一種基于兩種傳感器的輪對尺寸在線檢測方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于交通安全工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于兩種傳感器的輪對尺寸在線 檢測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，列車的運(yùn)行速度越來越快，其在線運(yùn)行的安 全問題也日益突出。輪對作為城軌列車的重要部件，在列車走行過程中起著導(dǎo)向、承受W 及傳遞載荷的作用，其健康狀態(tài)對列車安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。列車運(yùn)行過程中， 輪對與鋼軌表面不斷產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致輪對直徑變小W及踏面磨損。此外，列車運(yùn)行通過彎 道時(shí)，車輪輪緣與軌道內(nèi)側(cè)面發(fā)生摩擦?xí)?dǎo)致輪緣磨耗，踏面磨耗及輪緣磨耗直接導(dǎo)致輪 對尺寸變化，對乘客乘坐舒適性及安全性產(chǎn)生重大影響。因此，針對車輪輪緣和輪徑等輪 對尺寸在線檢測成為保障列車安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。
[0003] 對于輪對尺寸的在線檢測技術(shù)，主要有圖像測量法，振動(dòng)測量法W及激光測量法。 目前國內(nèi)普遍采用基于激光測距和圖像測量的輪對尺寸檢測方法。唐戍等人采用激光器和 面陣CCD攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了輪對幾何參數(shù)的自動(dòng)檢測系統(tǒng)，但由于車輪踏面磨損光滑度高，反 光現(xiàn)象強(qiáng)烈，使得數(shù)字圖像中輪緣邊緣模糊，給檢測帶來難度；胡波提出了一種基于PSD的 激光位移測量技術(shù)的輪對尺寸動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、分辨率高的特點(diǎn)，但系統(tǒng)所需 傳感器多，對安裝要求高且價(jià)格昂貴；中國專利CN103693073A(-種非接觸式車輪直徑動(dòng) 態(tài)測量裝置及其測量方法，申請?zhí)?01410005647. 3,申請日：2014-01-06)公開了一種車輪 直徑動(dòng)態(tài)測量裝置及其測量方法，該方法用兩個(gè)滿流傳感器和一個(gè)激光位移傳感器對車輪 直徑進(jìn)行檢測，其中兩個(gè)滿流傳感器僅實(shí)現(xiàn)車輪的定位，在車輪直徑的計(jì)算中沒有設(shè)及到 滿流傳感器測量的距離讀數(shù)，且僅用一個(gè)激光位移傳感器測量踏面對應(yīng)滾動(dòng)圓上一點(diǎn)的距 離，運(yùn)種檢測方法在車輪滾動(dòng)的過程中測量不穩(wěn)定，會(huì)降低測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種簡便高效、成本低的基于多種傳感器的輪對尺寸在線 檢測方法和裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式的高精度檢測。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：一種基于兩種傳感器的輪對尺寸在線檢測方 法，包括W下步驟：
[0006] 步驟1，布設(shè)傳感器：沿著列車前進(jìn)方向，在軌道內(nèi)側(cè)依次設(shè)置第一激光位移傳感 器S1、電滿流位移傳感器P、第二激光位移傳感器S2 ;第Ξ激光位移傳感器S3設(shè)置于軌道 外側(cè)，且第二激光位移傳感器S2、第Ξ激光位移傳感器S3關(guān)于二者之間的軌道對稱；電滿 流位移傳感器P位于輪緣頂點(diǎn)正下方；
[0007] 步驟2,坐標(biāo)變換、數(shù)據(jù)融合：第二激光位移傳感器S2、第Ξ激光位移傳感器S3同 時(shí)探測車輪輸出探測點(diǎn)坐標(biāo)后，通過坐標(biāo)變換和坐標(biāo)平移將第二激光位移傳感器S2、第Ξ 激光位移傳感器S3同一時(shí)刻的輸出點(diǎn)融合到同一坐標(biāo)系上，融合后的點(diǎn)即為踏面輪廓線 上的離散點(diǎn)，根據(jù)踏面輪廓外形幾何關(guān)系計(jì)算出輪緣高h(yuǎn)、輪緣厚d;
[0008] 步驟3,提取輪緣頂點(diǎn)圓周上Ξ點(diǎn)的坐標(biāo)：當(dāng)車輪通過軌道內(nèi)側(cè)的第一激光位移 傳感器S1、電滿流位移傳感器P、第二激光位移傳感器S2時(shí)，提取電滿流位移傳感器P檢測 到的有效探測數(shù)據(jù)，并提取第一激光位移傳感器S1、第二激光位移傳感器S2在同一時(shí)刻的 探測數(shù)據(jù)，將所提取的探測數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換得到踏面輪廓上的離散點(diǎn)，根據(jù)踏面輪廓外 形分別提取第一激光位移傳感器S1、第二激光位移傳感器S2對應(yīng)的輪緣頂點(diǎn)的縱坐標(biāo)，處 理得到輪緣頂點(diǎn)圓周上Ξ點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0009] 步驟4,計(jì)算車輪直徑：根據(jù)步驟3得到的輪緣頂點(diǎn)圓周上Ξ點(diǎn)的坐標(biāo)由幾何關(guān)系 計(jì)算輪緣頂點(diǎn)圓直徑化，再結(jié)合步驟2得到的輪緣高h(yuǎn)計(jì)算車輪直徑D。
