專利名稱：輪對三維外形自動檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及自動測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于機車車輛的輪對三維外形自 動檢測裝置。
背景技術(shù)：
機車車輛輪對三維外形不僅能夠反映出輪對各個截面的基本參數(shù)，還能夠反映輪 對各個截面之間相對關(guān)系，輪對各個截面的基本參數(shù)及各個截面之間的相對關(guān)系涉及到輪 對加工、運行和檢修的每一個環(huán)節(jié)，關(guān)系著輪對的質(zhì)量及機車車輛的安全。近年來，由于列 車向高速重載方向發(fā)展，使得列車輪對的磨耗加劇，檢修周期縮短，導(dǎo)致各機務(wù)車輛檢修段 的工作量加大，因此需要及時準確地掌握輪對三維外形幾何尺寸的相關(guān)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的輪對檢測裝置通常采用非接觸式測量方法，如申請?zhí)枮椤?00620023308. 9” 的中國專利公開了 “一種鐵路車輛輪對自動檢測裝置”，該檢測裝置由4只超聲波傳感器、5 套CCD圖像傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、圖像采集卡和工控機組成，4只超聲波傳感器通過數(shù)據(jù)采 集卡與工控機連接，5套圖像傳感器通過圖像采集卡也與工控機連接，4支超聲波傳感器和 5套圖像傳感器分別將各自采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給工控機，工控機根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)計算輪對 基本參數(shù)。通過對現(xiàn)有技術(shù)研究，申請人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的輪對檢測裝置存在以下問題1、需要部 署多個CCD相機和傳感器，機械機構(gòu)較為復(fù)雜，故障發(fā)生率相對較高，而且CCD相機需經(jīng)常 標定，且系統(tǒng)標定較為復(fù)雜，檢測效率低；2、現(xiàn)有的輪對檢測裝置檢測的只是輪對的某一個 平面或曲面的基本參數(shù)，而忽視了輪對上各個截面之間的相對關(guān)系，因此無法得到輪對的 整體情況，不能得到能夠直觀反映輪對整體狀況的輪對三維外形。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種用于機車車輛的輪對三維外形自動檢測裝置，該裝置 不僅可以實現(xiàn)對輪對的三維外形檢測，而且結(jié)構(gòu)簡單，檢測系統(tǒng)標定簡單、快捷，檢測效率
尚ο為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案一種輪對三維外形自動檢測裝置，包括設(shè)有可伸縮部件的輪對推進推出機構(gòu)，所述可伸縮部件的伸縮可將待檢輪對推入 及推出待檢測工位；設(shè)有升降部件與動力裝置的輪對舉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述升降部件可將位于待檢測工 位的所述待檢輪對夾起并提升至檢測工位，且當檢測完成后，可將所述待檢輪對由檢測工 位降至待檢測工位，所述動力裝置可與位于檢測工位的所述待檢輪對相接觸并可帶動所述 待檢輪對旋轉(zhuǎn)；由隨所述待檢輪對旋轉(zhuǎn)的編碼器、分別設(shè)置在所述待檢輪對兩個車輪輪緣外側(cè)的 2個2D傳感器和分別設(shè)置在所述待檢輪對兩個車輪輪輞內(nèi)側(cè)的2個激光位移傳感器組成的
3輪對測量單元，所述測量單元的各部分對位于檢測工位的所述待檢輪對進行測量，并將測 量數(shù)據(jù)發(fā)送出去；與所述輪對測量單元相連的數(shù)據(jù)處理單元，接收所述輪對測量單元發(fā)送的測量數(shù) 據(jù)，并根據(jù)接收的測量數(shù)據(jù)計算所述待檢輪對的基本參數(shù)及繪出待檢輪對的三維外形曲 線，與所述輪對推進推出機構(gòu)、所述輪對舉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、所述輪對測量單元及所述數(shù) 據(jù)處理單元相連的控制單元，控制所述輪對外形自動檢測裝置各部件的工作狀態(tài)，以完成 檢測過程。優(yōu)選地，所述編碼器與所述輪對舉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)動力裝置的轉(zhuǎn)軸相接觸，由所述輪 對舉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)動力裝置的轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，所述編碼器與所述待檢輪對的踏面相接觸，由所述待檢輪對帶動旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，所述2個2D傳感器和2個激光位移傳感器分別于所述編碼器分別相連， 且受所述編碼器控制進行數(shù)據(jù)采集。