轮对三维外形自动检测装置 技术领域 本申请涉及自动测量技术领域， 特别是涉及一种用于机车车辆的轮对三维外形自 动检测装置。
背景技术 机车车辆轮对三维外形不仅能够反映出轮对各个截面的基本参数， 还能够反映轮 对各个截面之间相对关系， 轮对各个截面的基本参数及各个截面之间的相对关系涉及到轮 对加工、 运行和检修的每一个环节， 关系着轮对的质量及机车车辆的安全。近年来， 由于列 车向高速重载方向发展， 使得列车轮对的磨耗加剧， 检修周期缩短， 导致各机务车辆检修段 的工作量加大， 因此需要及时准确地掌握轮对三维外形几何尺寸的相关数据。
现有的轮对检测装置通常采用非接触式测量方法， 如申请号为 “200620023308.9” 的中国专利公开了 “一种铁路车辆轮对自动检测装置” ， 该检测装置由 4 只超声波传感器、 5 套 CCD 图像传感器、 数据采集卡、 图像采集卡和工控机组成， 4 只超声波传感器通过数据采 集卡与工控机连接， 5 套图像传感器通过图像采集卡也与工控机连接， 4 支超声波传感器和 5 套图像传感器分别将各自采集的数据发送给工控机， 工控机根据接收到的数据计算轮对 基本参数。
通过对现有技术研究， 申请人发现现有的轮对检测装置存在以下问题 ： 1、 需要部 署多个 CCD 相机和传感器， 机械机构较为复杂， 故障发生率相对较高， 而且 CCD 相机需经常 标定， 且系统标定较为复杂， 检测效率低 ； 2、 现有的轮对检测装置检测的只是轮对的某一个 平面或曲面的基本参数， 而忽视了轮对上各个截面之间的相对关系， 因此无法得到轮对的 整体情况， 不能得到能够直观反映轮对整体状况的轮对三维外形。
发明内容
有鉴于此， 本发明提供一种用于机车车辆的轮对三维外形自动检测装置， 该装置 不仅可以实现对轮对的三维外形检测， 而且结构简单， 检测系统标定简单、 快捷， 检测效率 高。
为实现上述目的， 本发明提供了如下技术方案 ：
一种轮对三维外形自动检测装置， 包括 ：
设有可伸缩部件的轮对推进推出机构， 所述可伸缩部件的伸缩可将待检轮对推入 及推出待检测工位 ；
设有升降部件与动力装置的轮对举升旋转机构， 所述升降部件可将位于待检测工 位的所述待检轮对夹起并提升至检测工位， 且当检测完成后， 可将所述待检轮对由检测工 位降至待检测工位， 所述动力装置可与位于检测工位的所述待检轮对相接触并可带动所述 待检轮对旋转 ；
由随所述待检轮对旋转的编码器、 分别设置在所述待检轮对两个车轮轮缘外侧的 2 个 2D 传感器和分别设置在所述待检轮对两个车轮轮辋内侧的 2 个激光位移传感器组成的轮对测量单元， 所述测量单元的各部分对位于检测工位的所述待检轮对进行测量， 并将测 量数据发送出去 ；
与所述轮对测量单元相连的数据处理单元， 接收所述轮对测量单元发送的测量数 据， 并根据接收的测量数据计算所述待检轮对的基本参数及绘出待检轮对的三维外形曲 线，
与所述轮对推进推出机构、 所述轮对举升旋转机构、 所述轮对测量单元及所述数 据处理单元相连的控制单元， 控制所述轮对外形自动检测装置各部件的工作状态， 以完成 检测过程。
优选地， 所述编码器与所述轮对举升旋转机构动力装置的转轴相接触， 由所述轮 对举升旋转机构动力装置的转轴带动旋转。
优选地， 所述编码器与所述待检轮对的踏面相接触， 由所述待检轮对带动旋转。
优选地， 所述 2 个 2D 传感器和 2 个激光位移传感器分别于所述编码器分别相连， 且受所述编码器控制进行数据采集。
优选地， 所述待检轮对的基本参数包括 ： 轮缘高度、 轮辋宽度、 轮缘厚度、 QR 值、 轮 内距、 端面跳动数据、 轮径、 轮径差、 车轮偏心、 踏面擦伤长度和踏面剥离长度。 优选地， 进一步包括 ： 与所述数据处理单元相连的打印装置， 用于打印所述待检轮 对的基本参数和待检轮对的三维外形曲线。
优选地， 进一步包括 ： 与所述数据处理单元相连的显示装置， 用于显示测量数据和 / 或待检轮对的基本参数和待检轮对的三维外形曲线。
优选地， 进一步包括 ： 与所述数据处理单元相连的存储装置， 用于存储测量数据、 待检轮对的基本参数和 / 或待检轮对的三维外形曲线。
优选地， 所述可伸缩部件和升降部件为气缸或油缸。
