专利名称：铁路车轮腹板外形测绘装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种表面测绘装置，尤其涉及一种铁路车轮腹板外形测绘装置。
背景技术：
目前在各个技术领域中，经常需要对物体表面的轮廓进行測量，从而根据该轮廓数据进行更深入的处理和分析。例如在机车车辆动力学试验中，一般采用测カ轮对来测量车轮与钢轨间的轮轨作用力，而测カ轮对的精确度主要取决于应变片贴片位置的合理选取。目前，确定最佳贴片位置的方法主要有两种ー种方法是先在车轮腹板半径方向间隔ー定距离(一般为2-3毫米)进行应变片粘贴，然后通过测カ轮对标定台标定确定灵敏度最大的位置，进而确定贴片方案，这种方法耗时耗力，而且贴片エ艺和标定过程都会给最终方案确定带来误差；另ー种方法是通过有限元应カ分析计算来确定灵敏度最大的位置，这种方法省时省力，方便高效，而且能够在整个腹板范围内准确地分析合理的贴片位置。但是，对 于第二种方法来说，想要进行精确度高的有限元分析，十分重要的前提条件就是必须获取准确的车轮分析模型。目前，车轮分析模型主要是由厂家提供的CAD图或者图纸来建立。但是，由于加工エ艺的误差及其他多种不确定因素的影响，车轮腹板的实际形状与图纸并非完全相同，有时同一轮对左右辐板的形状也不尽相同。另外，更有甚者车轮外形的图纸是无法获得的。因此，准确地获得车轮腹板外形对于其有限元应カ分析十分重要。目前而言，车轮腹板外形测绘可以通过两个途径实现(I)将待测绘车轮送至专业机构进行测绘；(2)通过三坐标测量机进行测绘。这两种途径都可以得到较为精确的测绘结果，但是实际使用中存在问题。途径(I)要求必须将轮柄与车轴分开，而只有各个主机厂才有车轮拆分与组装所需的设备，这会给测カ轮对制作带来很多不便，延长测カ轮对制作的周期。途径(2)需要购买昂贵的三坐标测量机，很大程度上会增加测力轮对的制作成本。
实用新型内容因此，需要提供一种便于使用、且测量精度高的测绘装置，从而能够方便地对待测表面进行测量，获得该表面的轮廓数据，同时成本较低。为此，本实用新型提供ー种表面测绘装置，包括测距仪，測量待测表面上各个点到所述测距仪的距离；可动工作台，测距仪固定到所述可动工作台；运动控制器，与可动エ作台相连接，提供运动控制信号，控制所述可动工作台的运动；和计算装置，与所述测距仪和运动控制器相连接，根据所述运动控制器的运动控制信号和所述测距仪的测量結果，计算所述待测表面的轮廓。本实用新型的测绘装置能够方便使用，測量精度高，且成本较低。尤其适用于铁路车轮腹板外形测绘，可以为高精度的车轮应力分析计算提供保障，有助于提高测カ轮对的測量精度，并大大缩短测力轮对的制作周期，节约人力、物カ和财力。
图I示出了本实用新型的结构示意图；图2示出了本实用新型的典型实施例的测绘装置的工作原理；和图3示出了利用本实用新型的测绘装置测量的车轮副板的外形。附图标记列表I表面测绘装置2测距仪3可动工作台 4运动控制器5计算装置6待测表面8可升降三角支架
具体实施方式
图I示出了本实用新型的结构示意图。如图I所示，本实用新型的表面测绘装置I包括测距仪2、可动工作台3、运动控制器4 (例如MPC07型运动控制器)、和计算装置5。其中，测距仪2測量待测表面6 (见图2)上各个点的距离。测距仪2固定于该可动工作台3。运动控制器4与可动工作台通讯，例如通过无线或有线的方式，从而向可动工作台3发送运动控制信号，控制所述可动工作台3的运动。计算装置5例如计算机，获取运动控制器的运动控制信号和测距仪的输出，并基于这些数据计算所述待测表面6的轮廓。其中，计算装置5可以通过数据传输线来接收该测距仪的输出数据，也可以通过无线的方式来接受该输出数据。所述待测表面例如鉄路车轮腹板的表面。在一个实施例中，测距仪2为激光测距传感器，通过相位比较法来进行测量，一起发出不同频率的调制光，接收从被测物反射回来的散射光，将接收的激光信号和參考信号进行比较，计算出相位偏移所对应物体间的距离，測量结果可以达到毫米级測量精度。激光测距传感器例如市场上可购买的LRFS-0200-1型激光测距传感器。可动工作台3可以是电控旋转台，例如WN02RA100M型电动旋转台，也可以是平移式工作台，另外也可以是结合了旋转和平移运动的工作台。下面结合图2，以电动旋转工作台为例，说明测量待测表面6上的各点的距离的原理。测距仪2通过连接部件固定于电控旋转台上，可以随旋转台一起转动。同时，电控旋转台通过运动控制器来实现旋转角度控制。图2中，假设该激光测距传感器位置为坐标原点0(0，O)，选择水平方向为初始零度。使用运动控制器控制电控旋转台，使其旋转角度el，此时激光点落在A点，可由激光测距传感器测得坐标原点到A点的距离0A。这样便可确定辐板A点的坐标。Xa=-OA · cos (el) ；yA=-0A · sin (el)同样地，进ー步控制电控旋转台旋转角度e2，采用激光测距传感器测得坐标原点O到车轮腹板7上B点的距离0B，得到B点的坐标Xb=-OB · cos (e2) ；yE=-0B · sin (e2)重复操作，通过多次扫描测量便可得到车轮腹板上各点的坐标。计算装置根据各点坐标，最終确定车轮腹板的外形。[0025]本领域技术人员能够理解，对于平移式工作台以及结合了旋转和平移运动的工作台，可以构思出类似的计算方式来计算待测表面上各个点的坐标，进而确定其外形。另ー实施例中，表面测绘装置还可包括可升降三角支架8，如图2中示意图所示。可动工作台3固定到所述可升降三角支架8。从而通过调节可升降三角支架8的高度，来调节可动工作台3的高度，以便于扫描待测表面上位于不同高度的各个点。
