[发明专利]一种基于激光位移传感器的轮对尺寸在线检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于交通安全工程技术领域，特别是一种基于激光位移传感器的轮对尺寸在线检测装置及方法。

背景技术

轮对是城轨车辆与轨道耦合的关键部件，其状态的好坏直接关系到城轨交通的行车安全。在车辆运行过程中，轮对的踏面和轮缘部分与钢轨接触摩擦，造成轮对踏面和轮缘磨耗，使得轮对尺寸参数发生变化。轮对尺寸参数的变化对车辆相关技术性能甚至运营安全有巨大影响，因此及时准确的进行轮对尺寸检测，掌握轮对运行状态，具有重要的现实意义。

轮对尺寸的在线检测技术和系统一直是国内外轨道交通研究的重点。国外轮对尺寸的在线检测技术与应用已经较为成熟，但由于设备规模大、安装基础要求高、价格昂贵，导致国外的系统不适合国内地铁公司的实际情况。我国的成都主导科技有限公司和西南交通大学采用激光视觉传感技术和电磁超声探伤技术，联合研制出轮对故障在线检测系统，但是因为采用了大量的测量器件，导致结构复杂、造价昂贵，且实际应用中无法取代已有的人工检测。北京交通大学的研究人员采用两个激光位移传感器和涡流位移传感器相结合的方法获取轮对外形尺寸，该方法在实际应用时存在涡流位移传感器难以选型等困难，且传感器一致性较差，难以在实际中推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实用性强、精度高、测量原理简单的基于激光位移传感器的轮对尺寸在线检测装置及方法，能够实现轮对尺寸在线非接触式测量。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种基于激光位移传感器的轮对尺寸在线检测装置，包括第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4和第五激光位移传感器L5，五个激光位移传感器均为基于三角测量原理的2D激光位移传感器；所述第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3沿列车前进方向依次设置在轨道内侧，第五激光位移传感器L5设置在第一激光位移传感器L1对称的轨道外侧，第四激光位移传感器L4设置在第三激光位移传感器L2对称的轨道外侧。

一种基于激光位移传感器的轮对尺寸在线检测方法，包括以下步骤：

步骤1，布设传感器：沿列车前进方向，在轨道内侧依次设置第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3，在轨道外侧设置第五激光位移传感器L5、第四激光位移传感器L4，第三激光位移传感器L3和第四激光位移传感器L4、第一激光位移传感器L1和第五激光位移传感器L5关于二者之间的轨道对称设置；

步骤2，坐标变换、数据融合：第一激光位移传感器L1、第三激光位移传感器L3、第四激光位移传感器L4、第五激光位移传感器L5同时探测车轮输出探测点坐标后，通过坐标变换和坐标平移分别将第一激光位移传感器L1和第五激光位移传感器L5、第三激光位移传感器L3和第四激光位移传感器L4同一时刻的输出点融合到同一坐标系上，融合后的点即为踏面轮廓线上的离散点，根据踏面轮廓外形几何关系计算出轮缘高h₁、h₂，轮缘厚d₁、d₂，并对分别对轮缘高h₁和h₂，轮缘厚d₁、d₂求平均值，得到最终的轮缘高h、轮缘厚d；

步骤3，踏面右端面提取：根据第一激光位移传感器L1、第二激光位移传感器L2、第三激光位移传感器L3经步骤2坐标变换之后的数据，对踏面右端面进行提取，得出踏面右端面的横坐标；

步骤4，提取第二激光位移传感器L2与车轮圆心在同一竖直线时的踏面基准点：当第二激光位移传感器L2到轮缘最低点距离最短时，此时第二激光位移传感器L2与车轮圆心在同一竖直线，对该时刻踏面曲线进行分段拟合后，根据步骤2得到的踏面右端面横坐标提取第一激光位移传感器L1、第三激光位移传感器L3测得的踏面基准点坐标；

步骤5，计算车轮直径：设定第二激光位移传感器L2的踏面基准点坐标为(0,0)，根据步骤4得到的第一激光位移传感器L1、第三激光位移传感器L3测得的踏面基准点坐标建立坐标系，计算车轮直径。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)测量原理简单，只需五个激光位移传感器即可实现对轮对尺寸的检测，系统稳定性高；(2)在线非接触式测量，提高了检测效率和精度，为实现轮对尺寸在线测量提供了一种新的解决方案。

附图说明

图1是本发明中基于激光位移传感器的轮对尺寸在线检测装置的结构示意图。