专利名称：轮对自动测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用于铁路车辆轮对几何尺寸自动测量的装置，其适用于铁路客车、货车、地铁、机车、车辆轮对制造和检修的自动化测量设备。
背景技术：
轮对作为铁路列车运行的关键部件，同时也是列车安全运行的关键所在。因而，在列车的各种定期检修中，对轮对的检修就显得格外的重要。其中，对它的尺寸检测、外观形状的检测是重点。多年来，轮对的几何参数的测量，一直是依靠人工手持检具逐轮进行。随着近年来我国列车滚动轴承化的实现，定期检修的现场作业的复杂性、精密度都发生了很大变化，传统的方法就显得可靠性低、差错率高，同时也不便于信息化管理。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可实现铁路列车轮对几何尺寸检测、外观状况确认的自动化、智能化、信息化的全自动非接触测量火车轮对的轮对自动测量装置。
本实用新型解决技术问题的方案是轮对自动测量装置，其特征在于包括使轮对进入和推出测量工位的进出轮机构、使轮对升高和降低的升降轮机构、使轮对旋转的轮对旋转机构、安装在轮对旋转机构上的测量机构、计算机控制系统，上述的进出轮机构、升降轮机构和轮对旋转机构通过相应的信号线分别与计算机控制系统连接，并在计算机控制系统的控制下完成相应的动作，测量机构的输出接至计算机控制系统，通过计算机控制系统进行轮对测量数据的处理、显示和打印输出。
所述的计算机控制系统包括工业控制计算机、电机控制卡、直流电机驱动器、旋转电机驱动器、压轮电机驱动器及数据采集及处理单元，工业控制计算机通过电机控制卡和电机驱动器分别接至并驱动直线运动电机、旋转电机和压轮电机进行有序运动，激光传感器输出的电信号经过信号调理器的放大、滤波调理，送入数据采集卡进行模数转换后再输出至工业控制计算机，工业控制计算机的输出同时通过PLC控制器接至并控制进出轮机构气缸、轮对升降气缸的动作。
所述的测量机构包括支柱、激光传感器、旋转电机、直线电机、横梁、导轨动力桥、直线运动单元，支柱通过横梁支撑着直线运动单元，可沿直线运动单元进行直线运动的导轨动力桥固定在横梁上，导轨动力桥的一端与直线电机连接，激光传感器固定在旋转电机的电机轴上，旋转电机的输出轴与计算机控制系统连接。
所述的升降机构包括升降气缸、支撑块、滑轨、立轨，支撑块固定在升降气缸上，与支撑块连接滑轨与立轨相接触，并沿立轨作上下滑动。
所述的轮对旋转机构包括压轮电机及其固定在压轮电机上的压轮，压轮与轮对相接触。
所述的进出轮机构包括进轮气缸、出轮气缸、分别与进、出轮气缸依次相接铰链和连杆、底架，连杆的上下两端与弯板相连接，底架与连杆连接。
除上述各机构外，还包括安装在测量机构两侧的摄像组件，它由分别位于测量机构两侧的两只CCD摄像机和位于CCD摄像机镜头周围的光学补偿器组成。
本实用新型与现有技术相比的优点在于(1)能够自动进行轮对几何尺寸检测、外观状况确认等；(2)只应用1只激光传感器就完成了所有被测参数的测量，从而降低了测量装置的制造成本，减小了系统的复杂程度，进而提高了设备可靠性；(3)由于安装了光学补偿器，使得采集到的轮对标志板图像的清晰度得到大大提高，从而完全满足了现场实际操作的需求；(4)结构简单、新颖，测量精度高，操作简便、实用。
图1为本发明的主视图；图2为本发明的侧视图；图3为本发明的俯视图；图4为本发明中光学补偿器的示意图；图5为本发明的计算机控制系统框图。
上述各图中的标号1.支柱，2.直线电机，3.横梁，4.压轮电机，5.压轮，6.轮对，7.导轨动力桥，8.激光传感器，9.直线运动单元，10.摄像机组件，11.支撑块，12.滑轨，13.立柱，14.铁轨，15.旋转电机，16.升降气缸，17.弯板，18.底架，19.连杆，20.铰链，21.进轮气缸，22.出轮气缸，23.发光二极管，24.基板具体实施方式
