轮对自动测量装置，将激光测距传感器安装于一个三自由度运动机构上，在测控单元控制下，激光测距传感器沿轮对外轮廓作相对运动，使激光测距传感器与轮对表面的距离和测量线方位保持在测量精度允许的范围内，使激光测距传感器的激光束与轮对外表面的角度保持在激光测距传感器测量精度允许的范围内，根据三自由度运动机构的位置信息和激光测距传感器的测距信息，计算获得轮对外形尺寸数据，并存储测量数据，显示、检索、打印测量结果。该装置包括实时测控机柜，轮对激光扫描测量机构，轮对旋转机构，轮对夹紧定位机构，轮对升降机构，轮对进出机构，轮距变轨机构和轮对编号识别机构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量轮对外形尺寸的自动化测量装置，能够在生产、维修时用于测量多 种轨道式车辆所使用的轮对的外形尺寸。
技术介绍
轮对是轨道式车辆的重要部件，直接影响车辆的安全运行。轮对的外形尺寸是轮对的一 种重要技术指标，在轮对生产过程中和使用维修时都必须对其进行测量，以确认轮对的技术 指标合格，保证使用可靠。随着铁路列车运行速度不断提高，对轮对的外形尺寸的精度要求 也在提高。随着轮对制造业全球化的发展，轮对生产厂家需要为世界各国生产不同规格的轮 对产品。因此，轮对测量装置必须向高效自动化、高精度、适应多种规格轮对测量要求的方 向发展。现有的轮对测量装置采用下列三类技术1、采用接触式测量，用人工或自动机械的方式进行，测量精度和测量效率低，可靠性差(如CN2745057Y公告的轮对自动测量机)；2、采用 光学成像、涡流测距、超声测距方式进行自动测量，测量精度、测量效率和工作可靠性都比 接触式有一定提高(如CN2463262Y公告的一种轮对自动检测装置)；3、采用激光测距技术， 测量精度、测量效率和工作可靠性都有较大提高，是目前最先进的轮对测量技术(如 CN2678987Y公告的铁路客车和货车的轮对自动检测装置)。采用激光测距技术测量轮对外形尺寸目前存在如下有待解决的问题1、由于激光测距精 度与激光测距传感器与被测对象表面的距离、激光测距传感器测量线与被测对象表面所成的 角度紧密相关，而轮对外形凹凸变化显著，轮对踏面为复杂曲面，造成激光测距传感器与轮 对表面的距离、激光测距传感器测量线与被测对象表面所成的角度变化很大，轮对测量时激 光测距传感器的测量精度显著下降，难以满足轮对高精度测量的要求，成为轮对测量精度提 高的技术障碍。目前国内外的轮对测量装置都采用多个量程的激光测距传感器，放置在多个 测量位置，测量线的角度固定不变，这样可以在一定程度上降低激光测距传感器与轮对表面 的距离、激光测距传感器测量线与被测轮对表面角度这两个因素对测量精度的影响，但也增 加了激光测距传感器的数量，使设备成本上升，而且传感器位置无法适应不同规格轮对的测 量要求，轮对踏面这些复杂曲面的测量精度仍然无法保证(如CN2529800Y公告的一种自动测 量车轮踏面直径与轮缘厚度的装置)；也有人提出了采用大量程激光测距传感器结合水平运动 机构的技术方案，以减少激光测距传感器的数量，适应不同规格轮对的测量要求，但由于相 同的测量精度条件下量程大的激光测距传感器价格会成倍上升，而且这种方式无法保持激光 测距传感器的测量线与轮对表面接近垂直，只能依靠激光测距传感器的激光束区分轮对的内 外侧面，轴向测量精度不能达到要求，实际上无法实现(如CN2715134Y公告的轮对自动测量 装置)。2、现有轮对自动测量装置均采用非实时数字测控技术，在进行测距传感器运动控制、 位置测量和距离测量时产生不可预料的时间同步误差，从而导致很大的尺寸测量误差，只能 采用运动、停止、测距这样反复循环的间歇测量方式，极大地限制了自动测量装置运行效率 的提高，是未能解决的技术难点。3、由于轮对表面加工痕迹会造成激光测量时的噪声误差， 由于轮与轴的装配存在误差会导致两轮不平行和轮与轴不垂直，用通常的平滑滤波方式不能消除其对外形尺寸测量的影响，测量结果的一致性差，是未能解决的技术难点。4、由于轮对 测量时激光传感器要相对于轮对运动，轮对也要绕轮轴旋转，激光传感器与轮对的相对运动 精度、轮对轴向的定位精度对测量精度影响很大，是未能解决的技术难点。5、现有的轮对测 量装置都无轨距变换功能，只能用于一种轨距的轮对测量，无法对其它轨距规格的轮对进行 测量，存在明显的功能缺陷。
技术实现思路
