專利名稱：一種自動(dòng)測(cè)量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種車輪輪對(duì)幾何尺寸的自動(dòng)測(cè)量裝置，特別適用于在車間輪對(duì)檢測(cè)流水線上對(duì)行走的輪對(duì)每個(gè)車輪的直徑與輪緣厚度進(jìn)行自動(dòng)動(dòng)態(tài)測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種通過式自動(dòng)測(cè)量裝置，即輪對(duì)在車間線路正常行走的狀態(tài)下，完成對(duì)車輪直徑與輪緣厚度的自動(dòng)測(cè)量。由于不需要測(cè)量平臺(tái)和輪對(duì)定位機(jī)構(gòu)，輪對(duì)在正常行走條件下完成測(cè)量，因而測(cè)量裝置具有成本低、測(cè)量精度高、測(cè)量周期短、測(cè)量裝置的故障率低、測(cè)量結(jié)果不受輪對(duì)工件表面質(zhì)量影響等優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是該自動(dòng)測(cè)量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置由機(jī)體、車輪直徑多點(diǎn)測(cè)量單元、輪緣厚度測(cè)量單元、車輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及信號(hào)處理單元組成。其特征是所說車輪直徑多點(diǎn)測(cè)量單元由一四連桿機(jī)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的傳感器構(gòu)成，所述的四連桿機(jī)構(gòu)中的固定板直接固定在機(jī)體上，所述的四連桿機(jī)構(gòu)中的活動(dòng)板直接與車輪的踏面接觸；所述的傳感器固定在四連桿機(jī)構(gòu)的固定板上或活動(dòng)板上，測(cè)量四連桿機(jī)構(gòu)上活動(dòng)平板到固定平板之間距離的變化；所述的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)固定在地面上；所述的信號(hào)處理單元完成對(duì)測(cè)量信號(hào)的采集、處理與輸出等功能。
所述的輪緣厚度測(cè)量單元可由兩個(gè)位移傳感器組成，其中一個(gè)傳感器固定在四連桿機(jī)構(gòu)的活動(dòng)平板上，測(cè)量輪緣上規(guī)定點(diǎn)到傳感器之間距離的變化，另一個(gè)傳感器則可通過一支座連接到機(jī)體上，測(cè)量車輪內(nèi)側(cè)面到傳感器之間距離的變化。
所述的輪緣厚度測(cè)量單元還可由一個(gè)超聲波厚度傳感器組成，此傳感器固定在四連桿機(jī)構(gòu)的活動(dòng)平板上，直接測(cè)量輪緣厚度。
所述的車輪直徑多點(diǎn)測(cè)量單元中的傳感器還可采用角度傳感器，此角度傳感器固定在四連桿機(jī)構(gòu)的支桿上，測(cè)量支桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，間接得到四連桿機(jī)構(gòu)上活動(dòng)平板到固定平板之間距離的變化。
由于測(cè)量機(jī)構(gòu)能連續(xù)直接測(cè)量車輪踏面的多點(diǎn)直徑，因而測(cè)量機(jī)構(gòu)能同時(shí)測(cè)量車輪踏面擦傷與踏面圓周的圓度誤差。當(dāng)車輪踏面不存在擦傷，則在整個(gè)踏面周長(zhǎng)范圍內(nèi)活動(dòng)平板相對(duì)鋼軌的垂直位置不變，對(duì)應(yīng)的傳感器的輸出相對(duì)不變；反之若此車輪踏面存在擦傷，必引起四連桿機(jī)構(gòu)的活動(dòng)平板相對(duì)鋼軌垂直位置的變化，傳感器準(zhǔn)確地測(cè)量出此垂直位置的變化，即可得到擦傷深度的大小。同時(shí)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)直徑的變化則反映了車輪踏面的圓度誤差。
