便携式火车车轮踏面轮廓检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于火车车轮踏面轮廓检测的便携式装置，可快速检测车轮踏面磨损状况，以适应高速铁路发展对车轮踏面检测仪器的需要。
【背景技术】
[0002]随着高速铁路的发展，列车速度大幅度提高，突然加速、减速，紧急制动等操作越来越频繁，导致车轮与钢轨间的磨损加重，故需要对车轮踏面磨损情况进行经常性的检测，因此，对小型化、智能化、检测精度与检测效率高的车轮踏面检测仪器的需求非常迫切。
[0003]目前，车轮踏面磨损检测方法主要有两类:一是使用接触式检测工具手工测量，检测效率低、误差较大。二是非接触测量(光学扫描和光学成像)方法，测量效率高，可实现自动检测。其中，采用激光位移传感器的测量方法最具有小型化、智能化、提高测量精度与效率的潜能。但现有的测量仪器中，激光位移传感器是以直线运动测量方式，必须采用有效测量范围大的传感器，致使测量分辨率低(激光位移传感器的测量分辨率随着其测量范围的增大而降低)。而且，传感器的安装方式是使传感器的出射光束垂直于被测车轮的轴线(即垂直于传感器的测量运动方向)，导致在踏面轮廓曲线斜率大的地方，测量光束与被测点法线间的夹角过大，测量光束投射到被测表面的光斑严重散开，引起测量精度显著降低，甚至出现测量失真。本发明旨在解决上述问题，设计制造便携式智能化的车轮踏面检测仪器。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种便携式火车车轮踏面检测装置设计方案。该方案将仿形测量技术与激光位移传感器相结合，既降低了对传感器测量范围的要求，又解决了在车轮踏面轮廓曲线斜率大的地方测量精度低甚至失真的问题。
[0005]本发明采取的技术方案为:
[0006]—种便携式火车车轮踏面轮廓检测装置，主要包括激光位移传感器及其安装架、步进电机及其控制器、滚珠丝杠螺母副、仿形车轮标准踏面轮廓的仿形运动机构、V型滚珠导轨、单片机及测量控制与显示器;其特征是:步进电机驱动滚珠丝杠，螺母作直线运动;螺母的运动通过V型滚珠导轨将力传递给传感器安装架，安装架在仿形运动机构的作用下，随螺母运动的同时，可沿垂直于螺母运动的方向运动，使得安装于其上的传感器的运动轨迹仿形车轮标准踏面轮廓;单片机采集传感器输出信号，经数据处理得到踏面轮廓测量结果。
[0007]进一步的，其中的仿形运动机构由标准踏面轮廓仿形导轨、V型滚珠导轨、传感器安装架及轴承构成;其特征是:V型滚珠导轨安装于与螺母固连在一起的滑块与传感器安装架之间，将动力传递给传感器安装架;固装在安装架两侧的两个轴承沿仿形导轨滚动，实现传感器的仿形测量运动。
[0008]进一步的，其中的激光位移传感器与螺母运动方向倾斜一定角度α安装，使传感器的出射光束倾斜入射到被测表面。
[0009]进一步的，其中运动驱动部分由混合式步进电机、联轴器、滚珠丝杠、螺母、滑块、轴承座、限动导杆组成;其特征是:联轴器满足零背隙；限动导杆与滑块上的光孔滑动配合，限制螺母只能直线移动。
[0010]进一步的，其中仿形运动机构、运动驱动机构的安装以立柱板为基础;立柱板侧面固定有一块扁平磁铁，测量时吸紧车轮内侧定位面作为水平测量基准面;立柱板侧面还固定有两根定位圆柱，测量时与轮缘靠紧，作竖直方向定位。
[0011]进一步的，其中仿形导轨部分由两个完全相同的导轨构成;其特征是:两个仿形导轨同时用作仪器结构的主要支撑部件，减小结构尺寸和重量。