如图1、2、3所示，本实用新型由进出轮机构、升降轮机构、轮对旋转机构、测量机构及计算机控制系统，上述各机构通过相应的信号线分别与计算机控制系统连接，在计算机控制系统的控制下完成所有机构的动作以及进行数据的处理、显示和打印输出。其中，测量机构所述的测量机构包括支柱1、激光传感器8、旋转电机15、直线电机2、横梁3、导轨动力桥7、直线运动单元9，支柱1通过横梁3支撑直线运动单元9，导轨动力桥7安装在直线运动单元9上，直线运动单元9的一端与直线电机2连接，激光传感器8固定在旋转电机15的电机轴上，可顺、逆时针旋转，在直线电机2的驱动下，导轨动力桥7可沿直线运动单元9进行直线运动；升降机构包括升降气缸16、支撑块11、滑轨12、立轨13，支撑块11固定在升降气缸16上，与支撑块11连接滑轨12与立轨13相接触，并沿立轨13作上下滑动；轮对旋转机构包括压轮电机4及其固定在压轮电机4上的压轮5，压轮5与轮对7相接触；进出轮机构包括进轮气缸21、出轮气缸22、分别与进、出轮气缸依次相接铰链21和连杆20、底架18，连杆20的上下两端与弯板17相连接，底架18与连杆20连接。
如图4所示，本发明的光学补偿器作为关键部件在测量装置中起着增强标志板图像清晰度，提高输入信息正确率的作用，它由多个发光二极管23安装在基板24上，围绕360°圆周均匀分布而成，基板24通过其中央的圆孔固定在摄像机镜头外圆面上，发光二极管23数量可根据实际环境需要增加或减少。
如图5所示，本发明的计算机控制系统作为核心部分，其任务是处理数据，实现对运动部分实行高精度、准确的控制，同时还可进行数据的打印、显示以及通过网卡同服务器进行数据交换，它由工业控制计算机、电机控制卡、直线电机驱动器、旋转电机驱动器、压轮电机驱动器及数据采集及处理单元、打印机、显示器、网卡组成，工业控制计算机通过电机控制卡和电机驱动器分别接至并驱动直线运动电机、旋转电机和压轮电机进行有序运动，激光传感器输出的电信号经过信号调理器的放大、滤波调理，送入数据采集卡进行模数转换后再输出至工业控制计算机，工业控制计算机的输出同时通过PLC控制器接至并控制进出轮机构气缸、轮对升降气缸的动作。本实用新型的实施例中工业控制计算机可选用台湾研华公司生产的IPC系列工控机，PLC可编程控制器可选用松下公司生产的FP∑系列，数据采集卡采用PCI2002系列，电机控制卡采用PCI8032系列。
本实用新型的工作过程被测轮对6首先被推到进出轮机构的进轮位置，在计算机控制系统的控制下，进轮气缸21动作，通过与其相连的铰链20、连杆19使弯板18转动一定角度，从而将轮对6推到测量位置，此时升降机构的升降气缸16动作，推动支撑块11沿滑轨12向上运动，并达到气缸的最大行程，从而使轮对6到达测量高度。
然后，激光传感器8通过导轨动力桥7在直线电机2的驱动下可沿直线运动单元9作横向运动，可测量轴中央直径、车轮直径、轮辋宽、轮缘厚等参数。与其直接相连的旋转电机15可控制激光传感器8作顺、逆时针旋转，从而可测量轮座直径、轮辋厚等参数。
同时，在计算机测量控制系统的控制下，激光传感器8沿直线运动单元9往复运动，自动采集被测轮对各测量点的数据，当测量轮对内距、踏面磨耗、偏心时，压轮电机4带动相连的压轮5转动带动轮对6旋转，每隔120°采集一次轮对内距数据，这样采集3次，轮对旋转360°，同时完成了轮对踏面一周数据的采集。所有数据采集完成后，激光传感器8会自动回到初始零位位置。
测量完成后，升降机构的升降气缸16动作，放下轮对6；然后，进出轮机构的出轮气缸22动作，通过与其相连的铰链、连杆使弯板转动一定角度，从而将轮对6推出测量工位。
