RU2500561C1

RU2500561C1 - Device and method for measurement of railway wheel profile

Info

Publication number: RU2500561C1
Application number: RU2012132608/11A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Захарович Венедиктов; Виталий Николаевич Тирешкин; Елена Александровна Захарова; Денис Викторович Котин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "АГРОЭЛ"
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2013-12-10

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to metering equipment and can be used at railway vehicles for contactless measurement of wheels profile with the help of mobile laser triangulation transducers. Proposed device comprises at least five mobile laser triangulation transducers 3-7 of which: 1^st, 2^nd and 3^rd generate parallel probing rays. Note here that 3^rd, 4^th and 5^th transducers are relatively arranged to define center of gravity of the wheel. Invention covers also the method of railway wheel profile measurement incorporating the algorithm to correct actual magnitudes of measured profiles with allowance for arbitrary orientation of said transducers.

EFFECT: expanded operating performances, ease of use.

4 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на железнодорожном транспорте для бесконтактного измерения профиля железнодорожных колес с помощью мобильных лазерных триангуляционных датчиков.The invention relates to measuring equipment and can be used in railway transport for non-contact measurement of the profile of railway wheels using mobile laser triangulation sensors.

Колеса - один из самых важных элементов железнодорожного подвижного состава. Они подвергаются большим механическим нагрузкам и значительно влияют на характеристики движения вагона. Для того чтобы гарантировать необходимую безопасность эксплуатации, колесные пары должны подвергаться регулярному контролю.Wheels are one of the most important elements of railway rolling stock. They are subjected to high mechanical stresses and significantly affect the characteristics of the movement of the car. In order to guarantee the necessary operational safety, wheel sets must be regularly monitored.

Известно использование для измерения профиля железнодорожных колес механических контактных шаблонов. Однако статистика свидетельствует о том, что при таком подходе значительное влияние на точность и качество измерений оказывает человеческий фактор.It is known to use mechanical contact patterns for measuring the profile of railway wheels. However, statistics indicate that with this approach, the human factor has a significant impact on the accuracy and quality of measurements.

В качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения выбраны устройство и способ измерения профиля железнодорожного колеса, описанные в патенте США №7701591, МПК G01B 11/24, 2010 г. Устройство включает нескольких лазерных триангуляционных датчиков, конструктивно объединенных в одном корпусе, который находится в постоянном механическом контакте с измеряемым колесом (т.е. в ближайшем аналоге реализуется жесткая привязка указанного устройства к поверхности колеса). Способ измерения профиля заключается в регистрации профиля колеса с помощью нескольких лазерных триангуляционных датчиков, пространственное положение которых в процессе измерения зафиксировано относительно поверхности колеса.As the closest analogue of the claimed technical solution, a device and a method for measuring the profile of a railway wheel described in US patent No. 7701591, IPC G01B 11/24, 2010 are selected. The device includes several laser triangulation sensors, structurally combined in one housing, which is located in a permanent mechanical contact with the measured wheel (i.e., the closest analogue implements a rigid binding of the specified device to the surface of the wheel). The method of measuring the profile is to register the profile of the wheel with the help of several laser triangulation sensors, the spatial position of which during measurement is fixed relative to the surface of the wheel.

Недостатком известного устройства и способа являются ограниченные функциональные возможности, поскольку жесткое базирование датчиков относительно поверхности колеса не позволяет производить измерение профиля колеса в динамике, например, при перемещении колеса с небольшой скоростью по рельсовой колее. Кроме того, затрудненный доступ к некоторым участкам поверхности колеса, обусловленный необходимостью обеспечения постоянного механического контакта упомянутого устройства и колеса, снижает удобство эксплуатации устройства - ближайшего аналога.A disadvantage of the known device and method is limited functionality, since the hard base of the sensors relative to the surface of the wheel does not allow the measurement of the profile of the wheel in the dynamics, for example, when moving the wheel at low speed along the track. In addition, the difficult access to some parts of the surface of the wheel, due to the need to ensure constant mechanical contact of the aforementioned device and the wheel, reduces the usability of the device, the closest analogue.

