一种非接触式轮对尺寸在线检测方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106080662A(43)申请公布日2016.11.09(21)申请号201610367529.6(22)申请日2016.05.27(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人王贵史一露贾竹君陈雅婧邢宗义(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人唐代盛(51)Int.Cl.B61K9/12(2006.01)G01B11/00(2006.01)G01B11/10(2006.01)权利要求书3页说明书5页附图3页(54)发明名称一种非接触式轮对尺寸在线检测方法及系统(57)摘要本发明公开一种非接触式轮对尺寸在线检测方法及系统，即沿轨道外侧、内侧分别设置2D激光位移传感器、1D激光位移传感器，沿轨道设置测速传感器，在同一轨道两侧按几何关系布置两个激光对射传感器，传感器分别探测获取轮缘顶点的部分踏面轮廓线、到轨道内侧车轮端面的距离、车轮通过的速度，两个激光对射传感器检测轮缘顶点所在圆的弦长；通过提取车轮通过检测系统的部分踏面轮廓线和1D激光位移传感器到轨道内侧车轮端面的距离按几何关系算出轮缘高和轮缘厚；通过提取两个激光对射传感器处轮缘顶点圆的弦长，得到车轮轮缘顶点所在圆的直径，用轮缘顶点直径减去两倍的轮缘高得到车轮直径。本发明具有成本低、操作简单、非接触式的高精度测量优点。CN106080662ACN106080662A权利要求书1/3页1.一种非接触式轮对尺寸在线检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，布设传感器，并由传感器获取数据：第一激光对射传感器(1)与第二激光对射传感器(2)沿列车前进方向并排平行安装于一条轨道两侧，两者之间的安装距离为L1，两者与铅垂线的夹角分别为α1、α2；测速传感器沿列车前进方向与第一、二激光对射传感器并排安装在轨道内侧；1D激光位移传感器(3)安装在轨道内侧，与轨道的相对垂直距离为L2，与铅垂线的夹角为α3；2D激光位移传感器(4)安装在轨道外侧，与轨道的相对垂直距离为L3，与铅垂线的夹角为α4，与沿轨道方向的纵向水平线夹角为β1，1D激光位移传感器(3)与2D激光位移传感器(4)沿轨道方向的纵向距离为L4；步骤2，数据分组：2D激光位移传感器(4)和1D激光位移传感器(3)同时探测车轮输出探测点坐标后，将数据点按输出时刻的不同将数据点分组到同一时刻的数组中；步骤3，坐标变换、数据融合：通过坐标变换和坐标平移将2D激光位移传感器(4)和1D激光位移传感器(3)的同一时刻输出点融合到同一坐标系上，融合后的点即为踏面轮廓线上的离散点；步骤4，获取轮缘高、轮缘厚：将步骤3处理得到踏面轮廓数据求取每个时刻轮缘高、轮缘厚，并对其去除最大值和最小值后求平均值作为该车轮轮缘高、轮缘厚；步骤5，获取两个激光对射传感器被车轮挡住的时间Δt1和Δt2，并获取车轮通过测速传感器时的速度v，从而得到轮缘顶点所在圆的两条弦长，两个激光对射传感器安装角度已知，根据弦高法求解出轮缘顶点圆直径，该直径减去两倍的轮缘高即为该车轮的直径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2中，探测车轮输出探测点坐标是以激光发射方向为y轴，垂直于激光发射方向为x轴，激光源为坐标原点。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3中，2D激光位移传感器(4)和1D激光位移传感器(3)数据获取和数据融合的过程如下：(1)(1)对2D激光位移传感器(4)输出的二维坐标值(xn,yn)根据以下公式进行坐标变换(1)(1)(un,vn)：(2)(2)对1D激光位移传感器(3)输出的距离sn根据以下公式进行坐标变换(un,vn)：(2)un＝sn×sinα3(2)vn＝0(1)(1)其中，θ为(xn,yn)与原始坐标系纵坐标的夹角，α4为2D激光位移传感器(4)与铅垂(1)(1)(2)(2)线的夹角、α3为1D激光位移传感器(3)与铅垂线的夹角，(un,vn)、(un,vn)为原始坐标进行变换后坐标系内的坐标值；根据以下公式，将坐标变换后的两组数据进行融合：(0)(1)(0)(2)un＝unun＝un+a(0)(1)(0)(2)vn＝vnvn＝vn+b其中(a,b)为1D激光位移传感器(3)的原始坐标原点在2D激光位移传感器(4)变换后的(0)(0)坐标系中的坐标值，(un,vn)为这两点在融合坐标系中的坐标值。2CN106080662A权利要求书2/3页4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤4中求解车轮直径的方法，具体过程如下：两个激光对射传感器照射到的轮缘顶点圆的弦长l1和l2：l1＝Δt1×vl2＝Δt2×v其中，Δt1和Δt2为两个激光对射传感器被车轮挡住的时间，v为车轮经过测速传感器时的速度；两个弦长之间的高