本發(fā)明屬于幾何測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種便攜式車輪直徑測(cè)量方法與測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

列車輪對(duì)參數(shù)定期檢測(cè)是保障軌道交通安全運(yùn)營(yíng)必要的手段之一。目前輪對(duì)參數(shù)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)與便攜式輪對(duì)參數(shù)測(cè)量?jī)x是該領(lǐng)域的兩個(gè)發(fā)展方向。

列車車輪直徑以滾動(dòng)圓(與車輪內(nèi)側(cè)面平行并相距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(duì)參數(shù)中一個(gè)重要的指標(biāo)。傳統(tǒng)的車輪直徑測(cè)量尺因?yàn)椴皇軋?chǎng)地限制，仍然被廣泛使用。但是，傳統(tǒng)的車輪直徑測(cè)量尺存在體積較大、人工讀數(shù)記錄等問(wèn)題，影響測(cè)量效率。目前的便攜式車輪踏面參數(shù)測(cè)量?jī)x，如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)(公開(kāi)號(hào)cn103738358a)中的便攜式鐵路車輪踏面參數(shù)檢測(cè)儀，都是對(duì)車輪踏面輪廓進(jìn)行測(cè)量，提取出踏面輪廓之后，計(jì)算出包括車輪直徑在內(nèi)的踏面參數(shù)。基于踏面輪廓的車輪直徑測(cè)量，要提高測(cè)量精度需要進(jìn)行多次測(cè)量，每次測(cè)量都會(huì)因?yàn)樘っ娑ㄎ徽`差引入測(cè)量誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式車輪直徑測(cè)量裝置與測(cè)量方法，以實(shí)現(xiàn)機(jī)車車輪直徑的離線、精確、快速測(cè)量。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種便攜式車輪直徑測(cè)量裝置，包括：外殼、顯示單元以及設(shè)置在外殼內(nèi)的數(shù)據(jù)處理單元、定位單元、一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)、一維定位傳感器和一維測(cè)距傳感器；

其中：

所述一維測(cè)距傳感器安裝于所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)之上，所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)可以直線平移，帶動(dòng)一維測(cè)距傳感器直線移動(dòng)，來(lái)測(cè)量滾動(dòng)圓上一段弧線與所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的距離；

所述定位單元用于將該裝置定位在被測(cè)車輪圓周面上使得所述一維測(cè)距傳感器的測(cè)點(diǎn)位于所述弧線上且所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)的最大行程所形成的線段與被測(cè)車輪的軸線方向垂直且該線段的中點(diǎn)和滾動(dòng)圓圓心的連線與該線段垂直；

所述一維定位傳感器用于測(cè)量所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)的距離；

所述顯示單元用于顯示數(shù)據(jù)處理單元的處理結(jié)果數(shù)據(jù)。

其中所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)采取手動(dòng)或者電動(dòng)方式移動(dòng)。

其中所述一維測(cè)距傳感器采用一維激光傳感器或一維接觸式傳感器。

其中所述一維定位傳感器采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(gè)定位桿與一個(gè)磁性單元，所述兩個(gè)定位桿用于限制該測(cè)量裝置在被測(cè)車輪圓周面上的位置，所述磁性單元將該測(cè)量裝置吸附于車輪內(nèi)側(cè)面，并使一維測(cè)距傳感器測(cè)點(diǎn)位于所述弧線上。

其中用二維激光傳感器代替一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)、一維定位傳感器和一維測(cè)距傳感器，直接測(cè)量得到距車輪內(nèi)側(cè)面70mm處的一段弧線的輪廓數(shù)據(jù)。

本發(fā)明還涉及一種便攜式車輪直徑測(cè)量方法，包括如下步驟：

步驟一，安裝：將便攜式車輪直徑測(cè)量裝置通過(guò)定位單元固定于被測(cè)車輪之上；

步驟二，掃描測(cè)量：所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)一維測(cè)距傳感器移動(dòng)，平移過(guò)程中，由一維測(cè)距傳感器測(cè)量得到滾動(dòng)圓上一段弧線與所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的距離，由一維定位傳感器測(cè)量得到平動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置，兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，構(gòu)成所述弧線的輪廓數(shù)據(jù)；

步驟三，弦長(zhǎng)弓高法計(jì)算直徑：根據(jù)弧線的輪廓數(shù)據(jù)得到弧線弦長(zhǎng)與弓高，通過(guò)弦長(zhǎng)弓高法計(jì)算得到車輪直徑；或者通過(guò)擬合圓計(jì)算直徑：根據(jù)弧線的輪廓數(shù)據(jù)，采用最小二乘法擬合得到滾動(dòng)圓的方程，從而得到車輪直徑。