Технический результат изобретения заключается в разработке устройства и способа измерения профиля железнодорожного колеса с более широкими функциональными возможностями и более удобного в эксплуатации.The technical result of the invention is to develop a device and method for measuring the profile of a railway wheel with wider functionality and more convenient to use.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве измерения профиля железнодорожного колеса, содержащем лазерные триангуляционные датчики и средства обработки информации, упомянутые лазерные триангуляционные датчики выполнены мобильными, а их число выбрано равным, по меньшей мере, пяти, при этом первый, второй и третий датчики формируют параллельные друг другу зондирующие лучи, при этом третий, четвертый и пятый датчики размещены друг относительно друга с возможностью определения центра колеса.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for measuring the profile of the railway wheel containing laser triangulation sensors and information processing means, said laser triangulation sensors are made mobile, and their number is selected to be at least five, with the first, second and third sensors they form probe beams parallel to each other, while the third, fourth and fifth sensors are placed relative to each other with the possibility of determining the center of the wheel.

Указанный технический результат достигается также тем, что третий, четвертый и пятый датчики расположены таким образом, что зондирующие лучи, формируемые четвертым и пятым датчиками, образуют угол γ, равный 120⁰±10⁰, а зондирующий луч, формируемый третьим датчиком, лежит внутри угла γ и составляет с зондирующими лучами, формируемыми четвертым и пятым датчиками, углы $ώ$

и ζ, соответственно равные 60⁰±5⁰.The indicated technical result is also achieved by the fact that the third, fourth and fifth sensors are arranged in such a way that the probing rays formed by the fourth and fifth sensors form an angle γ equal to 120 ⁰ ± 10 ⁰ , and the probing beam formed by the third sensor lies inside the corner γ and makes up with the probe beams formed by the fourth and fifth sensors, the angles

ώ

and ζ, respectively, equal to 60 ⁰ ± 5 ⁰ .

Указанный технический результат достигается также тем, что в способе измерения профиля железнодорожного колеса, в котором профиль колеса измеряют с помощью лазерных триангуляционных датчиков, измерение профиля осуществляют с помощью мобильных лазерных триангуляционных датчиков, при этом производят корректировку измеренного профиля колеса относительно поворота датчиков под углом α по отношению к оси ОХ, нормальной к касательной плоскости к вершине гребня, и относительно наклона датчиков под углом β по отношению к оси OY, принадлежащей касательной плоскости к вершине гребня колеса, для чего с помощью датчиков регистрируют для одного и того же участка колеса два профиля, содержащих параллельные участки, определяют угол α в соответствии с выражениемThe specified technical result is also achieved by the fact that in the method for measuring the profile of a railway wheel, in which the profile of the wheel is measured using laser triangulation sensors, the measurement of the profile is carried out using mobile laser triangulation sensors, while the correction of the measured profile of the wheel relative to the rotation of the sensors at an angle α by relative to the axis OX, normal to the tangent plane to the top of the ridge, and relative to the inclination of the sensors at an angle β with respect to the axis OY belonging the tangent plane to the top of the wheel flange, for which, using sensors, two profiles containing parallel sections are recorded for the same wheel section, the angle α is determined in accordance with the expression

$α = a r c t g (\frac{b}{a}), (1)$

α = a r c t g (\frac{b}{a}),                                                                (one)

где а - расстояние между зондирующими лазерными лучами первого и второго датчиков, b - расстояние между параллельными участками профилей, строят матрицу поворота М(α) согласно выражениюwhere a is the distance between the probe laser beams of the first and second sensors, b is the distance between parallel sections of the profiles, the rotation matrix M (α) is constructed according to the expression

$M (α) = (\begin{matrix} \cos α - \sin α 0 \\ sin α cos α 0 \\ 0 0 1 \end{matrix}) (2)$

M (α) = (\begin{matrix} \cos α - \sin α 0 \\ sin α cos α 0 \\ 0 0 1 \end{matrix}) (2)

