鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置的製作方法

2023-09-27 06:21:10

專利名稱：鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及物體幾何輪廓測量技術領域，特別是物體表面帶有汙染物的鐵金屬磨耗部件的輪廓測量。
鐵路輪對的外形輪廓直接關係行車安全。在車輛段輪對檢修線的測量和外觀檢查工位，國內普遍採用CN 93200457.1公告產品，即第四種檢查器進行輪輞寬度和厚度、踏面磨耗、輪緣厚度及踏面檫傷的測量；車輪直徑和輪對內側距採用專用量具檢測，左右輪座部位、軸中央三處車軸直徑用直徑卡尺進行測量，輪座直徑因為打磨等其它原因，在內側無法測量時，改成在外側輪座或輪座前肩處測量，該工位設人員2-3名。實際測量時，工作人員先將結果用粉筆記在輪對上，再抄錄在卡片上，最後由他人錄入微機。測量方式落後，中間環節多，實測結果人為誤差較大。CN 1256397A公告提供了一種掃描式的地鐵車輪測量儀器，但其球型測量頭容易磨耗，測頭因為不與輪緣磨耗面垂直或被測表面特別粗糙時，很容易損壞，此外該測量儀不能測量輪輞厚度，在車輪有輾寬情況下也無法測量輪輞寬度，裝置需要人工定位。採用掃描方式，傳感器少，但測量時間較長。如果藉助氣動實現多點同時自動測量，測量時間短，但定位機構比較複雜，輪緣厚度測頭不與輪緣磨耗面垂直，也容易損壞。CN 1149126公告提供的測量車輪滾動參數的方法和裝置，有一定優勢，但它對光源和環境要求較高，灰塵、振動和背景光以及輪對上的油汙、積塵以及表面顏色等因素對測量精度均有影響。此外由於輪對既大又重，尺寸變化較大，至少需要使用2臺以上的成套CCD測量裝置以及其它輔助設施，包括高精度伺服機構，因此測量系統有價格高、實際精度不高，鏡頭和光源需要經常維護，雷射源價格高，壽命短等不足。
本發明的目的是提供一種鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置，它能有效地對輪對幾何參數進行自動測量。
本發明的技術方案是採用靈活的帶光柵尺進行長度測量的伺服機構，改變和確定傳感器的平面位置，此外必要時在測量頭上設置旋轉測量機構，使非接觸傳感器儘量垂直靠近被測量表面。它包括一個門形架及左右對稱布置的兩組可伸縮測量機構和微機系統，測量機構的光柵尺、旋轉編碼器、傳感器的輸出，步進電機的驅動器分別與微機系統的輸入、輸出相連，門形架的橫梁上設有吊絲牽引測量機構和絲槓驅動測量機構，均豎向布置，設有傳感器的測量頭固定在伸縮杆的自由端；橫推測量機構設在門形架的立柱上，橫推測量機構的外殼與立柱連接為鉸接，其伸縮杆與布置在門形架中間的測量機構縮杆鉸接。光柵尺的定尺固定在測量機構的外殼上，其動尺通過傳動連接件固定在伸縮杆上。伸縮杆上的測量頭可以上下移動，移動量可控可測，中間兩個豎向測量機構的測量頭設有使傳感器轉動並進行角度測量的機構，橫推測量機構外殼鉸接於機架立柱可擺動，其伸縮杆與中間測量機構的伸縮杆鉸接，伸縮量也可控可測，左邊伸縮杆右移到一定位置時，其中部帶軸承的銷子與左邊豎向測量機構外殼的左側相靠，測量機構採用渦流或電感位移傳感器，微機直接控制測量過程並計算和記錄測量結果。本發明的工作原理為測試輪對被地面轉輪器定位後，靜置在門形架橫梁正下方，通過輪對軸線的鉛垂面為測量平面，X-Y坐標軸定位在門形架橫梁上，微機通過豎向測量機構、橫推測量機構的光柵尺讀數、測量頭圓光柵及傳感器的讀數，控制傳感器在測量平面中的方位，使它儘量垂直靠近被測局部表面，從而正確測量出表面某點的平面坐標，逐步改變和調整傳感器方位可以掃描出大部分輪廓曲線。其中兩邊的豎向測量機構測量輪對軸承外圈或軸頸最高點及輪座前肩最高點的坐標，利用軸承或軸頸的已知直徑，確定輪對轉動軸線的平面坐標和輪座半徑；中間豎向測量機構同時測量出輪輞輪廓特徵點的坐標，最後計算出車輪的輪輞厚度和寬度、踏面磨耗、輪緣厚度、輪對內側距、車輪半徑以及軸身半徑，此外在輪對緩慢滾動時，通過測量車輪滾動圓、軸承外圈最高點與基準線的距離差，可計算車輪的偏心和檫傷。