本發(fā)明還涉及一種便攜式車輪直徑測(cè)量方法，包括如下步驟：

步驟一，安裝：將便攜式車輪直徑測(cè)量裝置通過(guò)定位單元固定于被測(cè)車輪之上；

步驟二，測(cè)量：通過(guò)二維激光傳感器直接測(cè)量得到車輪滾動(dòng)圓上一段弧線的輪廓數(shù)據(jù)；

步驟三，弦長(zhǎng)弓高法計(jì)算直徑：根據(jù)弧線的輪廓數(shù)據(jù)得到弧線弦長(zhǎng)與弓高，通過(guò)弦長(zhǎng)弓高法計(jì)算得到車輪直徑；或者通過(guò)擬合圓計(jì)算直徑：根據(jù)弧線的輪廓數(shù)據(jù)，采用最小二乘法擬合得到滾動(dòng)圓的方程，從而得到車輪直徑。

附圖說(shuō)明

為了更容易理解本發(fā)明的技術(shù)方案和有益的技術(shù)效果，通過(guò)參照在附圖中示出的本發(fā)明的具體實(shí)施方式來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。這些附圖僅繪出了本發(fā)明的典型實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的便攜式車輪直徑測(cè)量裝置的第一和第二實(shí)施方式的正視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的便攜式車輪直徑測(cè)量裝置的第一和第二實(shí)施方式的后視圖。

圖3是圖1和圖2中a-a截面視圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的便攜式車輪直徑測(cè)量裝置的第一和第二實(shí)施方式的數(shù)據(jù)處理單元組成示意圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的便攜式車輪直徑測(cè)量裝置的第一和第三實(shí)施方式的弦長(zhǎng)弓高法計(jì)算直徑原理圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的便攜式車輪直徑測(cè)量裝置的第二和第四實(shí)施方式的擬合圓計(jì)算直徑原理圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的便攜式車輪直徑測(cè)量裝置的第三實(shí)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(biāo)示出的附圖標(biāo)記中：

1：外殼；2：一維測(cè)距傳感器；3：一維定位傳感器；4：一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)；5：定位桿；6：磁性單元；7：二維激光傳感器；8：被測(cè)車輪；9：滾動(dòng)圓上一段弧線；10：車輪內(nèi)側(cè)面。

具體實(shí)施方式

實(shí)施方式一

如圖1～3所示，一種便攜式車輪直徑測(cè)量裝置，包括：外殼1、顯示單元以及設(shè)置在外殼1內(nèi)的數(shù)據(jù)處理單元、電池、定位單元、一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)4、一維定位傳感器3和一維測(cè)距傳感器2；

其中：

所述一維測(cè)距傳感器2安裝于所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)4之上，所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)4可以直線平移，用于帶動(dòng)一維測(cè)距傳感器2直線移動(dòng)，用于測(cè)量滾動(dòng)圓上一段弧線9與所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)4之間的距離；

所述定位單元用于將該裝置定位在被測(cè)車輪8圓周面上使得所述一維測(cè)距傳感器2的測(cè)點(diǎn)位于滾動(dòng)圓上一段弧線9上且所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)4的最大行程所形成的線段與被測(cè)車輪8軸向垂直且其中點(diǎn)和滾動(dòng)圓圓心的連線與該線段垂直；

所述一維定位傳感器用于測(cè)量所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)4移動(dòng)的距離；

所述電池用于給數(shù)據(jù)處理單元、一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)4、一維定位傳感器3和一維測(cè)距傳感器2供電；

顯示單元用于顯示數(shù)據(jù)處理單元的處理結(jié)果數(shù)據(jù)。

所述滾動(dòng)圓為與車輪內(nèi)側(cè)面10平行并相距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(gè)定位桿5與一個(gè)磁性單元6，所述兩個(gè)定位桿5用于限制測(cè)量裝置在被測(cè)車輪8圓周面上的位置，所述磁性單元6將測(cè)量裝置吸附于車輪內(nèi)側(cè)面10，并使一維測(cè)距傳感器測(cè)點(diǎn)位于滾動(dòng)圓上一段弧線9上。

所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)4可以采取手動(dòng)或者電動(dòng)方式移動(dòng)。

