一种便携式车轮几何参数测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种便携式车轮几何参数测量系统及方法，属于轨道交通技术领域。本发明专利技术的测量系统中激光控制器控制激光传感器，激光传感器发出激光对车轮轮廓数据进行采集，编码器与计米轮相连，车轮侧面设置感应块，车轮转动时，感应块触发感应开关，激光控制器开始记录车轮轮廓数据，并且按编码器的触发脉冲，每隔一定的脉冲数据采集一条车轮轮廓曲线。本发明专利技术能够一次测量获得轮缘高、轮缘厚、轮缘综合值、踏面径跳、轴心径跳、偏移径跳等几何参数，以及车轮的轴向轮廓曲线、周向轮廓曲线等直观显示车轮应用状况的二维图形，同时，本发明专利技术还提供了踏面径跳向轴心径跳的转化方法，为某些仅能测量踏面径跳的检测设备提供一种得到轴心径跳的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式车轮几何参数测量系统及方法
本专利技术涉及轨道交通
，更具体地说，涉及一种便携式车轮几何参数测量系统及方法。
技术介绍
车轮作为轨道交通车辆振动的重要振源之一，其应用状况直接影响列车的行车安全。来自车轮的振动主要包括两个方面，一是车轮磨耗后产生的踏面形变，二是车轮加工时产生的偏心。对于新轮或刚镟修后的车轮，其踏面圆和轮缘顶点圆可以看成是同心的标准圆，踏面形变为0，即踏面径跳(以轮缘顶点圆心为基准的径跳)为0，但加工时的轴心与轮缘顶点圆心并不同心，即轴缘距(轴心与轮缘顶点圆心的距离)不为0，轴心径跳(以轴心为基准的径跳)也不为0。随着车轮的磨耗，车轮踏面发生变形，由于轮缘顶点圆不发生磨耗，因此磨耗后的车轮踏面圆与轮缘顶点圆不再同心，但磨耗后的车轮踏面有着自己的当量圆心，即当量圆心随着车轮的磨耗发生了偏移，以当量圆心为基准的径跳称之为偏移径跳。当列车运行时，车轮是以当量圆心为基准在滚动，而车轮的振动需要用轴心径跳(踏面形为和偏心)来衡量，因此必须得到车轮的轴心径跳。经检索，专利号为CN200720076529.7的技术专利，公开了一种便携式铁路车轮不圆度及直径测量装置，该装置将列车车轮抬起，使其能够以轴心为基准自由旋转，并测量车轮踏面一周的轮廓，得到车轮的不圆度(或径跳)，该不圆度或径跳即为轴心径跳，但该装置需要将列车车轮一一抬起进行测量，测量效率低，测量精度也低。专利号为CN200720082608.9的技术专利，公开了一种升降式车轮踏面擦伤及不圆度在线动态检测装置，该装置直接安装在线路上，列车从设备上经过就能完成所有车轮的检测，检测效率得到提高，但该装置的检测原理是以轮缘顶点圆心为基准得到的踏面径跳，并不是轴心径跳。另外，专利号为CN200920266592.6的技术专利，公开了一种车轮圆周表面粗糙度及非圆化磨损便携式测量设备，其激光位移传感器的激光头固定在激光头支撑座上；激光位移传感器的串口、USB接口分别与计算机的串口和USB接口相连；小轮机构的小轮轴连接有增量光电编码器，增量光电编码器的信号输出端与激光位移传感器的控制信号输入端相连，该测量设备能在现场测量各种车轮圆周的表面粗糙度及非圆化磨损情况。专利号为201320613795.4的技术专利，公开了一种便携式轨道车辆车轮周向不平顺和直径测量设备，该测量设备磁性基座上表面的一侧与转臂的下端铰接，转臂上端的转轴与小轮配合，该转轴上安装有旋转编码器；转臂的中部通过张紧弹簧与磁性基座上表面的中部连接；磁性基座上表面另一侧固定有传感器支撑架，传感器支撑架的上端连接位移传感器固定板，位移传感器固定板上螺纹连接有位移传感器；光电触发器与数据采集器电连接，数据采集器还与位移传感器、旋转编码器电连接。该设备具有便于携带、易于安装拆卸的优点。但上述申请案同样存在测量参数单一、测量效率低的问题。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术提供了一种便携式车轮几何参数测量系统及方法，使用本专利技术提供的参数测量系统能够一次测量获得车轮的直径、轮缘高、轮缘厚、轮缘综合值、踏面径跳、轴心径跳、偏移径跳、轴缘距、偏移系数等几何参数，以及车轮的轴向轮廓曲线、周向轮廓曲线等直观显示车轮应用状况的二维图形，同时，本专利技术还提供了踏面径跳向轴心径跳的转化方法，为某些仅能测量踏面径跳的检测设备提供一种得到轴心径跳的方法。