本专利技术针对轮对测量装置存在的技术障碍、技术难点和功能缺陷，提出了一种轮对自动 测量装置，该装置能够对多种规格的轮对外形尺寸自动进行高效、高精度的测量。本专利技术的技术思想1、将激光测距传感器安装于一个带有光栅位置测量装置的三自由度 运动机构上，激光测距传感器在该运动机构的带动下沿轮对外轮廓作相对运动，保持激光测 距传感器与轮对表面的距离和方位的最优，以保证激光测距传感器位置测量和距离测量的精 度。2、采用实时数字测控部件，对三自由度运动机构进行实时轨迹优化控制，对激光测距传 感器的位置信息和距离测量信息进行实时采集，做到运动与测量同步进行，实现了 "边动边 测"，在确保测量精度的同时，大幅度提高轮对测量装置的运行效率。3、通过数字滤波、曲 线拟和算法，去除轮对表面加工痕迹所导致的测量误差，降低轮对装配位置误差对测量结果 一致性的影响。4、通过轮对轴的精确夹紧定位和标准量块提供可校准的测量基准，确保激光 测距传感器的相对定位精度，从而保障轮对外形尺寸的测量精度。5、通过专门设计的变轨机 构，适应不同轮距规格的轮对测量需要。本专利技术的技术方案轮对自动测量装置包括机座平台、立柱、横梁、测控机柜、变轨机 构、轮对进出机构、轮对升降机构、轮对夹紧定位机构、轮对旋转机构、激光扫描测量机构、 轮对编号识别机构。机座平台固定于地面的地基上，立柱垂直固定于机座平台两端，横梁固定于两个立柱的 上端，机座平台上有V形导槽和螺栓孔，为其它部件提供运动导向和安装基础。测控机柜安装于机座平台外侧，机柜内部有两台计算机、显示器、动力电源、信号电源、 电机驱动器、气路控制阀，计算机内装有运动控制卡、继电器卡、视频采集卡、网卡和串口， 运动控制卡与电机驱动器连接，电机驱动器输出与轮对测量装置的各电机连接，提供电机控 制驱动，继电器卡与各气路控制阀连接，各气路控制阀输出与各驱动气缸连接，提供驱动气 缸控制驱动，串口与激光传感器连接，接收测量信号，网口为上位计算机和下位计算机提供 信号传输通道。变轨机构包括运动基座、滚珠丝杠组件、步进电机、带有拨杆的导轨托叉。两节用于轮 对滚动的导轨分置于机座平台上， 一节导轨为固定导轨，另一节导轨为活动导轨。活动导轨 位于托叉的两个拨杆之间，托叉用螺栓固定于运动基座的内侧。运动基座下有V形突缘，与 机座平台的V形导槽构成滑动运动幅，运动基座外侧有固定螺栓孔，需调整轮对轨距时将螺 栓放松，调整完毕后再将螺栓拧紧。滚珠丝杠组件的外套部分与运动基座固接为一体，滚珠 丝杠组件的丝杠穿过其外套，与步进电机的输出轴铰链。步进电机安装在机座平台上，步进 电机驱动信号端与测控机柜内的电机驱动器的输出连接。调整轮对轨距时，测控机柜内的上 位计算机通过运动控制卡控制电机驱动器，电机驱动器输出信号驱动步进电机运动，使滚珠 丝杠旋转，丝杠带动运动基座和导轨托叉作伸縮运动，托义上的拨杆推拉导轨，使导轨变换位置。轮距调整完毕，将运动基座的固定螺栓和导轨的固定螺栓紧固，即完成了导轨距离调 整。轮对进出机构包括轮对推入机构和轮对推出机构，轮对推入机构接收送来的待测轮对， 并减缓其冲击，使其处于准备进入的状态，保护正在工作的轮对测量装置，当轮对测量装置 没有轮对正在进行测量时，轮对推入机构动作，将待测轮对推入测量位置；轮对推出机构接 收轮对推入机构送入的待测轮对，并减缓其冲击，使待测轮对处于准备状态，轮对升降机构 将轮对举升到测量位置完成测量，轮对测量完毕后，下降回到轮对推出机构，轮对推出机构 动作，将完成测量的轮对推出轮对测量装本文档来自技高网...
【技术保护点】
轮对自动测量装置，是一种利用激光测距原理对轮对外形尺寸进行自动测量的装置，其特征在于：激光测距传感器安装于一个三自由度运动机构上，该机构在数字测控单元的控制下带动激光测距传感器沿轮对外轮廓作相对运动，使激光测距传感器与轮对表面的距离保持在激光测距传感器测量精度允许的范围内，使激光测距传感器的激光束与轮对外表面的角度保持在激光测距传感器测量精度允许的范围内，测控单元根据三自由度运动机构的位置信息和激光测距传感器的测距信息计算获得轮对外形尺寸数据。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔忠伟，
申请(专利权)人：北京领邦仪器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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