一种便携式轮对参数检测仪制造技术

本发明专利技术涉及轨道车辆检测技术领域，公开了一种用于测量轮对几何尺寸的便携式轮对参数检测仪。通过本发明专利技术创造，提供了一种用于测量轮对几何尺寸的非接触式静态检测装置，即通过在手持载具上布置针对轮辋内/外侧区的定位块、直线步进电机、激光位移传感器、接近传感器和控制模块，不但可以实现便携和低成本目的，还可以最节能方式获取扫描轮对轮廓表面的测量数据，并基于测量数据计算得到轮对参数，实现非接触式静态测量轮对几何尺寸的目的，进而可避免人为测量所带来的误差，确保测量精度，提升测量效率。此外，与目前市场上的轮对参数动态检测装置相比较，具有测量时无需直接接触，成本造价低，维护操作工作简单且检测精度相近的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式轮对参数检测仪
本专利技术属于轨道车辆检测
，具体地涉及一种用于测量轮对几何尺寸的便携式轮对参数检测仪。
技术介绍
在轨道交通领域中，中国作为世界主要高铁产业国之一，自2008年开通高铁，其发展非常迅速，但是很多技术尚不成熟，仍处于起步阶段。轮对作为支撑列车行驶的重要部件，直接与钢轨接触，为列车提供行走时的动力与制动力。当列车在运行中频繁加速和紧急制动时，轮对受到轮轨力的作用而导致踏面几何参数的变化与擦伤的产生，进而引起轮对与轨道之间的异常撞击，给轨道及轨道路基带来冲击，影响列车行驶安全与乘客的舒适性。随着高速铁路与城市轨道交通的快速发展，待检测轮对数量不断增加，检测周期不断缩短，检测参数不断增多，对检测仪器的智能化需求日益迫切。目前在轨道车辆轮对几何尺寸测量方面，国内高速动车组并没有完善的轮对几何尺寸测量的装置。究其原因，主要在于当前轮对参数检测的方法分为两种：(1)动态在线检测，虽然其不占车辆周转时间，具有高精度和高效率的特点，并多采用地面定置的非接触式测量，但成本造价较高，维护相对复杂，并且工作环境非常复杂，易受到工作现场电磁、电场和谐波等干扰，同时也可能受到列车上其他设备的干扰；(2)静态检测，其在传统上多采用机械量具，并采用接触式测量，但是测量过程依靠人工进行，易受人为因素干扰且效率较低，丹麦的MINIPROF便携式轮廓曲线检测仪，西南交通大学张英春和周文祥的五连杆机构的WP-C型便携式车轮外形测量仪均属于此类。近年来，瑞士ELAG公司、南京理工大学张静的便携式轮对测量仪、北京交通大学刘杰的便携式车轮廓测量仪(其基于激光位移传感器进行非接触式测量)，虽然采用非接触式测量实现了对几何参数的测量，但因为成本和精度等原因并未得到推广。目前，国内铁路的检修部门仍广泛使用第四代检查器和轮径尺，该仪器测量精度较低且易受人为因素影响。因此，研发高精度、可靠、方便携带的轮对参数检测仪具有重要的现实意义。
技术实现思路
为了解决现有轮对参数静态检测装置在精度、可靠和携带方面所存在的局限性问题，本专利技术目的在于提供一种用于测量轮对几何尺寸的便携式轮对参数检测仪，其与目前市场上的轮对参数动态检测装置相比较，具有测量时无需直接接触，成本造价低，维护操作工作简单且检测精度相近的优势，能够满足地铁、轻轨、动车及高铁等检修部门的需求，保证高速列车在途运行的安全可靠性。第一方面，本专利技术提供了一种便携式轮对参数检测仪，包括有手持载具及布置在所述手持载具上的第一定位块、第二定位块、轮廓采集模块和控制模块，其中，所述第一定位块和所述第二定位块间隔布置且分别用于定位轮辋内侧区和轮辋外侧区；所述轮廓采集模块包括有直线步进电机、激光位移传感器和接近传感器，其中，所述直线步进电机的直线往复运动方向平行于所述第一定位块和所述第二定位块的所在直线，所述激光位移传感器和所述接近传感器分别绑定布置在所述直线步进电机的直线往复运动部上；所述控制模块分别通信连接所述直线步进电机的受控端、所述激光位移传感器的输出端和所述接近传感器的输出端，用于在收到检测启动指令后，控制所述直线步进电机带动所述激光位移传感器和所述接近传感器做单向匀速运动，然后在收到由所述接近传感器于检测到所述第一定位块时反馈的触发信号后，触发所述激光位移传感器开始测量从传感器至轮对轮廓表面的实时距离，直到在收到由所述接近传感器于检测到所述第二定位块时反馈的触发信号后停止测量，最后根据由所述激光位移传感器反馈的测量数据计算得到轮对参数，其中，所述轮对参数包含有车轮直径、轮缘高度、轮缘厚度和/或轮缘综合值。基于上述
技术实现思路
，提供了一种用于测量轮对几何尺寸的非接触式静态检测装置，即通过在手持载具上布置针对轮辋内/外侧区的定位块、直线步进电机、激光位移传感器、接近传感器和控制模块，不但可以实现便携和低成本目的，还可以最节能方式获取扫描轮对轮廓表面的测量数据，并基于测量数据计算得到轮对参数，实现非接触式静态测量轮对几何尺寸的目的，进而可避免人为测量所带来的误差，确保测量精度，提升测量效率。通过使用测试，能够实现快速测量，使单次测量扫描时间仅需10s，单人检测时间小于1分钟，并且精巧方便，适合转向架下车轮(轮对)狭小空间测量，以及使检测仪的平均耗电量为2.96W，检测时间可持续6小时，因此其与目前市场上的轮对参数动态检测装置相比较，具有测量时无需直接接触，成本造价低，维护操作工作简单且检测精度相近的优势，能够满足地铁、轻轨、动车及高铁等检修部门的需求，保证高速列车在途运行的安全可靠性。在一个可能的设计中，根据由所述激光位移传感器反馈的测量数据计算得到轮对参数，包括有如下步骤：S101.将所述测量数据转化为实测直角坐标系XOY下的且用于表征实测轮廓线的二维点云数据，其中，所述实测直角坐标系XOY以所述第一定位块为坐标原点，以所述激光位移传感器的移动方向为横轴方向，并以所述激光位移传感器的发射方向为纵轴方向；S102.根据所述二维点云数据，采用最小二乘曲线拟合法计算出所述实测轮廓线中轮辋外侧倾斜段在所述实测直角坐标系XOY下的斜率κ,并根据所述斜率κ与理想斜率κ′的几何关系，计算得到旋转参数Δθ＝arctanκ′-arctanκ，其中，所述理想斜率κ′是指标准轮廓线中轮辋外侧倾斜段在所述实测直角坐标系XOY下的已知斜率；S103.根据所述二维点云数据，采用基于半径约束的圆弧拟合法计算出所述实测轮廓线中轮缘顶点在所述实测直角坐标系XOY下的坐标(xA,yA)，并根据所述旋转参数Δθ、所述坐标(xA,yA)和标准轮廓线中轮缘顶点在所述实测直角坐标系XOY下的已知坐标(x′A,y′A)，计算得到平移参数(Δx＝x′A-xAcos(Δθ)+yAsin(Δθ),Δy＝y′A-xAsin(Δθ)+yAcos(Δθ))；S104.根据所述旋转参数Δθ和所述平移参数(Δx,Δy)，对在所述二维点云数据中的所有数据点进行旋转平移操作，完成所述实测轮廓线与所述标准轮廓线的廓形匹配，并根据所述实测轮廓线的新坐标和所述标准轮廓线的且用于计算轮对参数的关键特征点，计算出实测的所述轮对参数。基于前述可能设计，可以根据基于测量数据获取到的旋转参数和平移参数，对实测轮廓线进行旋转平移操作，完成实测轮廓线与标准轮廓线的廓形匹配，并通过廓形匹配方法最终计算得到轮对参数，实现轮对参数的自动化测量目的。在一个可能的设计中，在所述步骤S101之后且所述步骤S102之前,还包括有如下步骤：采用基于中值误差项和空间连续度调整权值的平滑处理算法对所述二维点云数据进行平滑处理。在一个可能的设计中，在所述步骤S104之后,还包括有如下步骤：S201.采用基于中值误差项和空间连续度调整权值的平滑处理算法对所述二维点云数据进行平滑处理，得到新的二维点云数据；S202.针对所述新的二维点云数据，依次执行所述步骤S102～S104，获取本次所得的轮对参数；S203.将所述本次所得的轮对参数与前次所得的轮对参数进行对比，得到轮对参数偏差；...

