可攜式車輪直徑測量裝置與測量方法與流程
2023-05-03 14:42:11 2
本發明屬於幾何測量技術領域，涉及一種可攜式車輪直徑測量方法與測量裝置。
背景技術：
列車輪對參數定期檢測是保障軌道交通安全運營必要的手段之一。目前輪對參數自動測量系統與可攜式輪對參數測量儀是該領域的兩個發展方向。
列車車輪直徑以滾動圓(與車輪內側面平行並相距70毫米的平面與車輪踏面相交所成的圓)處的直徑為其公稱值，是輪對參數中一個重要的指標。傳統的車輪直徑測量尺因為不受場地限制，仍然被廣泛使用。但是，傳統的車輪直徑測量尺存在體積較大、人工讀數記錄等問題，影響測量效率。目前的可攜式車輪踏面參數測量儀，如中國發明專利申請(公開號cn103738358a)中的可攜式鐵路車輪踏面參數檢測儀，都是對車輪踏面輪廓進行測量，提取出踏面輪廓之後，計算出包括車輪直徑在內的踏面參數。基於踏面輪廓的車輪直徑測量，要提高測量精度需要進行多次測量，每次測量都會因為踏面定位誤差引入測量誤差。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種可攜式車輪直徑測量裝置與測量方法，以實現機車車輪直徑的離線、精確、快速測量。
為達到上述目的，本發明採用下述技術方案：
一種可攜式車輪直徑測量裝置，包括：外殼、顯示單元以及設置在外殼內的數據處理單元、定位單元、一維平動機構、一維定位傳感器和一維測距傳感器；
其中：
所述一維測距傳感器安裝於所述一維平動機構之上，所述一維平動機構可以直線平移，帶動一維測距傳感器直線移動，來測量滾動圓上一段弧線與所述一維平動機構之間的距離；
所述定位單元用於將該裝置定位在被測車輪圓周面上使得所述一維測距傳感器的測點位於所述弧線上且所述一維平動機構的最大行程所形成的線段與被測車輪的軸線方向垂直且該線段的中點和滾動圓圓心的連線與該線段垂直；
所述一維定位傳感器用於測量所述一維平動機構移動的距離；
所述顯示單元用於顯示數據處理單元的處理結果數據。
其中所述一維平動機構採取手動或者電動方式移動。
其中所述一維測距傳感器採用一維雷射傳感器或一維接觸式傳感器。
其中所述一維定位傳感器採用一維磁柵傳感器或一維光柵傳感器。
其中所述定位單元包括兩個定位杆與一個磁性單元，所述兩個定位杆用於限制該測量裝置在被測車輪圓周面上的位置，所述磁性單元將該測量裝置吸附於車輪內側面，並使一維測距傳感器測點位於所述弧線上。
其中用二維雷射傳感器代替一維平動機構、一維定位傳感器和一維測距傳感器，直接測量得到距車輪內側面70mm處的一段弧線的輪廓數據。
本發明還涉及一種可攜式車輪直徑測量方法，包括如下步驟：
步驟一，安裝：將可攜式車輪直徑測量裝置通過定位單元固定於被測車輪之上；
步驟二，掃描測量：所述一維平動機構帶動一維測距傳感器移動，平移過程中，由一維測距傳感器測量得到滾動圓上一段弧線與所述一維平動機構之間的距離，由一維定位傳感器測量得到平動機構的位置，兩個傳感器的數據一一對應，構成所述弧線的輪廓數據；
步驟三，弦長弓高法計算直徑：根據弧線的輪廓數據得到弧線弦長與弓高，通過弦長弓高法計算得到車輪直徑；或者通過擬合圓計算直徑：根據弧線的輪廓數據，採用最小二乘法擬合得到滾動圓的方程，從而得到車輪直徑。
本發明還涉及一種可攜式車輪直徑測量方法，包括如下步驟：
步驟一，安裝：將可攜式車輪直徑測量裝置通過定位單元固定於被測車輪之上；
步驟二，測量：通過二維雷射傳感器直接測量得到車輪滾動圓上一段弧線的輪廓數據；
步驟三，弦長弓高法計算直徑：根據弧線的輪廓數據得到弧線弦長與弓高，通過弦長弓高法計算得到車輪直徑；或者通過擬合圓計算直徑：根據弧線的輪廓數據，採用最小二乘法擬合得到滾動圓的方程，從而得到車輪直徑。
附圖說明
為了更容易理解本發明的技術方案和有益的技術效果，通過參照在附圖中示出的本發明的具體實施方式來對本發明進行詳細的描述。這些附圖僅繪出了本發明的典型實施方式，並不構成對本發明的保護範圍的限制，其中：
圖1是根據本發明的可攜式車輪直徑測量裝置的第一和第二實施方式的正視圖。
圖2是根據本發明的可攜式車輪直徑測量裝置的第一和第二實施方式的後視圖。
圖3是圖1和圖2中a-a截面視圖。
圖4是根據本發明的可攜式車輪直徑測量裝置的第一和第二實施方式的數據處理單元組成示意圖。
圖5是根據本發明的可攜式車輪直徑測量裝置的第一和第三實施方式的弦長弓高法計算直徑原理圖。
圖6是根據本發明的可攜式車輪直徑測量裝置的第二和第四實施方式的擬合圓計算直徑原理圖。
圖7是根據本發明的可攜式車輪直徑測量裝置的第三實施方式的正視圖。