所述一維測(cè)距傳感器2采用一維激光傳感器或一維接觸式傳感器。

所述一維定位傳感器3采用一維磁柵傳感器或一維光柵傳感器。

如圖4所示，所述數(shù)據(jù)處理單元用于接收所述一維測(cè)距傳感器2與所述一維定位傳感器3測(cè)量所得數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到被測(cè)車輪8直徑并保存，通過(guò)無(wú)線方式將測(cè)得直徑傳輸?shù)绞謾C(jī)(即顯示單元)上，通過(guò)專有軟件進(jìn)行測(cè)量操作、結(jié)果顯示與數(shù)據(jù)管理。

接下來(lái)介紹利用上述便攜式車輪直徑測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)便攜式車輪直徑測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟1，安裝：將便攜式車輪直徑測(cè)量裝置通過(guò)定位單元固定于被測(cè)車輪8之上；

步驟2，掃描測(cè)量：所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)4帶動(dòng)一維測(cè)距傳感器2移動(dòng)，平移過(guò)程中，由一維測(cè)距傳感器2測(cè)量得到滾動(dòng)圓上一段弧線9與所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)4之間的距離，由一維定位傳感器3測(cè)量得到平動(dòng)機(jī)構(gòu)4的位置，兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，構(gòu)成滾動(dòng)圓上一段弧線9的輪廓數(shù)據(jù)；

步驟3，弦長(zhǎng)弓高法計(jì)算直徑：如圖5所示，根據(jù)一維定位傳感器3可以得到滾動(dòng)圓上一段弧線9的輪廓的弦長(zhǎng)l，根據(jù)一維測(cè)距傳感器2可以得到弧線輪廓的弓高h(yuǎn)，通過(guò)直角三角形δado，根據(jù)勾股定理，有求出滾動(dòng)圓直徑即被測(cè)車輪8的直徑。

實(shí)施方式二

如圖1～3所示，本實(shí)施方式的一種便攜式車輪直徑測(cè)量裝置與實(shí)施方式一相同。

本實(shí)施方式便攜式車輪直徑測(cè)量方法，包含以下步驟：

步驟1，安裝：將便攜式車輪直徑測(cè)量裝置通過(guò)定位單元固定于被測(cè)車輪8之上；

步驟2，掃描測(cè)量：所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)4帶動(dòng)一維測(cè)距傳感器2移動(dòng)，平移過(guò)程中，由一維測(cè)距傳感器2測(cè)量得到滾動(dòng)圓上一段弧線9與所述一維平動(dòng)機(jī)構(gòu)4之間的距離，由一維定位傳感器3測(cè)量得到平動(dòng)機(jī)構(gòu)4的位置，兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，構(gòu)成滾動(dòng)圓上一段弧線9的輪廓數(shù)據(jù)；

步驟3，擬合圓計(jì)算直徑：如圖5所示，根據(jù)弧線輪廓數(shù)據(jù)、采用最小二乘法擬合得到滾動(dòng)圓的方程，從而得到車輪直徑。

實(shí)施方式三

如圖7～8所示，一種便攜式車輪直徑測(cè)量裝置，包括外殼1、顯示單元和設(shè)置在外殼1內(nèi)的數(shù)據(jù)處理單元、電池、定位單元和二維激光傳感器7；

其中：

外殼、數(shù)據(jù)處理單元和顯示單元、電池、定位單元與實(shí)施方式一相同；

二維激光傳感器7，直接測(cè)量得到距車輪內(nèi)側(cè)面70mm處的一段弧線的輪廓數(shù)據(jù)。

接下來(lái)介紹利用上述便攜式車輪直徑測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)車輪直接離線測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟1，安裝：將便攜式車輪直徑測(cè)量裝置通過(guò)定位單元固定于被測(cè)車輪8之上；

步驟2，測(cè)量：通過(guò)二維激光傳感器7直接測(cè)量得到距車輪內(nèi)側(cè)面70mm處的一段圓弧9的輪廓數(shù)據(jù)；

步驟3，利用弦長(zhǎng)弓高法計(jì)算直徑。

實(shí)施方式四

如圖5～6所示，本實(shí)施方式的一種便攜式車輪直徑測(cè)量裝置與實(shí)施方式三相同。

接下來(lái)介紹利用上述便攜式車輪直徑測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)車輪直接離線測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟1，與實(shí)施方式一步驟1相同；

步驟2，與實(shí)施方式三步驟2相同；

步驟3，與實(shí)施方式二步驟3相同。

本發(fā)明可以以其他具體的形式進(jìn)行體現(xiàn)，但這并不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍僅由所附的權(quán)利要求限定。