优选地， 所述动力装置为电动机。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见， 该轮对三维外形自动检测装置的轮对 测量单元包括 2 个 2D 传感器、 2 个激光位移传感器和一个编码器， 设置在两个车轮轮辋内侧 的 2 个激光位移传感器可以获得待检轮对轮辋内侧在水平 Y 向的数据， 设置在轮缘外侧的 2D 传感器可以获取待检轮对外缘的外形曲线的 Z 向和 Y 向数据， 而随所述待检轮对转动的 编码器可以获取待检轮对外形曲线的 X 向数据， 通过上述测量数据相互结合， 不仅可以得 到轮对的基本参数， 而且还可以得到轮对的三维外形曲线。
因此， 与现有技术相比， 该轮对三维外形自动检测装置结构简单， 系统标定简单、 快捷， 而且得到三维外形曲线是对待检轮对的三维复原， 可以直观地反映待检轮对的整体 状况。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图 1 为本申请实施例提供的一种轮对三维外形自动检测装置的结构示意图 ；图 2 为本申请实施例提供的一种轮对测量单元的分布示意图 ； 图 3 为本申请实施例提供的另一种轮对测量单元的分布示意图 ； 图 4 为本申请实施例提供的另一种轮对三维外形自动检测装置的结构示意图。具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案， 下面将结合本申请实 施例中的附图， 对本申请实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施 例仅仅是本申请一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本申请中的实施例， 本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都应当属于本申请保护 的范围。
实施例一 ：
图 1 为本申请实施例提供的一种轮对三维外形自动检测装置的结构示意图。
如图 1 所示， 该轮对三维外形自动检测装置包括 ： 轮对推进推出机构 1、 轮对举升 旋转机构 2、 轮对测量单元 3、 数据处理单元 4 和控制单元 5， 其中控制单元 5 分别与其它各 部分相连， 并且控制轮对外形自动检测装置其它各部分的工作状态， 以完成检测过程。
轮对推进推出机构 1 的主体部分为至少一个可伸缩部件， 例如 ： 气缸或油缸， 通过 可伸缩部件的伸缩可将待检轮对推入及推出待检测工位， 为检测做准备。
轮对举升旋转机构 2 设置在与待检测工位相对应的位置， 其主体部分为升降部件 与动力装置， 例如带有电动机的气缸或带有电动机的油缸， 并且升降部件可将进入待检测 工位的待检轮对夹起并提升至检测工位， 且当检测完成后， 升降部件还可将待检轮对由检 测工位降至待检测工位， 而动力装置可与位于检测工位的待检轮对相接触并可带动待检轮 对旋转。
图 2 为本申请实施例提供的轮对测量单元的分布示意图。
图中 6 为待检轮对， 如图 2 所示， 轮对测量单元 3 包括 ： 编码器 31、 第一 2D 传感器 32、 第二 2D 传感器 33、 第一激光位移传感器 34 和第二激光位移传感器 35， 其中， 编码器 31 可随待检轮对 6 一起转动， 用于测量车轮的转动数据 ； 第一 2D 传感器 32 位于待检轮对 6 左 侧车轮轮缘的外侧， 第二 2D 传感器 33 位于待检轮对 6 右侧车轮轮缘的外侧， 两个 2D 传感 器分别测量待检轮对 6 的两个车轮的踏面曲线 ； 第一激光位移传感器 34 位于待检轮对 6 左 侧车轮轮辋的内侧， 第二激光位移传感器 35 位于待检轮对 6 右侧车轮轮辋的内侧， 两个激 光位移传感器分别测量待检轮对 6 的两个车轮轮辋内侧的水平位置。
本申请实施例中， 如图 2 所示， 编码器 31 与轮对举升旋转机构 2 上动力装置的转 轴相接触， 在轮对举升旋转机构 2 动力装置的转轴的带动下旋转。编码器 31 还可以分别于 第一 2D 传感器 32、 第二 2D 传感器 33、 第一激光位移传感器 34 和第二激光位移传感器 35 相 连， 且当编码器 31 检测到车轮转动后， 向与其相连的各个传感器输出脉冲信号， 控制各个 传感器进行数据采集。此外， 本领域普通技术人员应该知道， 本申请实施例中， 编码器 31 与 动力装置的转轴相接触只是本申请的一个优选实施例， 在本申请其他实施例中， 如图 3 所 示， 编码器 31 还可以与待检轮对 6 的踏面相接触， 在待检轮对 6 的带动下旋转。
