便攜式火車車輪踏面輪廓檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于火車車輪踏面輪廓檢測的便攜式裝置，可快速檢測車輪踏面磨損狀況，以適應高速鐵路發展對車輪踏面檢測儀器的需要。
【背景技術】
[0002]隨著高速鐵路的發展，列車速度大幅度提高，突然加速、減速，緊急制動等操作越來越頻繁，導致車輪與鋼軌間的磨損加重，故需要對車輪踏面磨損情況進行經常性的檢測，因此，對小型化、智能化、檢測精度與檢測效率高的車輪踏面檢測儀器的需求非常迫切。
[0003]目前，車輪踏面磨損檢測方法主要有兩類:一是使用接觸式檢測工具手工測量，檢測效率低、誤差較大。二是非接觸測量(光學掃描和光學成像)方法，測量效率高，可實現自動檢測。其中，采用激光位移傳感器的測量方法最具有小型化、智能化、提高測量精度與效率的潛能。但現有的測量儀器中，激光位移傳感器是以直線運動測量方式，必須采用有效測量范圍大的傳感器，致使測量分辨率低(激光位移傳感器的測量分辨率隨著其測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車輪的軸線(即垂直于傳感器的測量運動方向)，導致在踏面輪廓曲線斜率大的地方，測量光束與被測點法線間的夾角過大，測量光束投射到被測表面的光斑嚴重散開，引起測量精度顯著降低，甚至出現測量失真。本發明旨在解決上述問題，設計制造便攜式智能化的車輪踏面檢測儀器。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種便攜式火車車輪踏面檢測裝置設計方案。該方案將仿形測量技術與激光位移傳感器相結合，既降低了對傳感器測量范圍的要求，又解決了在車輪踏面輪廓曲線斜率大的地方測量精度低甚至失真的問題。
[0005]本發明采取的技術方案為:
[0006]—種便攜式火車車輪踏面輪廓檢測裝置，主要包括激光位移傳感器及其安裝架、步進電機及其控制器、滾珠絲杠螺母副、仿形車輪標準踏面輪廓的仿形運動機構、V型滾珠導軌、單片機及測量控制與顯示器;其特征是:步進電機驅動滾珠絲杠，螺母作直線運動;螺母的運動通過V型滾珠導軌將力傳遞給傳感器安裝架，安裝架在仿形運動機構的作用下，隨螺母運動的同時，可沿垂直于螺母運動的方向運動，使得安裝于其上的傳感器的運動軌跡仿形車輪標準踏面輪廓;單片機采集傳感器輸出信號，經數據處理得到踏面輪廓測量結果。
[0007]進一步的，其中的仿形運動機構由標準踏面輪廓仿形導軌、V型滾珠導軌、傳感器安裝架及軸承構成;其特征是:V型滾珠導軌安裝于與螺母固連在一起的滑塊與傳感器安裝架之間，將動力傳遞給傳感器安裝架;固裝在安裝架兩側的兩個軸承沿仿形導軌滾動，實現傳感器的仿形測量運動。
[0008]進一步的，其中的激光位移傳感器與螺母運動方向傾斜一定角度α安裝，使傳感器的出射光束傾斜入射到被測表面。
[0009]進一步的，其中運動驅動部分由混合式步進電機、聯軸器、滾珠絲杠、螺母、滑塊、軸承座、限動導桿組成;其特征是:聯軸器滿足零背隙；限動導桿與滑塊上的光孔滑動配合，限制螺母只能直線移動。
[0010]進一步的，其中仿形運動機構、運動驅動機構的安裝以立柱板為基礎;立柱板側面固定有一塊扁平磁鐵，測量時吸緊車輪內側定位面作為水平測量基準面;立柱板側面還固定有兩根定位圓柱，測量時與輪緣靠緊，作豎直方向定位。
[0011]進一步的，其中仿形導軌部分由兩個完全相同的導軌構成;其特征是:兩個仿形導軌同時用作儀器結構的主要支撐部件，減小結構尺寸和重量。
