机车轮对踏面检测仪的制作方法
【专利摘要】机车轮对踏面检测仪，其特征在于：由电源模块、单片机控制系统、步进电机、激光位移传感器、信号调理模块、控制按钮、LCD显示屏、数据存储器组成，所述电源模块与单片机控制系统连接；所述单片机控制系统通过电机驱动器连接至步进电机，所述步进电机与激光位移传感器相连，所述激光位移传感器通过信号调理模块连接至单片机控制系统；所述控制按钮通过接口与单片机控制系统相接，单片机控制系统还通过接口分别连接至LCD显示屏及数据存储器。本实用新型的有益效果：解决了机车轮对踏面外形参数测量精度不高的难题，增加了检测对踏面外貌的灵活性、方便性；控制按钮和LCD显示屏扩展了人机交互的范围，手持式轻便。
【专利说明】机车轮对踏面检测仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机车轮对踏面检测领域，具体涉及一种机车轮对踏面检测仪。
【背景技术】
[0002]机车车轮踏面是指车轮与钢轨的接触部分，简称踏面。常见的踏面呈近似圆锥形，在滚动圆附近锥度1:10。有很多的原因会造成车轮踏面的磨损。例如，轮轨接触磨损和制动闸瓦与踏面的滑动磨损等等。例如，由于刹车、轮对与钢轨间隙的冲撞以及轮对与钢轨面在转弯时的相对滑动等因素造成的踏面擦伤或剥离，就会给车辆运行带来额外的冲击振动，严重影响列车与轨道设施的安全和使用寿命。正是由于踏面外形对机车的运行性能有很大的影响，必须及时、准确地对踏面的外貌加以检测，以预防机车行车事故的发生。我国的铁路系统十分庞大，机车的车轮磨损极大地关系到车辆运行的安全性和经济性，机车轮对踏面的磨损在线检测一直以来是铁道系统极力解决的难题之一。
[0003]对机车轮对踏面的外形检测主要解决轮对踏面存在的一些问题。例如，当踏面擦伤深度及剥离长度超过限定值时必须作为轮对故障而报警，并指出其数量和准确位置。但轮对与轮轨经过一段时间磨损后，每个轮对踏面特征形状均会发生变化，尤其是踏面剥离形状、大小及擦伤深度都有很大差别，难以找到其规律；并且当前国内对轮对踏面的测量主要还是由常规检测仪表完成，检测精度低，不能实现数据记录和分析。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种激光测距传感器测量机车轮对踏面的外形参数，通过这些测量数据和标准数据的对比，判断轮对踏面是否在安全行车要求以内，并将测量数据保存于USB存储器中的机车轮对踏面检测仪。
[0005]本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
[0006]机车轮对踏面检测仪，由电源模块、单片机控制系统、步进电机、激光位移传感器、信号调理模块、控制按钮、IXD显示屏、数据存储器组成，所述电源模块与单片机控制系统连接；所述单片机控制系统通过电机驱动器连接至步进电机，所述步进电机与激光位移传感器相连，所述激光位移传感器通过信号调理模块连接至单片机控制系统；所述控制按钮通过接口与单片机控制系统相接，单片机控制系统还通过接口分别连接至LCD显示屏及数据存储器。
[0007]按上述方案，所述单片机控制系统为AVR微处理器。
[0008]按上述方案，所述步进电机为直线步进电机。
[0009]按上述方案，所述数据存储器为USB储存器。
[0010]该检测仪为手持式，长X宽X高为20cmXllcmX4cm，IXD显示屏、控制按钮和电源指示灯设于检测仪的操作面板上，控制按钮包括开始按钮、暂停按钮、复位按钮、步进电机正转按钮、步进电机反转按钮、数据存储按钮、数据读取按钮；电源指示灯与电源模块相连，各控制按钮用于控制激光位移传感器的前进后退，测量数据实时显示在LCD显示屏上。
[0011]本实用新型的工作原理:
