火車(chē)車(chē)軸輪座直徑非接觸式測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種火車(chē)車(chē)軸輪座直徑非接觸式測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法，屬于測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。該測(cè)量系統(tǒng)包括車(chē)床、激光測(cè)距傳感器及其微調(diào)裝置、數(shù)據(jù)采集卡、主控制器及顯示器、繼電器以及電纜電源、信號(hào)通訊模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊。系統(tǒng)對(duì)C6180型車(chē)床進(jìn)行改裝，在車(chē)床橫向溜板上裝上一臺(tái)高精度激光測(cè)距傳感器。根據(jù)激光測(cè)距傳感器到車(chē)床軸線距離不變的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)床上大型軸類(lèi)零件相應(yīng)位置外徑的準(zhǔn)確測(cè)量。通過(guò)對(duì)兩根標(biāo)準(zhǔn)量棒的測(cè)量，對(duì)可能影響測(cè)量結(jié)果的激光線偏角α進(jìn)行了標(biāo)定，消除了偏角α產(chǎn)生的誤差，能夠滿足較高精度的測(cè)量要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】火車(chē)車(chē)軸輪座直徑非接觸式測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種火車(chē)車(chē)軸輪座直徑非接觸式測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】: [0002]在火車(chē)輪對(duì)壓裝工藝中，車(chē)輪和車(chē)軸輪座之間是過(guò)盈配合，而且其過(guò)盈量要求很?chē)?yán)格，待壓裝的眾多車(chē)輪和車(chē)軸輪座的加工尺寸公差是不同的，在壓裝前需要對(duì)車(chē)輪孔和車(chē)軸對(duì)應(yīng)輪座直徑進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，再在計(jì)算機(jī)專(zhuān)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行選配，只有車(chē)輪和車(chē)軸輪座之間的過(guò)盈配合滿足過(guò)盈量要求，壓裝后才能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壓裝曲線要求。目前，在大型軸類(lèi)零件的機(jī)械加工過(guò)程中，直徑測(cè)量的常用工具有大游標(biāo)卡尺、直徑千分尺等機(jī)械量具，這些工具都是依靠人眼來(lái)讀取測(cè)量數(shù)值，所讀數(shù)值因人而異，手工操作的差別不可避免的會(huì)帶來(lái)誤差，而且要人工將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，否則無(wú)法進(jìn)行選配。
[0003]文獻(xiàn)“高精度非接觸式自動(dòng)直徑測(cè)量方法研究”([J].儀表技術(shù)與傳感器，2011，8:79-81)報(bào)道采用多臺(tái)數(shù)字CMOS激光傳感器并行的測(cè)量方法進(jìn)行高精度非接觸式自動(dòng)直徑測(cè)量，當(dāng)被測(cè)目標(biāo)物體在測(cè)量范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)發(fā)射器的平行激光源發(fā)射激光照射到目標(biāo)，被測(cè)目標(biāo)物體遮擋的光線射入接收器的CMOS傳感器上，接收器記錄激光點(diǎn)的像素位置和個(gè)數(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相對(duì)測(cè)量值，然后再輸出到顯示環(huán)節(jié)，被測(cè)目標(biāo)直徑通過(guò)透光與不透光長(zhǎng)度進(jìn)行換算而得到，這種方法要求發(fā)射器和接收器嚴(yán)格平行，其不平行度未經(jīng)過(guò)標(biāo)定進(jìn)行誤差補(bǔ)償，另外CMOS傳感器量程O(píng)—35mm，本身的測(cè)量精度5 μ m,最終系統(tǒng)測(cè)量精度很難做到小于5 μ m。另有文獻(xiàn)“火箭彈直徑非接觸測(cè)量方法的研究”([J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31(4):52-54)中公開(kāi)一種對(duì)火箭彈直徑進(jìn)行非接觸測(cè)量的方法，該方法用半導(dǎo)體激光器作為光源，光柵尺作為傳感器來(lái)測(cè)量直徑，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測(cè)量精度不高，為 10 μ m。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有火車(chē)車(chē)軸輪座直徑測(cè)量中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，提出一種火車(chē)車(chē)軸輪座直徑非接觸式測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:如圖1所示，將C6180型車(chē)床橫向溜板上的刀架卸下，換裝上一臺(tái)激光測(cè)距傳感器及其微調(diào)裝置，被測(cè)車(chē)軸裝在車(chē)床夾盤(pán)頂尖和車(chē)床尾架頂尖之間，激光線射出點(diǎn)與車(chē)軸軸線高度基本一致，移動(dòng)車(chē)床縱向溜板和橫向溜板使激光測(cè)距傳感器及其微調(diào)裝置移到軸的被測(cè)部分，并使激光測(cè)距值在其量程內(nèi)。