[0012](I)仿形运动机构由与螺母固连的滑块、V型滚珠导轨、传感器安装架、轴承和踏面轮廓仿形导轨构成。V型滚珠导轨安装于滑块与传感器安装架之间，将动力传递给传感器安装架；固装在安装架两侧的两个轴承沿仿形导轨滚动，实现安装架的仿形运动，只需采用有效测量范围很小的传感器即可实现全范围测量。
[0013](2)激光位移传感器与螺母运动方向(被测车轮轴线方向)倾斜一定角度α安装，使传感器的出射光束倾斜入射到被测表面，以解决在踏面轮廓曲线斜率大的地方，测量精度降低，甚至无法测量的问题。
[0014](3)运动驱动部分由混合式步进电机、联轴器、滚珠丝杠、螺母、滑块、轴承座、限动导杆组成；联轴器满足零背隙，限动导杆与滑块上的光孔滑动配合，限制螺母只能直线移动。
[0015](4)为确保装置结构紧凑和整体性强，仿形运动机构和运动驱动机构的安装是以立柱板为基础；仿形导轨部分由两个完全相同的导轨构成，而这两个仿形导轨同时又用作该装置结构的主要支撑部件，减小结构尺寸和重量。
[0016](5)立柱板侧面固定有一块扁平磁铁，测量时吸紧车轮内侧定位面作为水平测量基准面;立柱板侧面还固定有两根定位圆柱，测量时与轮缘靠紧，作竖直方向定位。这种结构设计使得仪器结构紧凑，整体性强。
[0017](6)采用嵌入式设计，由单片机采集传感器输出信号，经数据处理得到踏面轮廓测量结果，并显示输出或存储。
[0018]本发明的有益效果:
[0019](I)由于激光位移传感器的测量运动轨迹仿形车轮标准踏面轮廓，因此，只需采用有效测量范围小(±5mm)传感器即可实现整个车轮踏面轮廓的检测，不仅测量精度和分辨率提高，而且检测装置结构更紧凑、轻便，便携。
[0020](2)采取将激光位移传感器与螺母运动方向(被测车轮轴线方向)倾斜一定角度α安装，解决了在踏面轮廓曲线斜率大的地方，出现入射光束与被测点法线夹角过大，致使入射光束投射到被测表面的光斑严重散开，造成测量精度降低，甚至无法测量的问题。
[0021](3)采用V型滚珠导轨可最大限度减小仿形运动过程中产生的摩擦力对丝杠螺母传动的影响，运动轻便。
[0022](4)采用滚珠丝杠螺母传动，不仅可减小丝杠磨损，而且所需驱动力矩小，可选用微型步进电机驱动，减小装置整体尺寸。
[0023](5)装置的结构设计整体性强，布局紧凑，可减小装置整体尺寸和重量。
【附图说明】
:
[0024]图1为本发明的整体结构主视图；
[0025]图2为图1中的A-A截面剖视图；
[0026]图3为本发明的整体结构俯视图；
[0027]图4为图2中的B-B截面剖视图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图进一步说明本发明。
[0029]如图1至图4所示，步进电机I安装于支撑座2上，通过联轴器3驱动丝杠4;螺母5与滑块6固连在一起，滑块6上的光孔与限动导杆7滑动配合，限制螺母只能作直线运动;滑块6的两侧与传感器安装架8的左右立柱内侧面间装有V型滚珠导轨9和10，使安装架8可上下运动；安装架8的左右立柱外侧面分别装有轴承11和12;两个轴承分别沿仿形导轨13和14滚动。当滑块6(与螺母5固连在一起)作直线运动时，通过V型滚珠导轨9和10将力传递给传感器安装架8，使得两轴承分别沿仿形导轨13和14滚动，从而使得安装架8在随滑块作直线运动的同时，又沿垂直于螺母运动的方向运动，实现对车轮标准踏面轮廓的仿形。