在本实用新型进行测量的过程中，通过在测量机构支柱1的两端位置分别安装的摄像组件10，利用摄像机将标志板图像经视频采集卡的转换，实现视觉信号变为数字信号，最终显现在计算机的显示屏上，操作者可利用计算机键盘输入标志板信息。由于轮对入位存在左右错位以及天气的变化如晴天、阴天、太阳直射等原因都会造成摄像机拍摄图象的成象质量下降，为此，本实用新型专门配备了光学补偿器，如图4所示，该光学补偿器由一组发光二极管23均匀分布在摄像机镜头周围提高了图象的对比度，有效克服了外界环境对标志板图象质量的影响，对运行现场95％以上的标志板都可以实现满意的标志板信息录入。
权利要求1.轮对自动测量装置，其特征在于包括使轮对进入和推出测量工位的进出轮机构、使轮对升高和降低的升降轮机构、使轮对旋转的轮对旋转机构、安装在轮对旋转机构上的测量机构、计算机控制系统，上述的进出轮机构、升降轮机构和轮对旋转机构通过相应的信号线分别与计算机控制系统连接，并在计算机控制系统的控制下完成相应的动作，测量机构的输出接至计算机控制系统，通过计算机控制系统进行轮对测量数据的处理、显示和打印输出。
2.根据权利要求1所述的轮对自动测量装置，其特征在于还包括安装在测量机构两侧的摄像组件。
3.根据权利要求1所述的轮对自动测量装置，其特征在于所述的计算机控制系统包括工业控制计算机、电机控制卡、直流电机驱动器、旋转电机驱动器、压轮电机驱动器及数据采集及处理单元，工业控制计算机通过电机控制卡和电机驱动器分别接至并驱动直线运动电机、旋转电机和压轮电机进行有序运动，激光传感器输出的电信号经过信号调理器的放大、滤波调理，送入数据采集卡进行模数转换后再输出至工业控制计算机，工业控制计算机的输出同时通过PLC控制器接至并控制进出轮机构气缸、轮对升降气缸的动作。
4.根据权利要求1所述的轮对自动测量装置，其特征在于所述的测量机构包括支柱、激光传感器、旋转电机、直线电机、横梁、导轨动力桥、直线运动单元，支柱通过横梁支撑着直线运动单元，可沿直线运动单元进行直线运动的导轨动力桥固定在横梁上，导轨动力桥的一端与直线电机连接，激光传感器固定在旋转电机的电机轴上，旋转电机的输出轴与计算机控制系统连接。
5.根据权利要求1所述的轮对自动测量装置，其特征在于所述的升降机构包括升降气缸、支撑块、滑轨、立轨，支撑块固定在升降气缸上，与支撑块连接滑轨与立轨相接触，并沿立轨作上下滑动。
6.根据权利要求1所述的轮对自动测量装置，其特征在于所述的轮对旋转机构包括压轮电机及其固定在压轮电机上的压轮，压轮与轮对相接触。
7.根据权利要求1所述的轮对自动测量装置，其特征在于所述的进出轮机构包括进轮气缸、出轮气缸、分别与进、出轮气缸依次相接铰链和连杆、底架，连杆的上下两端与弯板相连接，底架与连杆连接。
8.根据权利要求2所述的轮对自动测量装置，其特征在于所述的摄像组件由分别位于测量机构两侧的两只CCD摄像机和位于CCD摄像机镜头周围的光学补偿器组成。
9.根据权利要求7所述的轮对自动测量装置，其特征在于所述的光学补偿器由一组发光二极管均匀分布在摄像机镜头周围。
专利摘要轮对自动测量装置，包括使轮对进入和推出测量工位的进出轮机构、使轮对升高和降低的升降轮机构、使轮对旋转的轮对旋转机构、安装在轮对旋转机构上的测量机构及计算机控制系统，上述各机构通过相应的信号线分别与计算机控制系统连接，在计算机控制系统的控制下完成所有机构的动作以及进行数据的处理、显示和打印输出；除上述各机构外，还包括安装在测量机构两侧的摄像组件。本实用新型能够自动进行轮对几何尺寸检测、外观状况确认等，而且只用1只激光传感器就完成了所有被测参数测量，降低了的制造成本，减小了系统的复杂程度，提高了设备可靠性，特别是由于安装了光学补偿器，使得采集到的轮对标志板图像的清晰度得到大大提高，完全满足现场实际操作需求。
文档编号G01M17/08GK2715134SQ20042008425
公开日2005年8月3日 申请日期2004年7月27日 优先权日2004年7月27日
发明者印朝辉, 姜东升, 张江桥, 朱正辉, 李小舟 申请人:北京航天计量测试技术研究所