一种基于两种传感器的轮对尺寸在线检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于交通安全工程技术领域，特别是一种基于两种传感器的轮对尺寸在线 检测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着我国城市轨道交通的快速发展，列车的运行速度越来越快，其在线运行的安 全问题也日益突出。轮对作为城轨列车的重要部件，在列车走行过程中起着导向、承受W 及传递载荷的作用，其健康状态对列车安全运行起着至关重要的作用。列车运行过程中， 轮对与钢轨表面不断产生摩擦，导致轮对直径变小W及踏面磨损。此外，列车运行通过弯 道时，车轮轮缘与轨道内侧面发生摩擦会导致轮缘磨耗，踏面磨耗及轮缘磨耗直接导致轮 对尺寸变化，对乘客乘坐舒适性及安全性产生重大影响。因此，针对车轮轮缘和轮径等轮 对尺寸在线检测成为保障列车安全运行的重要基础。
[0003] 对于轮对尺寸的在线检测技术，主要有图像测量法，振动测量法W及激光测量法。 目前国内普遍采用基于激光测距和图像测量的轮对尺寸检测方法。唐戍等人采用激光器和 面阵CCD摄像机实现了轮对几何参数的自动检测系统，但由于车轮踏面磨损光滑度高，反 光现象强烈，使得数字图像中轮缘边缘模糊，给检测带来难度；胡波提出了一种基于PSD的 激光位移测量技术的轮对尺寸动态监测系统，具有实时性强、分辨率高的特点，但系统所需 传感器多，对安装要求高且价格昂贵；中国专利CN103693073A(-种非接触式车轮直径动 态测量装置及其测量方法，申请号201410005647. 3,申请日：2014-01-06)公开了一种车轮 直径动态测量装置及其测量方法，该方法用两个满流传感器和一个激光位移传感器对车轮 直径进行检测，其中两个满流传感器仅实现车轮的定位，在车轮直径的计算中没有设及到 满流传感器测量的距离读数，且仅用一个激光位移传感器测量踏面对应滚动圆上一点的距 离，运种检测方法在车轮滚动的过程中测量不稳定，会降低测量精度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种简便高效、成本低的基于多种传感器的轮对尺寸在线 检测方法和装置，能够实现非接触式的高精度检测。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案是：一种基于两种传感器的轮对尺寸在线检测方 法，包括W下步骤：
[0006] 步骤1，布设传感器：沿着列车前进方向，在轨道内侧依次设置第一激光位移传感 器S1、电满流位移传感器P、第二激光位移传感器S2 ;第Ξ激光位移传感器S3设置于轨道 外侧，且第二激光位移传感器S2、第Ξ激光位移传感器S3关于二者之间的轨道对称；电满 流位移传感器P位于轮缘顶点正下方；
[0007] 步骤2,坐标变换、数据融合：第二激光位移传感器S2、第Ξ激光位移传感器S3同 时探测车轮输出探测点坐标后，通过坐标变换和坐标平移将第二激光位移传感器S2、第Ξ 激光位移传感器S3同一时刻的输出点融合到同一坐标系上，融合后的点即为踏面轮廓线 上的离散点，根据踏面轮廓外形几何关系计算出轮缘高h、轮缘厚d;
[0008] 步骤3,提取轮缘顶点圆周上Ξ点的坐标：当车轮通过轨道内侧的第一激光位移 传感器S1、电满流位移传感器P、第二激光位移传感器S2时，提取电满流位移传感器P检测 到的有效探测数据，并提取第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2在同一时刻的 探测数据，将所提取的探测数据进行坐标变换得到踏面轮廓上的离散点，根据踏面轮廓外 形分别提取第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2对应的轮缘顶点的纵坐标，处 理得到轮缘顶点圆周上Ξ点的坐标；
[0009] 步骤4,计算车轮直径：根据步骤3得到的轮缘顶点圆周上Ξ点的坐标由几何关系 计算轮缘顶点圆直径化，再结合步骤2得到的轮缘高h计算车轮直径D。
[0010] 一种基于两种传感器的轮对尺寸在线检测装置，沿着列车前进方向，在轨道内侧 依次设置第一激光位移传感器S1、电满流位移传感器P、第二激光位移传感器S2 ;第Ξ激光 位移传感器S3设置于轨道外侧，且第二激光位移传感器S2、第Ξ激光位移传感器S3关于二 者之间的轨道对称；电满流位移传感器P位于轮缘顶点正下方。