測(cè)量時(shí)，如果要求測(cè)量整個(gè)踏面圓周范圍的直徑與擦傷，則單個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)的活動(dòng)平板的長(zhǎng)度應(yīng)大于或等于踏面圓周的展開長(zhǎng)度，也可以安裝兩套或兩套以上的四連桿機(jī)構(gòu)，此時(shí)兩套或兩套以上四連桿機(jī)構(gòu)的活動(dòng)平板的有效測(cè)量長(zhǎng)度之和應(yīng)大于或等于踏面圓周的周長(zhǎng)。
本實(shí)用新型提出的上述測(cè)量方案中，四連桿機(jī)構(gòu)的活動(dòng)平板與鋼軌頂面在水平與垂直方向的平行性與位置通過人工調(diào)整來保證。
本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)其一，采用四連桿機(jī)構(gòu)和相應(yīng)的傳感器，實(shí)現(xiàn)了輪對(duì)通過測(cè)量區(qū)域時(shí)，直接測(cè)量出車輪踏面測(cè)量處的多點(diǎn)直徑、踏面擦傷及踏面圓周的圓度誤差，無需已有技術(shù)的測(cè)量平臺(tái)或定位機(jī)構(gòu)將輪對(duì)支起，大大降低了測(cè)量裝置的成本和故障率，提高了測(cè)量精度；其二，將輪緣厚度測(cè)量單元中的傳感器直接固定在四連桿機(jī)構(gòu)的活動(dòng)平板的上，容易實(shí)現(xiàn)傳感器測(cè)量點(diǎn)到踏面直徑處的垂直距離為一標(biāo)準(zhǔn)值，與實(shí)際測(cè)量輪緣厚度的基準(zhǔn)完全相同，同時(shí)測(cè)量點(diǎn)不會(huì)因?yàn)檐囕喬っ嫘蚊驳淖兓兓?，避免了使用攝像等方法尋求測(cè)量點(diǎn)基準(zhǔn)帶來的測(cè)量誤差，大大提高了輪緣厚度的測(cè)量精度；其三，不僅能測(cè)量車輪踏面的多點(diǎn)直徑，同時(shí)能測(cè)量車輪踏面擦傷，擴(kuò)大了測(cè)量功能。
所述的四連桿機(jī)構(gòu)(圖2)由活動(dòng)平板9、固定平板8、兩個(gè)支桿15、彈簧16組成；活動(dòng)平板9、固定平板8、兩個(gè)支桿15組成一平行四邊行機(jī)構(gòu)；活動(dòng)平板9的兩端分別與支桿15的一端鉸接相連，支桿15的另一端分別與固定平板8鉸接相連(圖2)或滑動(dòng)相連(圖3)；彈簧16的一端與某一支桿15或活動(dòng)平板9相連，彈簧16的另一端與固定平板8相連，給整個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)向下的力，使得四連桿上的活動(dòng)平板9在車輪運(yùn)動(dòng)時(shí)始終與車輪踏面測(cè)量處接觸。
采用其它形式的四連桿機(jī)構(gòu)(如具有圓型導(dǎo)槽的平行四邊型機(jī)構(gòu))代替以上的平行四邊行機(jī)構(gòu)，可以得到相同的效果，或平行四邊形機(jī)構(gòu)的支桿與固定平板以及支桿與活動(dòng)平板的連接方式可用其它形式(如軸與孔之間的動(dòng)配合)代替軸承鉸接方式(如圖3所示)，可起到相同的效果；可用兩套或以上的四連桿機(jī)構(gòu)代替一套四連桿機(jī)構(gòu)，可取得同樣的效果，但增加成本；四連桿機(jī)構(gòu)中的彈簧可以去掉，靠機(jī)構(gòu)的重力保持接觸，但容易造成接觸不可靠。
車輪直徑多點(diǎn)測(cè)量單元2中的激光位移傳感器7可以由一角度傳感器(或角度編碼器)21代替，如圖5、圖7所示，該角度位移傳感器21通過螺栓或其他方式固定在四連桿機(jī)構(gòu)6的支桿15上，角度傳感器的轉(zhuǎn)軸22與連接四連桿機(jī)構(gòu)6中支桿15與固定板8的鉸接軸23固定在一起，測(cè)量支桿15的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，間接得到四連桿機(jī)構(gòu)6上活動(dòng)平板9到固定平板8之間距離的變化。
