基于激光的车轮直径非接触式动态测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光的车轮直径非接触式动态测量装置及其方法。该测量装置由一个激光位移传感器和一个车轮定位传感器或者两个激光位移传感器组成，两个传感器沿钢轨方向排列。在使用两个激光位移传感器时，使出射激光的光点均能直接射到被测车轮的两个相对表面；由两个激光位移传感器分别连续测量出各传感器到车轮踏面上对应点之间的距离，在两个激光位移传感器的所测距离之和基本不变时记录各激光位移传感器的距离读数，由此计算出列车车轮的直径。本发明专利技术最多只需要使用两个传感器，测量原理简单、实用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于激光测量技术、能够对列车车轮的直径参数 进行非接触式动态测量的装置及其方法，属于光学测量
技术背景随着我国铁路事业的发展，列车行驶速度不断提高，车辆运行的安 全问题越来越受到人们的重视。列车的高速行驶会加剧列车车轮踏面与 钢轨之间的各种磨耗，造成车轮直径的变化，影响车轮与轨道的配合， 进而影响了列车的运行安全。因此，当经过一定期限后列车车轮就要进 行定期检测，对于参数超限的车轮需要维修或报废，否则会给列车的安全 运行带来隐患。在列车车轮的定期检测工作中，车轮直径参数是一个重要的检测指 标，可以用来评估车轮本身的好坏。尤其是在以下三种场合下，需要对 列车车轮直径进行精确测量1.新加工的车轮需要测量直径尺寸以选配 轮对和作为轮对的原始数据；2.使用过程中需要不断监控车轮直径以确 定是否超限，如果超限则需要送维修车间进行维修；3.轮对送入维修车 间进行维修前后，还需要测量车轮直径以确认维修结果。目前，国内外一般采用机械式卡尺或者卡钳来测量车轮直径。这两 种测量方式存在卡尺尺体笨重、测量技术不易掌握、误差较大等缺陷； 且必须将车轮推出才能测量，特别是测量大直径车轮时需要两个人进行 操作，使用上也不方便。在公告号为CN 85203160的中国技术专利中，提供了一种用于 测量铁路机车及车辆车轮直径或者其他机械部件直径的新型车轮径尺， 它采用接触式间接测量原理，因此存在测量点不容易定位，读数容易受 环境和人为因素的影响的缺陷。此外，在公告号为CN 87207390的中国 技术专利中，提供了一种采用"弦高法"的车轮轮径测量仪器。但 是该仪器仍然采用接触测量的方式，对测量仪器和车轮都造成一定的磨 耗，而且测量点容易受轮径上油污杂物的影响。总结起来，现有利用卡尺或者卡钳的接触式测量技术普遍存在以下的缺点(1)依靠人工操作，测量效率低，不容易及时发现问题；(2)测 量精度容易受外界环境的影响；(3)必须拆卸车轮，测量周期长；(4)因 为现场的操作空间太小，此类接触式测量技术普遍不适用在现场对车轮 直径进行测量。有鉴于此，人们开始研究非接触式的轮对几何参数测量技术，以便 能对车轮直径进行动态测量。这方面的技术方案包括中国专利技术专利申请 "车辆轮对直径在线检测方法及装置号"(专利申请号 200610155282.8 )提出的利用结构光和CCD摄像技术动态得到车轮直径 及其它参数的方法以及中国专利技术专利申请"列车轮对尺寸在线检测方法 及装置"(专利申请号200510035961.7)中提出的在每根钢轨的两侧 对称设置两对相隔的激光位移探测器，由此得到轮对的几何尺寸的方法 等。另外，在专利号为US 20030103216、 US 4932784、 US 5247338和US 5936737等公开的技术方案中，也提出了利用激光和CCD摄像头非接触地 测量车轮外形参数的具体实施方案。俄罗斯联邦铁路于90年代中期研制 成功采用超声遥测方法的非接触式轮对参数自动化检测装置。当铁路车 辆以不大于5km/h的速度运行时，该装置可测出距车轮各个特征表面的 距离，经分析处理后可得出车轮直径等参数。但是，现有的车轮直径非 接触式动态测量技术方案仍然存在如下的问题需要解决1.测量装置过 于复杂，安装调试困难；2.测量精度不高；3.测量响应速度不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于激光的车轮直径非接触式动态测量 装置及其方法。利用本专利技术，可以对列车车轮的直径实施非接触式的 精确测量，不仅在车轮检修的静态条件下可以实现测量，而且在列车 运行的动态条件下也可以实现自动测量。