一种小型化城轨轮对尺寸在线检测装置及方法与流程

本发明属于光电检测技术领域，特别是一种小型化城轨轮对尺寸在线检测装置及方法。

背景技术：

城市轨道交通作为公共交通的重要组成部分，在我国正处于高速建设和运营开通高峰期。城轨交通车辆车轮是机车与轨道的耦合部位，承载着整个机车的重量并保证机车在轨道上的运行。一旦车轮在运行时出现了问题，即使是一个小问题都可能造成重大的事故，因此对车轮的尺寸检测十分重要。

现有的城轨轮对尺寸检测设备结构复杂、体形笨重、检测时拆卸困难，不利于人员手持检测大量轮对，且传统弓高弦长法测量轮缘直径有很大的局限性，不能满足轮对尺寸检测的精度需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单、便于携带、能够准确测量轮缘直径尺寸的小型化城轨轮对尺寸在线检测装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种小型化城轨轮对尺寸在线检测装置，包括激光位移传感器、步进电机滑动导轨、安装架、限位柱、固定架、垫块、变磁吸附机构、蓝牙装置、电机驱动器和移动电源；

所述固定架顶端设置安装架，中端设置限位柱，底端一侧设置垫块，垫块可沿轮径方向上下滑动，底端另一侧设置变磁吸附机构；所述安装架一侧与步进电机滑动导轨一侧相连，另一侧设置蓝牙装置、电机驱动器和移动电源；所述步进电机滑动导轨上设置激光位移传感器。

进一步地，所述变磁吸附机构包括握把限位柱、上握把连接轴、上盖板、外磁体、磁轭外壳、握把、上铜环、上隔磁板、中轴套筒、内磁体、下隔磁板、下铜环、下盖板和下握把连接轴；

所述磁轭外壳内部的上、下两端分别设置上铜环与下铜环，中间设置中轴套筒，中轴套筒中心设置内磁体，上端设置上握把连接轴，下端设置下握把连接轴，上握把连接轴与下握把连接轴之间设置握把；磁轭外壳上端设置上盖板，下端设置下盖板，外侧设置外磁体，底部设置下隔磁板；所述上盖板上设置握把限位柱；所述外磁体下方设置上隔磁板。

进一步地，所述磁轭外壳为中空结构。

进一步地，所述握把限位柱采用弹性橡胶制作而成。

进一步地，所述激光位移传感器与步进电机滑动导轨、安装架、限位柱、垫块、变磁吸附机构均为可拆卸结构，通过螺钉固定。

进一步地，所述变磁吸附机构，具体如下：

所述中轴套筒为一个圆柱形的磁性芯轴，所述内磁体为一条长方体形态的永磁铁；中轴套筒两端通过上握把连接轴与下握把连接轴与握把相连，通过握把的转动，改变内磁体的磁极位置，实现检测装置的安装和拆卸。

进一步地，所述垫块的两定位柱卡在车轮凹槽的位置，使用激光位移传感器检测垫块顶部到轮缘顶部的距离r，根据车轮凹槽到轮轴中心的距离h和垫块顶部到定位柱的距离h，获取轮缘直径r＝r+h+h。

进一步地，安装架另一侧设置蓝牙装置、电机驱动器和移动电源，其中：

蓝牙装置将激光位移传感器采集的数据传输至移动设备，用于实时观看检测结果；

电机驱动器用于驱动步进电机滑动导轨对应的步进电机；

移动电源为整个装置供电。

一种小型化城轨轮对尺寸在线检测方法，具体如下：

首先，建立平面直角坐标系：在待测轮对径向剖视面中，以激光位移传感器起始点为原点，步进电机滑动导轨方向为x轴，轮对径向为y轴，建立平面直角坐标系；

然后，将小型化城轨轮对尺寸在线检测装置设置在待测轮对内侧，限位柱卡在轮缘上，转动握把，将变磁吸附机构调整为吸附模式，垫块下端卡在轮对内侧内沿上；

最后，使用步进电机滑动导轨带动激光位移传感器，沿轮对轴线方向扫描轮对表面，检测垫块顶部到轮缘顶部的距离r，通过蓝牙装置将数据传输到移动设备上，计算轮缘直径并显示轮对轮廓曲线，实时观测测量结果。