本發明的另一種技術方案是採用滾珠螺杆電動滑軌橫向固定在門形架上，絲槓驅動的伸縮測量機構垂向固定在電動滑軌的滑塊上，滑塊的移動量可控可測，設有多個傳感器的測量頭固定在伸縮測量機構的測量杆下端；光柵尺的定尺固定在測量機構的外殼上，光柵尺的動尺通過傳動連接件固定在伸縮杆上，伸縮杆上的測量頭可以上下移動，移動量可控可測，測量頭還設有使傳感器轉動並進行角度測量的機構，測量機構採用渦流或電感位移傳感器，微機直接控制測量過程並計算和記錄測量結果。
本發明與現有技術相比的優點如下1、採用的兩個伸縮杆機構加三個鉸關節形成的三角形結構，剛度好，鉸接的間隙容易消除、運動靈活、重複定位精度高，利用光柵尺讀數進行三角計算確定的測量頭方位準確；2、本發明的結構，對加工精度的要求不高，因此成本較低；3、由於採用渦流或電感位移傳感器，它對表面汙染不敏感，測量結果是金屬實體的外形，更加精確；4、本發明裝置不需要龐大精確的輪對定位裝置，用軟體適應輪對尺寸的不同，簡化了機械結構。5、採用微機進行控制和信息處理可以直接得到數據，特別適合於檢修線上的輪對進行不接觸測量。此外，對於表面比較乾淨的物體外形測量，測量頭也可以採用雷射位移傳感器，減小測量區域，從而得到更細緻的輪廓曲線，測量傳感器也可以採用接觸式位移傳感器或3坐標測量機的接觸式測頭。
本發明


如下圖1是本發明裝置總體結構圖。
圖2是本發明吊絲牽引的測量機構剖面3是本發明絲槓驅動的測量機構剖面4是本發明橫推測量機構的剖面5是絲槓驅動的測量機構測量頭的結構6是本發明圖2的A向局部視7是本發明圖3的B向局部視8是本發明圖3的C向局部視9是本發明圖4的D向局部視10是本發明微機系統與測量機構連接框圖以下結合附圖對本發明的最佳實施例子作進一步描述包括一個門形架及左右對稱布置的兩組可伸縮測量機構和微機系統，測量機構的光柵尺、旋轉編碼器及傳感器的輸出與微機系統的輸入相連，門形架的橫梁9上設有吊絲牽引測量機構和絲槓驅動測量機構，均豎向布置，設有傳感器的測量頭固定在伸縮杆的自由端；橫推測量機構設在門形架的立柱11上，橫推測量機構的外殼3與的立柱11連接為鉸接，其伸縮杆39與布置在門形架中間的測量機構的伸縮杆31鉸接。光柵尺的定尺固定在測量機構的外殼上，光柵尺的動尺通過傳動連接件固定在伸縮杆上。橫推測量機構的伸縮杆用鉸銷8與絲槓驅動測量機構的伸縮杆連接，其推擺銷7間歇與測量機構殼體1左側相貼，微機系統裝置10固定在橫梁9上，測試輪對位於門形架正下方，通過輪對軸線的鉛垂面為測量平面。
吊絲牽引測量機構的結構如圖2所示，它由殼體1、細鋼絲繩14、線性軸承15、伸縮杆17、光柵尺定尺16、動尺18、傳感器21、傳感器22及其安裝件20組成。傳感器21、傳感器22通過安裝件20固定在伸縮杆17上，其另一端與細鋼絲繩14相連，鋼絲繩另一端卷繞在捲筒23上，捲筒與電機28通過減速器24連接，這樣傳感器21、傳感器22可沿殼體1的方向伸縮。光柵尺定尺16固定在測量機構殼體1上，動尺18通過傳動連接件固定在伸縮杆上。
絲槓驅動的測量機構由伸縮機構和測量頭組成，其中測量機構的結構如圖3所示，它由殼體2、絲槓27、螺母29、鉸銷5、伸縮杆31、步進電機25、電機固定臺26、光柵尺定尺32、動尺34、傳動連接零件33、手動螺母30等組成，步進電機25通過鍵與絲槓27相連，絲槓27、伸縮杆31和光柵尺動尺34通過傳動連接零件33相連，光柵尺的定尺32固定在殼體2上，伸縮杆31與測量頭外殼35固接，伸縮機構的外殼2通過鉸銷5鉸於機架橫梁9上，電機轉動絲槓可使螺母移動，帶動伸縮杆和動尺34滑動，使測量頭沿殼體2方向上下移動。測量頭的結構如圖5所示，它由外殼35、轉軸13、旋轉編碼器49、軸連接件52、步進電機51、編碼器連接片53、固定連接銷36、傳感器55、傳感器支架54、傳感器固定螺母56、標定件46和標定件48及其支架19和支架50等組成。步進電機51固定在測量頭外殼上，電機軸通過連接件52與轉軸13相連。轉軸13端部設有傳感器55。傳感器55通過支架54與轉軸13端部固接，測量頭殼體內設有空心軸旋轉編碼器49。編碼器49的外殼與殼體35的內側通過連接片53固定連接，電機51帶動轉軸13使傳感器55搖頭，標定件46和標定件48用於傳感器55的自動標定。
