基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法，包括以下步骤：获取列车轮不同截面的踏面轮缘的离散点集；将离散点集分别拟合成完整轮廓曲线；获取轮缘顶端与传感器平台的间距值，并修正滚动圆半径变化带来的轮缘和踏面上的特定点的高度误差；分别求解得到各个完整轮廓曲线上特定点的踏面半径，特定点到轮缘端面距离相等；以特定点所在滚动圆的圆心为原点建立三维坐标系，计算得到一系列踏面滚动圆周上的特定点的三维坐标数组；将三维坐标数组对应的完整轮廓曲线拟合得到踏面的完整轮廓。本发明专利技术提供的基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法和系统，能够测量列车轮对踏面的轮廓，并能进行测量误差修正，测量精度高。

Method and system for automatic measurement of train wheel tread three-dimensional profile based on error correction

The invention provides a train wheel tread contour three-dimensional automatic measurement method based on the error correction, including the following steps: obtaining the train wheel tread and flange sections of the discrete point set; discrete point set is fitted to obtain complete contour curve; spacing and sensor platform top flange height error correction value, and bring the rim rolling radius changes and specific points on the surface of the tread; tread radius is obtained respectively each complete contour curve of specific point, specific point to end distance equal to the rim; specific point where rolling circle to establish three-dimensional coordinates for the origin of a series of tread rolling specific points on the circumference of the 3D coordinate array calculation; complete contour curve fitting three-dimensional coordinate array corresponding to the obtained tread contour. The invention provides a method and a system for automatically measuring the three-dimensional profile of a train wheel tread based on error correction, which can measure the profile of the train wheel tread, and can carry out the measurement error correction.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法和系统，尤其涉及一种通过选取激光信噪比最佳点来测量列车轮对直径的方法和系统。
技术介绍
列车轮对圆周面由轮缘与踏面两功能曲面组成，踏面与钢轨接触实现承载运行，与轮缘共同用于导向。因此，轮对圆周面上与钢轨产生接触的表面部分都会产生磨耗，只有轮缘顶端的圆弧是不与钢轨接触的部分，不存在磨耗，而在运行中一直保持稳定的几何尺寸。轮缘的直径是列车轮很重要的尺寸，现有技术是通过人工使用列车轮径尺对列车轮对直径进行测量或通过列车轮对几何尺寸在线测量系统进行检测，轮径的测量精度都在0.5mm。
技术实现思路