[0012]I)所述单片机控制系统接收来自激光位移传感器的信号以及控制按钮发出的各按钮指令信号，将各信号进行数据处理并综合分析后，一方面发出控制信号驱动步进电机带动激光位移传感器沿着轮踏面轴线做直线运动，另一方面由激光位移传感器测量轮踏面的外形变化，传回单片机控制系统进行分析后将检测信息显示在LCD显示屏上，通过LCD显示屏了解轮踏面的磨损情况，并将测量数据通过USB储存器进行实时保存，以备后期在PC机上进行相关数据分析；
[0013]2)所述步进电机牵引激光位移传感器以一定速度匀速运动，步进电机的运动方向即激光位移传感器的前进、后退由相应的控制按钮(步进电机正转、步进电机反转按钮)控制，单片机控制系统接收控制按钮的前进、后退指令信号后执行相应程序控制激光位移传感器的前进、后退。步进电机的运动速度也由单片机控制系统来控制，单片机控制系统的输出端输出定时方波脉冲信号作为步进电机的控制信号。由于本检测仪目的是要测量踏面的二维形貌，因此步进电机只需采用直线步进电机进行直线行进就可以满足要求了 ；
[0014]3)所述激光位移传感器通过激光测距测量轮对踏面距离激光传感器运行直线的距离，将所测得数据在以激光位移传感器运动直线为基准的坐标系中描绘出来，然后通过信号调理模块将坐标系的所有测得数据采用数学拟合的方法得到轮对踏面曲线，再将该曲线和标准零件曲线对比测得轮对踏面相对标准踏面的磨损情况。
[0015]本实用新型与现有技术相比具有的有益效果:
[0016](I)该检测仪运用激光测距传感技术实现对机车轮对踏面外形参数的测量，通过高精度的激光测距传感器测量轮对踏面与传感器基准线距离，将所测得数据在以激光传感器运动直线为基准的坐标系中拟合得到踏面曲线，不仅解决了机车轮对踏面外形参数测量精度不高的难题，而且增加了检测对踏面外貌的灵活性、方便性，满足了现场检修需要轻型、检测快速、低成本、精度高、无磨损、寿命长、受环境因素影响较小的条件，可以使轮缘高度、轮缘厚度及踏面磨耗精度达到±0.1mm，车轮直径精度达到±0.5mm，踏面径向剥离精度达到±0.5謹；
[0017](2)该检测仪的操作面板上的控制按钮和IXD显示屏，扩展了人机交互的范围，不但详细显示所测数据，还通过人工按动控制按钮实时控制检测仪工作，手持式轻便；
[0018](3)USB储存器对测量数据进行实时保存，以备后期在PC机上进行相关数据分析，成本低，适用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的总体结构框图；
[0020]图2为本实用新型的操作面板结构示意图；
[0021]图中，1-液晶显示屏，2-开始按钮，3-暂停按钮，4-数据存储按钮，5-步进机正转按钮，6-电源指示灯，7-复位按钮，8-数据读取按钮，9-步进机反转按钮。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例和附图对本实用新型的技术方案做进一步的说明。[0023]参照图1所示，本实用新型所述的机车轮对踏面检测仪，由电源模块、单片机控制系统、步进电机、激光位移传感器、信号调理模块、控制按钮、LCD显示屏、数据存储器组成，所述电源模块与单片机控制系统连接；所述单片机控制系统通过电机驱动器连接至步进电机，所述步进电机与激光位移传感器相连，所述激光位移传感器通过信号调理模块连接至单片机控制系统；所述控制按钮通过接口与单片机控制系统相接，单片机控制系统还通过接口分别连接至LCD显示屏及数据存储器。
[0024]所述单片机控制系统为AVR微处理器。
[0025]所述步进电机为直线步进电机。
[0026]所述数据存储器为USB储存器。
[0027]参照图2所示，该检测仪为手持式,长X宽X高为20cmX llcmX4cm, IXD显示屏1、控制按钮和电源指示灯6设于检测仪的操作面板上，控制按钮包括开始按钮2、暂停按钮3、复位按钮7、步进电机正转按钮5、步进电机反转按钮9、数据存储按钮4、数据读取按钮8 ;电源指示灯6与电源模块相连，各控制按钮用于控制激光位移传感器的前进后退，测量数据实时显示在LCD显示屏I上。
