[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

说明书

技术领域：

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法，是一种内孔直径尺寸非接触式测量技术。

背景技术：

在火车轮对压装工艺中，车轮和车轴轮座之间是过盈配合，在压装前需要对车轮轮毂内孔和车轴对应轮座直径进行实时测量，车轮轮毂内孔和车轴轮座之间的过盈配合必须满足压装曲线技术要求。压装前实时测量车轮轮毂内孔直径尺寸的精度要达到5μm，同时还需要保证高效、高精度。目前，在盘类零件的机械加工过程中，零件内孔直径测量的常用工具是接触式内径千分尺量具，这些工具都是依靠人眼来读取测量数值，所读数值因人而异，手工操作的差别不可避免地会带来误差，而且在使用火车轮对压装选配系统时，需要人工将测量数据手工输入计算机，否则无法由计算机根据过盈量进行自动选配，手工输入大量测量数据时的校对工作也是相当繁琐且容易出错的。

在非接触式内径测量方法中，文献“采用高精度自动定心机构的大尺寸内径测量[J]”(仪器仪表学报,2012年08期)及“激光非接触式大尺寸内径自动测量系统[J]”(红外与激光工程，2012年08期)，是将高精度激光测距传感器安装在自动定心机构上进行测量，前提是测量系统在被测内孔内高精度定心，这是很难的，且经过Pro/E仿真，测量机构与被测内孔的偏心量为0.02(6级尺寸精度)时，测量误差将达20μm，最终测量精度不可能达到文献中所说的1μm，且定心机构与内孔接触会损伤被测内孔。文献“光学式轴孔内径在线测量方法研究与误差分析[J]”(机械工程学报，2013年14期)，是将多个激光器均匀分布于一个测棒，通过已知标准孔的值进行标定，前提是测棒上激光器位置要求严格，不但在圆周方向要均布，且要求激光线垂直于测棒运动方向，测棒运动方向还要与测量截面垂直，这些要求同时达到几乎是不可能的，多个高精度激光测距传感器使这个测量系统价格昂贵，可测范围固定。“滑阀内孔圆柱度误差气动测量系统的研究[J]”(控制与检测，2010年第1)，该非接触式测量不会伤害被测内孔表面，但其受自身气压源的稳定性影响大，工作距离很小(几十微米)，且难以实现在线自动测量。“基于光学三角原理的内径非接触测量方法[J]”(光学技术,2005,Vol.31No.4)，采用单光三角测量原理，结合半导体激光准直技术、现代传感技术等自行设计了一种非接触式测量内径的光电测量系统，而未采用成熟的高精度激光测距传感器，系统的测量误差大，达到0.03mm。“基于红外测温的筒形锻件内外径在线测量木[J]”(机械工程学报，2012.Mar,Vol.48NO.6),提出一种新的基于红外测温技术和激光扫描技术相结合的筒形锻件内外径在线测量方法，该方法中温度信息由红外双色测温系统测得，外径尺寸信息由激光扫描技术测得，再在传热学的基础上推导筒形锻件导热微分方程，建立筒形锻件温度与尺寸的关系，结合锻件内外表面的温度信息和外径尺寸信息求得内径尺寸的大小,所提出的筒形锻件内外径尺寸测量方法测得的数据和标准尺寸相比误差控制在15mm以内，只能用于测量热态零件，误差级别太大。

发明内容：

本发明针对现有火车车轮轮毂内孔直径测量中存在的上述技术问题，提出一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法。

本发明所提供的一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统，包括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。