撑机构为浮动式结构;
数据处理部,其用于获取伸入踏陷内部的主测头的直线位移,根据辅助测头与主测头的距离及弧形面所在圆的半径变化,计算出测量误差,进而对主测头的直线位移进行修正,一次测量得到踏陷深度。
2.如权利要求1所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件,其特征在于,所述辅助测头与主测头之间的距离可调。
3.如权利要求1所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件,其特征在于,所述主测头的末端和两个辅助测头的末端均设有球珠。
4.如权利要求1所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件,其特征在于,所述主测头通过测杆与数据处理部相连。
5.如权利要求1所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件,其特征在于,所述数据处理部利用测量误差上下限均值对主测头直线位移修正。
6.如权利要求1所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件,其特征在于,所述数据处理部为百分表或千分表。
7.如权利要求1所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件,其特征在于,数据处理部包括位移传感器和处理器,位移传感器用于检测主测头直线位移信号,处理器用于接收并修正所述直线位移信号。
8.一种基于如权利要求1-7中任一项所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件的测量方法,其特征在于,包括:
将主测头放置在踏陷内,调整两个辅助测头的末端与主测头所在滚动圆接触;
获取主测头直线位移,根据辅助测头与主测头的距离及弧形面所在圆的半径变化,计算出测量误差,进而对主测头的直线位移进行修正,一次测量得到踏陷深度。
9.如权利要求8所述的测量方法,其特征在于,调整两个辅助测头的高度,确保两个辅助测头的末端与主测头的末端始终与缺陷处滚动圆接触。
10.如权利要求8所述的测量方法,其特征在于,调整辅助测头与主测头的距离。
11.如权利要求8所述的测量方法,其特征在于,利用测量误差上下限均值对主测头直线位移修正。
12.一种车轮踏面缺陷深度测量装置,其特征在于,包括如权利要求1-7中任一项所述的用于检测弧形面踏陷深度测量器件,及与其相连的定位部。
13.如权利要求12所述的车轮踏面缺陷深度测量装置,其特征在于,所述定位部与所述用于检测弧形面踏陷深度测量器件的测量部之间的距离可调。
14.如权利要求12所述的车轮踏面缺陷深度测量装置,其特征在于,所述定位部包括轴向定位块和径向定位块,所述轴向定位块固定在垂直杆上,所述径向定位块固定在卡槽上,卡槽与垂直杆相连。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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