и умножают все точки упомянутых выше двух профилей на матрицу М(α) с получением скорректированных значений профилей относительно угла поворота датчиков α по отношению к оси ОХ; с помощью датчиков определяют центр колеса, измеряют расстояние Lm от центра колеса до каждой точки упомянутых выше двух профилей, проецируют Lm на общий для всех точек профилей радиус R колеса таким образом, что расстояние по радиусу R от центра колеса для данной проецируемой точки профиля равно Lm, и получают профили, значения которых скорректированы относительно наклона датчиков под углом β по отношению к плоскости колеса.and multiplying all the points of the above two profiles by a matrix M (α) to obtain the adjusted profile values relative to the angle of rotation of the sensors α with respect to the axis OX; using the sensors determine the center of the wheel, measure the distance Lm from the center of the wheel to each point of the two profiles mentioned above, project Lm onto the wheel radius R common to all profile points so that the distance along the radius R from the center of the wheel for this projected profile point is Lm , and profiles are obtained whose values are adjusted relative to the inclination of the sensors at an angle β with respect to the plane of the wheel.

Указанный технический результат достигается также тем, что осуществляют корректировку измеренного профиля колеса относительно наклона мобильных лазерных триангуляционных датчиков под углом φ по отношению к касательной плоскости к вершине гребня колеса, для чего регистрируют профиль колеса и определяют угол φ как угол между участком упомянутого профиля, соответствующим внутренней части колеса, и осью OZ, принадлежащей касательной плоскости к вершине гребня колеса, строят матрицу поворота М(φ) согласно выражениюThe specified technical result is also achieved by the fact that they carry out the correction of the measured wheel profile relative to the inclination of the mobile laser triangulation sensors at an angle φ with respect to the tangent plane to the top of the wheel flange, for which the wheel profile is recorded and the angle φ is determined as the angle between the section of said profile corresponding to the inner part of the wheel, and the axis OZ, belonging to the tangent plane to the top of the wheel flange, build the rotation matrix M (φ) according to the expression

$M (φ) = (\begin{matrix} \cos φ - \sin φ 0 \\ sin φ cos φ 0 \\ 0 0 1 \end{matrix}) (3)$

M (φ) = (\begin{matrix} \cos φ - \sin φ 0 \\ sin φ cos φ 0 \\ 0 0 1 \end{matrix}) (3)

умножают все точки упомянутого выше профиля на матрицу М(φ) и получают профиль, значения которого скорректированы относительно наклона датчиков под углом φ по отношению к касательной плоскости к вершине гребня колеса.multiply all points of the aforementioned profile by the matrix M (φ) and obtain a profile whose values are adjusted relative to the inclination of the sensors at an angle φ with respect to the tangent plane to the top of the wheel flange.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 показано расположение лазерных триангуляционных датчиков в устройстве измерения профиля железнодорожного колеса, на фиг.2 иллюстрируется определение центра железнодорожного колеса с помощью трех датчиков; на фиг.3 показано взаимное расположение устройства измерения профиля и колеса в системе координат XOYZ, связанной с касательной плоскостью к вершине гребня колеса, при повороте на угол α относительно оси ОХ; на фиг.4 и 5 иллюстрируются профили колеса до и после корректировки относительно угла поворота устройства по отношению к оси ОХ; на фиг.6 иллюстрируется взаимное расположение устройства и колеса в системе координат XOYZ при наклоне устройства относительно оси OY; на фиг.7 иллюстрируется процедура корректировки при наклоне устройства относительно оси OY; на фиг.8 показаны профили, скорректированные относительно наклона устройства по отношению к оси OY; на фиг.9 показано взаимное расположение устройства и колеса в системе координат XOYZ при наклоне устройства относительно оси OZ; на фиг.10 и 11 иллюстрируются профили колеса до и после корректировки относительно наклона устройства по отношению к оси OZ; на фиг.12 показана «правильная» ориентация мобильных датчиков относительно колеса, соответствующая корректно измеренным профилям, на фиг.13 приведен вид А фиг.12.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the location of the laser triangulation sensors in the device for measuring the profile of the railway wheel, figure 2 illustrates the determination of the center of the railway wheel using three sensors; figure 3 shows the relative position of the device for measuring the profile and the wheel in the coordinate system XOYZ associated with a tangent plane to the top of the wheel flange, when rotated through an angle α relative to the axis OX; Figures 4 and 5 illustrate wheel profiles before and after adjustment relative to the angle of rotation of the device with respect to the axis OX; 6 illustrates the relative position of the device and the wheel in the XOYZ coordinate system when the device is tilted relative to the OY axis; Fig.7 illustrates the adjustment procedure when tilting the device relative to the axis OY; on Fig shows profiles adjusted relative to the inclination of the device with respect to the axis OY; figure 9 shows the relative position of the device and the wheel in the XOYZ coordinate system when the device is tilted relative to the OZ axis; 10 and 11 illustrate wheel profiles before and after adjustment relative to the inclination of the device with respect to the OZ axis; in Fig.12 shows the "correct" orientation of the mobile sensors relative to the wheel corresponding to correctly measured profiles, Fig.13 shows a view A of Fig.12.