[0012](I)仿形運動機構由與螺母固連的滑塊、V型滾珠導軌、傳感器安裝架、軸承和踏面輪廓仿形導軌構成。V型滾珠導軌安裝于滑塊與傳感器安裝架之間，將動力傳遞給傳感器安裝架；固裝在安裝架兩側的兩個軸承沿仿形導軌滾動，實現安裝架的仿形運動，只需采用有效測量范圍很小的傳感器即可實現全范圍測量。
[0013](2)激光位移傳感器與螺母運動方向(被測車輪軸線方向)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表面，以解決在踏面輪廓曲線斜率大的地方，測量精度降低，甚至無法測量的問題。
[0014](3)運動驅動部分由混合式步進電機、聯軸器、滾珠絲杠、螺母、滑塊、軸承座、限動導桿組成；聯軸器滿足零背隙，限動導桿與滑塊上的光孔滑動配合，限制螺母只能直線移動。
[0015](4)為確保裝置結構緊湊和整體性強，仿形運動機構和運動驅動機構的安裝是以立柱板為基礎；仿形導軌部分由兩個完全相同的導軌構成，而這兩個仿形導軌同時又用作該裝置結構的主要支撐部件，減小結構尺寸和重量。
[0016](5)立柱板側面固定有一塊扁平磁鐵，測量時吸緊車輪內側定位面作為水平測量基準面;立柱板側面還固定有兩根定位圓柱，測量時與輪緣靠緊，作豎直方向定位。這種結構設計使得儀器結構緊湊，整體性強。
[0017](6)采用嵌入式設計，由單片機采集傳感器輸出信號，經數據處理得到踏面輪廓測量結果，并顯示輸出或存儲。
[0018]本發明的有益效果:
[0019](I)由于激光位移傳感器的測量運動軌跡仿形車輪標準踏面輪廓，因此，只需采用有效測量范圍小(±5mm)傳感器即可實現整個車輪踏面輪廓的檢測，不僅測量精度和分辨率提高，而且檢測裝置結構更緊湊、輕便，便攜。
[0020](2)采取將激光位移傳感器與螺母運動方向(被測車輪軸線方向)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，出現入射光束與被測點法線夾角過大，致使入射光束投射到被測表面的光斑嚴重散開，造成測量精度降低，甚至無法測量的問題。
[0021](3)采用V型滾珠導軌可最大限度減小仿形運動過程中產生的摩擦力對絲杠螺母傳動的影響，運動輕便。
[0022](4)采用滾珠絲杠螺母傳動，不僅可減小絲杠磨損，而且所需驅動力矩小，可選用微型步進電機驅動，減小裝置整體尺寸。
[0023](5)裝置的結構設計整體性強，布局緊湊，可減小裝置整體尺寸和重量。
【附圖說明】
:
[0024]圖1為本發明的整體結構主視圖；
[0025]圖2為圖1中的A-A截面剖視圖；
[0026]圖3為本發明的整體結構俯視圖；
[0027]圖4為圖2中的B-B截面剖視圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖進一步說明本發明。
[0029]如圖1至圖4所示，步進電機I安裝于支撐座2上，通過聯軸器3驅動絲杠4;螺母5與滑塊6固連在一起，滑塊6上的光孔與限動導桿7滑動配合，限制螺母只能作直線運動;滑塊6的兩側與傳感器安裝架8的左右立柱內側面間裝有V型滾珠導軌9和10，使安裝架8可上下運動；安裝架8的左右立柱外側面分別裝有軸承11和12;兩個軸承分別沿仿形導軌13和14滾動。當滑塊6(與螺母5固連在一起)作直線運動時，通過V型滾珠導軌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軌13和14滾動，從而使得安裝架8在隨滑塊作直線運動的同時，又沿垂直于螺母運動的方向運動，實現對車輪標準踏面輪廓的仿形。
