便攜式火車車輪踏面輪廓檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于火車車輪踏面輪廓檢測(cè)的便攜式裝置，可快速檢測(cè)車輪踏面磨損狀況，以適應(yīng)高速鐵路發(fā)展對(duì)車輪踏面檢測(cè)儀器的需要。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高速鐵路的發(fā)展，列車速度大幅度提高，突然加速、減速，緊急制動(dòng)等操作越來(lái)越頻繁，導(dǎo)致車輪與鋼軌間的磨損加重，故需要對(duì)車輪踏面磨損情況進(jìn)行經(jīng)常性的檢測(cè)，因此，對(duì)小型化、智能化、檢測(cè)精度與檢測(cè)效率高的車輪踏面檢測(cè)儀器的需求非常迫切。
[0003]目前，車輪踏面磨損檢測(cè)方法主要有兩類:一是使用接觸式檢測(cè)工具手工測(cè)量，檢測(cè)效率低、誤差較大。二是非接觸測(cè)量(光學(xué)掃描和光學(xué)成像)方法，測(cè)量效率高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。其中，采用激光位移傳感器的測(cè)量方法最具有小型化、智能化、提高測(cè)量精度與效率的潛能。但現(xiàn)有的測(cè)量?jī)x器中，激光位移傳感器是以直線運(yùn)動(dòng)測(cè)量方式，必須采用有效測(cè)量范圍大的傳感器，致使測(cè)量分辨率低(激光位移傳感器的測(cè)量分辨率隨著其測(cè)量范圍的增大而降低)。而且，傳感器的安裝方式是使傳感器的出射光束垂直于被測(cè)車輪的軸線(即垂直于傳感器的測(cè)量運(yùn)動(dòng)方向)，導(dǎo)致在踏面輪廓曲線斜率大的地方，測(cè)量光束與被測(cè)點(diǎn)法線間的夾角過(guò)大，測(cè)量光束投射到被測(cè)表面的光斑嚴(yán)重散開，引起測(cè)量精度顯著降低，甚至出現(xiàn)測(cè)量失真。本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)制造便攜式智能化的車輪踏面檢測(cè)儀器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種便攜式火車車輪踏面檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)方案。該方案將仿形測(cè)量技術(shù)與激光位移傳感器相結(jié)合，既降低了對(duì)傳感器測(cè)量范圍的要求，又解決了在車輪踏面輪廓曲線斜率大的地方測(cè)量精度低甚至失真的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0006]—種便攜式火車車輪踏面輪廓檢測(cè)裝置，主要包括激光位移傳感器及其安裝架、步進(jìn)電機(jī)及其控制器、滾珠絲杠螺母副、仿形車輪標(biāo)準(zhǔn)踏面輪廓的仿形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、V型滾珠導(dǎo)軌、單片機(jī)及測(cè)量控制與顯示器;其特征是:步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，螺母作直線運(yùn)動(dòng);螺母的運(yùn)動(dòng)通過(guò)V型滾珠導(dǎo)軌將力傳遞給傳感器安裝架，安裝架在仿形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下，隨螺母運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，可沿垂直于螺母運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)，使得安裝于其上的傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡仿形車輪標(biāo)準(zhǔn)踏面輪廓;單片機(jī)采集傳感器輸出信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到踏面輪廓測(cè)量結(jié)果。
[0007]進(jìn)一步的，其中的仿形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)踏面輪廓仿形導(dǎo)軌、V型滾珠導(dǎo)軌、傳感器安裝架及軸承構(gòu)成;其特征是:V型滾珠導(dǎo)軌安裝于與螺母固連在一起的滑塊與傳感器安裝架之間，將動(dòng)力傳遞給傳感器安裝架;固裝在安裝架兩側(cè)的兩個(gè)軸承沿仿形導(dǎo)軌滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)傳感器的仿形測(cè)量運(yùn)動(dòng)。
[0008]進(jìn)一步的，其中的激光位移傳感器與螺母運(yùn)動(dòng)方向傾斜一定角度α安裝，使傳感器的出射光束傾斜入射到被測(cè)表面。
[0009]進(jìn)一步的，其中運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分由混合式步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、螺母、滑塊、軸承座、限動(dòng)導(dǎo)桿組成;其特征是:聯(lián)軸器滿足零背隙；限動(dòng)導(dǎo)桿與滑塊上的光孔滑動(dòng)配合，限制螺母只能直線移動(dòng)。
[0010]進(jìn)一步的，其中仿形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝以立柱板為基礎(chǔ);立柱板側(cè)面固定有一塊扁平磁鐵，測(cè)量時(shí)吸緊車輪內(nèi)側(cè)定位面作為水平測(cè)量基準(zhǔn)面;立柱板側(cè)面還固定有兩根定位圓柱，測(cè)量時(shí)與輪緣靠緊，作豎直方向定位。
[0011]進(jìn)一步的，其中仿形導(dǎo)軌部分由兩個(gè)完全相同的導(dǎo)軌構(gòu)成;其特征是:兩個(gè)仿形導(dǎo)軌同時(shí)用作儀器結(jié)構(gòu)的主要支撐部件，減小結(jié)構(gòu)尺寸和重量。
[0012](I)仿形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由與螺母固連的滑塊、V型滾珠導(dǎo)軌、傳感器安裝架、軸承和踏面輪廓仿形導(dǎo)軌構(gòu)成。V型滾珠導(dǎo)軌安裝于滑塊與傳感器安裝架之間，將動(dòng)力傳遞給傳感器安裝架；固裝在安裝架兩側(cè)的兩個(gè)軸承沿仿形導(dǎo)軌滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安裝架的仿形運(yùn)動(dòng)，只需采用有效測(cè)量范圍很小的傳感器即可實(shí)現(xiàn)全范圍測(cè)量。
