基于激光位移傳感器的城軌車輪參數(shù)測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鐵路車輛檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于激光位移傳感器的城軌車輪 參數(shù)測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 輪對作為車輛走行部中極為重要的部件，不僅承受著車體的全部重量，而且負(fù)責(zé) 傳遞輪對與鋼軌間的作用力。輪對需要承受較大的靜載荷和動載荷、組裝應(yīng)力、閘瓦、閘片 制動時產(chǎn)生的熱應(yīng)力以及通過曲線時的離心力等。因此，輪對是否保持良好的技術(shù)狀態(tài)關(guān) 系到行車絕對安全。鑒于輪對對于列車安全運(yùn)行的重要性，準(zhǔn)確測量車輪的輪緣厚度、輪緣 高度、垂直磨耗、踏面磨耗、車輪直徑等參數(shù)，確保列車車輪踏面形態(tài)參數(shù)及同軸左右輪徑 差符合相關(guān)的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，對于保障列車安全運(yùn)行、順利完成運(yùn)輸計劃是非常重要的。
[0003] 目前我國輪對踏面檢測技術(shù)比較落后，輪對的檢測裝置主要是第四種檢查器及輪 對尺，此檢測工具需要人工讀數(shù)，容易出錯，并且測量時不可避免地引入了人員誤差，直接 影響了檢測的可靠性。隨著列車速度的提高，機(jī)車車輛輪對磨損加快，檢測周期縮短，迫切 要求這一檢測作業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化，在這種背景下，輪對檢測自動檢測儀應(yīng)運(yùn)而生。其中固定式 檢測儀必須使機(jī)車車輛經(jīng)過某一固定地點(diǎn)才能檢測，在任意時間、任意地點(diǎn)、鏇修后落輪踏 面輪廓檢測中有其局限性。中國專利CN103738358 (便攜式鐵路車輪踏面參數(shù)檢測儀，申請 號201310731824. 1，申請日：2013-12-26)公開了一種車輪踏面參數(shù)檢測裝置，該裝置可以 對車輪輪緣高、輪緣厚等踏面參數(shù)進(jìn)行檢測，但是該裝置不能檢測車輪直徑，無法實(shí)現(xiàn)車輪 參數(shù)測量一體化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式、速度快、精度高的基于激光位移傳感器的城 軌車輪參數(shù)測量裝置及方法。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：一種基于激光位移傳感器的城軌車輪參數(shù)測 量裝置，測量裝置包括輪緣踏面測量模塊、ARM嵌入式主控模塊、交互模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、 USB通信模塊以及電源模塊，其中輪緣踏面測量模塊通過兩個定位柱設(shè)置于車輪上，所述輪 緣踏面測量模塊、交互模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、USB通信模塊分別與ARM嵌入式主控模塊相連 接，電源模塊為各模塊供電；所述輪緣踏面測量模塊包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、帶直線步進(jìn)電機(jī) 的直線導(dǎo)軌、激光位移傳感器和光電開關(guān)，其中帶直線步進(jìn)電機(jī)的直線導(dǎo)軌平行于車輪的 軸線，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的控制輸入端與ARM嵌入式主控模塊連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的驅(qū)動 輸出端與直線步進(jìn)電機(jī)相連，直線步激光位移傳感器通過滑塊設(shè)置于帶進(jìn)電機(jī)的直線導(dǎo)軌 上，光電開關(guān)設(shè)置于車輪外側(cè)且距離車輪內(nèi)端面距離為d，d>135mm，激光位移傳感器與ARM 嵌入式主控模塊相連；
[0006] 以光電開關(guān)的光束所在直線與直線導(dǎo)軌的交點(diǎn)為原點(diǎn)，激光位移傳感器前進(jìn)方向 為X軸正方向，激光線方向為y軸正方向建立二維直角坐標(biāo)系；系統(tǒng)初始化時，激光位移傳 感器處于初始位置；測量時，ARM嵌入式主控模塊通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器控制直線步進(jìn)電機(jī) 正轉(zhuǎn)，直線步進(jìn)電機(jī)帶動激光位移傳感器沿著直線導(dǎo)軌以速度V勻速運(yùn)動，光電開關(guān)檢測 到激光位移傳感器到達(dá)原點(diǎn)時，光電開關(guān)發(fā)送信號給ARM嵌入式主控模塊，ARM嵌入式主控 模塊發(fā)出控制信號使激光位移傳感器開始檢測車輪的輪緣踏面坐標(biāo)點(diǎn)，并將檢測數(shù)據(jù)傳送 至ARM嵌入式主控模塊，當(dāng)激光位移傳感器運(yùn)動到車輪內(nèi)端面時，激光位移傳感器停止檢 測，直線步進(jìn)電機(jī)減速直至停止轉(zhuǎn)動，然后直線步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)并帶動激光位移傳感器回到 初始位置;ARM嵌入式主控模塊根據(jù)激光位移傳感器采集的數(shù)據(jù)處理得到輪緣踏面曲線， 進(jìn)而確定車輪參數(shù)。
[0007] -種基于激光位移傳感器的城軌車輪參數(shù)測量方法，步驟如下：
[0008] 步驟1，建立直角坐標(biāo)系：以光電開關(guān)的光束所在直線與直線導(dǎo)軌的交點(diǎn)為原點(diǎn)， 激光位移傳感器前進(jìn)方向為X軸正方向，激光線方向為y軸正方向建立二維直角坐標(biāo)系；
[0009] 步驟2,系統(tǒng)初始化，激光位移傳感器處于初始位置；
