專利名稱：鐵路車輪腹板外形測繪裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種表面測繪裝置，尤其涉及一種鐵路車輪腹板外形測繪裝置。
背景技術(shù)：
目前在各個技術(shù)領(lǐng)域中，經(jīng)常需要對物體表面的輪廓進行測量，從而根據(jù)該輪廓數(shù)據(jù)進行更深入的處理和分析。例如在機車車輛動力學(xué)試驗中，一般采用測カ輪對來測量車輪與鋼軌間的輪軌作用力，而測カ輪對的精確度主要取決于應(yīng)變片貼片位置的合理選取。目前，確定最佳貼片位置的方法主要有兩種ー種方法是先在車輪腹板半徑方向間隔ー定距離(一般為2-3毫米)進行應(yīng)變片粘貼，然后通過測カ輪對標(biāo)定臺標(biāo)定確定靈敏度最大的位置，進而確定貼片方案，這種方法耗時耗力，而且貼片エ藝和標(biāo)定過程都會給最終方案確定帶來誤差；另ー種方法是通過有限元應(yīng)カ分析計算來確定靈敏度最大的位置，這種方法省時省力，方便高效，而且能夠在整個腹板范圍內(nèi)準(zhǔn)確地分析合理的貼片位置。但是，對 于第二種方法來說，想要進行精確度高的有限元分析，十分重要的前提條件就是必須獲取準(zhǔn)確的車輪分析模型。目前，車輪分析模型主要是由廠家提供的CAD圖或者圖紙來建立。但是，由于加工エ藝的誤差及其他多種不確定因素的影響，車輪腹板的實際形狀與圖紙并非完全相同，有時同一輪對左右輻板的形狀也不盡相同。另外，更有甚者車輪外形的圖紙是無法獲得的。因此，準(zhǔn)確地獲得車輪腹板外形對于其有限元應(yīng)カ分析十分重要。目前而言，車輪腹板外形測繪可以通過兩個途徑實現(xiàn)(I)將待測繪車輪送至專業(yè)機構(gòu)進行測繪；(2)通過三坐標(biāo)測量機進行測繪。這兩種途徑都可以得到較為精確的測繪結(jié)果，但是實際使用中存在問題。途徑(I)要求必須將輪柄與車軸分開，而只有各個主機廠才有車輪拆分與組裝所需的設(shè)備，這會給測カ輪對制作帶來很多不便，延長測カ輪對制作的周期。途徑(2)需要購買昂貴的三坐標(biāo)測量機，很大程度上會增加測力輪對的制作成本。

實用新型內(nèi)容因此，需要提供一種便于使用、且測量精度高的測繪裝置，從而能夠方便地對待測表面進行測量，獲得該表面的輪廓數(shù)據(jù)，同時成本較低。為此，本實用新型提供ー種表面測繪裝置，包括測距儀，測量待測表面上各個點到所述測距儀的距離；可動工作臺，測距儀固定到所述可動工作臺；運動控制器，與可動エ作臺相連接，提供運動控制信號，控制所述可動工作臺的運動；和計算裝置，與所述測距儀和運動控制器相連接，根據(jù)所述運動控制器的運動控制信號和所述測距儀的測量結(jié)果，計算所述待測表面的輪廓。本實用新型的測繪裝置能夠方便使用，測量精度高，且成本較低。尤其適用于鐵路車輪腹板外形測繪，可以為高精度的車輪應(yīng)力分析計算提供保障，有助于提高測カ輪對的測量精度，并大大縮短測力輪對的制作周期，節(jié)約人力、物カ和財力。
圖I示出了本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了本實用新型的典型實施例的測繪裝置的工作原理；和圖3示出了利用本實用新型的測繪裝置測量的車輪副板的外形。附圖標(biāo)記列表I表面測繪裝置2測距儀3可動工作臺 4運動控制器5計算裝置6待測表面8可升降三角支架
具體實施方式
圖I示出了本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，本實用新型的表面測繪裝置I包括測距儀2、可動工作臺3、運動控制器4 (例如MPC07型運動控制器)、和計算裝置5。其中，測距儀2測量待測表面6 (見圖2)上各個點的距離。測距儀2固定于該可動工作臺3。運動控制器4與可動工作臺通訊，例如通過無線或有線的方式，從而向可動工作臺3發(fā)送運動控制信號，控制所述可動工作臺3的運動。計算裝置5例如計算機，獲取運動控制器的運動控制信號和測距儀的輸出，并基于這些數(shù)據(jù)計算所述待測表面6的輪廓。其中，計算裝置5可以通過數(shù)據(jù)傳輸線來接收該測距儀的輸出數(shù)據(jù)，也可以通過無線的方式來接受該輸出數(shù)據(jù)。