基于以上不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法和系统，能够测量列车轮对踏面的轮廓，并能进行测量误差修正，测量精度高。为了解决以上技术问题，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法，包括以下步骤：(1)获取列车轮不同截面的踏面轮缘的离散点集；(2)将所述离散点集分别拟合成完整轮廓曲线；(3)获取轮缘顶端与传感器平台的间距值，并修正滚动圆半径变化带来的轮缘和踏面上的特定点的高度误差；(4)分别求解得到各个完整轮廓曲线上特定点的踏面半径，所述特定点到轮缘端面距离相等；(5)以特定点所在滚动圆的圆心为原点建立三维坐标系，计算得到一系列踏面滚动圆周上的特定点的三维坐标数组；(6)将三维坐标数组对应的完整轮廓曲线拟合得到踏面的完整轮廓。所述获取列车轮不同截面的踏面轮缘的离散点集包括：(11)获取列车轮不同截面的踏面轮缘的坐标；(12)将所述坐标融合成离散点集。所述获取列车轮不同截面的踏面轮缘的坐标包括：在轨道上靠近列车轮的踏面和轮缘的位置分别设置激光位移传感器，从列车轮进入激光位移传感器有效测量范围到离开激光位移传感器有效测量范围止，两个激光位移传感器分别同步获取列车轮不同截面的踏面轮缘的自有坐标系坐标；将所述自有坐标系坐标转换成中间坐标系坐标。所述将所述自有坐标系坐标转换成中间坐标系坐标包括：建立自有坐标系到中间坐标系的转换关系；根据所述转换关系将自有坐标系坐标转换为中间坐标系坐标。所述将所述离散点集分别拟合成完整轮廓曲线包括：将离散点分区段拟合成分段曲线；将所述分段曲线拟合成完整轮廓曲线。一种基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量系统，包括：离散点集获取模块、轮廓曲线拟合模块、误差修正模块、半径求解模块、三维坐标求解模块以及踏面轮廓拟合模块，其中，离散点集获取模块，用于获取列车轮不同截面的踏面轮缘的离散点集；轮廓曲线拟合模块，用于将所述离散点集分别拟合成完整轮廓曲线；误差修正模块，用于获取轮缘顶端与传感器平台的间距值，并修正滚动圆半径变化带来的轮缘和踏面上的特定点的高度误差；半径求解模块，用于分别求解得到各个完整轮廓曲线上特定点的踏面半径，所述特定点到轮缘端面距离相等；三维坐标求解模块，用于以特定点所在滚动圆的圆心为原点建立三维坐标系，计算得到一系列踏面滚动圆周上的特定点的三维坐标数组；踏面轮廓拟合模块，用于将三维坐标数组对应的完整轮廓曲线拟合得到踏面的完整轮廓。所述离散点集获取模块包括坐标获取单元、坐标融合单元、其中，坐标获取单元，用于获取列车轮不同截面的踏面轮缘的坐标；坐标融合单元，将所述坐标融合成离散点集。所述坐标获取单元包括两个激光位移传感器和坐标转换单元，激光位移传感器，分别设置在所述列车轮的内侧和外侧，所述激光位移传感器分别同步获取列车轮不同截面的踏面轮缘的自有坐标系坐标；坐标转换单元，将所述自有坐标系坐标转换成中间坐标系坐标。所述坐标转换单元包括，测量模型子单元，用于建立自有坐标系到中间坐标系的转换关系；转换子单元，用于根据所述转换关系将自有坐标系坐标转换为中间坐标系坐标。所述轮廓曲线拟合模块包括：分段曲线拟合单元，用于将离散点分区段拟合成分段曲线；轮廓曲线拟合单元，用于将所述分段曲线拟合成完整轮廓曲线。采用以上技术方案，本专利技术取得了以下技术效果：本专利技术提供的基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法和系统，能够测量列车的踏面的滚动圆廓形，从而可以看出列车踏面的磨损程度，并能对测量误差进行修正，其所能达到的测量精度高于现有的列车在线轮对几何尺寸测量技术及一般维护用轮径测量技术的精度，而且结构简单安装方便。附图说明图1为本专利技术基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法的流程图；图2为本专利技术基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法中激光位移传感器与列车轮的相对位置俯视图；图3为本专利技术基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法中激光位移传感器测量范围示意图；图4为本专利技术基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法中激光位移传感器的投影示意图；图5a和5b分别为本专利技术基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法的激光位移传感器A和B是坐标转换示意图；图6为本专利技术基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法中融合后的踏面和轮缘的轮廓的离散点集示意图；图7为本专利技术基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法中由离散点集拟合形成的完整轮廓曲线；图8为本专利技术基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法中踏面半径测量几何定位模型图；图9为本专利技术基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法中踏面上特定点ai点的坐标转换示意图；图10为本专利技术基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量系统的组成结构示意图。