一种火车车轴轴颈轴座外径的激光测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种火车车轴轴颈轴座外径的激光测量装置及其测量方法，属于非接触式测量技术领域。该装置主要包括C6140床身、四个激光测距传感器组件、电动分度盘、电动尾座、左右溜板、丝杠机构、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；C6140床身左端安装电动分度盘，导轨上安装两组溜板和电动尾座，激光测距传感器组件各有两组固定在左右溜板上，可同时对车轴上的两对轴颈轴座进行同时测量，将测量数据通过几何关系可计算出各处外径。本发明专利技术通过三次标准棒的测量，标定了激光线与车轴轴线之间的水平偏角α和垂直偏角β，测量误差小于10μm。测量误差小于10μm。测量误差小于10μm。

【技术实现步骤摘要】
一种火车车轴轴颈轴座外径的激光测量装置及其测量方法


[0001]本专利技术属于测量
，具体涉及一种火车车轴轴颈轴座外径的激光测量装置及其测量方法，是一种外径尺寸非接触式测量技术。

技术介绍

[0002]火车轮对压装属于过盈配合，是火车轮生产过程中一项重要的加工工艺，为了满足国标规定的压装曲线，压装时对火车车轴和火车轮或轴承的配合尺寸有着严格的要求，在进行压装之前应将准备压装的火车轮和火车车轴静置24小时，然后实时测量火车轮内径和火车车轴轴座的外径，将测量过后的火车轮和车轴轴座尺寸上传到系统，系统选配合适的轮对进行压装。目前，大部分工厂在测量时仍使用大游标卡尺、外径千分尺等专用机械量具的方式进行人工测量，这种测量方式读出的数值因人而异，会产生一定的人工误差，影响轮对的压装质量，而且人工测量的方式效率较低，无法满足自动化数字化工厂的生产要求。
[0003]文献“光透射式大尺寸车轴视觉测量技术”([D].吉林大学,2017)采用了单光双反射镜结构。解决了单光束透射式测量因车轴直径增大而使得透镜不断增大的问题。但是该方法结构比较复杂、成本比较高，且对测量环境要求较高。另有专利“火车车轴轮座直径非接触式测量系统及其测量方法”(201310611448.2[P].2013.11.26)，使用激光测距传感器实现了对火车车轴轴座的外径尺寸的非接触式测量，但是该方法未标定激光线在水平面内的偏角α，测量精度稍低，且无法对两对轴颈两对轴座进行同时测量。
[0004]在火车轮对压装车间的数字化工厂建设过程中，需要同时对火车车轴的两个轴颈(装轴承处)和两个轴座(装车轮处)的外径尺寸实现快速无接触式的测量，测量精度要达到10μm，并把测量结果和对应的车轴ID号上传车间的MES系统。