Устройство 1 измерения профиля железнодорожного колеса 2 является мобильным, т.е. не имеющим в процессе измерения постоянного механического контакта с поверхностью колеса 2 и перемещающимся вдоль и поперек поверхности колеса с помощью руки оператора. Соответственно, являются мобильными и расположенные в устройстве 1 лазерные триангуляционные датчики.The device 1 measuring the profile of the railway wheel 2 is mobile, i.e. not having in the process of measuring constant mechanical contact with the surface of the wheel 2 and moving along and across the surface of the wheel with the help of the operator’s hand. Accordingly, laser triangulation sensors located in the device 1 are mobile.

Устройство 1 включает лазерные триангуляционные датчики 3, 4, 5, 6 и 7. Датчики 3-7 содержат в качестве основных функциональных узлов источники зондирующего лазерного луча 8-12, соответственно, и приемники отраженного от поверхности колеса излучения 13-17, соответственно. Датчики 3-7 подсоединены к средствам обработки информации 18. Первый 3, второй 4 и третий 5 датчики ориентированы относительно друг друга таким образом, что формируемые ими зондирующие лазерные лучи параллельны друг другу, при этом зондирующий лазерный луч, формируемый датчиком 5, расположен «между» лучами, формируемыми датчиками 3 и 4 (фиг.1). Такое взаимное расположение датчиков 3-5 позволяет снять корректно весь профиль колеса, включая область гребня и внешней поверхности колеса (датчики 3 и 4), и внутренней поверхности колеса (датчик 5). Третий 5, четвертый 6 и пятый 7 датчики расположены таким образом, что зондирующие лучи, формируемые датчиками 6 и 7, образуют угол γ, равный 120⁰±10⁰, а зондирующий луч, формируемый датчиком 5, лежит внутри угла γ и составляет с зондирующими лучами, формируемыми датчиками 6 и 7, углы $ώ$

и ζ соответственно, равные 60⁰±5⁰.The device 1 includes

laser triangulation sensors

3, 4, 5, 6 and 7. Sensors 3-7 contain, as the main functional units, the sources of the probe laser beam 8-12, respectively, and the receivers of radiation 13-17 reflected from the surface of the wheel, respectively. Sensors 3-7 are connected to the information processing means 18. The first 3, second 4 and third 5 sensors are oriented relative to each other so that the probing laser beams generated by them are parallel to each other, while the probing laser beam formed by the sensor 5 is located “between "Rays formed by sensors 3 and 4 (figure 1). This mutual arrangement of sensors 3-5 allows you to correctly remove the entire profile of the wheel, including the ridge and the outer surface of the wheel (sensors 3 and 4), and the inner surface of the wheel (sensor 5). The third 5, fourth 6 and fifth 7 sensors are arranged in such a way that the probe beams generated by the

sensors

6 and 7 form an angle γ equal to 120 ⁰ ± 10 ⁰ , and the probe beam formed by the sensor 5 lies inside the angle γ and makes up with probing rays formed by

sensors

6 and 7, angles

ώ

and ζ, respectively, equal to 60 ⁰ ± 5 ⁰ .