橫推測量機構的具體結構如圖4所示，它由外殼3、絲槓47、螺母45、鉸銷6、伸縮杆39、步進電機38、電機固定臺37、光柵尺定尺40、動尺41、傳動連接零件42、推擺銷7、手動螺母44、推擺關節43及銷子8組成，步進電機38通過鍵與絲槓47相連，絲槓47、伸縮杆39和光柵尺動尺41通過傳動連接零件42相連，光柵尺的定尺40固定在殼體3上，伸縮杆39的右端通過推擺關節43及銷子8與絲槓驅動的測量機構的伸縮杆31相連，橫推測量機構外殼3通過鉸銷6鉸於機架立柱11，伸縮杆39中部有帶滾子的推擺銷7。這樣，電機轉動絲槓使螺母移動，帶動伸縮杆39和光柵尺動尺滑動，從而使絲槓驅動的測量機構擺動，此外當伸縮杆39移動到一定範圍時，推擺銷7與吊絲牽引的測量機構殼體1貼靠，使它擺動到輪座頂點測量位置，傳感器21提供擺動到位信號。上述可伸縮測量機構的驅動方式也可以是液壓驅動或氣壓驅動。車輪輪輞斷面尺寸的測量過程是微機裝置10通過絲槓驅動的測量機構、橫推測量機構的光柵尺讀數、測量頭圓光柵49及傳感器55的讀數計算相關的長度，通過控制步進電機38和步進電機25及步進電機51控制傳感器55在測量平面中的方位，使它儘量垂直靠近被測局部，使被測量點落入傳感器的量程範圍，同時記錄傳感器輸出、圓光柵及光柵尺的讀數，從而利用三角函數關係計算出表面某點的平面坐標，逐步改變和調整傳感器的方位掃描出大部分輪廓曲線，最後在線計算出左右車輪的輪輞寬度和厚度、踏面磨耗、輪緣厚度及輪對內側距。車輪及車軸直徑的測量原理微機通過控制吊絲牽引測量機構的電機28使伸縮杆17在殼體1內上下滑動，調整傳感器在豎直方向上的位置，使被測量點位於傳感器的量程範圍，測量機構通常在重力作用下，緊靠在限位零件12上，測量軸承外圈或軸頸的最高點坐標，利用軸承外圈或軸頸的已知直徑，確定輪對轉動軸線的平面坐標，利用絲槓驅動的測量機構得到的車輪滾動圓和軸身最高點的位置，計算出測量斷面處車輪的直徑；當測量輪座或前肩直徑時，推擺銷7使吊絲牽引的測量機構向右擺動，同時測量頭適當下降，通過傳感器21的引導使測量單元靠近輪轂外側，然後下移測量單元使輪座前肩部位的車軸表面落入傳感器22的測量範圍，記錄測量手的長度、推擺銷7的位置和傳感器的輸出，計算最高點的坐標，再計算輪座前肩的直徑。此外在輪對緩慢滾動時，通過測量車輪滾動圓、軸承外圈最高點與基準線的距離差，可計算車輪的偏心和檫傷。微機系統如圖10所示，它由微型機及其應用軟體、三坐標測量及步進電機控制板PCL-833和PCL-839、多通道A/D摸板、光柵尺、圓光柵、電感或渦流位移傳感器、可編程邏輯控制器PLC、環境溫度傳感器、步進電機及其驅動器組成。其中三坐標測量及步進電機控制板分別完成左或右輪絲槓驅動的測量機構的測量和控制，PLC完成輪對的定位、轉動控制，同時完成輪座直徑的測量控制。一個輪對的完整測量過程是測試輪對被轉輪器定位靜置在橫梁下方後，人工按下「1斷面」測量按鍵，啟動第一個斷面檢測過程，結束時使吊絲牽引的測量機構1和絲槓驅動的測量機構2分別處於檢測軸承或軸頸和車輪滾動圓頂點，接著PLC控制轉輪器電機使輪對旋轉，進行輪對偏心測量，輪對轉動約120°後，人工按下「2斷面」按鈕，系統用同樣方式進行第2個斷面及車輪偏心的測量，最後按下「3斷面」按鈕，完成第3個斷面及最後一部分偏心的測量。3個斷面的測量過程完全相同，測量完成後，微機按照有關要求顯示和列印全部測量結果並進行合格判定，全部數據以文件的形式進行存儲，在非測量階段提供網絡訪問服務。
