一种基于多种传感器的轮对尺寸在线检测方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于交通安全工程技术领域，特别是一种基于多种传感器的轮对尺寸在线 检测方法和装置。
【背景技术】
[0002] 在整个轨道交通运行系统中，列车轮对作为机车行走的部件，是影响着机车行车 安全的一个重要因素。尤其是近年来，列车速度不断提高，车辆运行的安全问题日益突出。 车辆在运行中存在着车轮与钢轨之间力的传递，造成车轮踏面的摩擦而磨耗，对车辆的安 全性、乘坐的舒适性和运行的平稳性影响很大。当轮对磨耗率超过一定限度时，甚至会引起 脱轨等行车安全事故。因此，对车轮踏面摩擦情况和磨耗量需要进行定期的检测，判断是否 需要对车轮进行雜削，W及对车轮相关数据的跟踪和分析。
[0003] 目前，国内外轨道交通的相关部口在大力研究发展动态在线检测技术和系统。国 外轮对尺寸的在线检测技术与应用已经较为成熟，但由于设备规模大、安装基础要求高、价 格昂贵，导致国外的系统不适合国内地铁公司的实际情况。对于国内轮对尺寸的在线检测 技术，曹贺等人采用基于CCD图像测量技术进行测量，该方法在价格上相比国外有优势，但 系统结构布置较为复杂，且容易受外界的干扰；中国专利CN103322936 (轮对尺寸在线监测 方法，申请号201310256167.X，申请日：2013-06-24)公开了一种轮对尺寸在线检测方法， 该方法采用四组激光位移传感器对轮缘高、轮缘厚、轮径等尺寸进行检测，运种检测方法成 本过高；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成本低、原理简单、实用性强的基于多传感器的轮对 尺寸在线检测方法和装置，并能够进行非接触式的高精度测量。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案是：一种基于多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：轨道外侧的第一激光位移传感器S1和轨道内侧的第二激光 位移传感器S2相对于二者之间的轨道镜像对称设置，第一电满流位移传感器P1、第二电 满流位移传感器P2沿列车前进方向设置于轨道内侧且均位于轮缘顶点正下方，列车前进 方向依次经过第一电满流位移传感器P1、第二电满流位移传感器P2、第二激光位移传感器 S2 ；
[0007] 步骤2,坐标变换、数据融合：第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2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一激光位移传感器SI、第二 激光位移传感器S2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两对称点的坐标：当车轮通过第一电满流位移传感 器P1、第二电满流位移传感器P2检测到的距离相等时，车轮轮缘顶点圆最低点经过该两个 电满流位移传感器的中间位置，提取此时第一电满流位移传感器P1、第二电满流位移传感 器P2的探测数据，由该探测数据得到轮缘顶点圆上两对称点的坐标；
[0009] 步骤4,提取轮缘顶点圆周的最低点坐标：根据轮缘高、第一电满流位移传感器 P1、第二电满流位移传感器Ρ2Ξ者与滚动圆最低点的几何位置关系确定轮缘顶点圆周上 的最低点坐标；
[0010] 步骤5,计算车轮直径：根据步骤3得到的轮缘顶点圆上两对称点的坐标和步骤4 得到的轮缘顶点圆周上的最低点坐标，计算轮缘顶点圆的直径，该直径减去两倍的轮缘高h 即为该车轮直径D。
[0011] 一种基于多种传感器的轮对尺寸在线检测装置，包括第一激光位移传感器S1、第 二激光位移传感器S2、第一电满流位移传感器P1、第二电满流位移传感器P2,其中轨道外 侧的第一激光位移传感器S1和轨道内侧的第二激光位移传感器S2相对于二者之间的轨道 镜像对称设置，其中第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2至二者之间轨道的垂 直距离分别为li、12,第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2与铅垂线的夹角分别 为β1、0 2,第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2与沿该轨道方向的直线的夹角 分别为α1、α2,其中li与1 2相等，β1与β2相等，α1与α2相等；第一电满流位移传感器 Ρ1、第二电满流位移传感器Ρ2沿列车前进方向设置于轨道内侧且均位于轮缘顶点正下方， 所述第一电满流位移传感器Ρ1、第二电满流位移传感器Ρ2之间的距离为Li，第二电满流位 移传感器P2与第二激光位移传感器S2之间的距离为L2;列车前进方向依次经过第一电满 流位移传感器P1、第二电满流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2。
[0012] 本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1)测量装置仅需两组激光位移传感 器和两个电满流位移传感器即可实现轮缘高、轮缘厚、轮径等轮对尺寸的检测，成本低且测 量原理简单；（2)在线非接触式测量，大大提高了检测效率和精度，为实现轮对尺寸在线测 量提供了一种有效的解决方案。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明基于多种传感器的轮对尺寸在线检测装置的结构示意图。
[0014] 图2是本发明两个激光位移传感器与车轮之间的安装角度01、0 2的示意图。
[0015] 图3是本发明本发明两个激光位移传感器与车轮之间的安装角度α1、α2的示意 图。
[0016] 图4是本发明中经坐标变换、数据融合后的踏面数据点。
[0017] 图5是本发明中车轮直径在线检测装置的工作原理示意图。
【具体实施方式】
[0018] 本发明是基于多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，再配合两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施例对本发明作进一步详细说明。
[0020] 图1为基于多种传感器的轮对尺寸在线检测装置的设备布设图。结合图1，本发 明基于多种传感器的轮对尺寸在线检测装置，包括第一激光位移传感器S1、第二激光位移 传感器S2、第一电满流位移传感器P1、第二电满流位移传感器P2,其中轨道外侧的第一激 光位移传感器S1和轨道内侧的第二激光位移传感器S2相对于二者之间的轨道镜像对称 设置，其中第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2至二者之间轨道的垂直距离分 别为li、12,第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2与铅垂线的夹角分别为0 1、 0 2,第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2与沿该轨道方向的直线的夹角分别为 曰1、α2,其中li与1 2相等，如图2所示β1与β2相等，如图3所示α1与α2相等；第一电 满流位移传感器Ρ1、第二电满流位移传感器Ρ2沿列车前进方向设置于轨道内侧且均位于 轮缘顶点正下方，所述第一电满流位移传感器Ρ1、第二电满流位移传感器Ρ2之间的距离为 Li，第二电满流位移传感器Ρ2与第二激光位移传感器S2之间的距离为L2;列车前进方向依 次经过第一电满流位移传感器P1、第二电满流位移传感器P2、第二激光位移传感器S2。
[0021] 所述第一激光位移传感器S1、第二激光位移传感器S2均采用基于Ξ角测量原理 的2D激光位移传感器，其中li、12的范围均为100mm~450mm;β1、β2的范围均为25°~ 65° ;〇