傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置及方法。該裝置包括中央處理單元和與其連接的多個激光傳感器；檢測區(qū)段的鋼軌向外偏移，且該檢測區(qū)段的鋼軌內(nèi)側(cè)設置護軌；激光傳感器設置于鋼軌偏移所空出的區(qū)域與護軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在長度固定的水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器位于車輪下方并且與進行直徑測量的車輪圓周共面。該方法使用多個激光傳感器，將其按照直線垂直關(guān)系安裝在車輪下方同時探測車輪得到探測點，通過最小二乘擬合得到初始直徑，對初始直徑求均值得到車輪直徑。本發(fā)明在線非接觸式測量具有速度快、精度高、測量直徑范圍大的優(yōu)點。
【專利說明】傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路車輪檢測領(lǐng)域，特別是一種傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]城軌車輛在運行的過程中會出現(xiàn)不同程度的磨耗，磨耗對車輪安全運行會產(chǎn)生影響，而其中磨耗導致的車輪直徑變化尤為關(guān)鍵。列車正線運行中，同軸及同轉(zhuǎn)向架輪徑差均有限度要求，同軸輪徑差過大容易導致輪對擦傷，同一輪對輪徑差過大還容易導致輪緣偏磨或列車異常振動，因此對車輪直徑的測量對列車安全運行有著重要意義。
[0003]常用的圓弧半徑測量方法包括卡尺法和弓高弦長法，其中卡尺法適用于精度要求不高的場合，測量范圍受弧長的限制，卡尺量程受橫向定位架的限制；而弓高弦長法的操作比較繁瑣，該兩種方法通常用于對工件做靜態(tài)的離線測量。中國專利CN201159640Y (鐵路車輪直徑測量裝置，申請?zhí)?200820055350.8，申請日:2008-02-02)公開了一種弓高弦長法測量車輪半徑裝置，檢修方法屬于手工測量和離線自動測量，當車輪行駛一段時間后需定期送車間進行檢修。這種靜態(tài)離線測量采用專用量具或萬能量具人工檢測，存在檢測結(jié)果誤差大、準確性差、返工率高、工作效率低、勞動強度大等缺點。
[0004]非接觸式的在線測量輪對直徑或輪對幾何參數(shù)逐漸發(fā)展起來，中國專利CN1899904A (列車輪對尺寸在線檢測方法及裝置，申請?zhí)?200510035961.7申請日:2005-07-20)，在每根鋼軌的兩側(cè)安裝一定距離的激光位移傳感器，傳感器從鋼軌的底側(cè)斜向上測量，從而記錄車輪踏面數(shù)據(jù)，并基于列車移動的速度計算經(jīng)過兩個激光傳感器弦長得到直徑。該方法的缺點為，需要同時利用列車速度信息，不能獨立完成直徑的測量，且利用單個激光傳感器記錄踏面信息，會由于踏面的變化無法精確定位直徑所在位置。中國專利CN101219672A (基于激光的車輪直徑非接觸式動態(tài)測量方法，申請?zhí)?200810056339.8申請日:2008-01-16)采用兩個激光位移傳感器直接照射車輪踏面滾動面，通過安裝傳感器的幾何位置關(guān)系測量車輪直徑，該方法的缺點為探測線沒有解決對準問題，而同樣近似斜切法，無法精確描述車輪直徑。綜上，目前的非接觸式車輪直徑測量技術(shù)仍然存在測量精度不高、測量響應速度慢、工程實施困難等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高精度的傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置及方法，采用非接觸式測量，檢測速度快、測量范圍大。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0007]一種傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置，包括中央處理單元和多個激光傳感器，所述激光傳感器均與中央處理單元連接；檢測區(qū)段的鋼軌向外偏移，且該檢測區(qū)段的鋼軌內(nèi)側(cè)設置護軌，護軌與車輪輪緣內(nèi)側(cè)相切；激光傳感器設置于鋼軌偏移所空出的區(qū)域與護軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在長度固定的水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器與進行直徑測量的車輪圓周共面。