圖8是圖7中a-a截面視圖。
在圖1-8中標示出的附圖標記中：
1：外殼；2：一維測距傳感器；3：一維定位傳感器；4：一維平動機構；5：定位杆；6：磁性單元；7：二維雷射傳感器；8：被測車輪；9：滾動圓上一段弧線；10：車輪內側面。
具體實施方式
實施方式一
如圖1～3所示，一種可攜式車輪直徑測量裝置，包括：外殼1、顯示單元以及設置在外殼1內的數據處理單元、電池、定位單元、一維平動機構4、一維定位傳感器3和一維測距傳感器2；
其中：
所述一維測距傳感器2安裝於所述一維平動機構4之上，所述一維平動機構4可以直線平移，用於帶動一維測距傳感器2直線移動，用於測量滾動圓上一段弧線9與所述一維平動機構4之間的距離；
所述定位單元用於將該裝置定位在被測車輪8圓周面上使得所述一維測距傳感器2的測點位於滾動圓上一段弧線9上且所述一維平動機構4的最大行程所形成的線段與被測車輪8軸向垂直且其中點和滾動圓圓心的連線與該線段垂直；
所述一維定位傳感器用於測量所述一維平動機構4移動的距離；
所述電池用於給數據處理單元、一維平動機構4、一維定位傳感器3和一維測距傳感器2供電；
顯示單元用於顯示數據處理單元的處理結果數據。
所述滾動圓為與車輪內側面10平行並相距70毫米的平面與車輪踏面相交所成的圓。
所述定位單元包括兩個定位杆5與一個磁性單元6，所述兩個定位杆5用於限制測量裝置在被測車輪8圓周面上的位置，所述磁性單元6將測量裝置吸附於車輪內側面10，並使一維測距傳感器測點位於滾動圓上一段弧線9上。
所述一維平動機構4可以採取手動或者電動方式移動。
所述一維測距傳感器2採用一維雷射傳感器或一維接觸式傳感器。
所述一維定位傳感器3採用一維磁柵傳感器或一維光柵傳感器。
如圖4所示，所述數據處理單元用於接收所述一維測距傳感器2與所述一維定位傳感器3測量所得數據，並對測得數據進行處理，得到被測車輪8直徑並保存，通過無線方式將測得直徑傳輸到手機(即顯示單元)上，通過專有軟體進行測量操作、結果顯示與數據管理。
接下來介紹利用上述可攜式車輪直徑測量裝置實現可攜式車輪直徑測量方法，包括以下步驟：
步驟1，安裝：將可攜式車輪直徑測量裝置通過定位單元固定於被測車輪8之上；
步驟2，掃描測量：所述一維平動機構4帶動一維測距傳感器2移動，平移過程中，由一維測距傳感器2測量得到滾動圓上一段弧線9與所述一維平動機構4之間的距離，由一維定位傳感器3測量得到平動機構4的位置，兩個傳感器的數據一一對應，構成滾動圓上一段弧線9的輪廓數據；
步驟3，弦長弓高法計算直徑：如圖5所示，根據一維定位傳感器3可以得到滾動圓上一段弧線9的輪廓的弦長l，根據一維測距傳感器2可以得到弧線輪廓的弓高h，通過直角三角形δado，根據勾股定理，有求出滾動圓直徑即被測車輪8的直徑。
實施方式二
如圖1～3所示，本實施方式的一種可攜式車輪直徑測量裝置與實施方式一相同。
本實施方式可攜式車輪直徑測量方法，包含以下步驟：
步驟1，安裝：將可攜式車輪直徑測量裝置通過定位單元固定於被測車輪8之上；
步驟2，掃描測量：所述一維平動機構4帶動一維測距傳感器2移動，平移過程中，由一維測距傳感器2測量得到滾動圓上一段弧線9與所述一維平動機構4之間的距離，由一維定位傳感器3測量得到平動機構4的位置，兩個傳感器的數據一一對應，構成滾動圓上一段弧線9的輪廓數據；
步驟3，擬合圓計算直徑：如圖5所示，根據弧線輪廓數據、採用最小二乘法擬合得到滾動圓的方程，從而得到車輪直徑。
實施方式三
如圖7～8所示，一種可攜式車輪直徑測量裝置，包括外殼1、顯示單元和設置在外殼1內的數據處理單元、電池、定位單元和二維雷射傳感器7；
其中：
外殼、數據處理單元和顯示單元、電池、定位單元與實施方式一相同；
二維雷射傳感器7，直接測量得到距車輪內側面70mm處的一段弧線的輪廓數據。
接下來介紹利用上述可攜式車輪直徑測量裝置實現車輪直接離線測量方法，包括以下步驟：
步驟1，安裝：將可攜式車輪直徑測量裝置通過定位單元固定於被測車輪8之上；
步驟2，測量：通過二維雷射傳感器7直接測量得到距車輪內側面70mm處的一段圓弧9的輪廓數據；
步驟3，利用弦長弓高法計算直徑。
實施方式四
如圖5～6所示，本實施方式的一種可攜式車輪直徑測量裝置與實施方式三相同。
接下來介紹利用上述可攜式車輪直徑測量裝置實現車輪直接離線測量方法，包括以下步驟：
步驟1，與實施方式一步驟1相同；
步驟2，與實施方式三步驟2相同；
步驟3，與實施方式二步驟3相同。
本發明可以以其他具體的形式進行體現，但這並不會脫離本發明的保護範圍，本發明的保護範圍僅由所附的權利要求限定。