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种便携式车轮几何参数测量系统，包括激光控制器、激光传感器、计米轮、编码器和感应块，所述的激光控制器控制激光传感器，激光传感器发出激光对车轮轮廓数据进行采集，编码器与计米轮相连，计米轮紧贴车轮踏面，车轮侧面设置感应块，车轮转动时，感应块触发感应开关，激光控制器开始记录车轮轮廓数据，并且按编码器的触发脉冲，每隔一定的脉冲数据采集一条车轮轮廓曲线。更进一步地，所述的测量系统包括激光调节单元，该激光调节单元包括底板、X方向滑板和Y方向滑板，X方向滑板设置于底板上，能够沿底板在X方向移动，底板上设置了X方向紧固旋钮，调节激光传感器至X方向需要的位置后，该X方向紧固旋钮定位X方向滑板，使其不能移动；Y方向滑板设置于X方向滑板上，能够沿X方向滑板在Y方向移动，Y方向滑板上设置了Y方向紧固旋钮，调节激光传感器至Y方向需要的位置后，该Y方向紧固旋钮作用于X方向滑板，将Y方向滑板锁紧。更进一步地，所述的激光调节单元还包括一激光角度调节组件，该激光角度调节组件包括水平角调节旋钮和激光安装板，激光安装板设置于Y方向滑板上，且激光安装板与Y方向滑板连接的一侧设置旋转轴，水平角调节旋钮通过旋转轴带动激光安装板旋转，调节激光探测光束的水平角；同时，激光安装板上开设有导向孔和定位孔，激光传感器上的定位销插入所述定位孔中，导向销插入所述导向孔中，通过调节导向销，使得激光传感器以定位销为轴旋转，调节激光探测光束的俯仰角。更进一步地，所述的测量系统还包括计米轮调节单元，该计米轮调节单元包括活动板、支架、支撑板和编码器，活动板能够沿底板移动，活动板上设置了活动板紧固旋钮，调节计米轮至需要的位置后，该活动板紧固旋钮作用于底板将活动板锁紧；所述的计米轮设置于支撑板上并连接编码器，支撑板和支架之间设置滑块，支架设置于活动板上，滑块内部设置弹簧，滑块和弹簧的作用可将计米轮贴紧车轮踏面，当车轮转动时，带动计米轮以相同的线速度转动，计米轮的转动带动编码器发出脉冲信号。本专利技术的一种车轮几何参数测量方法，其步骤为：步骤一、利用所述的参数测量系统采集数据，获得踏面轴向轮廓曲线；步骤二、对步骤一获得的每一条轮廓曲线进行计算，求取轮缘高、轮缘厚、轮缘综合值三个参数，并找到最大轮缘高、最小轮缘高、最大轮缘厚、最小轮缘厚、最大轮缘综合值、最小轮缘综合值以及所对应的轮廓曲线；再对所得所有轮廓曲线上每一个X坐标求平均Y坐标，输出车轮的平均轴向轮廓曲线；步骤三、求取车轮直径，并提取周向轮廓曲线，根据提取的周向轮廓曲线，计算车轮径向跳动；步骤四、以轮缘顶点圆圆心为原点建立坐标系1，以轴心为原点建立坐标系2，分别对两个坐标系中的名义滚动圆轮廓进行圆拟合，求出拟合圆的圆心，即名义滚动圆的当量圆心，通过当量圆心相对于轮缘顶点圆圆心和轴心的偏移方向和距离，确定轴心坐标，求得轴心径跳。更进一步地，步骤一中，参数测量系统一次测量只能得到部分车轮踏面轴向轮廓曲线，对于踏面轴向轮廓曲线的获得分为两种情况，第一种情况是车轮踏面类型已知，内辋面到轮缘顶点的距离d1，以及测量点到名义滚动圆的高度h1已知，只需测量包含轮缘顶点和名义滚动圆在内的部分轮廓，并与已知踏面类型后的内辋面到轮缘顶点部分的轮廓进行拼接即可得到踏面轴向轮廓曲线；第二种情况是车轮踏面类型未知，需要先测量包含内辋面和轮缘顶点在内的部分轮廓，再测量包含轮缘顶点和名义滚动圆在内的部分轮廓，再将两段轮廓进行拼接得到踏面轴向轮廓曲线。更进一步地，第二种情况进行拼接的具体过程为：A.1、对所测轮廓中内辋面部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式车轮几何参数测量系统，其特征在于：包括激光控制器、激光传感器(310)、计米轮(47)、编码器(48)和感应块，所述的激光控制器控制激光传感器(310)，激光传感器(310)发出激光对车轮轮廓数据进行采集，编码器(48)与计米轮(47)相连，计米轮(47)紧贴车轮(7)踏面，车轮(7)侧面设置感应块，车轮转动时，感应块触发感应开关，激光控制器开始记录车轮轮廓数据，并且按编码器(48)的触发脉冲，每隔一定的脉冲数据采集一条车轮轮廓曲线。/n