[0028]本实用新型工作时，所述单片机控制系统接收来自激光位移传感器的信号以及控制按钮发出的各按钮指令信号，将各信号进行数据处理并综合分析后，一方面发出控制信号驱动步进电机带动激光位移传感器沿着轮踏面轴线做直线运动，另一方面由激光位移传感器测量轮踏面的外形变化，传回单片机控制系统进行分析后将检测信息显示在LCD显示屏上，通过LCD显示屏了解轮踏面的磨损情况，并将测量数据通过USB储存器进行实时保存，以备后期在PC机上进行相关数据分析；所述步进电机牵引激光位移传感器以一定速度匀速运动，步进电机的运动方向即激光位移传感器的前进、后退由相应的控制按钮(步进电机正转、步进电机反转按钮)控制，单片机控制系统接收控制按钮的前进、后退指令信号后执行相应程序控制激光位移传感器的前进、后退。步进电机的运动速度也由单片机控制系统来控制，单片机控制系统的输出端输出定时方波脉冲信号作为步进电机的控制信号。由于本检测仪目的是要测量踏面的二维形貌，因此步进电机只需采用直线步进电机进行直线行进就可以满足要求了 ；所述激光位移传感器通过激光测距测量轮对踏面距离激光传感器运行直线的距离，将所测得数据在以激光位移传感器运动直线为基准的坐标系中描绘出来，然后通过信号调理模块将坐标系的所有测得数据采用数学拟合的方法得到轮对踏面曲线，再将该曲线和标准零件曲线对比测得轮对踏面相对标准踏面的磨损情况。
[0029]由图1可以知道单片机控制系统是整个系统的核心部分，它一方面和控制按钮进行通讯交流，实现和人工的交互功能；另一方面发出控制信号到步进电机，控制其工作；而后步进电机驱动激光位移传感器沿直线以轮对的一端为起点开始采集数据，而为了方便数据分析，建立一个水平、垂直对正的踏面数据矩阵，以激光位移传感器运动直线为X方向，垂直平面为Y方向，分别在两个方向上采集一定数量的点，将采集到的数据传送到信号调理模块中，信号调理模块采用数学拟合的方法得到轮对踏面曲线，再经过单片机控制系统综合处理后得到测量数据，测量数据一方面送至IXD显示屏显示，另一方面保存于数据存储器中，等待数据存储器读取。
[0030]在图2中，接通电源则电源指示灯6亮；按下开始按钮2，整个检测仪开始工作；按下暂停按钮3，整个检测仪暂停工作；按下步进电机正转按钮5，则步进电机驱动激光位移传感器沿直线向远离步进电机位置的方向移动；按下步进电机反转按钮9，则步进电机驱动激光位移传感器沿直线向靠近步进电机位置的方向移动；按下复位按钮7，整个检测仪复位，存储数据释放；按下数据存储按钮4，则单片机控制系统分析采集到的数据，并将有效数据存储于其内存中；按下数据读取按钮8，则单片机控制系统将数据通过通信协议输送到数据存储器中。
[0031]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.机车轮对踏面检测仪，其特征在于:由电源模块、单片机控制系统、步进电机、激光位移传感器、信号调理模块、控制按钮、IXD显示屏、数据存储器组成，所述电源模块与单片机控制系统连接；所述单片机控制系统通过电机驱动器连接至步进电机，所述步进电机驱动激光位移传感器直线运动，所述激光位移传感器通过信号调理模块连接至单片机控制系统；所述控制按钮通过接口与单片机控制系统相接，单片机控制系统还通过接口分别连接至LCD显示屏及数据存储器。
2.如权利要求1所述的机车轮对踏面检测仪，其特征在于:所述单片机控制系统为AVR微处理器。
3.如权利要求1所述的机车轮对踏面检测仪，其特征在于:所述步进电机为直线步进电机。
4.如权利要求1所述的机车轮对踏面检测仪，其特征在于:所述数据存储器为USB储存器。
【文档编号】G01B11/24GK203443553SQ201320492317
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】余先涛, 陈谦益, 詹煜 申请人:武汉理工大学