[发明专利]便携式火车车轮踏面轮廓检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于火车车轮踏面轮廓检测的便携式装置，可快速检测车轮踏面磨损状况，以适应高速铁路发展对车轮踏面检测仪器的需要。

背景技术

随着高速铁路的发展，列车速度大幅度提高，突然加速、减速，紧急制动等操作越来越频繁，导致车轮与钢轨间的磨损加重，故需要对车轮踏面磨损情况进行经常性的检测，因此，对小型化、智能化、检测精度与检测效率高的车轮踏面检测仪器的需求非常迫切。

目前，车轮踏面磨损检测方法主要有两类：一是使用接触式检测工具手工测量，检测效率低、误差较大。二是非接触测量(光学扫描和光学成像)方法，测量效率高，可实现自动检测。其中，采用激光位移传感器的测量方法最具有小型化、智能化、提高测量精度与效率的潜能。但现有的测量仪器中，激光位移传感器是以直线运动测量方式，必须采用有效测量范围大的传感器，致使测量分辨率低(激光位移传感器的测量分辨率随着其测量范围的增大而降低)。而且，传感器的安装方式是使传感器的出射光束垂直于被测车轮的轴线(即垂直于传感器的测量运动方向)，导致在踏面轮廓曲线斜率大的地方，测量光束与被测点法线间的夹角过大，测量光束投射到被测表面的光斑严重散开，引起测量精度显著降低，甚至出现测量失真。本发明旨在解决上述问题，设计制造便携式智能化的车轮踏面检测仪器。

发明内容

本发明提供了一种便携式火车车轮踏面检测装置设计方案。该方案将仿形测量技术与激光位移传感器相结合，既降低了对传感器测量范围的要求，又解决了在车轮踏面轮廓曲线斜率大的地方测量精度低甚至失真的问题。

本发明采取的技术方案为：

一种便携式火车车轮踏面轮廓检测装置，主要包括激光位移传感器及其安装架、步进电机及其控制器、滚珠丝杠螺母副、仿形车轮标准踏面轮廓的仿形运动机构、V型滚珠导轨、单片机及测量控制与显示器；其特征是：步进电机驱动滚珠丝杠，螺母作直线运动；螺母的运动通过V型滚珠导轨将力传递给传感器安装架，安装架在仿形运动机构的作用下，随螺母运动的同时，可沿垂直于螺母运动的方向运动，使得安装于其上的传感器的运动轨迹仿形车轮标准踏面轮廓；单片机采集传感器输出信号，经数据处理得到踏面轮廓测量结果。

进一步的，其中的仿形运动机构由标准踏面轮廓仿形导轨、V型滚珠导轨、传感器安装架及轴承构成；其特征是：V型滚珠导轨安装于与螺母固连在一起的滑块与传感器安装架之间，将动力传递给传感器安装架；固装在安装架两侧的两个轴承沿仿形导轨滚动，实现传感器的仿形测量运动。

进一步的，其中的激光位移传感器与螺母运动方向倾斜一定角度α安装，使传感器的出射光束倾斜入射到被测表面。

进一步的，其中运动驱动部分由混合式步进电机、联轴器、滚珠丝杠、螺母、滑块、轴承座、限动导杆组成；其特征是：联轴器满足零背隙；限动导杆与滑块上的光孔滑动配合，限制螺母只能直线移动。

进一步的，其中仿形运动机构、运动驱动机构的安装以立柱板为基础；立柱板侧面固定有一块扁平磁铁，测量时吸紧车轮内侧定位面作为水平测量基准面；立柱板侧面还固定有两根定位圆柱，测量时与轮缘靠紧，作竖直方向定位。

进一步的，其中仿形导轨部分由两个完全相同的导轨构成；其特征是：两个仿形导轨同时用作仪器结构的主要支撑部件，减小结构尺寸和重量。

(1)仿形运动机构由与螺母固连的滑块、V型滚珠导轨、传感器安装架、轴承和踏面轮廓仿形导轨构成。V型滚珠导轨安装于滑块与传感器安装架之间，将动力传递给传感器安装架；固装在安装架两侧的两个轴承沿仿形导轨滚动，实现安装架的仿形运动，只需采用有效测量范围很小的传感器即可实现全范围测量。

(2)激光位移传感器与螺母运动方向(被测车轮轴线方向)倾斜一定角度α安装，使传感器的出射光束倾斜入射到被测表面，以解决在踏面轮廓曲线斜率大的地方，测量精度降低，甚至无法测量的问题。

(3)运动驱动部分由混合式步进电机、联轴器、滚珠丝杠、螺母、滑块、轴承座、限动导杆组成；联轴器满足零背隙，限动导杆与滑块上的光孔滑动配合，限制螺母只能直线移动。

(4)为确保装置结构紧凑和整体性强，仿形运动机构和运动驱动机构的安装是以立柱板为基础；仿形导轨部分由两个完全相同的导轨构成，而这两个仿形导轨同时又用作该装置结构的主要支撑部件，减小结构尺寸和重量。

(5)立柱板侧面固定有一块扁平磁铁，测量时吸紧车轮内侧定位面作为水平测量基准面；立柱板侧面还固定有两根定位圆柱，测量时与轮缘靠紧，作竖直方向定位。这种结构设计使得仪器结构紧凑，整体性强。