[发明专利]火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统，其特征在于该测量系统包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括底架(1)、工作台(3)、第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)、第四限位机构(4D)、高精度激光测距传感器组件(8)、升降机构(10)、油缸头(13)、油缸(14)及连接螺钉、液压站、液压阀台、数据采集卡、控制器及显示器、继电器及电缆电源；所述软件部分包括信号通讯模块、驱动控制模块及数据采集与处理模块；所述工作台(3)用第一螺钉(2)固定在所述底架(1)上，所述第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)及所述第四限位机构(4D)分别对称安装在所述工作台(3)四个圆周方向90°均布的径向通槽内，用第二螺钉(5)固定所述第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)及所述第四限位机构(4D)中的轴承座(17)，所述第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)及所述第四限位机构(4D)的结构及组成相同，所述限位机构包括第二螺母(15)、第二垫片(16)、轴承座(17)、丝杠(18)及限位块(19)，所述丝杠(18)的左轴端穿过所述轴承座(17)并用第二螺母(15)和第二垫片(16)紧固，所述丝杠(18)左轴端与所述轴承座(17)的内孔之间为间隙配合，所述限位块(19)内螺纹孔与所述丝杠(18)的外螺纹相配，所述丝杠(18)的右轴端为方形轴台阶；所述高精度激光测距传感器组件(8)用第四螺钉(9)固定于所述升降机构(10)的精密油压分度台(33)的上表面，所述高精度激光测距传感器组件(8)中的联接盘(20)的中心线与所述精密油压分度台(33)的中心线重合，所述高精度激光测距传感器组件(8)包括高精度激光测距传感器(21)、联接盘(20)、调位块(22)、第五螺钉(23)、压板(24)及高精度激光测距传感器座(25)，所述高精度激光测距传感器(21)与所述调位块(22)刚性联接，所述调位块(22)放在所述高精度激光测距传感器座(25)的上槽内，用所述压板(24)和所述第五螺钉(23)固定所述调位块(22)，所述高精度激光测距传感器座(25)通过其下通孔与所述联接盘(20)的上圆柱台阶紧配合，所述高精度激光测距传感器座(25)的上表面凹槽旁刻有与被测车轮轮毂内孔直径相对应的尺寸刻度，所述高精度激光测距传感器(21)测到的数据在其自身的量程之内；所述升降机构(10)通过第三螺钉(6)和第一垫片(7)固定于所述工作台(3)的下表面，所述升降机构(10)中心的圆板(34)外圆与所述工作台(3)下止口间隙配合，所述油缸头(13)的一端通过第一螺母(11)和第一螺栓(12)与所述升降机构(10)相连，所述油缸头(13)的另一端与所述油缸(14)通过螺纹相连，所述高精度激光测距传感器(21)通过信号线与所述数据采集卡、控制器及显示器相连。

2.一种如权利要求1所述测量系统的测量方法，其特征在于该测量方法具体步骤如下：

(1)系统起始位置为：高精度激光测距传感器(21)处于最低位，即升降机构(10)的油缸(14)活塞全部缩进，使高精度激光测距传感器(21)位于工作台(3)的台面之下80mm，精密油压分度台(33)处于零位，送电启动测量系统；

(2)根据工作台(3)上的刻度调整工作台(3)上四个圆周方向均布的第一限位机构(4A)、第二限位机构(4B)、第三限位机构(4C)及第四限位机构(4D)，使限位块(19)位置与被测车轮轮缘直径尺寸大小对应；依据高精度激光测距传感器座(25)上的刻度，调整高精度激光测距传感器(21)的径向位置，用压板(24)及第五螺钉(23)固定高精度激光测距传感器(21)；

(3)吊上第一个被测车轮(38)，使车轮(38)轮缘端面与工作台(3)上表面完全接触，用内径千分尺测出被测车轮的内孔直径R0；

(4)升降机构(10)工作，使高精度激光测距传感器(21)上升，当高精度激光测距传感器(21)发出的激光线位于被测车轮轮毂高度1/2处，开始测量，得到激光发出点到被测车轮内孔壁的距离数据l₀₁，然后精密油压分度台(33)每旋转90°测一个数据，分别得到数据：l₀₂、l₀₃、l₀₄；

(5)按式计算出高精度激光测距传感器(21)位置参数a；

(6)吊走上一个被测车轮，高精度激光测距传感器(21)下降复位，精密油压分度台(33)反转复位；

(7)吊上第二个被测车轮，保证车轮轮缘端面与工作台上表面完全接触，高精度激光测距传感器(21)上升，当高精度激光测距传感器(21)发出的激光线位于车轮轮毂高度的下1/6处，开始测距，精密油压分度台(33)每旋转90°测一个数据，分别得l₁₁、l₁₂、l₁₃、l₁₄，按下式计算出车轮轮毂内孔半径值：

R1=(l11+a+(l13-l11)/2)2+((l12-l14)/2)2]]>

(8)高精度激光测距传感器(21)上升到车轮轮毂高度的1/2处，同步骤(7)方法，测出4个数据l₂₁、l₂₂、l₂₃、l₂₄，按下式计算出此处车轮轮毂内孔半径值：

R2=(l21+a+(l23-l21)/2)2+((l22-l24)/2)2]]>

高精度激光测距传感器(21)上升到车轮轮毂高度的5/6处，同步骤(7)方法，测出4个数据l₃₁、l₃₂、l₃₃、l₃₄，按下式计算出此处车轮轮毂内孔半径值：

R3=(l31+a+(l33-l31)/2)2+((l32-l34)/2)2;]]>

(9)按下式计算出车轮轮毂内孔直径值为：

D＝2(R₁+R₂+R₃)/3；

记录并输出结果；

(10)吊走被测车轮，依据上述步骤(6)-(9)重复测量后续车轮；

其中：被测火车车轮轮毂内孔直径范围为Φ150～Φ210mm，车轮轮缘外径尺寸范围为Φ780～Φ1000mm，测量精度≤5μm，每个车轮内孔直径测量时间≤60s，系统工作环境温度-20℃～50℃。