Способ измерения профиля железнодорожного колеса осуществляется следующим образом. Поскольку положение мобильных датчиков 3-7 относительно колеса 2 является изначально произвольным и характеризуется определенными - но неизвестными и не измеряемыми в рамках данного изобретения - углами наклона и поворота датчиков относительно касательной плоскости к вершине гребня колеса в трехмерном пространстве и нормали к упомянутой касательной плоскости, используется алгоритм корректировки измеренных с помощью мобильных датчиков профилей колеса.The method of measuring the profile of the railway wheel is as follows. Since the position of the mobile sensors 3-7 relative to the wheel 2 is initially arbitrary and is characterized by certain - but unknown and not measured in the framework of this invention - the angles of inclination and rotation of the sensors relative to the tangent plane to the top of the wheel flange in three-dimensional space and normal to the mentioned tangent plane, is used algorithm for adjusting wheel profiles measured using mobile sensors.

На первом этапе с помощью датчиков 5, 6 и 7 находится центр колеса О₁ (например, посредством определения диаметра внешней части обода колеса). Для этого датчики 5, 6, 7 измеряют расстояние, например, до обода колеса, соответственно, в трех точках, и далее находится диаметр обода и центр внешней части обода, совпадающий с центром колеса. Центр колеса находится на пересечении двух перпендикулярных прямых, проходящих через середины отрезков, соединяющих пары точек (при наличии трех точек имеем два отрезка). Зная центр колеса и точку, лежащую на внешней части обода, можно определить радиус и, соответственно - диаметр обода колеса.At the first stage, using the sensors 5, 6 and 7, the center of the wheel O _{1 is located} (for example, by determining the diameter of the outer part of the wheel rim). For this, the sensors 5, 6, 7 measure the distance, for example, to the wheel rim, respectively, at three points, and then the diameter of the rim and the center of the outer part of the rim coinciding with the center of the wheel. The center of the wheel is at the intersection of two perpendicular straight lines passing through the middle of the segments connecting the pairs of points (in the presence of three points we have two segments). Knowing the center of the wheel and the point lying on the outer part of the rim, you can determine the radius and, accordingly, the diameter of the wheel rim.

Далее определяется угол α - угол поворота устройства измерения профиля по отношению к оси ОХ, нормальной к касательной плоскости к вершине гребня колеса. Для этого с помощью датчиков 3, 4 и 5 регистрируют для одного и того же участка колеса два профиля, содержащие параллельные участки (фиг.4), причем измерение расстояния осуществляется по триангуляционному принципу и вычисление профилей осуществляется с помощью средств обработки информации 18. Отметим, что в качестве параллельных участков могут использоваться любые параллельные участки профилей. Искомый угол α находится из выражения (1) по известному расстоянию α между зондирующими лазерными лучами первого и второго датчиков, и расстоянию b между параллельными участками профилей (фиг.4). Далее, зная угол α, по формуле (2) строится матрица поворота М(α), и после этого все точки двух профилей умножаются на матрицу М(α) с получением скорректированных значений профилей (фиг.5).Next, the angle α is determined - the angle of rotation of the profile measuring device with respect to the OX axis normal to the tangent plane to the top of the wheel flange. To do this, using sensors 3, 4 and 5 register for the same section of the wheel two profiles containing parallel sections (figure 4), and the distance is measured according to the triangulation principle and the calculation of the profiles is carried out using information processing tools 18. Note that any parallel sections of profiles can be used as parallel sections. The desired angle α is found from expression (1) from the known distance α between the probe laser beams of the first and second sensors, and the distance b between parallel sections of the profiles (Fig. 4). Further, knowing the angle α, the rotation matrix M (α) is constructed by formula (2), and after that all points of the two profiles are multiplied by the matrix M (α) to obtain the corrected profile values (Fig. 5).

Процедура корректировки профиля при наклоне устройства относительно оси OY, принадлежащей касательной плоскости к вершине гребня колеса, заключается в следующем.The procedure for adjusting the profile when the device is tilted relative to the OY axis belonging to the tangent plane to the top of the wheel flange is as follows.