[0030]仿形运动机构、运动驱动机构的安装是以立柱板15为基础。立柱板侧面固定有一块扁平磁铁16，测量时吸紧车轮内侧定位面作为水平测量基准面;立柱板侧面还固定两根定位圆柱17和18，测量时与车轮轮缘靠紧，作竖直方向定位。电机支撑座2与立柱板连接;两个仿形导轨对称地与立柱板连接，作为仪器结构的主要支撑部件，使得结构紧凑、轻巧，整体性强。激光位移传感器19安装在传感器托架20上，托架20再固定到传感器安装架8上。
【主权项】
1.一种便携式火车车轮踏面轮廓检测装置，主要包括激光位移传感器及其安装架、步进电机及其控制器、滚珠丝杠螺母副、仿形车轮标准踏面轮廓的仿形运动机构、V型滚珠导轨、单片机及测量控制与显示器;其特征是:步进电机驱动滚珠丝杠，螺母作直线运动;螺母的运动通过V型滚珠导轨将力传递给传感器安装架，安装架在仿形运动机构的作用下，随螺母运动的同时，可沿垂直于螺母运动的方向运动，使得安装于其上的传感器的运动轨迹仿形车轮标准踏面轮廓;单片机采集传感器输出信号，经数据处理得到踏面轮廓测量结果。2.根据权利要求1所述的便携式火车车轮踏面轮廓检测装置，其中的仿形运动机构由标准踏面轮廓仿形导轨、V型滚珠导轨、传感器安装架及轴承构成;其特征是:V型滚珠导轨安装于与螺母固连在一起的滑块与传感器安装架之间，将动力传递给传感器安装架；固装在安装架两侧的两个轴承沿仿形导轨滚动，实现传感器的仿形测量运动。3.根据权利要求1所述的便携式火车车轮踏面轮廓检测装置，其中的激光位移传感器与螺母运动方向倾斜一定角度α安装，使传感器的出射光束倾斜入射到被测表面。4.根据权利要求1所述的便携式火车车轮踏面轮廓检测装置，其中运动驱动部分由混合式步进电机、联轴器、滚珠丝杠、螺母、滑块、轴承座、限动导杆组成;其特征是:联轴器满足零背隙;限动导杆与滑块上的光孔滑动配合，限制螺母只能直线移动。5.根据权利要求1所述的便携式火车车轮踏面轮廓检测装置，其中仿形运动机构、运动驱动机构的安装是以立柱板为基础;立柱板侧面固定有一块扁平磁铁，测量时吸紧车轮内侧定位面作为水平测量基准面;立柱板侧面还固定有两根定位圆柱，测量时与轮缘靠紧，作竖直方向定位。6.根据权利要求1所述的便携式火车车轮踏面轮廓检测装置，其中仿形导轨部分由两个完全相同的导轨构成;其特征是:两个仿形导轨同时用作仪器结构的主要支撑部件，减小结构尺寸和重量。
【专利摘要】本发明公开了一种用于火车车轮踏面轮廓测量的便携式检测装置。利用本发明可实现车轮踏面磨损的高精度快速测量。本发明通过以下技术方案予以实现：利用步进电机驱动丝杠，使螺母沿车轮轴线方向移动；螺母的运动通过V型滚珠导轨和仿形运动机构，带动激光位移传感器在过车轮轮轴的平面内做二维运动，其运动轨迹仿形车轮的标准踏面轮廓，从而实现对踏面轮廓的逐点扫描测量。由于实现了仿形测量，仅需采用测量范围小的传感器，即可满足整个踏面轮廓测量要求，其测量精度和分辨率更高，仪器外形尺寸更小。采取传感器倾斜安装设计，解决了在踏面轮廓曲线斜率大的地方，因测量光束与被测点法线夹角过大，致使测量精度降低，甚至无法测量的问题。
【IPC分类】G01B11/24
【公开号】CN105466355
【申请号】CN201510975299
【发明人】张凤生, 孙中义, 沈辉, 刘智超
【申请人】青岛大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月23日