權利要求
1．一種鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置，包括一個門形架及左右對稱布置的兩組可伸縮測量機構和微機系統，測量機構的光柵尺、旋轉編碼器及傳感器的輸出與微機系統的輸入相連，其特徵在於門形架的橫梁(9)上設有吊絲牽引測量機構和絲槓驅動測量機構，均豎向布置，設有傳感器的測量頭固定在伸縮杆的自由端；橫推測量機構設在門形架的立柱(11)上，其伸縮杆(39)與布置在門形架內側的測量機構的伸縮杆(31)鉸接。
2．根據權利要求1所述的鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置，其特徵在於吊絲牽引測量機構的外殼(1)和絲槓驅動測量機構的外殼(2)與橫梁(9)的連接為鉸接。
3．根據權利要求1所述的鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置，其特徵在於橫推測量機構的外殼(3)與的立柱(11)連接為鉸接。
4．根據權利要求1所述的鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置，其特徵在於所述光柵尺的定尺固定在測量機構的外殼上，光柵尺的動尺通過傳動連接件固定在伸縮杆上。
5．根據權利要求1所述的鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置，其特徵在於所述測量頭的殼體(35)上設有步進電機(51)，電機軸通過連接件(52)與轉軸(13)相連。
6．根據權利要求5所述的鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置，其特徵在於所述轉軸(13)端部設有傳感器(55)。
7．根據權利要求1所述的鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置，其特徵在於所述測量頭的殼體(35)內設有與轉軸(13)同軸安裝的旋轉編碼器(49)。
8．根據權利要求1所述的鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置，其特徵在於所述可伸縮測量機構可以是其它結構形式，驅動方式也可以是液壓驅動或氣動。
9．根據權利要求1所述的鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置，其特徵在於所述的傳感器也可以是雷射位移傳感器，還可以是接觸式傳感器。
10．一種鐵路車輛輪對幾何參數自動測量裝置，包括一個門形架及左右對稱布置的兩組可伸縮測量機構和微機系統，測量機構的光柵尺、旋轉編碼器及傳感器的輸出與微機系統的輸入相連，其特徵在於滾珠螺杆電動滑軌橫向固定在門形架上，絲槓驅動的伸縮測量機構垂向固定在電動滑軌的滑塊上，設有多個傳感器的測量頭固定在伸縮杆的自由端；光柵尺的定尺固定在測量機構的外殼上，光柵尺的動尺通過傳動連接件固定在伸縮杆上，測量頭還設有傳感器轉動機構。
全文摘要
鐵路輪對幾何參數自動測量裝置,由門形機架、微機系統、4個測量機構及2個橫推測量機構組成,測量頭可上下左右移動,中間2個測頭上的傳感器可轉動,掃描測量輪輞斷面及軸身頂點,另外2個測量直徑已知的軸承或軸頸及輪座前肩的頂點,先確定車軸線位置,計算輪輞、車軸半徑及車輪偏心和內側距等參數,用渦流或電感非接觸位移傳感器可測油汙覆蓋的金屬體輪廓,數據由微機處理,裝置特別適合檢修線輪對的非接觸自動測量。
文檔編號G01M17/10GK1318487SQ0110852
公開日2001年10月24日 申請日期2001年6月12日 優先權日2001年6月12日
發明者周文祥, 左建勇 申請人:西南交通大學