[0010] 步驟3,測量時，ARM嵌入式主控模塊通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器控制直線步進(jìn)電機(jī)正 轉(zhuǎn)，直線步進(jìn)電機(jī)帶動激光位移傳感器沿著直線導(dǎo)軌以速度V勻速運(yùn)動，光電開關(guān)檢測到 激光位移傳感器到達(dá)原點(diǎn)時，光電開關(guān)發(fā)送信號給ARM嵌入式主控模塊，ARM嵌入式主控模 塊發(fā)出控制信號使激光位移傳感器開始檢測車輪的輪緣踏面坐標(biāo)點(diǎn)，并將檢測數(shù)據(jù)傳送至 ARM嵌入式主控模塊；
[0011] 步驟4,當(dāng)激光位移傳感器運(yùn)動到車輪內(nèi)端面時，激光位移傳感器停止檢測，直線 步進(jìn)電機(jī)減速直至停止轉(zhuǎn)動，然后直線步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)并帶動激光位移傳感器回到初始位 置；
[0012] 步驟5, ARM嵌入式主控模塊根據(jù)激光位移傳感器采集的數(shù)據(jù)處理得到輪緣踏面 曲線，進(jìn)而確定車輪參數(shù)。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：（1)實(shí)現(xiàn)自動測量，一次測量不僅可以得 到車輪的輪緣高、輪緣厚，還可以得到車輪直徑；（2)采用直線步進(jìn)電機(jī)和激光位移傳感 器，從而使得測量精度高；（3)采用電池供電，無需連接電源，攜帶方便；(4)設(shè)置了 USB通 信接口和MicroSD卡，能夠?qū)崿F(xiàn)測量數(shù)據(jù)與車輪參數(shù)的存儲與傳輸。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明基于激光位移傳感器的城軌車輪參數(shù)測量裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明基于激光位移傳感器的城軌車輪參數(shù)測量裝置的整體結(jié)構(gòu)效果圖。
[0016] 圖3是本發(fā)明緣踏面測量模塊的示意圖。
[0017] 圖4是本發(fā)明測量車輪直徑的原理圖。
[0018] 圖5是本發(fā)明基于激光位移傳感器的城軌車輪參數(shù)測量裝置的硬件電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020] 結(jié)合圖1，本發(fā)明基于激光位移傳感器的城軌車輪參數(shù)測量裝置，測量裝置包括輪 緣踏面測量模塊1、ARM嵌入式主控模塊2、交互模塊3、數(shù)據(jù)存儲模塊4、USB通信模塊5以 及電源模塊6,其中輪緣踏面測量模塊1通過兩個定位柱設(shè)置于車輪上，所述輪緣踏面測量 模塊I、交互模塊3、數(shù)據(jù)存儲模塊4、USB通信模塊5分別與ARM嵌入式主控模塊2相連接， 電源模塊6為各模塊供電；所述輪緣踏面測量模塊1包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、帶直線步進(jìn)電機(jī) 的直線導(dǎo)軌、激光位移傳感器和光電開關(guān)，其中帶直線步進(jìn)電機(jī)的直線導(dǎo)軌平行于車輪的 軸線，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的控制輸入端與ARM嵌入式主控模塊2連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的驅(qū)動 輸出端與直線步進(jìn)電機(jī)相連，直線步激光位移傳感器通過滑塊設(shè)置于帶進(jìn)電機(jī)的直線導(dǎo)軌 上，光電開關(guān)設(shè)置于車輪外側(cè)且距離車輪內(nèi)端面距離為d，d>135mm，激光位移傳感器與ARM 嵌入式主控模塊2相連。
[0021] 以光電開關(guān)的光束所在直線與直線導(dǎo)軌的交點(diǎn)為原點(diǎn)，激光位移傳感器前進(jìn)方向 為X軸正方向，激光線方向為y軸正方向建立二維直角坐標(biāo)系；系統(tǒng)初始化時，激光位移傳 感器處于初始位置；測量時，ARM嵌入式主控模塊2通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器控制直線步進(jìn)電機(jī) 正轉(zhuǎn)，直線步進(jìn)電機(jī)帶動激光位移傳感器沿著直線導(dǎo)軌以速度V勻速運(yùn)動，光電開關(guān)檢測 到激光位移傳感器到達(dá)原點(diǎn)時，光電開關(guān)發(fā)送信號給ARM嵌入式主控模塊2, ARM嵌入式主 控模塊2發(fā)出控制信號使激光位移傳感器開始檢測車輪的輪緣踏面坐標(biāo)點(diǎn)，并將檢測數(shù)據(jù) 傳送至ARM嵌入式主控模塊2,當(dāng)激光位移傳感器運(yùn)動到車輪內(nèi)端面時，激光位移傳感器停 止檢測，直線步進(jìn)電機(jī)減速直至停止轉(zhuǎn)動，然后直線步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)并帶動激光位移傳感器 回到初始位置；ARM嵌入式主控模塊2根據(jù)激光位移傳感器采集的數(shù)據(jù)處理得到輪緣踏面 曲線，進(jìn)而確定車輪參數(shù)，具體來講首先采用所述裝置的輪緣踏面測量模塊得車輪輪緣踏 面坐標(biāo)點(diǎn)之后，ARM嵌入式主控模塊2通過分段曲線擬合得到輪緣踏面的輪廓曲線，然后根 據(jù)車輪參數(shù)的幾何關(guān)系計算得到包括輪緣高、輪緣厚車輪參數(shù)。通過裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用 弦高法得到輪緣直徑值，進(jìn)一步可得到車輪直徑值。最后ARM嵌入式主控模塊2將輪緣踏 面坐標(biāo)點(diǎn)以及測量結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊4,并通過交互模