專利名稱：一種自動測量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種車輪輪對幾何尺寸的自動測量裝置，特別適用于在車間輪對檢測流水線上對行走的輪對每個車輪的直徑與輪緣厚度進行自動動態測量。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種通過式自動測量裝置，即輪對在車間線路正常行走的狀態下，完成對車輪直徑與輪緣厚度的自動測量。由于不需要測量平臺和輪對定位機構，輪對在正常行走條件下完成測量，因而測量裝置具有成本低、測量精度高、測量周期短、測量裝置的故障率低、測量結果不受輪對工件表面質量影響等優點。
本實用新型采用的技術方案是該自動測量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置由機體、車輪直徑多點測量單元、輪緣厚度測量單元、車輪導向機構及信號處理單元組成。其特征是所說車輪直徑多點測量單元由一四連桿機構和對應的傳感器構成，所述的四連桿機構中的固定板直接固定在機體上，所述的四連桿機構中的活動板直接與車輪的踏面接觸；所述的傳感器固定在四連桿機構的固定板上或活動板上，測量四連桿機構上活動平板到固定平板之間距離的變化；所述的導向機構固定在地面上；所述的信號處理單元完成對測量信號的采集、處理與輸出等功能。
所述的輪緣厚度測量單元可由兩個位移傳感器組成，其中一個傳感器固定在四連桿機構的活動平板上，測量輪緣上規定點到傳感器之間距離的變化，另一個傳感器則可通過一支座連接到機體上，測量車輪內側面到傳感器之間距離的變化。
所述的輪緣厚度測量單元還可由一個超聲波厚度傳感器組成，此傳感器固定在四連桿機構的活動平板上，直接測量輪緣厚度。
所述的車輪直徑多點測量單元中的傳感器還可采用角度傳感器，此角度傳感器固定在四連桿機構的支桿上，測量支桿的轉動角度，間接得到四連桿機構上活動平板到固定平板之間距離的變化。
由于測量機構能連續直接測量車輪踏面的多點直徑，因而測量機構能同時測量車輪踏面擦傷與踏面圓周的圓度誤差。當車輪踏面不存在擦傷，則在整個踏面周長范圍內活動平板相對鋼軌的垂直位置不變，對應的傳感器的輸出相對不變；反之若此車輪踏面存在擦傷，必引起四連桿機構的活動平板相對鋼軌垂直位置的變化，傳感器準確地測量出此垂直位置的變化，即可得到擦傷深度的大小。同時各個測量點直徑的變化則反映了車輪踏面的圓度誤差。
測量時，如果要求測量整個踏面圓周范圍的直徑與擦傷，則單個四連桿機構的活動平板的長度應大于或等于踏面圓周的展開長度，也可以安裝兩套或兩套以上的四連桿機構，此時兩套或兩套以上四連桿機構的活動平板的有效測量長度之和應大于或等于踏面圓周的周長。
本實用新型提出的上述測量方案中，四連桿機構的活動平板與鋼軌頂面在水平與垂直方向的平行性與位置通過人工調整來保證。
本實用新型與背景技術相比所具有的優點其一，采用四連桿機構和相應的傳感器，實現了輪對通過測量區域時，直接測量出車輪踏面測量處的多點直徑、踏面擦傷及踏面圓周的圓度誤差，無需已有技術的測量平臺或定位機構將輪對支起，大大降低了測量裝置的成本和故障率，提高了測量精度；其二，將輪緣厚度測量單元中的傳感器直接固定在四連桿機構的活動平板的上，容易實現傳感器測量點到踏面直徑處的垂直距離為一標準值，與實際測量輪緣厚度的基準完全相同，同時測量點不會因為車輪踏面形貌的變化而變化，避免了使用攝像等方法尋求測量點基準帶來的測量誤差，大大提高了輪緣厚度的測量精度；其三，不僅能測量車輪踏面的多點直徑，同時能測量車輪踏面擦傷，擴大了測量功能。
所述的四連桿機構(圖2)由活動平板9、固定平板8、兩個支桿15、彈簧16組成；活動平板9、固定平板8、兩個支桿15組成一平行四邊行機構；活動平板9的兩端分別與支桿15的一端鉸接相連，支桿15的另一端分別與固定平板8鉸接相連(圖2)或滑動相連(圖3)；彈簧16的一端與某一支桿15或活動平板9相連，彈簧16的另一端與固定平板8相連，給整個四連桿機構向下的力，使得四連桿上的活動平板9在車輪運動時始終與車輪踏面測量處接觸。
采用其它形式的四連桿機構(如具有圓型導槽的平行四邊型機構)代替以上的平行四邊行機構，可以得到相同的效果，或平行四邊形機構的支桿與固定平板以及支桿與活動平板的連接方式可用其它形式(如軸與孔之間的動配合)代替軸承鉸接方式(如圖3所示)，可起到相同的效果；可用兩套或以上的四連桿機構代替一套四連桿機構，可取得同樣的效果，但增加成本；四連桿機構中的彈簧可以去掉，靠機構的重力保持接觸，但容易造成接觸不可靠。
車輪直徑多點測量單元2中的激光位移傳感器7可以由一角度傳感器(或角度編碼器)21代替，如圖5、圖7所示，該角度位移傳感器21通過螺栓或其他方式固定在四連桿機構6的支桿15上，角度傳感器的轉軸22與連接四連桿機構6中支桿15與固定板8的鉸接軸23固定在一起，測量支桿15的轉動角度，間接得到四連桿機構6上活動平板9到固定平板8之間距離的變化。
所述的輪緣厚度測量單元3(圖6)可采用一個超聲波厚度傳感器20，超聲波厚度傳感器20固定在四連桿機構(6)的活動平板9上，直接測量車輪13的輪緣厚度。
所述的激光位移傳感器7、10、11也可采用電渦流傳感器或其他類型的位移傳感器。