[0013](2)激光位移傳感器與螺母運(yùn)動(dòng)方向(被測(cè)車輪軸線方向)傾斜一定角度α安裝，使傳感器的出射光束傾斜入射到被測(cè)表面，以解決在踏面輪廓曲線斜率大的地方，測(cè)量精度降低，甚至無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題。
[0014](3)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分由混合式步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、螺母、滑塊、軸承座、限動(dòng)導(dǎo)桿組成；聯(lián)軸器滿足零背隙，限動(dòng)導(dǎo)桿與滑塊上的光孔滑動(dòng)配合，限制螺母只能直線移動(dòng)。
[0015](4)為確保裝置結(jié)構(gòu)緊湊和整體性強(qiáng)，仿形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝是以立柱板為基礎(chǔ)；仿形導(dǎo)軌部分由兩個(gè)完全相同的導(dǎo)軌構(gòu)成，而這兩個(gè)仿形導(dǎo)軌同時(shí)又用作該裝置結(jié)構(gòu)的主要支撐部件，減小結(jié)構(gòu)尺寸和重量。
[0016](5)立柱板側(cè)面固定有一塊扁平磁鐵，測(cè)量時(shí)吸緊車輪內(nèi)側(cè)定位面作為水平測(cè)量基準(zhǔn)面;立柱板側(cè)面還固定有兩根定位圓柱，測(cè)量時(shí)與輪緣靠緊，作豎直方向定位。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得儀器結(jié)構(gòu)緊湊，整體性強(qiáng)。
[0017](6)采用嵌入式設(shè)計(jì)，由單片機(jī)采集傳感器輸出信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到踏面輪廓測(cè)量結(jié)果，并顯示輸出或存儲(chǔ)。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019](I)由于激光位移傳感器的測(cè)量運(yùn)動(dòng)軌跡仿形車輪標(biāo)準(zhǔn)踏面輪廓，因此，只需采用有效測(cè)量范圍小(±5mm)傳感器即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)車輪踏面輪廓的檢測(cè)，不僅測(cè)量精度和分辨率提高，而且檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)更緊湊、輕便，便攜。
[0020](2)采取將激光位移傳感器與螺母運(yùn)動(dòng)方向(被測(cè)車輪軸線方向)傾斜一定角度α安裝，解決了在踏面輪廓曲線斜率大的地方，出現(xiàn)入射光束與被測(cè)點(diǎn)法線夾角過(guò)大，致使入射光束投射到被測(cè)表面的光斑嚴(yán)重散開，造成測(cè)量精度降低，甚至無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題。
[0021](3)采用V型滾珠導(dǎo)軌可最大限度減小仿形運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦力對(duì)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的影響，運(yùn)動(dòng)輕便。
[0022](4)采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)，不僅可減小絲杠磨損，而且所需驅(qū)動(dòng)力矩小，可選用微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減小裝置整體尺寸。
[0023](5)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體性強(qiáng)，布局緊湊，可減小裝置整體尺寸和重量。
【附圖說(shuō)明】
:
[0024]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖；
[0025]圖2為圖1中的A-A截面剖視圖；
[0026]圖3為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0027]圖4為圖2中的B-B截面剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0029]如圖1至圖4所示，步進(jìn)電機(jī)I安裝于支撐座2上，通過(guò)聯(lián)軸器3驅(qū)動(dòng)絲杠4;螺母5與滑塊6固連在一起，滑塊6上的光孔與限動(dòng)導(dǎo)桿7滑動(dòng)配合，限制螺母只能作直線運(yùn)動(dòng);滑塊6的兩側(cè)與傳感器安裝架8的左右立柱內(nèi)側(cè)面間裝有V型滾珠導(dǎo)軌9和10，使安裝架8可上下運(yùn)動(dòng)；安裝架8的左右立柱外側(cè)面分別裝有軸承11和12;兩個(gè)軸承分別沿仿形導(dǎo)軌13和14滾動(dòng)。當(dāng)滑塊6(與螺母5固連在一起)作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)V型滾珠導(dǎo)軌9和10將力傳遞給傳感器安裝架8，使得兩軸承分別沿仿形導(dǎo)軌13和14滾動(dòng)，從而使得安裝架8在隨滑塊作直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，又沿垂直于螺母運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪標(biāo)準(zhǔn)踏面輪廓的仿形。