【技术保护点】
1.一种便携式轮对参数检测仪，其特征在于，包括有手持载具(1)及布置在所述手持载具(1)上的第一定位块(21)、第二定位块(22)、轮廓采集模块和控制模块，其中，所述第一定位块(21)和所述第二定位块(22)间隔布置且分别用于定位轮辋内侧区和轮辋外侧区；/n所述轮廓采集模块包括有直线步进电机(31)、激光位移传感器(32)和接近传感器(33)，其中，所述直线步进电机(31)的直线往复运动方向平行于所述第一定位块(21)和所述第二定位块(22)的所在直线，所述激光位移传感器(32)和所述接近传感器(33)分别绑定布置在所述直线步进电机(31)的直线往复运动部上；/n所述控制模块分别通信连接所述直线步进电机(31)的受控端、所述激光位移传感器(32)的输出端和所述接近传感器(33)的输出端，用于在收到检测启动指令后，控制所述直线步进电机(31)带动所述激光位移传感器(32)和所述接近传感器(33)做单向匀速运动，然后在收到由所述接近传感器(33)于检测到所述第一定位块(21)时反馈的触发信号后，触发所述激光位移传感器(32)开始测量从传感器至轮对轮廓表面的实时距离，直到在收到由所述接近传感器(33)于检测到所述第二定位块(22)时反馈的触发信号后停止测量，最后根据由所述激光位移传感器(32)反馈的测量数据计算得到轮对参数，其中，所述轮对参数包含有车轮直径、轮缘高度、轮缘厚度和/或轮缘综合值。/n...