[0030]仿形運動機構、運動驅動機構的安裝是以立柱板15為基礎。立柱板側面固定有一塊扁平磁鐵16，測量時吸緊車輪內側定位面作為水平測量基準面;立柱板側面還固定兩根定位圓柱17和18，測量時與車輪輪緣靠緊，作豎直方向定位。電機支撐座2與立柱板連接;兩個仿形導軌對稱地與立柱板連接，作為儀器結構的主要支撐部件，使得結構緊湊、輕巧，整體性強。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。
【主權項】
1.一種便攜式火車車輪踏面輪廓檢測裝置，主要包括激光位移傳感器及其安裝架、步進電機及其控制器、滾珠絲杠螺母副、仿形車輪標準踏面輪廓的仿形運動機構、V型滾珠導軌、單片機及測量控制與顯示器;其特征是:步進電機驅動滾珠絲杠，螺母作直線運動;螺母的運動通過V型滾珠導軌將力傳遞給傳感器安裝架，安裝架在仿形運動機構的作用下，隨螺母運動的同時，可沿垂直于螺母運動的方向運動，使得安裝于其上的傳感器的運動軌跡仿形車輪標準踏面輪廓;單片機采集傳感器輸出信號，經數據處理得到踏面輪廓測量結果。2.根據權利要求1所述的便攜式火車車輪踏面輪廓檢測裝置，其中的仿形運動機構由標準踏面輪廓仿形導軌、V型滾珠導軌、傳感器安裝架及軸承構成;其特征是:V型滾珠導軌安裝于與螺母固連在一起的滑塊與傳感器安裝架之間，將動力傳遞給傳感器安裝架；固裝在安裝架兩側的兩個軸承沿仿形導軌滾動，實現傳感器的仿形測量運動。3.根據權利要求1所述的便攜式火車車輪踏面輪廓檢測裝置，其中的激光位移傳感器與螺母運動方向傾斜一定角度α安裝，使傳感器的出射光束傾斜入射到被測表面。4.根據權利要求1所述的便攜式火車車輪踏面輪廓檢測裝置，其中運動驅動部分由混合式步進電機、聯軸器、滾珠絲杠、螺母、滑塊、軸承座、限動導桿組成;其特征是:聯軸器滿足零背隙;限動導桿與滑塊上的光孔滑動配合，限制螺母只能直線移動。5.根據權利要求1所述的便攜式火車車輪踏面輪廓檢測裝置，其中仿形運動機構、運動驅動機構的安裝是以立柱板為基礎;立柱板側面固定有一塊扁平磁鐵，測量時吸緊車輪內側定位面作為水平測量基準面;立柱板側面還固定有兩根定位圓柱，測量時與輪緣靠緊，作豎直方向定位。6.根據權利要求1所述的便攜式火車車輪踏面輪廓檢測裝置，其中仿形導軌部分由兩個完全相同的導軌構成;其特征是:兩個仿形導軌同時用作儀器結構的主要支撐部件，減小結構尺寸和重量。
【專利摘要】本發明公開了一種用于火車車輪踏面輪廓測量的便攜式檢測裝置。利用本發明可實現車輪踏面磨損的高精度快速測量。本發明通過以下技術方案予以實現：利用步進電機驅動絲杠，使螺母沿車輪軸線方向移動；螺母的運動通過V型滾珠導軌和仿形運動機構，帶動激光位移傳感器在過車輪輪軸的平面內做二維運動，其運動軌跡仿形車輪的標準踏面輪廓，從而實現對踏面輪廓的逐點掃描測量。由于實現了仿形測量，僅需采用測量范圍小的傳感器，即可滿足整個踏面輪廓測量要求，其測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計，解決了在踏面輪廓曲線斜率大的地方，因測量光束與被測點法線夾角過大，致使測量精度降低，甚至無法測量的問題。
【IPC分類】G01B11/24
【公開號】CN105466355
【申請號】CN201510975299
【發明人】張鳳生, 孫中義, 沈輝, 劉智超
【申請人】青島大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月23日