火车车轴轮座直径非接触式测量系统及其测量方法
【专利摘要】本发明公开一种火车车轴轮座直径非接触式测量系统及其测量方法，属于测量【技术领域】。该测量系统包括车床、激光测距传感器及其微调装置、数据采集卡、主控制器及显示器、继电器以及电缆电源、信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块。系统对C6180型车床进行改装，在车床横向溜板上装上一台高精度激光测距传感器。根据激光测距传感器到车床轴线距离不变的原理，实现对车床上大型轴类零件相应位置外径的准确测量。通过对两根标准量棒的测量，对可能影响测量结果的激光线偏角α进行了标定，消除了偏角α产生的误差，能够满足较高精度的测量要求。
【专利说明】火车车轴轮座直径非接触式测量系统及其测量方法【技术领域】:
[0001]本发明属于测量【技术领域】，具体涉及一种火车车轴轮座直径非接触式测量系统及其测量方法。
【背景技术】: [0002]在火车轮对压装工艺中，车轮和车轴轮座之间是过盈配合，而且其过盈量要求很严格，待压装的众多车轮和车轴轮座的加工尺寸公差是不同的，在压装前需要对车轮孔和车轴对应轮座直径进行实时测量，再在计算机专用系统的数据库中进行选配，只有车轮和车轴轮座之间的过盈配合满足过盈量要求，压装后才能满足国家标准规定的压装曲线要求。目前，在大型轴类零件的机械加工过程中，直径测量的常用工具有大游标卡尺、直径千分尺等机械量具，这些工具都是依靠人眼来读取测量数值，所读数值因人而异，手工操作的差别不可避免的会带来误差，而且要人工将数据输入计算机，否则无法进行选配。
[0003]文献“高精度非接触式自动直径测量方法研究”([J].仪表技术与传感器，2011，8:79-81)报道采用多台数字CMOS激光传感器并行的测量方法进行高精度非接触式自动直径测量，当被测目标物体在测量范围内时，通过发射器的平行激光源发射激光照射到目标，被测目标物体遮挡的光线射入接收器的CMOS传感器上，接收器记录激光点的像素位置和个数，将数据转换成相对测量值，然后再输出到显示环节，被测目标直径通过透光与不透光长度进行换算而得到，这种方法要求发射器和接收器严格平行，其不平行度未经过标定进行误差补偿，另外CMOS传感器量程O—35mm，本身的测量精度5 μ m,最终系统测量精度很难做到小于5 μ m。另有文献“火箭弹直径非接触测量方法的研究”([J].长春理工大学学报，2008，31(4):52-54)中公开一种对火箭弹直径进行非接触测量的方法，该方法用半导体激光器作为光源，光栅尺作为传感器来测量直径，系统结构复杂，测量精度不高，为 10 μ m。
【发明内容】
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[0004]本发明针对现有火车车轴轮座直径测量中存在的上述技术问题，提出一种火车车轴轮座直径非接触式测量系统及其测量方法。
[0005]本发明的技术方案是:如图1所示，将C6180型车床横向溜板上的刀架卸下，换装上一台激光测距传感器及其微调装置，被测车轴装在车床夹盘顶尖和车床尾架顶尖之间，激光线射出点与车轴轴线高度基本一致，移动车床纵向溜板和横向溜板使激光测距传感器及其微调装置移到轴的被测部分，并使激光测距值在其量程内。首先，装上已知半径为Rtll的1#标准量棒，转动激光测距传感器微调装置的立向蜗杆11，使立向蜗轮12带动激光传感器在垂直面内转动，此时激光光线在标准量棒圆周面上不断上下扫描，得到一组距离数据，当测距为最小值时，转动激光测距传感器微调装置的水平蜗杆16，使水平蜗轮15带动激光传感器在水平面内转动，此时激光光线在标准量棒圆周面上不断左右扫描，得到一组距离数据，当测距为最小值时，重复激光线上下扫描和水平扫描，当激光测距在两个方向上均达到最小值时，认为激光光线近似通过量棒轴线，并记录其值为Ltllt5此后，激光测距传感器10的位置就固定不动了。即使如此，激光线还是可能不通过量棒轴线，通过实验，当激光线在水平面内偏角达到30分时，测量的结果与实际直径间误差不大于0.5μ，故仅对激光线在垂直面内的偏角α进行标定。卸下1#标准量棒，装上已知半径为Rtl2的2#标准量棒，进行测量得测量值U。如图2所示，在激光测距传感器位置及角度不变的情况下，激光测距传感器到量棒轴线的距离不变，有:
[0006]
【权利要求】
1.一种火车车轴轮座直径非接触式测量系统，其特征在于该测量系统包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分由车床、激光测距传感器及其微调装置、数据采集卡、主控制器及显示器、继电器以及电缆电源组成；所述软件部分由信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块组成；所述激光测距传感器及其微调装置包括激光测距传感器(10)、立向蜗杆(11)、立向蜗轮(12)、转盘(13)、底座(14)、水平蜗轮(15)、水平蜗杆(16)，所述激光测距传感器(10)与所述立向蜗轮(12)刚性联接，所述立向蜗杆(11)通过立向蜗轮副与所述立向蜗轮(12)连接，所述立向蜗轮副安装在所述转盘(13)的框架内，所述水平蜗杆(16)通过水平蜗轮副与水平蜗轮(15)连接，所述转盘(13)与所述底座(14)通过所述水平蜗轮(15)轴端的方键联接，所述底座(14)与所述车床上的横向溜板(4)刚性连接。
2.一种实现权利要求1所述测量系统的测量方法，其特征在于该测量方法具体步骤如下: (1)卸下C6180型车床刀架，换装上激光测距传感器及其微调装置，连接上软件系统； (2)启动测量系统； (3)移动车床的横向溜板，使激光传感器的测距在其量程内； (4)将半径为Rtll的1#标准量棒装上车床，并用顶尖顶好，通过激光测距传感器微调装置两个摆角的调整，使激光光线在量棒圆周面上不断上下左右扫描，得到一组距离数据，其中距离为最小值时认为光线近似通过量棒轴线，记录其值为Ltll ； (5)锁定传感器微调装置，保证其位置及偏角α不变，将半径为Rtl2的2#标准量棒装上车床，将测量值Ltl2输入程序中； (6)按式(I)计算激光测距传感器激光线偏角α，所述步骤1、3、4、5、6仅第一次安装调试本系统时进行，正常生产时跳过此步骤；
【文档编号】B23B25/06GK103586492SQ201310611448
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】孙建军, 王全先, 吴卫红, 杨霄, 刘庆运, 姜江 申请人:马鞍山马钢晋西轨道交通装备有限公司, 安徽工业大学