进一步地，所述计算轮缘直径，方法为：

使用激光位移传感器检测垫块顶部到轮缘顶部的距离r，根据车轮凹槽到轮轴中心的距离h和垫块顶部到定位柱的距离h，获取轮缘直径r＝r+h+h。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用变磁吸附机构，可改变磁力大小，方便设备的拆卸；(2)采用蓝牙传输，可用任意便携设备实时检测测量结果；(3)采用垫块法，测量轮缘直径误差小、精度高。

附图说明

图1为本发明小型化城轨轮对尺寸在线检测装置的结构示意图。

图2为本发明中变磁吸附机构的结构示意图。

图3为本发明中变磁吸附机构的剖视图。

图4为本发明中变磁吸附机构的原理图。

图5为本发明中垫块法的原理图。

具体实施方式

本发明小型化城轨轮对尺寸在线检测装置，包括激光位移传感器1、步进电机滑动导轨2、安装架3、限位柱4、固定架5、垫块6、变磁吸附机构7、蓝牙装置、电机驱动器和移动电源；

所述固定架5顶端设置安装架3，中端设置限位柱4，底端一侧设置垫块6，垫块6可沿轮径方向上下滑动，底端另一侧设置变磁吸附机构7；所述安装架3一侧与步进电机滑动导轨2一侧相连，另一侧设置蓝牙装置、电机驱动器和移动电源；所述步进电机滑动导轨2上设置激光位移传感器1。

作为一种具体示例，所述变磁吸附机构7包括握把限位柱8、上握把连接轴9、上盖板10、外磁体11、磁轭外壳12、握把13、上铜环14、上隔磁板15、中轴套筒16、内磁体17、下隔磁板18、下铜环19、下盖板20和下握把连接轴21；

所述磁轭外壳12内部的上、下两端分别设置上铜环14与下铜环19，中间设置中轴套筒16，中轴套筒16中心设置内磁体17，上端设置上握把连接轴9，下端设置下握把连接轴21，上握把连接轴9与下握把连接轴21之间设置握把13；磁轭外壳12上端设置上盖板10，下端设置下盖板20，外侧设置外磁体11，底部设置下隔磁板18；所述上盖板10上设置握把限位柱8；所述外磁体11下方设置上隔磁板15。

作为一种具体示例，所述磁轭外壳12为中空结构。

作为一种具体示例，所述握把限位柱8采用弹性橡胶制作而成。

作为一种具体示例，所述激光位移传感器1与步进电机滑动导轨2、安装架3、限位柱4、垫块5、变磁吸附机构7均为可拆卸结构，通过螺钉固定。

作为一种具体示例，所述变磁吸附机构7，具体如下：

所述中轴套筒16为一个圆柱形的磁性芯轴，所述内磁体17为一条长方体形态的永磁铁；中轴套筒16两端通过上握把连接轴9与下握把连接轴21与握把13相连，通过握把13的转动，改变内磁体17的磁极位置，实现检测装置的安装和拆卸。

作为一种具体示例，所述垫块6的两定位柱卡在车轮凹槽的位置，使用激光位移传感器1检测垫块6顶部到轮缘顶部的距离r，根据车轮凹槽到轮轴中心的距离h和垫块6顶部到定位柱的距离h，获取轮缘直径r＝r+h+h。

作为一种具体示例，安装架3另一侧设置蓝牙装置、电机驱动器和移动电源，其中：

蓝牙装置将激光位移传感器1采集的数据传输至移动设备，用于实时观看检测结果；

电机驱动器用于驱动步进电机滑动导轨2对应的步进电机；

移动电源为整个装置供电。

一种小型化城轨轮对尺寸在线检测方法，具体如下：

首先，建立平面直角坐标系：在待测轮对径向剖视面中，以激光位移传感器1起始点为原点，步进电机滑动导轨2方向为x轴，轮对径向为y轴，建立平面直角坐标系；

然后，将小型化城轨轮对尺寸在线检测装置设置在待测轮对内侧，限位柱4卡在轮缘上，转动握把13，将变磁吸附机构7调整为吸附模式，垫块6下端卡在轮对内侧内沿上；

最后，使用步进电机滑动导轨2带动激光位移传感器1，沿轮对轴线方向扫描轮对表面，检测垫块6顶部到轮缘顶部的距离r，通过蓝牙装置将数据传输到移动设备上，计算轮缘直径并显示轮对轮廓曲线，实时观测测量结果。