具体实施方式如图1-图5所示，本专利技术基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法包括以下步骤：S101：获取列车轮不同截面的踏面轮缘的离散点集；具体的，如图2所示，在轨道上靠近列车轮的踏面和轮缘的位置分别设置激光位移传感器，其中，标号为A的激光位移传感器设置在轨道上靠近轮缘的位置，标号为B的激光位移传感器设置在轨道上靠近踏面的位置，激光位移传感器A和激光位移传感器B共同决定的探测面与轨道水平面的倾角为45°，也可以为其它角度。图3为激光位移传感器A和B的投影示意图，激光位移传感器A和B分别同步获取部分踏面和轮缘的自有坐标系坐标，从列车轮进入激光位移传感器A和B的有效测量范围到离开激光位移传感器A和B的有效测量范围止，两个激光位移传感器分别同步获取列车轮不同截面的踏面轮缘的自有坐标系坐标，所述截面为通过车轮中轴线的截面或平行于所述车轮中轴线的截面。激光位移传感器基于激光三角测量原理，内部由激光二极管的光学系统和CCD线性感应元件组成，激光源发射的激光在踏面和轮缘形成一条激光带，其反射光呈一定角度反射到CCD线性感应元件，经传感器的集成电路处理光学位移数据后得到踏面轮廓坐标点。传感器测量值通过X-Y数据图展示出来，即每个测量点都会输出两个值，一个值是离测量中心线的距离X，一个值是离传感器激光源的距离Y，图3中区域C为激光位移传感器A或B的有效测量范围，其中La为横向X的最小有效量程，Le为横向X的最大有效量程，Lm为纵向Y的最小有效量程，Ln为纵向Y的最大有效量程。由于传感器安装于轨道两侧，加之轮轨间的游间造成的横向位移，实时完整轮廓曲线无法与静态标准轮廓自然重合。再有，由于两个激光位移传感器的安装位置与水平面以及轨道均成一定的角度，测得的自有坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)获取列车轮不同截面的踏面轮缘的离散点集；(2)将所述离散点集分别拟合成完整轮廓曲线；(3)获取轮缘顶端与传感器平台的间距值，并修正滚动圆半径变化带来的轮缘和踏面上的特定点的高度误差；(4)分别求解得到各个完整轮廓曲线上特定点的踏面半径，所述特定点到轮缘端面距离相等；(5)以特定点所在滚动圆的圆心为原点建立三维坐标系，计算得到一系列踏面滚动圆周上的特定点的三维坐标数组；(6)将三维坐标数组对应的完整轮廓曲线拟合得到踏面的完整轮廓。

【技术特征摘要】
1.一种基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)获取列车轮不同截面的踏面轮缘的离散点集；(2)将所述离散点集分别拟合成完整轮廓曲线；(3)获取轮缘顶端与传感器平台的间距值，并修正滚动圆半径变化带来的轮缘和踏面上的特定点的高度误差；(4)分别求解得到各个完整轮廓曲线上特定点的踏面半径，所述特定点到轮缘端面距离相等；(5)以特定点所在滚动圆的圆心为原点建立三维坐标系，计算得到一系列踏面滚动圆周上的特定点的三维坐标数组；(6)将三维坐标数组对应的完整轮廓曲线拟合得到踏面的完整轮廓。2.根据权利要求1所述的基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法，其特征在于，所述获取列车轮不同截面的踏面轮缘的离散点集包括：(11)获取列车轮不同截面的踏面轮缘的坐标；(12)将所述坐标融合成离散点集。3.根据权利要求2所述的基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法，其特征在于，所述获取列车轮不同截面的踏面轮缘的坐标包括：在轨道上靠近列车轮的踏面和轮缘的位置分别设置激光位移传感器，从列车轮进入激光位移传感器有效测量范围到离开激光位移传感器有效测量范围止，两个激光位移传感器分别同步获取列车轮不同截面的踏面轮缘的自有坐标系坐标；将所述自有坐标系坐标转换成中间坐标系坐标。4.根据权利要求3所述的基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法，其特征在于，所述将所述自有坐标系坐标转换成中间坐标系坐标包括：建立自有坐标系到中间坐标系的转换关系；根据所述转换关系将自有坐标系坐标转换为中间坐标系坐标。5.根据权利要求1所述的基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量方法，其特征在于，所述将所述离散点集分别拟合成完整轮廓曲线包括：将离散点分区段拟合成分段曲线；将所述分段曲线拟合成完整轮廓曲线。6.一种基于误差修正的列车轮踏面三维轮廓自动化测量系统，其特征在于，包括：离散点集获取模块、轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏钊颐，
申请(专利权)人：广州地铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44