所述的輪緣厚度測(cè)量單元3(圖6)可采用一個(gè)超聲波厚度傳感器20，超聲波厚度傳感器20固定在四連桿機(jī)構(gòu)(6)的活動(dòng)平板9上，直接測(cè)量車輪13的輪緣厚度。
所述的激光位移傳感器7、10、11也可采用電渦流傳感器或其他類型的位移傳感器。
本實(shí)用新型的測(cè)量原理簡(jiǎn)述如下當(dāng)輪對(duì)13沿線路運(yùn)動(dòng)通過測(cè)量區(qū)域時(shí)，車輪踏面將四連桿機(jī)構(gòu)6的活動(dòng)平板9頂起，使得活動(dòng)平板9平動(dòng)，并在輪對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)該車輪踏面測(cè)量處始終與此活動(dòng)平板9接觸。車輪踏面與活動(dòng)平板9接觸處到對(duì)應(yīng)鋼軌的距離即為車輪直徑，由于在安裝時(shí)要調(diào)整個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)上活動(dòng)平板與對(duì)應(yīng)的鋼軌在水平和垂直兩個(gè)方向平行，由固定在四連桿機(jī)構(gòu)固定板8上的位移傳感器7可以測(cè)量出當(dāng)車輪滾過測(cè)量區(qū)域時(shí)車輪踏面的多點(diǎn)直徑。同時(shí)，固定在四連桿機(jī)構(gòu)活動(dòng)平板9上的位移傳感器10和固定在支架12上的位移傳感器11所組成的輪緣厚度測(cè)量單元可以直接測(cè)量出當(dāng)車輪通過時(shí)，其輪緣厚度的相對(duì)變化，由此得到輪緣的厚度。
由于測(cè)量機(jī)構(gòu)能連續(xù)直接測(cè)量車輪踏面的多點(diǎn)直徑，因而測(cè)量機(jī)構(gòu)能同時(shí)測(cè)量車輪踏面擦傷與踏面圓周的圓度誤差。當(dāng)車輪踏面不存在擦傷時(shí)，則在整個(gè)踏面周長(zhǎng)范圍內(nèi)活動(dòng)平板相對(duì)鋼軌的垂直位置不變，對(duì)應(yīng)的傳感器的輸出相對(duì)不變；反之若此車輪踏面存在擦傷，必引起平行四邊形機(jī)構(gòu)中的平板相對(duì)鋼軌垂直位置的變化，傳感器7直接準(zhǔn)確地測(cè)量出此垂直位置的變化，即可得到擦傷深度的大小。同時(shí)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)直徑的變化則反映了車輪踏面的圓度誤差。
本裝置測(cè)量車輪直徑與輪緣厚度變化的靈敏度為0.05mm，測(cè)量誤差小于0.2mm。能測(cè)量所有現(xiàn)行不同類型車輪的直徑與輪緣厚度，測(cè)量裝置適應(yīng)速度范圍為0-10km·h-1，適用于在車間對(duì)單個(gè)輪對(duì)在行進(jìn)中對(duì)車輪直徑與輪緣厚度進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。
權(quán)利要求1.一種自動(dòng)測(cè)量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，由機(jī)體(1)、車輪直徑多點(diǎn)測(cè)量單元(2)、輪緣厚度測(cè)量單元(3)、車輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(4)及信號(hào)處理單元(5)組成，其特征是所說車輪直徑多點(diǎn)測(cè)量單元(2)由一四連桿機(jī)構(gòu)(6)和對(duì)應(yīng)的傳感器構(gòu)成，所述的四連桿機(jī)構(gòu)(6)中的固定板(8)直接固定在機(jī)體(1)上，所述的四連桿機(jī)構(gòu)(6)中的活動(dòng)板(9)直接與車輪(13)的踏面接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)測(cè)量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，其特征是四連桿機(jī)構(gòu)(6)由活動(dòng)平板(9)、固定平板(8)、兩個(gè)支桿(15)組成；活動(dòng)平板(9)、固定平板(8)、兩個