[0030]仿形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝是以立柱板15為基礎(chǔ)。立柱板側(cè)面固定有一塊扁平磁鐵16，測(cè)量時(shí)吸緊車輪內(nèi)側(cè)定位面作為水平測(cè)量基準(zhǔn)面;立柱板側(cè)面還固定兩根定位圓柱17和18，測(cè)量時(shí)與車輪輪緣靠緊，作豎直方向定位。電機(jī)支撐座2與立柱板連接;兩個(gè)仿形導(dǎo)軌對(duì)稱地與立柱板連接，作為儀器結(jié)構(gòu)的主要支撐部件，使得結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，整體性強(qiáng)。激光位移傳感器19安裝在傳感器托架20上，托架20再固定到傳感器安裝架8上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種便攜式火車車輪踏面輪廓檢測(cè)裝置，主要包括激光位移傳感器及其安裝架、步進(jìn)電機(jī)及其控制器、滾珠絲杠螺母副、仿形車輪標(biāo)準(zhǔn)踏面輪廓的仿形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、V型滾珠導(dǎo)軌、單片機(jī)及測(cè)量控制與顯示器;其特征是:步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，螺母作直線運(yùn)動(dòng);螺母的運(yùn)動(dòng)通過(guò)V型滾珠導(dǎo)軌將力傳遞給傳感器安裝架，安裝架在仿形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下，隨螺母運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，可沿垂直于螺母運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)，使得安裝于其上的傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡仿形車輪標(biāo)準(zhǔn)踏面輪廓;單片機(jī)采集傳感器輸出信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到踏面輪廓測(cè)量結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式火車車輪踏面輪廓檢測(cè)裝置，其中的仿形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)踏面輪廓仿形導(dǎo)軌、V型滾珠導(dǎo)軌、傳感器安裝架及軸承構(gòu)成;其特征是:V型滾珠導(dǎo)軌安裝于與螺母固連在一起的滑塊與傳感器安裝架之間，將動(dòng)力傳遞給傳感器安裝架；固裝在安裝架兩側(cè)的兩個(gè)軸承沿仿形導(dǎo)軌滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)傳感器的仿形測(cè)量運(yùn)動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式火車車輪踏面輪廓檢測(cè)裝置，其中的激光位移傳感器與螺母運(yùn)動(dòng)方向傾斜一定角度α安裝，使傳感器的出射光束傾斜入射到被測(cè)表面。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式火車車輪踏面輪廓檢測(cè)裝置，其中運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分由混合式步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、螺母、滑塊、軸承座、限動(dòng)導(dǎo)桿組成;其特征是:聯(lián)軸器滿足零背隙;限動(dòng)導(dǎo)桿與滑塊上的光孔滑動(dòng)配合，限制螺母只能直線移動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式火車車輪踏面輪廓檢測(cè)裝置，其中仿形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝是以立柱板為基礎(chǔ);立柱板側(cè)面固定有一塊扁平磁鐵，測(cè)量時(shí)吸緊車輪內(nèi)側(cè)定位面作為水平測(cè)量基準(zhǔn)面;立柱板側(cè)面還固定有兩根定位圓柱，測(cè)量時(shí)與輪緣靠緊，作豎直方向定位。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式火車車輪踏面輪廓檢測(cè)裝置，其中仿形導(dǎo)軌部分由兩個(gè)完全相同的導(dǎo)軌構(gòu)成;其特征是:兩個(gè)仿形導(dǎo)軌同時(shí)用作儀器結(jié)構(gòu)的主要支撐部件，減小結(jié)構(gòu)尺寸和重量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于火車車輪踏面輪廓測(cè)量的便攜式檢測(cè)裝置。利用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)車輪踏面磨損的高精度快速測(cè)量。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠，使螺母沿車輪軸線方向移動(dòng)；螺母的運(yùn)動(dòng)通過(guò)V型滾珠導(dǎo)軌和仿形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)激光位移傳感器在過(guò)車輪輪軸的平面內(nèi)做二維運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡仿形車輪的標(biāo)準(zhǔn)踏面輪廓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)踏面輪廓的逐點(diǎn)掃描測(cè)量。由于實(shí)現(xiàn)了仿形測(cè)量，僅需采用測(cè)量范圍小的傳感器，即可滿足整個(gè)踏面輪廓測(cè)量要求，其測(cè)量精度和分辨率更高，儀器外形尺寸更小。采取傳感器傾斜安裝設(shè)計(jì)，解決了在踏面輪廓曲線斜率大的地方，因測(cè)量光束與被測(cè)點(diǎn)法線夾角過(guò)大，致使測(cè)量精度降低，甚至無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題。
【IPC分類】G01B11/24
【公開號(hào)】CN105466355
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510975299
【發(fā)明人】張鳳生, 孫中義, 沈輝, 劉智超
【申請(qǐng)人】青島大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月23日