【技术特征摘要】
1.一种便携式轮对参数检测仪，其特征在于，包括有手持载具(1)及布置在所述手持载具(1)上的第一定位块(21)、第二定位块(22)、轮廓采集模块和控制模块，其中，所述第一定位块(21)和所述第二定位块(22)间隔布置且分别用于定位轮辋内侧区和轮辋外侧区；
所述轮廓采集模块包括有直线步进电机(31)、激光位移传感器(32)和接近传感器(33)，其中，所述直线步进电机(31)的直线往复运动方向平行于所述第一定位块(21)和所述第二定位块(22)的所在直线，所述激光位移传感器(32)和所述接近传感器(33)分别绑定布置在所述直线步进电机(31)的直线往复运动部上；
所述控制模块分别通信连接所述直线步进电机(31)的受控端、所述激光位移传感器(32)的输出端和所述接近传感器(33)的输出端，用于在收到检测启动指令后，控制所述直线步进电机(31)带动所述激光位移传感器(32)和所述接近传感器(33)做单向匀速运动，然后在收到由所述接近传感器(33)于检测到所述第一定位块(21)时反馈的触发信号后，触发所述激光位移传感器(32)开始测量从传感器至轮对轮廓表面的实时距离，直到在收到由所述接近传感器(33)于检测到所述第二定位块(22)时反馈的触发信号后停止测量，最后根据由所述激光位移传感器(32)反馈的测量数据计算得到轮对参数，其中，所述轮对参数包含有车轮直径、轮缘高度、轮缘厚度和/或轮缘综合值。


2.如权利要求1所述的便携式轮对参数检测仪，其特征在于，根据由所述激光位移传感器(32)反馈的测量数据计算得到轮对参数，包括有如下步骤：
S101.将所述测量数据转化为实测直角坐标系XOY下的且用于表征实测轮廓线的二维点云数据，其中，所述实测直角坐标系XOY以所述第一定位块(21)为坐标原点，以所述激光位移传感器(32)的移动方向为横轴方向，并以所述激光位移传感器(32)的发射方向为纵轴方向；
S102.根据所述二维点云数据，采用最小二乘曲线拟合法计算出所述实测轮廓线中轮辋外侧倾斜段在所述实测直角坐标系XOY下的斜率κ,并根据所述斜率κ与理想斜率κ′的几何关系，计算得到旋转参数Δθ＝arctanκ′-arctanκ，其中，所述理想斜率κ′是指标准轮廓线中轮辋外侧倾斜段在所述实测直角坐标系XOY下的已知斜率；
S103.根据所述二维点云数据，采用基于半径约束的圆弧拟合法计算出所述实测轮廓线中轮缘顶点在所述实测直角坐标系XOY下的坐标(xA,yA)，并根据所述旋转参数Δθ、所述坐标(xA,yA)和标准轮廓线中轮缘顶点在所述实测直角坐标系XOY下的已知坐标(x′A,y′A)，计算得到平移参数(Δx＝x′A-xAcos(Δθ)+yAsin(Δθ),Δy＝y′A-xAsin(Δθ)+yAcos(Δθ))；
S104.根据所述旋转参数Δθ和所述平移参数(Δx,Δy)，对在所述二维点云数据中的所有数据点进行旋转平移操作，完成所述实测轮廓线与所述标准轮廓线的廓形匹配，并根据所述实测轮廓线的新坐标和所述标准轮廓线的且用于计算轮对参数的关键特征点，计算出实测的所述轮对参数。


3.如权利要求2所述的便携式轮对参数检测仪，其特征在于，在所述步骤S101之后且所述步骤S102之前,还包括有如下步骤：
采用基于中值误差项和空间连续度调整权值的平滑处理算法对所述二维点云数据进行平滑处理。


4.如权利要求2所述的便携式轮对参数检测仪，其特征在于，在所述步骤S104之后,还包括有如下步骤：
S201.采用基于中值误差项和空间连续度调整权值的平滑处理算法对所述二维点云数据进行平滑处理，得到新的二维点云数据；
S202.针对所述新的二维点云数据，依次执行所述步骤S102～S104，获取本次所得的轮对参数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：林建辉，熊仕勇，邓韬，王继鹏，
申请(专利权)人：常州路航轨道交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32