火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术公开火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法，属于测量技术领域。该测量系统包括底架、工作台、限位机构、高精度激光测距传感器组件、升降机构、油缸头、油缸及连接螺钉、液压站、液压阀台、数据采集卡、控制器及显示器、继电器以及电缆电源、信号通讯模块、驱动控制模块及数据采集与处理模块。本发明专利技术使激光线在测量车轮内孔时垂直于内孔表面，激光器在车轮内孔某处每旋转90°测一个数据，得四个数据，由几何关系计算得出此处内孔直径，通过已知车轮内孔直径对激光发出点和分度台旋转中心之间的距离进行了标定。本发明专利技术具有速度快、精度高及稳定性高等技术特点，能够推广应用于孔类零件形状的检测。

【技术实现步骤摘要】
火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法
：本专利技术属于测量
，具体涉及一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法，是一种内孔直径尺寸非接触式测量技术。
技术介绍
：在火车轮对压装工艺中，车轮和车轴轮座之间是过盈配合，在压装前需要对车轮轮毂内孔和车轴对应轮座直径进行实时测量，车轮轮毂内孔和车轴轮座之间的过盈配合必须满足压装曲线技术要求。压装前实时测量车轮轮毂内孔直径尺寸的精度要达到5μm，同时还需要保证高效、高精度。目前，在盘类零件的机械加工过程中，零件内孔直径测量的常用工具是接触式内径千分尺量具，这些工具都是依靠人眼来读取测量数值，所读数值因人而异，手工操作的差别不可避免地会带来误差，而且在使用火车轮对压装选配系统时，需要人工将测量数据手工输入计算机，否则无法由计算机根据过盈量进行自动选配，手工输入大量测量数据时的校对工作也是相当繁琐且容易出错的。在非接触式内径测量方法中，文献“采用高精度自动定心机构的大尺寸内径测量[J]”(仪器仪表学报,2012年08期)及“激光非接触式大尺寸内径自动测量系统[J]”(红外与激光工程，2012年08期)，是将高精度激光测距传感器安装在自动定心机构上进行测量，前提是测量系统在被测内孔内高精度定心，这是很难的，且经过Pro/E仿真，测量机构与被测内孔的偏心量为0.02(6级尺寸精度)时，测量误差将达20μm，最终测量精度不可能达到文献中所说的1μm，且定心机构与内孔接触会损伤被测内孔。文献“光学式轴孔内径在线测量方法研究与误差分析[J]”(机械工程学报，2013年14期)，是将多个激光器均匀分布于一个测棒，通过已知标准孔的值进行标定，前提是测棒上激光器位置要求严格，不但在圆周方向要均布，且要求激光线垂直于测棒运动方向，测棒运动方向还要与测量截面垂直，这些要求同时达到几乎是不可能的，多个高精度激光测距传感器使这个测量系统价格昂贵，可测范围固定。“滑阀内孔圆柱度误差气动测量系统的研究[J]”(控制与检测，2010年第1)，该非接触式测量不会伤害被测内孔表面，但其受自身气压源的稳定性影响大，工作距离很小(几十微米)，且难以实现在线自动测量。“基于光学三角原理的内径非接触测量方法[J]”(光学技术,2005,Vol.31No.4)，采用单光三角测量原理，结合半导体激光准直技术、现代传感技术等自行设计了一种非接触式测量内径的光电测量系统，而未采用成熟的高精度激光测距传感器，系统的测量误差大，达到0.03mm。“基于红外测温的筒形锻件内外径在线测量木[J]”(机械工程学报，2012.Mar,Vol.48NO.6),提出一种新的基于红外测温技术和激光扫描技术相结合的筒形锻件内外径在线测量方法，该方法中温度信息由红外双色测温系统测得，外径尺寸信息由激光扫描技术测得，再在传热学的基础上推导筒形锻件导热微分方程，建立筒形锻件温度与尺寸的关系，结合锻件内外表面的温度信息和外径尺寸信息求得内径尺寸的大小,所提出的筒形锻件内外径尺寸测量方法测得的数据和标准尺寸相比误差控制在15mm以内，只能用于测量热态零件，误差级别太大。
技术实现思路