【技术特征摘要】
1.一种便携式车轮几何参数测量系统，其特征在于：包括激光控制器、激光传感器(310)、计米轮(47)、编码器(48)和感应块，所述的激光控制器控制激光传感器(310)，激光传感器(310)发出激光对车轮轮廓数据进行采集，编码器(48)与计米轮(47)相连，计米轮(47)紧贴车轮(7)踏面，车轮(7)侧面设置感应块，车轮转动时，感应块触发感应开关，激光控制器开始记录车轮轮廓数据，并且按编码器(48)的触发脉冲，每隔一定的脉冲数据采集一条车轮轮廓曲线。


2.根据权利要求1所述的一种便携式车轮几何参数测量系统，其特征在于：所述的测量系统包括激光调节单元(3)，该激光调节单元(3)包括底板(31)、X方向滑板(32)和Y方向滑板(35)，X方向滑板(32)设置于底板(31)上，能够沿底板(31)在X方向移动，底板(31)上设置了X方向紧固旋钮(34)，调节激光传感器(310)至X方向需要的位置后，该X方向紧固旋钮(34)定位X方向滑板(32)，使其不能移动；Y方向滑板(35)设置于X方向滑板(32)上，能够沿X方向滑板(32)在Y方向移动，Y方向滑板(35)上设置了Y方向紧固旋钮(37)，调节激光传感器(310)至Y方向需要的位置后，该Y方向紧固旋钮(37)作用于X方向滑板(32)，将Y方向滑板(35)锁紧。


3.根据权利要求2所述的一种便携式车轮几何参数测量系统，其特征在于：所述的激光调节单元(3)还包括一激光角度调节组件，该激光角度调节组件包括水平角调节旋钮(38)和激光安装板(39)，激光安装板(39)设置于Y方向滑板(35)上，且激光安装板(39)与Y方向滑板(35)连接的一侧设置旋转轴(392)，水平角调节旋钮(38)通过旋转轴(392)带动激光安装板(39)旋转，调节激光探测光束的水平角；同时，激光安装板(39)上开设有导向孔(391)和定位孔，激光传感器(310)上的定位销(3101)插入所述定位孔中，导向销(3102)插入所述导向孔(391)中，通过调节导向销(3102)，使得激光传感器(310)以定位销(3101)为轴旋转，调节激光探测光束的俯仰角。


4.根据权利要求2或3所述的一种便携式车轮几何参数测量系统，其特征在于：所述的测量系统还包括计米轮调节单元(4)，该计米轮调节单元(4)包括活动板(41)、支架(44)、支撑板(45)和编码器(48)，活动板(41)能够沿底板(31)移动，活动板(41)上设置了活动板紧固旋钮(43)，调节计米轮(47)至需要的位置后，该活动板紧固旋钮(43)作用于底板(31)将活动板(41)锁紧；所述的计米轮(47)设置于支撑板(45)上并连接编码器(48)，支撑板(45)和支架(44)之间设置滑块(46)，支架(44)设置于活动板(41)上，滑块(46)内部设置弹簧，滑块(46)和弹簧的作用可将计米轮(47)贴紧车轮(7)踏面，当车轮(7)转动时，带动计米轮(47)以相同的线速度转动，计米轮(47)的转动带动编码器(48)发出脉冲信号。


5.一种车轮几何参数测量方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一、利用权利要求1-4任一项所述的参数测量系统采集数据，获得踏面轴向轮廓曲线；
步骤二、对步骤一获得的每一条轮廓曲线进行计算，求取轮缘高、轮缘厚、轮缘综合值三个参数，并找到最大轮缘高、最小轮缘高、最大轮缘厚、最小轮缘厚、最大轮缘综合值、最小轮缘综合值以及所对应的轮廓曲线；再对所得所有轮廓曲线上每一个X坐标求平均Y坐标，输出车轮的平均轴向轮廓曲线；
步骤三、求取车轮直径，并提取周向轮廓曲线，根据提取的周向轮廓曲线，计算车轮径向跳动；
步骤四、以轮缘顶点圆圆心为原点建立坐标系1，以轴心为原点建立坐标系2，分别对两个坐标系中的名义滚动圆轮廓进行圆拟合，求出拟合圆的圆心，即名义滚动圆的当量圆心，通过当量圆心相对于轮缘顶点圆圆心和轴心的偏移方向和距离，确定轴心坐标，求得轴心径跳。


6.根据权利要求5所述的一种车轮几何参数测量方法，其特征在于：步骤一中，参数测量系统一次测量只能得到部分车轮踏面轴向轮廓曲线，对于踏面轴向轮廓曲线的获得分为两种情况，第一种情况是车轮踏面类型已知，内辋面到轮缘顶点的距离d1，以及测量点到名义滚动圆的高度h1已知，只需测量包含轮缘顶点和名义滚动圆在内的部分轮廓，并与已知踏面类型后的内辋面到轮缘顶点部分的轮廓进行拼接即可得到踏面轴向轮廓曲线；第二种情况是车轮踏面类型未知，需要先测量包含内辋面和轮缘顶点在内的部分轮廓，再测量包含轮缘顶点和名义滚动圆在内的部分轮廓，再将两段轮廓进行拼接得到踏面轴向轮廓曲线。


7.根据权利要求6所述的一种车轮几何参数测量方法，其特征在于：第二种情况进行拼接的具体过程为：
A.1、对所测轮廓中内辋面部分的轮廓进行直线拟合，得到拟合直线...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺子铭，芮军，董章武，徐见，
申请(专利权)人：马鞍山市雷狮轨道交通装备有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34