作为一种具体示例，所述计算轮缘直径，方法为：

使用激光位移传感器1检测垫块6顶部到轮缘顶部的距离r，根据车轮凹槽到轮轴中心的距离h和垫块6顶部到定位柱的距离h，获取轮缘直径r＝r+h+h。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

实施例

结合图1，本发明的一种小型化城轨轮对尺寸在线检测装置，包括激光位移传感器1、步进电机滑动导轨2、安装架3、限位柱4、固定架5、垫块6、变磁吸附机构7、蓝牙装置、电机驱动器和移动电源；

所述固定架5顶端设置安装架3，中端设置限位柱4，底端一侧设置垫块6，垫块6可沿轮径方向上下滑动；底端另一侧设置变磁吸附机构7；所述安装架3一侧与步进电机滑动导轨2一侧相连，另一侧设置蓝牙装置、电机驱动器和移动电源；所述步进电机滑动导轨2上设置激光位移传感器1。

进一步地，结合图2、图3，所述变磁吸附机构7包括握把限位柱8、上握把连接轴9、上盖板10、外磁体11、磁轭外壳12、握把13、上铜环14、上隔磁板15、中轴套筒16、内磁体17、下隔磁板18、下铜环19、下盖板20和下握把连接轴21；

所述磁轭外壳12内部两端分别设置上铜环14与下铜环19，中间设置中轴套筒16，中轴套筒16中心设置内磁体17，上端设置上握把连接轴9，下端设置下握把连接轴21，上握把连接轴9与下握把连接轴21之间设置握把13；磁轭外壳12上端设置上盖板10，下端设置下盖板20，外侧设置外磁体11，底部设置下隔磁板18；所述上盖板10上设置握把限位柱8；所述外磁体11下方设置上隔磁板15。

进一步地，所述磁轭外壳12为中空结构。

进一步地，所述握把限位柱8采用弹性橡胶制作而成。

进一步地，所述激光位移传感器1与步进电机滑动导轨2、安装架3、限位柱4、垫块5、变磁吸附机构7均为可拆卸结构，通过螺钉固定，便于拆卸维护。

结合图4，变磁吸附机构的工作原理为：

在变磁吸附机构7的中心是一个圆柱形的磁性芯轴，芯轴中包裹着的内磁体17为一条长方体形态的永磁铁。中轴套筒16两端通过上握把连接轴9与下握把连接轴21与握把13相连，通过握把13的转动，改变磁体17的磁极位置，而在上方的外磁体11则是固定的。如(a)所示为强磁状态，此时磁力线从n极发出通过磁轭和导磁壁面再回到磁轭进入外磁体11的s级，从而达到牢固吸附安装的目的。而(b)则是弱磁状态，两永磁铁的磁力线在变磁吸附装置7内部就已经形成闭合回路的磁路，所以磁力线不会到达导磁壁面，对导磁壁面也就是轮对表面不产生任何吸引力，可以轻松拆卸。

结合图5，垫块6的工作原理为：

垫块6的两定位柱卡在车轮凹槽的位置，激光位移传感器1可以检测到垫块顶部到轮缘顶部的距离r，而车轮凹槽到轮轴中心的距离h是一定的，可以在车轮参数中查到。垫块6顶部到定位柱的距离h一定，轮缘直径r＝r+h+h，由此可以得到轮缘直径。

结合图1、图2、图3，本发明的小型化城轨轮对尺寸在线检测装置的工作原理为：

首先建立平面直角坐标系：在待测轮对径向剖视面中，以激光位移传感器1起始点为原点，步进电机滑动导轨2方向为x轴，轮对径向为y轴，建立平面直角坐标系；

然后将小型化城轨轮对尺寸在线检测装置放置在待测轮对内侧，限位柱4卡在轮缘上，转动握把13，将变磁吸附机构7调整为吸附模式，垫块6下端卡在轮对内侧内沿上；

最后使用步进电机滑动导轨2带动激光位移传感器1，沿轮对轴线方向扫描轮对表面，通过蓝牙装置将数据传输到移动设备上，并在移动设备上显示轮对轮廓曲线，实时观测测量结果。

综上所述，本发明采用变磁吸附机构，可改变磁力大小，方便设备的拆卸，有效解决了装备的拆卸问题；采用蓝牙传输，可用任意便携设备实时检测测量结果，避免了因工作空间小无法实时观测测量结果的问题；采用垫块法，有效解决了传统弓高弦长法测量轮缘直径误差大的问题。