：本专利技术针对现有火车车轮轮毂内孔直径测量中存在的上述技术问题，提出一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法。本专利技术所提供的一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统，包括包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括底架1、工作台3、第一限位机构4A、第二限位机构4B、第三限位机构4C、第四限位机构4D、高精度激光测距传感器组件8、升降机构10)、油缸头13、油缸14及连接螺钉、液压站、液压阀台、数据采集卡、控制器及显示器、继电器及电缆电源；所述软件部分包括信号通讯模块、驱动控制模块及数据采集与处理模块；所述工作台3用第一螺钉2固定在所述底架1上，所述第一限位机构4A、第二限位机构4B、第三限位机构4C及所述第四限位机构4D分别对称安装在所述工作台3四个圆周方向90°均布的径向通槽内，用第二螺钉5固定所述第一限位机构4A、第二限位机构4B、第三限位机构4C及所述第四限位机构4D中的轴承座17，所述高精度激光测距传感器组件8用第四螺钉9固定于所述升降机构10的精密油压分度台33的上表面，所述高精度激光测距传感器组件8中的联接盘20的中心线与所述精密油压分度台33的中心线重合，所述升降机构10通过第三螺钉6和第一垫片7固定于所述工作台3的下表面，所述升降机构10中心的圆板34外圆与所述工作台3下止口间隙配合，所述油缸头13的一端通过第一螺母11和第一螺栓12与所述升降机构10相连，所述油缸头13的另一端与所述油缸14通过螺纹相连，所述高精度激光测距传感器21通过信号线与所述数据采集卡、控制器及显示器相连。如图5所示，所述工作台3上下端面粗糙度Ra均为1.6且两端面之间的平行度为0.04mm(公差等级4级)，四条径向矩形槽圆周方向均布于工作台3上表面，在工作台3的上表面径向矩形槽旁刻有直径尺寸刻度。如图6所示，图1中的四个限位机构：第一限位机构4A、第二限位机构4B、第三限位机构4C及第四限位机构4D的结构及组成相同，限位机构包括第二螺母15、第二垫片16、轴承座17、丝杠18及限位块19，丝杠18的左轴端穿过轴承座17并用第二螺母15和第二垫片16紧固，丝杠18左轴端与轴承座17的内孔之间为间隙配合，限位块19内螺纹孔与丝杠18的外螺纹相配，丝杠18的右轴端为方形轴台阶。如图7所示，所述高精度激光测距传感器组件8包括高精度激光测距传感器21、联接盘20、调位块22、第五螺钉23、压板24及高精度激光测距传感器座25，高精度激光测距传感器21与调位块22刚性联接，调位块22放在高精度激光测距传感器座25的上槽内，用压板24和第五螺钉23固定调位块22。调位块22宽度与高精度激光测距传感器座25的上槽宽相等。高精度激光测距传感器座25通过其下通孔与联接盘20的上圆柱台阶紧配合，实现安装并定位。高精度激光测距传感器座25上槽的两侧面对于其上的通孔中心线的对称度为0.005mm(公差等级4级)。高精度激光测距传感器座25的上表面凹槽旁刻有与被测车轮轮毂内孔直径相对应的尺寸刻度，高精度激光测距传感器21在高精度激光测距传感器座25上槽中的位置为高精度激光测距传感器21的后端面与被测车轮轮毂内孔直径值所对应的尺寸刻度，使高精度激光测距传感器21测到的数据在高精度激光测距传感器量程之内。联接盘20的最下端圆柱台阶与自身最上端圆柱台阶之间的同轴度为0.005mm(4级公差等级)。如图8、9所示，所述升降机构10包括第三螺母26、第三垫片27、定位环28、导杆29、凸球面滑座30、凹球面座31、第二螺栓32、精密油压分度台33、圆板34、第四垫片35、第四螺母36及第三螺栓37；两根相互平行的导杆29通过第四垫片35和第四螺母36与圆板34紧固，导杆29垂直于圆板34的下表面，凸球面滑座30的两个圆孔分别穿过两导杆，凹球面座31的凹球面与凸球面滑座30的凸球面相接触，两者半径相等，两者之间通过四根第三螺栓37相联，凹球面座31与精密油压分度台33通过第二螺栓32刚性紧固。定位环28通过第三螺母26和第三垫片27固定在导杆29的下端。所有零件装配好后调松第三螺栓3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统，其特征在于该测量系统包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括底架(1)、工作台(3)、第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)、第四限位机构(4D)、高精度激光测距传感器组件(8)、升降机构(10)、油缸头(13)、油缸(14)及连接螺钉、液压站、液压阀台、数据采集卡、控制器及显示器、继电器及电缆电源；所述软件部分包括信号通讯模块、驱动控制模块及数据采集与处理模块；所述工作台(3)用第一螺钉(2)固定在所述底架(1)上，所述第