为实现上述的专利技术目的，本专利技术采用下述的技术方案 一种基于激光的车轮直径非接触式动态测量装置，包括中央处理 单元，其特征在于所述动态测量装置还包括激光位移传感器和车轮定位传感器，所 述激光位移传感器和车轮定位传感器分别与所述中央处理单元相连接；所述激光位移传感器和所述车轮定位传感器沿钢轨方向排列，且 位于钢轨的同一侧。其中，所述激光位移传感器为基于三角法的激光位移传感器，所 述车轮定位传感器为涡流位移传感器。所述激光位移传感器和所述车轮定位传感器通过卡块固定方式或 直接粘接方式固定在所述钢轨上，或者，所述激光位移传感器和所述车轮定位传感器分别固定在钢 轨旁的地基桩上。一种基于激光的车轮直径非接触式动态测量方法，基于上述的车 轮直径非接触式动态测量装置实现，其特征在于(1) 将激光位移传感器和车轮定位传感器沿钢轨方向排列；(2) 调整所述激光位移传感器出射激光的方向，使出射激光的光点直接射到被测车轮踏面；调整所述车轮定位传感器，使之检测到车轮运动 时车轮踏面上对应点到所述车轮定位传感器的距离；(3) 由所述激光位移传感器连续测量出所述激光位移传感器到所述 车轮踏面上对应点之间的距离；同时，所述车轮定位传感器检测所述车 轮踏面上对应点到所述车轮定位传感器之间的距离，当该距离最小时， 记录此时所述激光位移传感器到所述车轮踏面上对应点之间的距离；(4) 按照下式计算被测车轮的直径<formula>formula see original document page 7</formula>其中，D为车轮直径，L为激光位移传感器和车轮定位传感器之间的 安装距离，a为激光位移传感器与钢轨表面所成的夹角，/为当车轮定位 传感器检测到车轮踏面上对应点与车轮定位传感器之间距离最小时，激 光位移传感器测量的激光位移传感器到车轮踏面上对应点之间的距离。另外，本专利技术还公开了一种基于激光的车轮直径非接触式动态测 量装置，包括中央处理单元，其特征在于所述动态测量装置还包括第一激光位移传感器和第二激光位移传 感器，所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器分别与所述中央处理单元相连接；所述第 一 激光位移传感器和第二激光位移传感器沿钢轨方向排 列，且位于钢轨的同一侧。其中，所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器通过卡块固 定方式或直接粘接方式固定在所述钢轨上，或者，所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器分别固定 在钢轨旁的地基桩上。一种基于激光的车轮直径非接触式动态测量方法，基于上述的具 有两个激光位移传感器的车轮直径非接触式动态测量装置实现，其特 征在于(1) 将第一激光位移传感器和第二激光位移传感器沿钢轨方向排列；(2) 调整两个激光位移传感器出射激光的方向，使出射激光的光点均 能直接射到被测车轮的两个相对表面；(3) 由所述两个激光位移传感器分别连续测量出各传感器到车轮踏 面上对应点之间的距离，在所述两个激光位移传感器的所测距离之和基 本不变时记录各激光位移传感器的距离读数；(4) 按照下式计算被测车轮的直径其中，D为车轮直径，L为两个激光位移传感器之间安装距离的一半， "、P分别为第一激光位移传感器和第二激光位移传感器与钢轨表面所成的夹角，/,、 /2分别为第一激光位移传感器和第二激光位移传感器测量得到的各激光位移传感器到车轮踏面上对应点之间的距离。其中，在所述步骤(3)中，优选在所述第一激光位移传感器与钢轨表 面所成的夹角等于所述第二激光位移传感器与钢轨表面所成的夹角时进 行测量。与现有技术相比较，本专利技术所具有的突出特点在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光的车轮直径非接触式动态测量装置，包括中央处理单元，其特征在于：所述动态测量装置还包括激光位移传感器和车轮定位传感器，所述激光位移传感器和车轮定位传感器分别与所述中央处理单元相连接；所述激光位移传感器和所述车轮定位传感器沿钢轨方向排列，且位于钢轨的同一侧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯其波，张志峰，陈士谦，崔建英，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]