При наклоне датчиков 3-5 относительно оси OY траектории лазерных лучей имеют вид de и fg, в то время как получения корректных значений профилей лазерные лучи должны распространяться по траекториям dk и fm, являющимся частью радиуса колеса R (фиг.7). Для перехода от траекторий de и fg к траекториям dk и fm к каждой точке профиля из центра колеса O₁ откладывается вектор Lm и вычисляется длина этого вектора. Значения длин всех векторов для данного профиля (для всей совокупности точек, образующих профиль) откладываются на радиусе R=O₁B, который является общим для обоих профилей; иначе говоря, осуществляется переход из точек О₂ и О₃ в точки О₄ и О₅, принадлежащие радиусу O₁B путем проецирования Lm на общий для всех точек профилей радиус R колеса таким образом, чтобы расстояние по радиусу R от центра колеса для данной проецируемой точки профиля было равно Lm. В конечном итоге координата Y для каждой точки двух профилей является одной и той же, координата Z сохраняет свое значение, координата X равна длине вектора Lm, и профили полностью совмещаются друг с другом (фиг.10).When the sensors 3-5 are tilted with respect to the OY axis, the paths of the laser beams have the form de and fg, while obtaining the correct profile values, the laser beams must propagate along the paths dk and fm, which is part of the radius of the wheel R (Fig. 7). To go from the trajectories de and fg to the trajectories dk and fm to each profile point from the center of the wheel O _{1, the} vector Lm is laid down and the length of this vector is calculated. The values of the lengths of all vectors for a given profile (for the entire set of points forming the profile) are plotted at a radius R = O ₁ B, which is common for both profiles; in other words, a transition is made from points O ₂ and O ₃ to points O ₄ and O ₅ that belong to the radius O ₁ B by projecting Lm onto the wheel radius R common to all profile points so that the distance along the radius R from the center of the wheel for a given the projected profile point was Lm. Ultimately, the Y coordinate for each point of two profiles is the same, the Z coordinate retains its value, the X coordinate is equal to the length of the vector Lm, and the profiles are completely aligned with each other (Fig. 10).

Возможно опционное определение угла наклона датчиков φ по отношению к касательной плоскости к вершине гребня колеса в направлении, характеризуемом осью OZ, принадлежащей упомянутой касательной плоскости (фиг.11). Наличие угла φ не оказывает существенного влияния на точность измерения профилей, но повышает удобство работы с данными, так как позволяет упросить алгоритм нахождения параллельных прямолинейных участков на профилях, полученных с помощью датчиков 3-5, используемых в дальнейшей корректировке угла поворота относительно оси ОХ.It is possible to optionally determine the angle of inclination of the sensors φ with respect to the tangent plane to the top of the wheel flange in the direction characterized by the axis OZ belonging to the said tangent plane (Fig. 11). The presence of the angle φ does not significantly affect the accuracy of measuring profiles, but increases the convenience of working with data, since it allows to simplify the algorithm for finding parallel rectilinear sections on profiles obtained using sensors 3-5 used in further adjustment of the angle of rotation relative to the OX axis.

В этом случае с помощью любого из датчиков 3-4 регистрируют профили колеса и определяют угол φ как угол между участком профиля, соответствующим внутренней части колеса (показано стрелками на фиг.12), и осью OZ, строят матрицу поворота М(φ) согласно выражению (3), умножают все точки профиля на матрицу М(φ) и получают профиль, значения которого скорректированы относительно наклона датчика под углом φ по отношению к касательной плоскости к вершине гребня колеса в направлении, характеризуемом осью OZ, и которые являются параллельными друг другу (фиг.13).In this case, using any of the sensors 3-4, wheel profiles are recorded and the angle φ is determined as the angle between the section of the profile corresponding to the inside of the wheel (shown by arrows in Fig. 12) and the axis OZ, the rotation matrix M (φ) is constructed according to the expression (3), multiply all points of the profile by the matrix M (φ) and obtain a profile whose values are adjusted relative to the inclination of the sensor at an angle φ with respect to the tangent plane to the top of the wheel flange in the direction characterized by the OZ axis, and which are parallel to each other ( Fig.13 )

В результате описанной выше корректировки измеренных профилей колеса относительно поворота и наклона мобильных датчиков под углами α и β, соответственно, получаем профили, полностью совмещенные друг с другом. Скорректированные профили соответствуют «правильной» ориентации мобильных датчиков относительно плоскости колеса, когда зондирующие лучи датчиков 3 и 4 перпендикулярны внешней и внутренней сторонам колеса и плоскость устройства параллельна касательной плоскости к вершине гребня колеса.As a result of the above-described adjustment of the measured wheel profiles relative to the rotation and tilt of the mobile sensors at angles α and β, respectively, we obtain profiles that are fully aligned with each other. The adjusted profiles correspond to the “correct” orientation of the mobile sensors relative to the plane of the wheel, when the probe beams of the sensors 3 and 4 are perpendicular to the outer and inner sides of the wheel and the plane of the device is parallel to the tangent plane to the top of the wheel flange.