技术实现思路

[0005]1.专利技术要解决的技术问题
[0006]本专利技术针对现有火车车轴轴颈轴座外径尺寸测量中存在的技术问题，提出了一种火车车轴轴颈轴座外径的激光测量装置及其测量方法，可以有效提高检测精度。
[0007]2.技术方案
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0009]本专利技术的一种火车车轴轴颈轴座外径的激光测量装置，包括电动分度盘1、顶针2、左溜板3、床身4、右溜板6、电动尾座7、第一激光测距传感器组件8、第二激光测距传感器组件9、第三激光测距传感器组件10、第四激光测距传感器组件11、丝杠机构12、数据采集卡、控制器及显示器、继电器以及电缆电源；床身4具体采用C6140床身，且床身4上设有导轨，床身4一端安装有电动分度盘1，顶针2与电动分度盘1的转盘刚性连接，顶针2的轴线与电动分度盘1的转盘轴线重合且与床身4的导轨平行，电动尾座7安装在床身4的另一端导轨上，电动尾座7所带顶针轴线与顶针2轴线重合，左溜板3和右溜板6安装在床身4的导轨上并位于电动分度盘1和电动尾座7之间，第一激光测距传感器组件8和第二激光测距传感器组件9并
列安装在左溜板3上，第三激光测距传感器组件10和第四激光测距传感器组件11并列安装在右溜板6上，各激光测距传感器组件发射的激光线均指向顶针2的轴线；右溜板6与连接板22刚性连接，连接板22与丝杠机构12的螺母21刚性连接，丝杠机构12的左轴承座19和右轴承座23通过螺钉组固定在床身4侧面；各激光测距传感器通过信号线与数据采集卡相连，控制器通过电缆及信号线分别与电动分度盘、电动尾座、数据采集卡、显示器和继电器相连。
[0010]具体地，如图3所示，本专利技术中各激光测距传感器组件包括激光测距传感器13、第一L形板14、第一高精度分度台15、第二L形板16、第二高精度分度台17和底座18，激光测距传感器13安装在第一L形板14的顶侧面，第一L形板14的另一侧面固定在第一高精度分度台15的旋转盘上，第一高精度分度台15通过螺钉固定安装在第二L形板16的立侧面上，第二L形板16另一个面固定在第二高精度分度台17的旋转盘上表面，第二高精度分度台17固定在底座18上。
[0011]如图4所示，本专利技术中丝杠机构12包括左轴承座19、丝杠20、螺母21、连接板22、右轴承座23、锁紧盘24和手轮25，左轴承座19和右轴承座23通过螺栓组与C6140床身4刚性连接；丝杠20与两轴承座旋转副连接，丝杠20能在轴承座内做旋转运动；螺母21与丝杠20螺纹连接；连接板22与螺母21通过螺栓组刚性连接；手轮25与丝杠20刚性连接，转动手轮25可以带动丝杠20转动，使螺母21左右移动，从而使右溜板6通过刚性连接的螺母21和连接板22带动实现沿C6140床身4的导轨移动，调整好右溜板6位置后，锁紧锁紧盘24。
[0012]如图5所示，P0为激光传感器发射点，O点为理论状态激光线与待测轴轴线的交点，以OP0为X轴，待测轴轴线为Y轴，OZ为Z轴建立XYZ坐标系，P0P1为实际状态激光线，P0P1的长度L
110
为第一激光测距传感器组件8测得的到1
#
标准棒表面的距离，P0P2为实际状态激光线P0P1在垂直平面内的投影，OP2为1
#
标准棒半径，α为激光线在水平面内的偏角，β为激光线在垂直面内的偏角。
[0013]本专利技术的一种火车车轴轴颈轴座外径的激光测量方法，激光测量装置的两组溜板上各固定有两个激光测距传感器组件，可对两对轴颈轴座直径实现同时测量；；转动丝杠机构12的丝杠20调节右溜板6的横向位置，使第三激光测距传感器组件10和第四激光测距传感器组件11的激光线正对着车轴右端的轴座和轴颈；待测轴5安装在电动分度盘1和电动尾座7的顶针之间，电动分度盘1可以精准的使待测轴5每转90
°
进行一次测量；
[0014]首先，将已知半径R1的1#标准棒放置在电动分度盘1和电动尾座7的顶针之间，待其稳定后通过电动尾座7将1#标准棒顶起，转动激光测距传感器组件中第一高精度分度台15的蜗杆带动激光测距传感器13在垂直平面内转动，激光束在1#标准棒的外表面上下来回扫描，记录扫描的数值，待扫描的距离达到最小时，锁定第一高精度分度台15的蜗杆；然后转动激光测距传感器组件中第二高精度分度台17的蜗杆带动激光测距传感器13在水平平面内转动，激光束在1#标准棒的外表面左右来回扫描，记录扫描的数值，待扫描的距离达到最小时，锁定第二高精度分度台17的蜗杆；这时可近似的认为激光测距传感器13发射的激光束与待测轴5轴线相交，且垂直于待测轴5轴线；采用同样方法，调整其他三个激光测距传感器13的位姿；
[0015]上述激光线与待测轴5轴线相交且与其垂直仅是理论状态，故需对激光线在水平面和垂直面内的偏角α和偏角β进行标定，记录下激光测距传感器13读数L