本實用新型的測量原理簡述如下當輪對13沿線路運動通過測量區域時，車輪踏面將四連桿機構6的活動平板9頂起，使得活動平板9平動，并在輪對運動時該車輪踏面測量處始終與此活動平板9接觸。車輪踏面與活動平板9接觸處到對應鋼軌的距離即為車輪直徑，由于在安裝時要調整個四連桿機構上活動平板與對應的鋼軌在水平和垂直兩個方向平行，由固定在四連桿機構固定板8上的位移傳感器7可以測量出當車輪滾過測量區域時車輪踏面的多點直徑。同時，固定在四連桿機構活動平板9上的位移傳感器10和固定在支架12上的位移傳感器11所組成的輪緣厚度測量單元可以直接測量出當車輪通過時，其輪緣厚度的相對變化，由此得到輪緣的厚度。
由于測量機構能連續直接測量車輪踏面的多點直徑，因而測量機構能同時測量車輪踏面擦傷與踏面圓周的圓度誤差。當車輪踏面不存在擦傷時，則在整個踏面周長范圍內活動平板相對鋼軌的垂直位置不變，對應的傳感器的輸出相對不變；反之若此車輪踏面存在擦傷，必引起平行四邊形機構中的平板相對鋼軌垂直位置的變化，傳感器7直接準確地測量出此垂直位置的變化，即可得到擦傷深度的大小。同時各個測量點直徑的變化則反映了車輪踏面的圓度誤差。
本裝置測量車輪直徑與輪緣厚度變化的靈敏度為0.05mm，測量誤差小于0.2mm。能測量所有現行不同類型車輪的直徑與輪緣厚度，測量裝置適應速度范圍為0-10km·h-1，適用于在車間對單個輪對在行進中對車輪直徑與輪緣厚度進行動態測量。
權利要求1.一種自動測量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，由機體(1)、車輪直徑多點測量單元(2)、輪緣厚度測量單元(3)、車輪導向機構(4)及信號處理單元(5)組成，其特征是所說車輪直徑多點測量單元(2)由一四連桿機構(6)和對應的傳感器構成，所述的四連桿機構(6)中的固定板(8)直接固定在機體(1)上，所述的四連桿機構(6)中的活動板(9)直接與車輪(13)的踏面接觸。
2.根據權利要求1所述的一種自動測量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，其特征是四連桿機構(6)由活動平板(9)、固定平板(8)、兩個支桿(15)組成；活動平板(9)、固定平板(8)、兩個支桿(15)組成一平行四邊行機構；活動平板(9)的兩端分別與支桿(15)的一端鉸接相連，支桿(15)的另一端分別與固定平板(8)鉸接相連或滑動相連。
3.根據權利要求1所述的一種自動測量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，其特征是所述的車輪直徑多點測量單元(2)中的傳感器采用激光位移傳感器(7)，此激光位移傳感器(7)固定在四連桿機構(6)的固定板(8)上，或激光位移傳感器(7)固定在四連桿機構(6)的活動板(9)上，測量四連桿機構(6)上活動平板(9)到固定平板(8)之間距離的變化。
4.根據權利要求1所述的一種自動測量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，其特征是所述的車輪直徑多點測量單元(2)中的傳感器可采用角度傳感器(21)，此角度傳感器(21)固定在四連桿機構(6)的支桿(15)上，測量支桿(15)的轉動角度，間接得到四連桿機構(6)上活動平板(9)到固定平板(8)之間距離的變化。
5.根據權利要求1所述的一種自動測量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，其特征是所述的輪緣厚度測量單元(3)可采用兩個激光位移傳感器(10)、(11)，其中一個激光位移傳感器(10)固定在四連桿機構(6)的活動平板(9)上，測量輪緣上規定點到傳感器(10)之間距離的變化，另一個激光位移傳感器(11)通過支架(12)連接到機體(1)上，測量車輪(13)內側面到傳感器(11)之間距離的變化。
6.根據權利要求1所述的一種自動測量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，其特征是所述的輪緣厚度測量單元(3)可采用一個超聲波厚度傳感器(20)，超聲厚度波傳感器(20)固定在四連桿機構(6)的活動平板(9)上，直接測量車輪(13)的輪緣厚度。
專利摘要一種自動測量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，其技術方案車輪直徑多點測量單元(2)由固定在機體(1)上的四連桿機構(6)和固定在其固定板(8)上的位移傳感器(7)構成，測量四連桿機構上活動平板(9)到固定平板(8)之間距離的變化。輪緣厚度測量單元(3)的一個位移傳感器(10)固定活動平板(9)上，測量輪緣上規定點到傳感器(10)之間距離的變化，由此可得到輪緣厚度；另一個傳感器(11)通過支架(12)連接到機體(1)上，測量車輪(13)內側面到傳感器之間距離的變化。該裝置具有成本低、測量精度高、測量周期短、故障率低、測量結果不受輪對工件表面質量影響等優點。
文檔編號G01B11/00GK2529800SQ0220949
公開日2003年1月8日 申請日期2002年4月10日 優先權日2002年4月10日
發明者馮其波 申請人:北方交通大學, 武漢萊特偉業科技有限責任公司