[0010] 一種基于兩種傳感器的輪對尺寸在線檢測裝置，沿著列車前進(jìn)方向，在軌道內(nèi)側(cè) 依次設(shè)置第一激光位移傳感器S1、電滿流位移傳感器P、第二激光位移傳感器S2 ;第Ξ激光 位移傳感器S3設(shè)置于軌道外側(cè)，且第二激光位移傳感器S2、第Ξ激光位移傳感器S3關(guān)于二 者之間的軌道對稱；電滿流位移傳感器P位于輪緣頂點(diǎn)正下方。
[0011] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：（1)成本低、原理簡單且便于操作，測 量裝置只需要Ξ個(gè)激光位移傳感器和一個(gè)電滿流位移傳感器即可實(shí)現(xiàn)對車輪的輪緣厚、輪 緣高及輪徑等輪對尺寸的檢測工作。（2)具有在線非接觸測量等優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)輪對尺寸在線 檢測提供了新的解決方案。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明基于兩種傳感器的輪對尺寸在線檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2是本發(fā)明第一激光位移傳感器與車輪之間的安裝角度β1的示意圖。
[0014] 圖3是本發(fā)明第二、Ξ激光位移傳感器與車輪之間的安裝角度0 2、0 3的示意圖。
[0015] 圖4是本發(fā)明Ξ個(gè)激光位移傳感器與沿軌道方向的直線夾角α1、α2、α3的示意 圖。
[0016] 圖5是本發(fā)明中經(jīng)坐標(biāo)變換、數(shù)據(jù)融合后的踏面數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0017] 圖6是本發(fā)明中車輪直徑在線檢測裝置的工作原理示意圖。 具體實(shí)施方案
[0018] 本發(fā)明是基于兩種傳感器的輪對尺寸在線檢測系統(tǒng)，首先通過激光位移傳感器得 出輪緣高和輪緣厚，再配合一個(gè)電滿流位移傳感器根據(jù)幾何關(guān)系得出車輪直徑。
[0019] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020] 結(jié)合圖1，本發(fā)明基于兩種傳感器的輪對尺寸在線檢測裝置，沿著列車前進(jìn)方向， 在軌道內(nèi)側(cè)依次設(shè)置第一激光位移傳感器S1、電滿流位移傳感器Ρ、第二激光位移傳感器 S2 ;第Ξ激光位移傳感器S3設(shè)置于軌道外側(cè)，且第二激光位移傳感器S2、第Ξ激光位移傳 感器S3關(guān)于二者之間的軌道對稱；電滿流位移傳感器Ρ位于輪緣頂點(diǎn)正下方。
[0021] 結(jié)合圖2~4,所述第一激光位移傳感器S1、第二激光位移傳感器S2、第Ξ激光位 移傳感器S3至軌道的垂直距離分別為！1、！2、！1、！2、的范圍均為100mm~450mm;第一 激光位移傳感器S1、第二激光位移傳感器S2、第Ξ激光位移傳感器S3與鉛垂線的夾角分別 為01、0 2、0 3, 01、0 2、0 3的范圍均為25。~65。；第一激光位移傳感器S1、第二激光 位移傳感器S2、第Ξ激光位移傳感器S3與沿軌道方向的直線夾角分別為α1、α2、α3,α1、α2、α3的范圍均為15。~65。；其中12與1 3相等，β2與β3相等，α2與α3相等。 陽0巧如圖2所示，β1為第一激光位移傳感器S1與鉛垂線的夾角姻圖3所示，β2為 第二激光位移傳感器S2與鉛垂線的夾角，β3為第Ξ激光位移傳感器S3與鉛垂線的夾角， 且@2與β3相等；如圖4所示，α1為第一激光位移傳感器S1與沿軌道方向的直線夾角， α2為第二激光位移傳感器S2與沿軌道方向的直線夾角，α3為第Ξ激光位移傳感器S3與 沿軌道方向的直線夾角，且α2與α3相等。
[0023] 所述第一激光位移傳感器S1與電滿流位移傳感器Ρ之間的距離為14;電滿流位移 傳感器Ρ與第二激光位移傳感器S2之間的距離為4、Is的范圍均為300mm~550mm。
[0024] 結(jié)合圖2~5,本發(fā)明基于兩種傳感器的輪對尺寸在線檢測方法，包括W下步驟： [00巧]步驟1，布設(shè)傳感器：沿著列車前進(jìn)方向，在軌道內(nèi)側(cè)依次設(shè)置第一激光位移傳感 器S1、電滿流位移傳感器P、第二激光位移傳感器S2 ;第Ξ激光位移傳感器S3設(shè)置于軌道 外側(cè)，且第二激光位移傳感器S2、第Ξ激光位移傳感器S3關(guān)于二者之間的軌道對稱；電滿 流位移傳感器P位于輪緣頂點(diǎn)正下方。
[00%] 步驟2,坐標(biāo)變換、數(shù)據(jù)融合：第二激光位移傳感器S2、第Ξ激光位移傳感器S3同 時(shí)探測車輪輸出探測點(diǎn)坐標(biāo)后，通過坐標(biāo)變換和坐標(biāo)平移將第二激光位移傳感器S2、第Ξ激光位移傳感器S3同一時(shí)刻的輸出點(diǎn)融合到同一坐標(biāo)系上，融合后的點(diǎn)即為踏面輪廓線 上的離散點(diǎn)，如圖5所示，根據(jù)踏面輪廓外形幾何關(guān)系計(jì)算出輪緣高h(yuǎn)、輪緣厚d;具體步驟 如下：
[0027] (2. 1)第二激光位移傳感器S2、第Ξ激光位移傳感器S3同時(shí)探測車輪輸出探測點(diǎn) 坐標(biāo)，所述探測點(diǎn)坐標(biāo)W激光發(fā)射方