为提高控制精度，提高测量速度，所述运动控制器4可以是数字伺服控制器。本领域技术人员应当认识到，在满足测量精度和速度的条件下，可以选择其他类型的控制器，例如轴步进控制器。在一个实施例中，运动控制器4包括可以与计算机相连接的控制卡(未示出)，控制卡例如可插入计算机主板插槽中，通过计算机上相应的软件来控制工作台的运动。但本实用新型并不限于此，运动控制器可以独立于计算机，包括独立的用户接ロ，使得能够控制工作台的运动。在使用本实用新型的优选实施例的测绘装置时，将运动控制器4的控制卡插入计算机主板插槽，并安装相应的控制软件；运动控制器4与可动工作台3之间可通过数据传输线进行连接；而测距仪2通过连接部件固定到可动工作台3 ;测距仪2可通过计算机供电，并且所得距离信号可通过数据线输入给计算机。本实用新型优选实施例的具体操作方法如下通过安装在计算机上的控制软件，对运动控制器4发出旋转间隔I度或者O. 5度的指令，运动控制器4按照指令要求对可动工作台(电动旋转台)3实施旋转控制；可动工作台(电动旋转台)3旋转I度或者O. 5度后，在计算机上读取旋转后的激光测距仪数据。反复操作,直到激光点偏出测量范围为止。最后将旋转角度数据和距离数据进行汇总处理，生成待测表面6的外形曲线。图3中示出了通过使用本实用新型的表面测绘装置进行测量得到的表面轮廓。上面描述了本实用新型的实施例。然而，本实用新型不限于说明书和附图，它们构成根据该实施例的本实用新型的一部分。换句话说，本领域技术人员基于该实施例作出的其它实施例当然落在本实用新型的范围内。
权利要求1.ー种表面测绘装置，其特征在于所述表面测绘装置包括 測量与ー待测表面上各个点之间距离的测距仪； 可动工作台，测距仪固定到所述可动工作台； 提供运动控制信号并控制所述可动工作台运动的运动控制器，运动控制器与可动工作台相连接；和 计算装置，根据所述运动控制器的运动控制信号和所述测距仪的测量结果计算所述待测表面的轮廓。
2.根据权利要求I所述的表面测绘装置，其特征在于，所述可动工作台为电动旋转エ作台。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的表面测绘装置，其特征在于，所述测距仪为激光测距仪。
4.根据权利要求3所述的表面测绘装置，其特征在于，所述激光测距仪为通过相位比较法进行测量的激光测距仪。
5.根据权利要求1-2中任一项所述的表面测绘装置，其特征在于，还包括可升降三角支架，所述可动工作台固定到所述可升降三角支架上。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的表面测绘装置，其特征在于，所述运动控制器为数字伺服控制器。
7.根据权利要求1-2中任一项所述的表面测绘装置，其特征在于，所述运动控制器为轴步进控制器。
8.根据权利要求1-2中任一项所述的表面测绘装置，其特征在于，所述运动控制器包括可与计算装置连接的控制卡，计算装置通过控制卡控制所述可动工作台的运动。
9.根据权利要求1-2中任一项所述的表面测绘装置，其特征在于，还包括在所述可动工作台上固定所述测距仪的连接部件。
10.根据权利要求1-2中任一项所述的表面测绘装置，其特征在于，还包括连接所述测距仪和计算装置、连接所述运动控制器和可动工作台的数据传输线。
11.根据权利要求1-2中任一项所述的表面测绘装置，其特征在于，所述待测表面是铁路车轮腹板表面。
专利摘要本实用新型公开了一种铁路车轮腹板外形测绘装置。所述铁路车轮腹板外形测绘装置测距仪，测量待测表面上各个点到所述测距仪的距离；可动工作台，测距仪固定到所述可动工作台；运动控制器，与可动工作台相连接，控制所述可动工作台的运动；和计算装置，根据所述运动控制器的输入和所述测距仪的测量结果计算所述待测表面的轮廓。本实用新型的测绘装置能够方便使用，测量精度高，且成本较低。尤其适用于铁路车轮腹板外形测绘，可以为高精度的车轮应力分析计算提供保障，有助于提高测力轮对的测量精度，并大大缩短测力轮对的制作周期，节约人力、物力和财力。
文档编号G01B11/24GK202661049SQ20122015436
公开日2013年1月9日 申请日期2012年4月12日 优先权日2012年4月12日
发明者张志超, 李谷, 胡爱全, 储高峰, 祖宏林, 张旭建 申请人:中国铁道科学研究院机车车辆研究所, 北京纵横机电技术开发公司