所述待測表面例如鉄路車輪腹板的表面。在一個實施例中，測距儀2為激光測距傳感器，通過相位比較法來進行測量，一起發(fā)出不同頻率的調(diào)制光，接收從被測物反射回來的散射光，將接收的激光信號和參考信號進行比較，計算出相位偏移所對應(yīng)物體間的距離，測量結(jié)果可以達到毫米級測量精度。激光測距傳感器例如市場上可購買的LRFS-0200-1型激光測距傳感器?？蓜庸ぷ髋_3可以是電控旋轉(zhuǎn)臺，例如WN02RA100M型電動旋轉(zhuǎn)臺，也可以是平移式工作臺，另外也可以是結(jié)合了旋轉(zhuǎn)和平移運動的工作臺。下面結(jié)合圖2，以電動旋轉(zhuǎn)工作臺為例，說明測量待測表面6上的各點的距離的原理。測距儀2通過連接部件固定于電控旋轉(zhuǎn)臺上，可以隨旋轉(zhuǎn)臺一起轉(zhuǎn)動。同時，電控旋轉(zhuǎn)臺通過運動控制器來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度控制。圖2中，假設(shè)該激光測距傳感器位置為坐標(biāo)原點0(0，O)，選擇水平方向為初始零度。使用運動控制器控制電控旋轉(zhuǎn)臺，使其旋轉(zhuǎn)角度el，此時激光點落在A點，可由激光測距傳感器測得坐標(biāo)原點到A點的距離0A。這樣便可確定輻板A點的坐標(biāo)。Xa=-OA · cos (el) ；yA=-0A · sin (el)同樣地，進ー步控制電控旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度e2，采用激光測距傳感器測得坐標(biāo)原點O到車輪腹板7上B點的距離0B，得到B點的坐標(biāo)Xb=-OB · cos (e2) ；yE=-0B · sin (e2)重復(fù)操作，通過多次掃描測量便可得到車輪腹板上各點的坐標(biāo)。計算裝置根據(jù)各點坐標(biāo)，最終確定車輪腹板的外形。[0025]本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，對于平移式工作臺以及結(jié)合了旋轉(zhuǎn)和平移運動的工作臺，可以構(gòu)思出類似的計算方式來計算待測表面上各個點的坐標(biāo)，進而確定其外形。另ー實施例中，表面測繪裝置還可包括可升降三角支架8，如圖2中示意圖所示?？蓜庸ぷ髋_3固定到所述可升降三角支架8。從而通過調(diào)節(jié)可升降三角支架8的高度，來調(diào)節(jié)可動工作臺3的高度，以便于掃描待測表面上位于不同高度的各個點。
為提高控制精度，提高測量速度，所述運動控制器4可以是數(shù)字伺服控制器。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，在滿足測量精度和速度的條件下，可以選擇其他類型的控制器，例如軸步進控制器。在一個實施例中，運動控制器4包括可以與計算機相連接的控制卡(未示出)，控制卡例如可插入計算機主板插槽中，通過計算機上相應(yīng)的軟件來控制工作臺的運動。但本實用新型并不限于此，運動控制器可以獨立于計算機，包括獨立的用戶接ロ，使得能夠控制工作臺的運動。在使用本實用新型的優(yōu)選實施例的測繪裝置時，將運動控制器4的控制卡插入計算機主板插槽，并安裝相應(yīng)的控制軟件；運動控制器4與可動工作臺3之間可通過數(shù)據(jù)傳輸線進行連接；而測距儀2通過連接部件固定到可動工作臺3 ;測距儀2可通過計算機供電，并且所得距離信號可通過數(shù)據(jù)線輸入給計算機。本實用新型優(yōu)選實施例的具體操作方法如下通過安裝在計算機上的控制軟件，對運動控制器4發(fā)出旋轉(zhuǎn)間隔I度或者O. 5度的指令，運動控制器4按照指令要求對可動工作臺(電動旋轉(zhuǎn)臺)3實施旋轉(zhuǎn)控制；可動工作臺(電動旋轉(zhuǎn)臺)3旋轉(zhuǎn)I度或者O. 5度后，在計算機上讀取旋轉(zhuǎn)后的激光測距儀數(shù)據(jù)。反復(fù)操作,直到激光點偏出測量范圍為止。