110
后，卸下1#标准棒，再分别装上已知半径R2、R3的2#标准棒和3#标准棒，分别记录读数L
210
和L
310
，在保证激
光测距传感器13位置不变的情况下，激光测距传感器13发射点到待测轴5轴线的距离是不变的：
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火车车轴轴颈轴座外径的激光测量装置，其特征在于：包括电动分度盘(1)、顶针(2)、左溜板(3)、床身(4)、右溜板(6)、电动尾座(7)、第一激光测距传感器组件(8)、第二激光测距传感器组件(9)、第三激光测距传感器组件(10)、第四激光测距传感器组件(11)、丝杠机构(12)、数据采集卡、控制器及显示器、继电器以及电缆电源；床身(4)具体采用C6140床身，且床身(4)上设有导轨，床身(4)一端安装有电动分度盘(1)，顶针(2)与电动分度盘(1)的转盘刚性连接，顶针(2)的轴线与电动分度盘(1)的转盘轴线重合且与床身(4)的导轨平行，电动尾座(7)安装在床身(4)的另一端导轨上，电动尾座(7)所带顶针轴线与顶针(2)轴线重合，左溜板(3)和右溜板(6)安装在床身(4)的导轨上并位于电动分度盘(1)和电动尾座(7)之间，第一激光测距传感器组件(8)和第二激光测距传感器组件(9)并列安装在左溜板(3)上，第三激光测距传感器组件(10)和第四激光测距传感器组件(11)并列安装在右溜板(6)上，各激光测距传感器组件发射的激光线均指向顶针(2)的轴线；右溜板(6)与连接板(22)刚性连接，连接板(22)与丝杠机构(12)的螺母(21)刚性连接，丝杠机构(12)的左轴承座(19)和右轴承座(23)通过螺钉组固定在床身(4)侧面；各激光测距传感器通过信号线与数据采集卡相连，控制器通过电缆及信号线分别与电动分度盘、电动尾座、数据采集卡、显示器和继电器相连。2.根据权利要求1所述的一种火车车轴轴颈轴座外径的激光测量方法，其特征在于：激光测量装置的两组溜板上各固定有两个激光测距传感器组件，可对两对轴颈轴座直径实现同时测量；转动丝杠机构(12)的丝杠(20)调节右溜板(6)的横向位置，使第三激光测距传感器组件(10)和第四激光测距传感器组件(11)的激光线正对着车轴右端的轴座和轴颈；待测轴(5)安装在电动分度盘(1)和电动尾座(7)的顶针之间，电动分度盘(1)使待测轴(5)每转90
°
进行一次测量；首先，将已知半径R1的1#标准棒放置在电动分度盘(1)和电动尾座(7)的顶针之间，待其稳定后通过电动尾座(7)将1#标准棒顶起，转动激光测距传感器组件中第一高精度分度台(15)的蜗杆带动激光测距传感器(13)在垂直平面内转动，激光束在1#标准棒的外表面上下来回扫描，记录扫描的数值，待扫描的距离达到最小时，锁定第一高精度分度台(15)的蜗杆；然后转动激光测距传感器组件中第二高精度分度台(17)的蜗杆带动激光测距传感器(13)在水平平面内转动，激光束在1#标准棒的外表面左右来回扫描，记录扫描的数值，待扫描的距离达到最小时，锁定第二高精度分度台(17)的蜗杆；这时可近似的认为激光测距传感器(13)发射的激光束与待测轴(5)轴线相交，且垂直于待测轴(5)轴线；采用同样方法，调整其他三个激光测距传感器(13)的位姿；上述激光线与待测轴(5)轴线相交且与其垂直仅是理论状态，故需对激光线在水平面和垂直面内的偏角α和偏角β进行标定，记录下激光测距传感器(13)读数L
110
后，卸下1#标准棒，再分别装上已知半径R2、R3的2#标准棒和3#标准棒，分别记录读数L
210
和L
310
，在保证激光测距传感器(13)位置不变的情况下，激光测距传感器(13)发射点到待测轴(5)轴线的距离是不变的：由式(1)利用MATLAB数学工具求出第一激光测距传感器组件(8)的激光线偏角sinβ、cosα的值；
在对第一激光测距传感器组件(8)的激光线偏角进行标定的同时，记录下其余激光测距传感器(13)的读数，采用同样方法对第二激光测距传感器组件(9)、第三激光测距传感器组件(10)、第四激光测距传感器组件(11)的激光线偏角进行标定；将各激光测距传感器(13)的位置固定不变，卸下标准棒，放上待测轴(5)，可同时得出两个轴颈和两个轴座对应的读数L
11
、L
12
、L
13
、L
14
，电动分度盘(1)每旋转90
°
进行测量，分别得到读数L
21
、L
22...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡秀勇，王全先，尚钱，乔中一，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：