[0011] 本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1)成本低、原理简单且便于操作，测 量装置只需要Ξ个激光位移传感器和一个电满流位移传感器即可实现对车轮的轮缘厚、轮 缘高及轮径等轮对尺寸的检测工作。（2)具有在线非接触测量等优点，为实现轮对尺寸在线 检测提供了新的解决方案。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明基于两种传感器的轮对尺寸在线检测装置的结构示意图。
[0013] 图2是本发明第一激光位移传感器与车轮之间的安装角度β1的示意图。
[0014] 图3是本发明第二、Ξ激光位移传感器与车轮之间的安装角度0 2、0 3的示意图。
[0015] 图4是本发明Ξ个激光位移传感器与沿轨道方向的直线夹角α1、α2、α3的示意 图。
[0016] 图5是本发明中经坐标变换、数据融合后的踏面数据点。
[0017] 图6是本发明中车轮直径在线检测装置的工作原理示意图。 具体实施方案
[0018] 本发明是基于两种传感器的轮对尺寸在线检测系统，首先通过激光位移传感器得 出轮缘高和轮缘厚，再配合一个电满流位移传感器根据几何关系得出车轮直径。
[0019] 下面结合附图及具体实例对本发明作进一步详细说明。
[0020] 结合图1，本发明基于两种传感器的轮对尺寸在线检测装置，沿着列车前进方向， 在轨道内侧依次设置第一激光位移传感器S1、电满流位移传感器Ρ、第二激光位移传感器 S2 ;第Ξ激光位移传感器S3设置于轨道外侧，且第二激光位移传感器S2、第Ξ激光位移传 感器S3关于二者之间的轨道对称；电满流位移传感器Ρ位于轮缘顶点正下方。
[0021] 结合图2~4,所述第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2、第Ξ激光位 移传感器S3至轨道的垂直距离分别为！1、！2、！1、！2、的范围均为100mm~450mm;第一 激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2、第Ξ激光位移传感器S3与铅垂线的夹角分别 为01、0 2、0 3, 01、0 2、0 3的范围均为25。~65。；第一激光位移传感器S1、第二激光 位移传感器S2、第Ξ激光位移传感器S3与沿轨道方向的直线夹角分别为α1、α2、α3,α1、α2、α3的范围均为15。~65。；其中12与1 3相等，β2与β3相等，α2与α3相等。 阳0巧如图2所示，β1为第一激光位移传感器S1与铅垂线的夹角姻图3所示，β2为 第二激光位移传感器S2与铅垂线的夹角，β3为第Ξ激光位移传感器S3与铅垂线的夹角， 且@2与β3相等；如图4所示，α1为第一激光位移传感器S1与沿轨道方向的直线夹角， α2为第二激光位移传感器S2与沿轨道方向的直线夹角，α3为第Ξ激光位移传感器S3与 沿轨道方向的直线夹角，且α2与α3相等。
[0023] 所述第一激光位移传感器S1与电满流位移传感器Ρ之间的距离为14;电满流位移 传感器Ρ与第二激光位移传感器S2之间的距离为4、Is的范围均为300mm~550mm。
[0024] 结合图2~5,本发明基于两种传感器的轮对尺寸在线检测方法，包括W下步骤： [00巧]步骤1，布设传感器：沿着列车前进方向，在轨道内侧依次设置第一激光位移传感 器S1、电满流位移传感器P、第二激光位移传感器S2 ;第Ξ激光位移传感器S3设置于轨道 外侧，且第二激光位移传感器S2、第Ξ激光位移传感器S3关于二者之间的轨道对称；电满 流位移传感器P位于轮缘顶点正下方。
[00%] 步骤2,坐标变换、数据融合：第二激光位移传感器S2、第Ξ激光位移传感器S3同 时探测车轮输出探测点坐标后，通过坐标变换和坐标平移将第二激光位移传感器S2、第Ξ激光位移传感器S3同一时刻的输出点融合到同一坐标系上，融合后的点即为踏面轮廓线 上的离散点，如图5所示，根据踏面轮廓外形几何关系计算出轮缘高h、轮缘厚d;具体步骤 如下：
[0027] (2. 1)第二激光位移传感器S2、第Ξ激光位移传感器S3同时探测车轮输出探测点 坐标，所述探测点坐标W激光发射方