一种城轨列车轮缘参数在线检测系统及方法.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CN106091951A(43)申请公布日2016.11.09(21)申请号201610365380.8(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号申请人南京睿速轨道交通科技有限公司(72)发明人黄文邢宗义(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.G01B11/06(2006.01)G01B11/24(2006.01)权利要求书3页说明书5页附图4页(54)发明名称一种城轨列车轮缘参数在线检测系统及方法(57)摘要本发明公开了一种城轨车辆轮缘尺寸在线检测方法及其系统，首先进行布设传感器，传感器的数据获取及数据处理，计算车轮不同区域半径，然后进行曲线拟合，依据得到的车轮二维轮廓图，计算出车轮的轮缘高及轮缘厚。本发明成本低、原理简单且便于操作，只需要两个激光位移传感器和三个磁钢即可实现对车轮的轮缘厚、轮缘高的检测工作；具有在线非接触式测量等优点，为实现轮对尺寸的在线测量提供了一种有效的解决方案。CN106091951ACN106091951A权利要求书1/3页1.一种城轨车辆轮缘尺寸在线检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，布设传感器：在轨道旁依次设置外侧激光位移传感器、内侧激光位移传感器以及第一磁钢(1)、第二磁钢(2)、第三磁钢(3)，其中外侧激光位移传感器安装在轨道外侧，内侧激光位移传感器安装在轨道内侧，外侧激光位移传感器的激光线与轨向夹角为β，与水平面的夹角为α，内侧激光位移传感器的激光线与轨向夹角为90°，与水平面的夹角为α′，α≠α′，其中外侧激光位移传感器与内侧激光位移传感器沿垂直轨道方向的安装距离为L1，两者相对于轨面的安装高度均为h1；第一磁钢(1)、第二磁钢(2)、第三磁钢(3)沿轨向安装于轨道内侧，两两之间安装间距均为L2，第二磁钢(2)沿轨向相对于外侧激光位移传感器的距离为L3，整个系统测量区域为第一磁钢(1)和第三磁钢(3)之间的部分；步骤2，传感器的数据获取及数据处理：外侧激光位移传感器依次获得车轮轮缘顶点到车轮外侧端面的数据，内侧激光位移传感器获得车轮内侧端面点的数据；磁钢检测仪检测车轮轮心在测量区域内相对于第二磁钢(2)的轨向相对位置；步骤3，计算车轮不同区域半径：当车轮驶入测量区域，外侧激光位移传感器依次扫描车轮踏面轮廓，根据传感器已知安装位置关系以及外侧激光位移传感器采集的数据计算其扫过区域点所在车轮上圆的半径；步骤4，曲线拟合：以外侧激光位移传感器每个采样点沿垂直轨向方向相对于第一个采样点的距离为横坐标，以不同时刻传感器扫描点所在圆半径为纵坐标绘制二维散点图并进行曲线拟合，得出车轮二维轮廓图；步骤5，计算车轮轮缘参数：依据得到的车轮二维轮廓图，计算出车轮的轮缘高及轮缘厚。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1所述的外侧激光位移传感器、内侧激光位移传感器为基于PSD或CCD的1D激光位移传感器。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1所述磁钢有以下功能：第一磁钢(1)用于检测车轮是否进入测量区域，当有车轮驶入时，则外侧激光位移传感器、内侧激光位移传感器进行工作，第二磁钢(2)用于检测车轮轮心在测量区域的位置，第三磁钢(3)用于检测车轮是否驶出测量区域。4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于由第二磁钢(2)检测车轮轮心在测量区域的位置方法如下：(1)当车轮驶过第二磁钢(2)时，第二磁钢(2)会产生一个波形信号，其中波峰位置的出现时刻即是车轮轮心处于第二磁钢(2)正上方的时刻，记录当前时间t0；(2)由于通过测量区域的速度v可事先规定，所以车轮轮心在t时刻相对于第二磁钢(2)的位置为：llun＝v*(t-t0)。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3所述计算车轮不同区域半径的方法如下：(1)假设某一时刻外侧激光位移传感器返回的数据为li1，内侧激光位移传感器返回数据为li2根据第二磁钢(2)推算出的车轮轮心相对于第二磁钢(2)的水平轨向距离为li′；(2)由外侧激光位移传感器相对安装位置及角度得到外侧激光探测点相对于传感器沿轨向方向距离为li1cosαcosβ，外侧激光探测点相对于轨面的高度为li1sinα-h1；(3)由第二磁钢(2)和外侧激光位移传感器的相对安装位置得到车轮轮心距离外侧激2CN106091951A权利要求书2/3页光位移传感器的距离为L3-li′，则车轮轮心和外侧激光探测点沿轨向方向的距离为L3-li′-li1cosαcosβ，沿垂直于轨道平面方向的距离为ZR-li1sinα+h1，其中ZR为车轮轮心相对于轨面高度；(4)计算出激光探测点所在车轮圆的半径:(5)重复上述步骤，