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)及所述第四限位机构(4D)分别对称安装在所述工作台(3)四个圆周方向90°均布的径向通槽内，用第二螺钉(5)固定所述第一限位机构4A、第二限位机构4B、第三限位机构4C及所述第四限位机构4D中的轴承座(17)，所述高精度激光测距传感器组件(8)用第四螺钉(9)固定于所述升降机构(10)的精密油压分度台(33)的上表面，所述高精度激光测距传感器组件(8)中的联接盘(20)的中心线与所述精密油压分度台(33)的中心线重合，所述升降机构(10)通过第三螺钉(6)和第一垫片(7)固定于所述工作台(3)的下表面，所述升降机构(10)中心的圆板(34)外圆与所述工作台(3)下止口间隙配合，所述油缸头(13)的一端通过第一螺母(11)和第一螺栓(12)与所述升降机构(10)相连，所述油缸头(13)的另一端与所述油缸(14)通过螺纹相连，所述高精度激光测距传感器(21)通过信号线与所述数据采集卡、控制器及显示器相连。...

【技术特征摘要】
1.一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统，其特征在于该测量系统包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括底架(1)、工作台(3)、第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)、第四限位机构(4D)、高精度激光测距传感器组件(8)、升降机构(10)、油缸头(13)、油缸(14)及连接螺钉、液压站、液压阀台、数据采集卡、控制器及显示器、继电器及电缆电源；所述软件部分包括信号通讯模块、驱动控制模块及数据采集与处理模块；所述工作台(3)用第一螺钉(2)固定在所述底架(1)上，所述第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)及所述第四限位机构(4D)分别对称安装在所述工作台(3)四个圆周方向90°均布的径向通槽内，用第二螺钉(5)固定所述第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)及所述第四限位机构(4D)中的轴承座(17)，所述第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)及所述第四限位机构(4D)的结构及组成相同，所述限位机构包括第二螺母(15)、第二垫片(16)、轴承座(17)、丝杠(18)及限位块(19)，所述丝杠(18)的左轴端穿过所述轴承座(17)并用第二螺母(15)和第二垫片(16)紧固，所述丝杠(18)左轴端与所述轴承座(17)的内孔之间为间隙配合，所述限位块(19)内螺纹孔与所述丝杠(18)的外螺纹相配，所述丝杠(18)的右轴端为方形轴台阶；所述高精度激光测距传感器组件(8)用第四螺钉(9)固定于所述升降机构(10)的精密油压分度台(33)的上表面，所述高精度激光测距传感器组件(8)中的联接盘(20)的中心线与所述精密油压分度台(33)的中心线重合，所述高精度激光测距传感器组件(8)包括高精度激光测距传感器(21)、联接盘(20)、调位块(22)、第五螺钉(23)、压板(24)及高精度激光测距传感器座(25)，所述高精度激光测距传感器(21)与所述调位块(22)刚性联接，所述调位块(22)放在所述高精度激光测距传感器座(25)的上槽内，用所述压板(24)和所述第五螺钉(23)固定所述调位块(22)，所述高精度激光测距传感器座(25)通过其下通孔与所述联接盘(20)的上圆柱台阶紧配合，所述高精度激光测距传感器座(25)的上表面凹槽旁刻有与被测车轮轮毂内孔直径相对应的尺寸刻度，所述高精度激光测距传感器(21)测到的数据在其自身的量程之内；所述升降机构(10)通过第三螺钉(6)和第一垫片(7)固定于所述工作台(3)的下表面，所述升降机构(10)中心的圆板(34)外圆与所述工作台(3)下止口间隙配合，所述油缸头(13)的一端通过第一螺母(11)和第一螺栓(12)与所述升降机构(10)相连，所述油缸头(13)的另一端与所述油缸(14)通过螺纹相连，所述高精度激光测距传感器(21)通过信号线与所述数据采集卡、控制器及显示器相连。2.一种如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王全先，郭健，钟海波，刘涛，刘庆运，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34