最后將旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)進行匯總處理，生成待測表面6的外形曲線。圖3中示出了通過使用本實用新型的表面測繪裝置進行測量得到的表面輪廓。上面描述了本實用新型的實施例。然而，本實用新型不限于說明書和附圖，它們構(gòu)成根據(jù)該實施例的本實用新型的一部分。換句話說，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于該實施例作出的其它實施例當(dāng)然落在本實用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種表面測繪裝置，其特征在于所述表面測繪裝置包括 測量與ー待測表面上各個點之間距離的測距儀； 可動工作臺，測距儀固定到所述可動工作臺； 提供運動控制信號并控制所述可動工作臺運動的運動控制器，運動控制器與可動工作臺相連接；和 計算裝置，根據(jù)所述運動控制器的運動控制信號和所述測距儀的測量結(jié)果計算所述待測表面的輪廓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面測繪裝置，其特征在于，所述可動工作臺為電動旋轉(zhuǎn)エ作臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的表面測繪裝置，其特征在于，所述測距儀為激光測距儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面測繪裝置，其特征在于，所述激光測距儀為通過相位比較法進行測量的激光測距儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的表面測繪裝置，其特征在于，還包括可升降三角支架，所述可動工作臺固定到所述可升降三角支架上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的表面測繪裝置，其特征在于，所述運動控制器為數(shù)字伺服控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的表面測繪裝置，其特征在于，所述運動控制器為軸步進控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的表面測繪裝置，其特征在于，所述運動控制器包括可與計算裝置連接的控制卡，計算裝置通過控制卡控制所述可動工作臺的運動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的表面測繪裝置，其特征在于，還包括在所述可動工作臺上固定所述測距儀的連接部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的表面測繪裝置，其特征在于，還包括連接所述測距儀和計算裝置、連接所述運動控制器和可動工作臺的數(shù)據(jù)傳輸線。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的表面測繪裝置，其特征在于，所述待測表面是鐵路車輪腹板表面。
專利摘要本實用新型公開了一種鐵路車輪腹板外形測繪裝置。所述鐵路車輪腹板外形測繪裝置測距儀，測量待測表面上各個點到所述測距儀的距離；可動工作臺，測距儀固定到所述可動工作臺；運動控制器，與可動工作臺相連接，控制所述可動工作臺的運動；和計算裝置，根據(jù)所述運動控制器的輸入和所述測距儀的測量結(jié)果計算所述待測表面的輪廓。本實用新型的測繪裝置能夠方便使用，測量精度高，且成本較低。尤其適用于鐵路車輪腹板外形測繪，可以為高精度的車輪應(yīng)力分析計算提供保障，有助于提高測力輪對的測量精度，并大大縮短測力輪對的制作周期，節(jié)約人力、物力和財力。
文檔編號G01B11/24GK202661049SQ20122015436
公開日2013年1月9日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者張志超, 李谷, 胡愛全, 儲高峰, 祖宏林, 張旭建 申請人:中國鐵道科學(xué)研究院機車車輛研究所, 北京縱橫機電技術(shù)開發(fā)公司