(gè)支桿(15)組成一平行四邊行機(jī)構(gòu)；活動(dòng)平板(9)的兩端分別與支桿(15)的一端鉸接相連，支桿(15)的另一端分別與固定平板(8)鉸接相連或滑動(dòng)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)測(cè)量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，其特征是所述的車輪直徑多點(diǎn)測(cè)量單元(2)中的傳感器采用激光位移傳感器(7)，此激光位移傳感器(7)固定在四連桿機(jī)構(gòu)(6)的固定板(8)上，或激光位移傳感器(7)固定在四連桿機(jī)構(gòu)(6)的活動(dòng)板(9)上，測(cè)量四連桿機(jī)構(gòu)(6)上活動(dòng)平板(9)到固定平板(8)之間距離的變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)測(cè)量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，其特征是所述的車輪直徑多點(diǎn)測(cè)量單元(2)中的傳感器可采用角度傳感器(21)，此角度傳感器(21)固定在四連桿機(jī)構(gòu)(6)的支桿(15)上，測(cè)量支桿(15)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，間接得到四連桿機(jī)構(gòu)(6)上活動(dòng)平板(9)到固定平板(8)之間距離的變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)測(cè)量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，其特征是所述的輪緣厚度測(cè)量單元(3)可采用兩個(gè)激光位移傳感器(10)、(11)，其中一個(gè)激光位移傳感器(10)固定在四連桿機(jī)構(gòu)(6)的活動(dòng)平板(9)上，測(cè)量輪緣上規(guī)定點(diǎn)到傳感器(10)之間距離的變化，另一個(gè)激光位移傳感器(11)通過支架(12)連接到機(jī)體(1)上，測(cè)量車輪(13)內(nèi)側(cè)面到傳感器(11)之間距離的變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)測(cè)量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，其特征是所述的輪緣厚度測(cè)量單元(3)可采用一個(gè)超聲波厚度傳感器(20)，超聲厚度波傳感器(20)固定在四連桿機(jī)構(gòu)(6)的活動(dòng)平板(9)上，直接測(cè)量車輪(13)的輪緣厚度。
專利摘要一種自動(dòng)測(cè)量車輪踏面直徑及輪緣厚度的裝置，其技術(shù)方案車輪直徑多點(diǎn)測(cè)量單元(2)由固定在機(jī)體(1)上的四連桿機(jī)構(gòu)(6)和固定在其固定板(8)上的位移傳感器(7)構(gòu)成，測(cè)量四連桿機(jī)構(gòu)上活動(dòng)平板(9)到固定平板(8)之間距離的變化。輪緣厚度測(cè)量單元(3)的一個(gè)位移傳感器(10)固定活動(dòng)平板(9)上，測(cè)量輪緣上規(guī)定點(diǎn)到傳感器(10)之間距離的變化，由此可得到輪緣厚度；另一個(gè)傳感器(11)通過支架(12)連接到機(jī)體(1)上，測(cè)量車輪(13)內(nèi)側(cè)面到傳感器之間距離的變化。該裝置具有成本低、測(cè)量精度高、測(cè)量周期短、故障率低、測(cè)量結(jié)果不受輪對(duì)工件表面質(zhì)量影響等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/00GK2529800SQ0220949
公開日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月10日
發(fā)明者馮其波 申請(qǐng)人:北方交通大學(xué), 武漢萊特偉業(yè)科技有限責(zé)任公司