優(yōu)選地，所述待檢輪對的基本參數(shù)包括輪緣高度、輪輞寬度、輪緣厚度、QR值、輪 內(nèi)距、端面跳動數(shù)據(jù)、輪徑、輪徑差、車輪偏心、踏面擦傷長度和踏面剝離長度。優(yōu)選地，進一步包括與所述數(shù)據(jù)處理單元相連的打印裝置，用于打印所述待檢輪 對的基本參數(shù)和待檢輪對的三維外形曲線。優(yōu)選地，進一步包括與所述數(shù)據(jù)處理單元相連的顯示裝置，用于顯示測量數(shù)據(jù)和 /或待檢輪對的基本參數(shù)和待檢輪對的三維外形曲線。優(yōu)選地，進一步包括與所述數(shù)據(jù)處理單元相連的存儲裝置，用于存儲測量數(shù)據(jù)、 待檢輪對的基本參數(shù)和/或待檢輪對的三維外形曲線。優(yōu)選地，所述可伸縮部件和升降部件為氣缸或油缸。優(yōu)選地，所述動力裝置為電動機。由以上本申請實施例提供的技術(shù)方案可見，該輪對三維外形自動檢測裝置的輪對 測量單元包括2個2D傳感器、2個激光位移傳感器和一個編碼器，設(shè)置在兩個車輪輪輞內(nèi)側(cè) 的2個激光位移傳感器可以獲得待檢輪對輪輞內(nèi)側(cè)在水平Y(jié)向的數(shù)據(jù)，設(shè)置在輪緣外側(cè)的 2D傳感器可以獲取待檢輪對外緣的外形曲線的Z向和Y向數(shù)據(jù)，而隨所述待檢輪對轉(zhuǎn)動的 編碼器可以獲取待檢輪對外形曲線的X向數(shù)據(jù)，通過上述測量數(shù)據(jù)相互結(jié)合，不僅可以得 到輪對的基本參數(shù)，而且還可以得到輪對的三維外形曲線。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該輪對三維外形自動檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)標定簡單、 快捷，而且得到三維外形曲線是對待檢輪對的三維復(fù)原，可以直觀地反映待檢輪對的整體 狀況。


為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下， 還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本申請實施例提供的一種輪對三維外形自動檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2為本申請實施例提供的一種輪對測量單元的分布示意圖；圖3為本申請實施例提供的另一種輪對測量單元的分布示意圖；圖4為本申請實施例提供的另一種輪對三維外形自動檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實 施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當屬于本申請保護 的范圍。實施例一圖1為本申請實施例提供的一種輪對三維外形自動檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該輪對三維外形自動檢測裝置包括輪對推進推出機構(gòu)1、輪對舉升 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2、輪對測量單元3、數(shù)據(jù)處理單元4和控制單元5，其中控制單元5分別與其它各 部分相連，并且控制輪對外形自動檢測裝置其它各部分的工作狀態(tài)，以完成檢測過程。輪對推進推出機構(gòu)1的主體部分為至少一個可伸縮部件，例如氣缸或油缸，通過 可伸縮部件的伸縮可將待檢輪對推入及推出待檢測工位，為檢測做準備。輪對舉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2設(shè)置在與待檢測工位相對應(yīng)的位置，其主體部分為升降部件 與動力裝置，例如帶有電動機的氣缸或帶有電動機的油缸，并且升降部件可將進入待檢測 工位的待檢輪對夾起并提升至檢測工位，且當檢測完成后，升降部件還可將待檢輪對由檢 測工位降至待檢測工位，而動力裝置可與位于檢測工位的待檢輪對相接觸并可帶動待檢輪 對旋轉(zhuǎn)。圖2為本申請實施例提供的輪對測量單元的分布示意圖。圖中6為待檢輪對，如圖2所示，輪對測量單元3包括編碼器31、第一 2D傳感器 32、第二 2D傳感器33、第一激光位移傳感器34和第二激光位移傳感器35，其中，編碼器31 可隨待檢輪對6 —起轉(zhuǎn)動，用于測量車輪的轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)；第一 2D傳感器32位于待檢輪對6左 側(cè)車輪輪緣的外側(cè)，第二 2D傳感器33位于待檢輪對6右側(cè)車輪輪緣的外側(cè)，兩個2D傳感 器分別測量待檢輪對6的兩個車輪的踏面曲線；第一激光位移傳感器34位于待檢輪對6左 側(cè)車輪輪輞的內(nèi)側(cè)，第二激光位移傳感器35位于待檢輪對6右側(cè)車輪輪輞的內(nèi)側(cè)，兩個激 光位移傳感器分別測量待檢輪對6的兩個車輪輪輞內(nèi)側(cè)的水平位置。本申請實施例中，如圖2所示，編碼器31與輪對舉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2上動力裝置的轉(zhuǎn) 軸相接觸，在輪對舉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2動力裝置的轉(zhuǎn)軸的帶動下旋轉(zhuǎn)。