[0008]一種傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0009]第I步，將各激光傳感器安裝于鋼軌偏移所空出的區(qū)域，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在長度為L的水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，各個激光傳感器分別記為Pi,沿著鋼軌方向i依次為1，2，...η，η為激光傳感器的個數(shù)；
[0010]第2步，在進行直徑測量的車輪圓周所在平面上建立二維坐標系:沿鋼軌方向為X軸，經(jīng)過第一個激光傳感器P1且垂直于鋼軌向上為Y軸，則各個激光傳感器探頭相對于X軸的安裝傾角Qi均為90°，激光傳感器的坐標(Xi，yi)由下式確定:
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置，其特征在于，包括中央處理單元和多個激光傳感器，所述激光傳感器均與中央處理單元連接；檢測區(qū)段的鋼軌向外偏移，且該檢測區(qū)段的鋼軌內(nèi)側(cè)設置護軌，護軌與車輪輪緣內(nèi)側(cè)相切；激光傳感器設置于鋼軌偏移所空出的區(qū)域與護軌之間，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在長度固定的水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，所有激光傳感器與進行直徑測量的車輪圓周共面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置，其特征在于，所述檢測區(qū)段鋼軌向外偏移50~65mm，且該鋼軌向外偏移的切換處為弧形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置，其特征在于，所述進行直徑測量的車輪圓周距離車輪輪緣側(cè)面的距離為70mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置，其特征在于，所述激光傳感器的數(shù)量為η且3 < η < 10，激光傳感器安裝水平線長度為L且ηX 30mm ^ L ^ D, D為車輪直徑，沿鋼軌方向第一個激光傳感器的安裝點至軌道的垂直距離為 Iy1I 且 Iy1I ≥ 100mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測裝置，其特征在于，所述激光傳感器的探頭為錐光偏振全息探頭或斜射式三角探頭，且所有激光傳感器的探頭通過傳感器夾具固定于車輪下方。
6.一種傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 第I步，將各激光傳感器安裝于鋼軌偏移所空出的區(qū)域，激光傳感器的探頭沿鋼軌方向排列且均布在長度為L的水平線上，各激光傳感器的探測光束垂直鋼軌向上，各個激光傳感器分別記為Pi,沿著鋼軌方向i依次為1，2，...η，η為激光傳感器的個數(shù)； 第2步，在進行直徑測量的車輪圓周所在平面上建立二維坐標系:沿鋼軌方向為X軸，經(jīng)過第一個激光傳感器P1且垂直于鋼軌向上為Y軸，則各個激光傳感器探頭相對于X軸的安裝傾角Qi均為90°，激光傳感器的坐標(Xi，yi)由下式確定:


Ixl = (/ - I) X L /(// — I)
< / = 1,2 …

[V/ = 第3步，采集所有激光傳感器的輸出值，并選出同時有η個傳感器輸出值的有效數(shù)據(jù)組{SJ，Si為第i個傳感器Pi的輸出值，i = 1，2，...η ; 第4步，根據(jù)傳感器Pi的輸出值Sp坐標值(Xi，Yi)、安裝傾角Θ i確定車輪上對應傳感器Pi的測量點坐標(Ui):
(Xi, Yi) = (Xi, Y1) + (Si X COS Θ J, SiX sin Θ i) i = I, 2…η 第5步，根據(jù)車輪上η個測量點坐標(XpYi)進行擬合圓，得到該測量位置的車輪直徑D ； 第6步，將采集到的多個有效數(shù)據(jù)組進行擬合得到一系列車輪直徑，將得到的一系列車輪直徑求平均值，得到該測量位置最終的車輪直徑Dfinal。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器直線垂直安裝的城軌車輛車輪直徑檢測方法，其特征在于，第5步所述根據(jù)車輪上η個測量點坐標(XpYi)進行擬合圓，采用最小二乘法，公式如下:
【文檔編號】G01B11/08GK103587551SQ201310558085
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】邢宗義, 張永, 王曉浩 申請人:南京理工大學