首先，裝上已知半徑為Rtll的1#標(biāo)準(zhǔn)量棒，轉(zhuǎn)動(dòng)激光測(cè)距傳感器微調(diào)裝置的立向蝸桿11，使立向蝸輪12帶動(dòng)激光傳感器在垂直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)激光光線在標(biāo)準(zhǔn)量棒圓周面上不斷上下掃描，得到一組距離數(shù)據(jù)，當(dāng)測(cè)距為最小值時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)激光測(cè)距傳感器微調(diào)裝置的水平蝸桿16，使水平蝸輪15帶動(dòng)激光傳感器在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)激光光線在標(biāo)準(zhǔn)量棒圓周面上不斷左右掃描，得到一組距離數(shù)據(jù)，當(dāng)測(cè)距為最小值時(shí)，重復(fù)激光線上下掃描和水平掃描，當(dāng)激光測(cè)距在兩個(gè)方向上均達(dá)到最小值時(shí)，認(rèn)為激光光線近似通過(guò)量棒軸線，并記錄其值為L(zhǎng)tllt5此后，激光測(cè)距傳感器10的位置就固定不動(dòng)了。即使如此，激光線還是可能不通過(guò)量棒軸線，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)激光線在水平面內(nèi)偏角達(dá)到30分時(shí)，測(cè)量的結(jié)果與實(shí)際直徑間誤差不大于0.5μ，故僅對(duì)激光線在垂直面內(nèi)的偏角α進(jìn)行標(biāo)定。卸下1#標(biāo)準(zhǔn)量棒，裝上已知半徑為Rtl2的2#標(biāo)準(zhǔn)量棒，進(jìn)行測(cè)量得測(cè)量值U。如圖2所示，在激光測(cè)距傳感器位置及角度不變的情況下，激光測(cè)距傳感器到量棒軸線的距離不變，有:
[0006]
【權(quán)利要求】
1.一種火車(chē)車(chē)軸輪座直徑非接觸式測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于該測(cè)量系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分；所述硬件部分由車(chē)床、激光測(cè)距傳感器及其微調(diào)裝置、數(shù)據(jù)采集卡、主控制器及顯示器、繼電器以及電纜電源組成；所述軟件部分由信號(hào)通訊模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊組成；所述激光測(cè)距傳感器及其微調(diào)裝置包括激光測(cè)距傳感器(10)、立向蝸桿(11)、立向蝸輪(12)、轉(zhuǎn)盤(pán)(13)、底座(14)、水平蝸輪(15)、水平蝸桿(16)，所述激光測(cè)距傳感器(10)與所述立向蝸輪(12)剛性聯(lián)接，所述立向蝸桿(11)通過(guò)立向蝸輪副與所述立向蝸輪(12)連接，所述立向蝸輪副安裝在所述轉(zhuǎn)盤(pán)(13)的框架內(nèi)，所述水平蝸桿(16)通過(guò)水平蝸輪副與水平蝸輪(15)連接，所述轉(zhuǎn)盤(pán)(13)與所述底座(14)通過(guò)所述水平蝸輪(15)軸端的方鍵聯(lián)接，所述底座(14)與所述車(chē)床上的橫向溜板(4)剛性連接。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于該測(cè)量方法具體步驟如下: (1)卸下C6180型車(chē)床刀架，換裝上激光測(cè)距傳感器及其微調(diào)裝置，連接上軟件系統(tǒng)； (2)啟動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)； (3)移動(dòng)車(chē)床的橫向溜板，使激光傳感器的測(cè)距在其量程內(nèi)； (4)將半徑為Rtll的1#標(biāo)準(zhǔn)量棒裝上車(chē)床，并用頂尖頂好，通過(guò)激光測(cè)距傳感器微調(diào)裝置兩個(gè)擺角的調(diào)整，使激光光線在量棒圓周面上不斷上下左右掃描，得到一組距離數(shù)據(jù)，其中距離為最小值時(shí)認(rèn)為光線近似通過(guò)量棒軸線，記錄其值為L(zhǎng)tll ； (5)鎖定傳感器微調(diào)裝置，保證其位置及偏角α不變，將半徑為Rtl2的2#標(biāo)準(zhǔn)量棒裝上車(chē)床，將測(cè)量值Ltl2輸入程序中； (6)按式(I)計(jì)算激光測(cè)距傳感器激光線偏角α，所述步驟1、3、4、5、6僅第一次安裝調(diào)試本系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行，正常生產(chǎn)時(shí)跳過(guò)此步驟；
【文檔編號(hào)】B23B25/06GK103586492SQ201310611448
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】孫建軍, 王全先, 吳衛(wèi)紅, 楊霄, 劉慶運(yùn), 姜江 申請(qǐng)人:馬鞍山馬鋼晉西軌道交通裝備有限公司, 安徽工業(yè)大學(xué)