数据处理单元 4 与轮对测量单元 3 中的各组成部分相连接， 接收轮对测量单元 3 发送的测量数据， 并根据测量数据计算待检轮对 6 的各项基本参数及绘出待检轮对的三维外形曲线。
第一激光位移传感器 34 和第二激光位移传感器 35 之间的距离为 L， 其距离各自对 应车轮轮辋的内侧的距离分别为 L1 和 L2。
下面以右侧车轮为例， 各项基本参数的定义如下 ：
首先将车轮踏面上与其对应的激光位移传感器的距离为 L2 加 70mm 处的点作为滚 动圆基准点 P， 这个点与待检轮对的轮缘高度、 轮缘厚度、 QR、 轮径都直接关联。
1、 轮缘高度 ： 将车轮踏面上与其对应的激光位移传感器的距离为 L2 加 16mm 处的 点作为高度测量点 H， 其与滚动圆基准点 P 之间的高度差即为轮缘高度。
2、 轮缘厚度 ： 将沿车轮踏面向上、 且距离滚动圆基准点 P 垂直距离为 10mm 处的点 作为轮缘厚度测量点 Q， 轮缘厚度测量点 Q 与其相对应的激光位移传感器之间的水平距离 减去 L2 得到的值即为轮缘厚度。
3、 QR 值 ： 将轮缘顶点与圆基准点 P 之间、 且与轮缘定点高度差为 2mm 的点作为 R， 则 R 与轮缘厚度测量点 Q 之间的水平距离即为 QR 值。
4、 根据 L1 和 L2 的变化即可得到端面跳动数据。
5、 轮内距 ： 第一激光位移传感器 34 和第二激光位移传感器 35 距离各自对应车轮 轮辋的内侧的距离 L1 和 L2 及它们两个之间的距离 L 之和为轮内距， 即 L1+L2+L。 6、 轮径 ： 第二 2D 传感器与转动轴之间的距离减去第二 2D 传感器与圆基准点 P 之 间的距离得到的差值的两倍即为轮径。
7、 轮辋宽度 ： 第二 2D 传感器拐角处 Y 向坐标减去第二激光位移传感器测量值 L2。
8、 轮径差 ： 轮径的最大值减去最小值。
9、 车轮偏心 ： 根据第二激光位移传感器的测量值 L2 获得。
10、 踏面擦伤长度 ： 由 2D 传感器和编码器数据计算获得。
11、 踏面剥离长度 ： 由 2D 传感器和编码器数据计算获得。
另外， 由于 2D 传感器可以获得待检轮对 6 的两个车轮的待检轮对外形曲线的 Z 向 和 Y 向数据， 而编码器 31 可以获取待检轮对外形曲线的 X 向数据， 然后根据三维复原的方 法， 将上述测量数据相结合， 就可以得到待检轮对 6 的三维外形曲线。
实施例二 ：
如图 3 所示， 为本申请实施例提供的另一种轮对三维外形自动检测装置的结构示 意图， 在实施例一的基础上， 该轮对三维外形自动检测装置还包括以下至少一个 ：
打印装置 7， 与所述数据处理单元 4 相连， 用于打印待检轮对的基本参数和待检轮 对的三维外形曲线。
显示装置 8， 与所述数据处理单元 4 相连， 用于显示测量数据和 / 或待检轮对的基 本参数和待检轮对的三维外形曲线。
存储装置 9， 与所述数据处理单元 4 相连， 用于存储测量数据和 / 或待检轮对的基 本参数和待检轮对的三维外形曲线。
本申请实施例提供轮对三维外形自动检测装置的轮对测量单元包括 2 个 2D 传感 器、 2 个激光位移传感器和一个编码器， 设置在两个车轮轮辋内侧的 2 个激光位移传感器可 以获得待检轮对轮辋内侧在水平 Y 向的数据， 设置在轮缘外侧的 2D 传感器可以获取待检轮 对外形曲线的 Z 向和 Y 向数据， 而随所述待检轮对转动的编码器可以获取待检轮对外形曲
线的 X 向数据， 通过上述测量数据相互结合， 不仅可以得到轮对的基本参数， 而且还可以得 到轮对的三维外形曲线。
因此， 与现有技术相比， 该轮对三维外形自动检测装置结构简单， 系统标定简单、 快捷， 而且得到三维外形曲线是对待检轮对的三维复原， 可以直观地反映待检轮对的整体 情况。
以上所述仅是本申请的优选实施方式， 使本领域技术人员能够理解或实现本申 请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本申请 将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。