編碼器31還可以分別于 第一 2D傳感器32、第二 2D傳感器33、第一激光位移傳感器34和第二激光位移傳感器35相 連，且當編碼器31檢測到車輪轉(zhuǎn)動后，向與其相連的各個傳感器輸出脈沖信號，控制各個 傳感器進行數(shù)據(jù)采集。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該知道，本申請實施例中，編碼器31與 動力裝置的轉(zhuǎn)軸相接觸只是本申請的一個優(yōu)選實施例，在本申請其他實施例中，如圖3所 示，編碼器31還可以與待檢輪對6的踏面相接觸，在待檢輪對6的帶動下旋轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)處理單元4與輪對測量單元3中的各組成部分相連接，接收輪對測量單元3 發(fā)送的測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算待檢輪對6的各項基本參數(shù)及繪出待檢輪對的三維外形曲線。第一激光位移傳感器34和第二激光位移傳感器35之間的距離為L，其距離各自對 應(yīng)車輪輪輞的內(nèi)側(cè)的距離分別為Ll和L2。下面以右側(cè)車輪為例，各項基本參數(shù)的定義如下首先將車輪踏面上與其對應(yīng)的激光位移傳感器的距離為L2加70mm處的點作為滾 動圓基準點P，這個點與待檢輪對的輪緣高度、輪緣厚度、QR、輪徑都直接關(guān)聯(lián)。1、輪緣高度將車輪踏面上與其對應(yīng)的激光位移傳感器的距離為L2加16mm處的 點作為高度測量點H，其與滾動圓基準點P之間的高度差即為輪緣高度。2、輪緣厚度將沿車輪踏面向上、且距離滾動圓基準點P垂直距離為IOmm處的點 作為輪緣厚度測量點Q，輪緣厚度測量點Q與其相對應(yīng)的激光位移傳感器之間的水平距離 減去L2得到的值即為輪緣厚度。3、QR值將輪緣頂點與圓基準點P之間、且與輪緣定點高度差為2mm的點作為R， 則R與輪緣厚度測量點Q之間的水平距離即為QR值。4、根據(jù)Ll和L2的變化即可得到端面跳動數(shù)據(jù)。5、輪內(nèi)距第一激光位移傳感器34和第二激光位移傳感器35距離各自對應(yīng)車輪 輪輞的內(nèi)側(cè)的距離Ll和L2及它們兩個之間的距離L之和為輪內(nèi)距，即L1+L2+L。6、輪徑第二 2D傳感器與轉(zhuǎn)動軸之間的距離減去第二 2D傳感器與圓基準點P之 間的距離得到的差值的兩倍即為輪徑。7、輪輞寬度第二 2D傳感器拐角處Y向坐標減去第二激光位移傳感器測量值L2。8、輪徑差輪徑的最大值減去最小值。9、車輪偏心根據(jù)第二激光位移傳感器的測量值L2獲得。10、踏面擦傷長度由2D傳感器和編碼器數(shù)據(jù)計算獲得。11、踏面剝離長度由2D傳感器和編碼器數(shù)據(jù)計算獲得。另外，由于2D傳感器可以獲得待檢輪對6的兩個車輪的待檢輪對外形曲線的Z向 和Y向數(shù)據(jù)，而編碼器31可以獲取待檢輪對外形曲線的X向數(shù)據(jù)，然后根據(jù)三維復(fù)原的方 法，將上述測量數(shù)據(jù)相結(jié)合，就可以得到待檢輪對6的三維外形曲線。實施例二 如圖3所示，為本申請實施例提供的另一種輪對三維外形自動檢測裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖，在實施例一的基礎(chǔ)上，該輪對三維外形自動檢測裝置還包括以下至少一個打印裝置7，與所述數(shù)據(jù)處理單元4相連，用于打印待檢輪對的基本參數(shù)和待檢輪 對的三維外形曲線。顯示裝置8，與所述數(shù)據(jù)處理單元4相連，用于顯示測量數(shù)據(jù)和/或待檢輪對的基 本參數(shù)和待檢輪對的三維外形曲線。存儲裝置9，與所述數(shù)據(jù)處理單元4相連，用于存儲測量數(shù)據(jù)和/或待檢輪對的基 本參數(shù)和待檢輪對的三維外形曲線。本申請實施例提供輪對三維外形自動檢測裝置的輪對測量單元包括2個2D傳感 器、2個激光位移傳感器和一個編碼器，設(shè)置在兩個車輪輪輞內(nèi)側(cè)的2個激光位移傳感器可 以獲得待檢輪對輪輞內(nèi)側(cè)在水平Y(jié)向的數(shù)據(jù)，設(shè)置在輪緣外側(cè)的2D傳感器可以獲取待檢輪 對外形曲線的Z向和Y向數(shù)據(jù)，而隨所述待檢輪對轉(zhuǎn)動的編碼器可以獲取待檢輪對外形曲線的X向數(shù)據(jù)，通過上述測量數(shù)據(jù)相互結(jié)合，不僅可以得到輪對的基本參數(shù)，而且還可以得 到輪對的三維外形曲線。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該輪對三維外形自動檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)標定簡單、 快捷，而且得到三維外形曲線是對待檢輪對的三維復(fù)原，可以直觀地反映待檢輪對的整體 情況。以上所述僅是本申請的優(yōu)選實施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本申 請。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本申請的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本申請 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