Таким образом, заявленные устройство и способ позволяют создать на базе бесконтактных лазерных триангуляционных датчиков мобильное средство измерения профиля железнодорожного колеса, характеризующееся достаточно простым алгоритмом корректировки измеренных - при произвольном пространственном положении мобильных датчиков профилей колеса, удобное в эксплуатации и обладающее широкими функциональными возможностями.Thus, the claimed device and method make it possible to create, on the basis of non-contact laser triangulation sensors, a mobile tool for measuring the profile of a railway wheel, which is characterized by a fairly simple algorithm for adjusting the measured ones — with an arbitrary spatial position of the mobile sensors of the wheel profiles, convenient in operation and having wide functional capabilities.

Claims

1. A device for measuring the profile of a railway wheel, containing laser triangulation sensors and information processing means, characterized in that the laser triangulation sensors are made mobile, and their number is selected to be at least five; the first, second and third sensors form probing beams parallel to each other, while the third, fourth and fifth sensors are placed relative to each other with the possibility of determining the center of the wheel.

2. The device according to claim 1, characterized in that the third, fourth and fifth sensors are arranged so that the probe beams formed by the fourth and fifth sensors form an angle γ equal to 120 ° ± 10 °, and the probe beam formed by the third sensor lies inside the angle γ and makes up with the probing beams formed by the fourth and fifth sensors, the angles

ώ

and ζ, respectively, equal to 60 ° ± 5 °.

3. A method of measuring the profile of a railway wheel, in which the profile of the wheel is measured using laser triangulation sensors, characterized in that the measurement of the profile is carried out using mobile laser triangulation sensors, and the measured profile of the wheel is adjusted relative to the rotation of the sensors at an angle α with respect to the axis OX, normal to the tangent plane to the top of the ridge, and relative to the inclination of the sensors at an angle β with respect to the axis OY belonging to the tangent plane to the top of the ridge wheels, which are recorded by sensors for the same wheel portion two profiles having parallel portions, the angle α is determined in accordance with the expression

α = a r c t g (\frac{b}{a})

,
where a is the distance between the probe laser beams of the first and second sensors, b is the distance between parallel sections of the profiles, the rotation matrix M (α) is constructed according to the expression

M (α) = (\begin{matrix} \cos α & - \sin α & 0 \\ \sin α & \cos α & 0 \\ 0 & 0 & one \end{matrix})

and multiplying all the points of the above two profiles by a matrix M (α) to obtain the adjusted profile values relative to the angle of rotation of the sensors α with respect to the axis OX; using the sensors determine the center of the wheel, measure the distance Lm from the center of the wheel to each point of the two profiles mentioned above, project Lm onto the wheel radius R common to all points of the profiles so that the distance along the radius R from the center of the wheel for a given projected profile point is equal to Lm, and profiles are obtained whose values are adjusted relative to the inclination of the sensors at an angle β with respect to the plane of the wheel.

4. The method according to claim 3, characterized in that the measured wheel profile is adjusted relative to the inclination of the mobile laser triangulation sensors at an angle φ with respect to the tangent plane to the top of the wheel flange, for which the wheel profile is recorded and the angle φ is determined as the angle between the portion of the of the profile corresponding to the inside of the wheel and the axis OZ belonging to the tangent plane to the top of the wheel flange, a rotation matrix M (φ) is constructed according to the expression

M (φ) = (\begin{matrix} \cos φ & - \sin φ & 0 \\ \sin φ & \cos φ & 0 \\ 0 & 0 & one \end{matrix})

multiply all points of the aforementioned profile by the matrix M (φ) and obtain a profile whose values are adjusted relative to the inclination of the sensors at an angle φ with respect to the tangent plane to the top of the wheel flange.