[发明专利]传感器圆弧法线安装的有轨电车轮径在线检测装置及方法

摘要

本发明公开了一种传感器圆弧法线安装的有轨电车轮径在线检测装置及方法。该装置包括槽型钢轨、处理中心和多个激光位移传感器，其中激光位移传感器与处理中心连接。槽型钢轨为只保留凹槽部分的钢轨，槽型钢轨外侧依次安放激光位移传感器，感测头均匀排列在车轮下方的圆弧线上沿着圆弧法线向上测量，探测光束同时到达车轮且与车轮直径所在的圆周共面。方法为：激光位移传感器探测车轮得到的测量点，进行坐标变换以及数据融合，之后用最小二乘拟合法得到多组车轮的初始拟合圆的直径与圆心，然后使用遗传优化算法计算出最优拟合圆的直径和圆心，最终得到优化后的车轮直径。本发明速度快、精度高、测量直径范围大、抗干扰性强。

主权项

1.一种传感器圆弧法线安装的有轨电车轮径在线检测方法，其特征在于，检测装置包括槽型钢轨、处理中心和多个激光位移传感器，其中：激光位移传感器与处理中心连接；槽型钢轨为只保留凹槽部分的钢轨；槽型钢轨外侧顺次设置多个激光位移传感器；各激光位移传感器的感测头沿槽型钢轨方向均匀排列在车轮下方的圆弧线上，且均沿着圆弧法线向上测量，探测光束同时入射至车轮边缘，且探测光束所形成的平面与轮径所在的圆周共面；所述的激光位移传感器为二维激光位移传感器，激光位移传感器的数量为n，且2≤n≤10；检测区间段的水平线长度为L，且n×50mm≤L≤1200mm；激光位移传感器安装在槽型钢轨外侧，且位于同一圆弧线上；激光位移传感器安装点距离槽型钢轨上沿平面的垂直距离为h，且160mm≤h≤290mm；激光位移传感器安装圆弧半径为R，且该方法包括以下步骤：步骤1、将激光位移传感器记为Q_i，沿着钢轨方向i依次为1，2,3，…，n，其中n为激光传感器的个数；步骤2、在进行直径测量的有轨电车车轮圆周所在平面上建立二维坐标系XOY：以最外侧激光位移传感器Q₁为原点，沿槽型钢轨方向为X轴，垂直于槽型钢轨向上为Y轴，则最外侧激光位移传感器的坐标为(0，0)，其他激光位移传感器的坐标为(X_i,Y_i)，激光位移传感器感测头相对于X轴安装倾角为α_i：其中，传感器位置坐标为：步骤3、采集时刻t所有激光位移传感器的输出值，并选出同时有10个及以上传感器输出值的有效数据组(x′_ij,y′_ij)，(x′_ij,y′_ij)为第i个传感器Q_i返回的第j个的有效值在各自激光位移传感器坐标系x′_io′_iy′_i下坐标；其中，i＝1,2…n，j＝1,2,…m且m≥10；步骤4、坐标变换：为每个激光位移传感器Q_i建立二维坐标系x_io_iy_i，以经过各自激光位移传感器Q_i感测头为原点，沿槽型钢轨方向为x轴，垂直于槽型钢轨向上为y轴；根据传感器Q_i的输出值(x′_ij,y′_ij)、安装倾角α_i，确定车轮上对应传感器Q_i的测量点在各自二维坐标系x_io_iy_i下坐标(x_ij,y_ij)：(x_ij,y_ij)＝(x′_ij×cosα_i,y′_ij×sinα_i)其中，i＝1,2…n，j＝1,2,…m且m≥10；步骤5、数据融合：根据激光位移传感器Q_i的测量点在各自二维坐标系x_io_iy_i下坐标(x_ij,y_ij)、激光位移传感器Q_i位置坐标值(X_i,Y_i)确定车轮上对应传感器P_i的测量点在融合坐标系XOY下坐标(X_ij,Y_ij)：(X_ij,Y_ij)＝(X_i,Y_i)+(x_ij,y_ij)其中，i＝1,2…n，j＝1,2,…m且m≥10；步骤6、根据车轮上所有有效测量点坐标(X_ij,Y_ij)，利用最小二乘法进行拟合圆，得到该测量位置的车轮初始直径D₀和初始圆心坐标(X_a,Y_a)；步骤7、将步骤6得到的车轮初始直径D₀和初始圆心坐标(X_a,Y_a)，在范围中取w组组合值作为初始种群，以所有的有效测量点到拟合圆的距离和最小为进化目标，使用遗传优化算法，对初始的轮径参数进行优化，最终得到优化后的最终轮径D₁和圆心坐标(X_b,Y_b)；步骤8、选取步骤3时刻t的前一刻和后一刻的探测数据，重复步骤3～7，计算出两组轮径值D₂、D₃，将三组轮径求平均值，得到最终车轮的轮径D_f：