一種輪對三維外形自動檢測裝置，其特征在于，包括設(shè)有可伸縮部件的輪對推進推出機構(gòu)，所述可伸縮部件的伸縮可將待檢輪對推入及推出待檢測工位；設(shè)有升降部件與動力裝置的輪對舉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述升降部件可將位于待檢測工位的所述待檢輪對夾起并提升至檢測工位，且當檢測完成后，可將所述待檢輪對由檢測工位降至待檢測工位，所述動力裝置可與位于檢測工位的所述待檢輪對相接觸并可帶動所述待檢輪對旋轉(zhuǎn)；由隨所述待檢輪對旋轉(zhuǎn)的編碼器、分別設(shè)置在所述待檢輪對兩個車輪輪緣外側(cè)的2個2D傳感器和分別設(shè)置在所述待檢輪對兩個車輪輪輞內(nèi)側(cè)的2個激光位移傳感器組成的輪對測量單元，所述測量單元的各部分對位于檢測工位的所述待檢輪對進行測量，并將測量數(shù)據(jù)發(fā)送出去；與所述輪對測量單元相連的數(shù)據(jù)處理單元，接收所述輪對測量單元發(fā)送的測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收的測量數(shù)據(jù)計算所述待檢輪對的基本參數(shù)及繪出待檢輪對的三維外形曲線，與所述輪對推進推出機構(gòu)、所述輪對舉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、所述輪對測量單元及所述數(shù)據(jù)處理單元相連的控制單元，控制所述輪對外形自動檢測裝置各部件的工作狀態(tài)，以完成檢測過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述編碼器與所述輪對舉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)動 力裝置的轉(zhuǎn)軸相接觸，由所述輪對舉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)動力裝置的轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述編碼器與所述待檢輪對的踏面相接 觸，由所述待檢輪對帶動旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述2個2D傳感器和2個激光位移 傳感器分別與所述編碼器分別相連，且受所述編碼器控制進行數(shù)據(jù)采集。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述待檢輪對的基本參數(shù)包括輪緣高 度、輪輞寬度、輪緣厚度、QR值、輪內(nèi)距、端面跳動數(shù)據(jù)、輪徑、輪徑差、車輪偏心、踏面擦傷長 度和踏面剝離長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進一步包括與所述數(shù)據(jù)處理單元相連的 打印裝置，用于打印所述待檢輪對的基本參數(shù)和待檢輪對的三維外形曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進一步包括與所述數(shù)據(jù)處理單元相連的 顯示裝置，用于顯示測量數(shù)據(jù)和/或待檢輪對的基本參數(shù)和待檢輪對的三維外形曲線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進一步包括與所述數(shù)據(jù)處理單元相連的 存儲裝置，用于存儲測量數(shù)據(jù)、待檢輪對的基本參數(shù)和/或待檢輪對的三維外形曲線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述可伸縮部件和升降部件為氣缸或油缸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述動力裝置為電動機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輪對三維外形自動檢測裝置，包括輪對推進推出機構(gòu)、輪對舉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、輪對測量單元、與所述輪對測量單元相連的數(shù)據(jù)處理單元和與上述各部分相連的控制單元。本發(fā)明實施例提供的該輪對三維外形自動檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)標定簡單、快捷，而且得到三維外形曲線是對待檢輪對的三維復(fù)原，可以直觀地反映待檢輪對的整體狀況。
文檔編號G01B11/245GK101907451SQ20101022802
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者周偉, 張渝, 彭建平, 彭朝勇, 徐年華, 楊凱, 王澤勇, 王黎, 莫金雨, 趙全軻, 高曉蓉 申請人:北京主導(dǎo)時代科技有限公司