专利名称：一种自动测量车轮踏面直径及轮缘厚度的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种车轮轮对几何尺寸的自动测量装置，特别适用于在车间轮对检测流水线上对行走的轮对每个车轮的直径与轮缘厚度进行自动动态测量。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种通过式自动测量装置，即轮对在车间线路正常行走的状态下，完成对车轮直径与轮缘厚度的自动测量。由于不需要测量平台和轮对定位机构，轮对在正常行走条件下完成测量，因而测量装置具有成本低、测量精度高、测量周期短、测量装置的故障率低、测量结果不受轮对工件表面质量影响等优点。
本实用新型采用的技术方案是该自动测量车轮踏面直径及轮缘厚度的装置由机体、车轮直径多点测量单元、轮缘厚度测量单元、车轮导向机构及信号处理单元组成。其特征是所说车轮直径多点测量单元由一四连杆机构和对应的传感器构成，所述的四连杆机构中的固定板直接固定在机体上，所述的四连杆机构中的活动板直接与车轮的踏面接触；所述的传感器固定在四连杆机构的固定板上或活动板上，测量四连杆机构上活动平板到固定平板之间距离的变化；所述的导向机构固定在地面上；所述的信号处理单元完成对测量信号的采集、处理与输出等功能。
所述的轮缘厚度测量单元可由两个位移传感器组成，其中一个传感器固定在四连杆机构的活动平板上，测量轮缘上规定点到传感器之间距离的变化，另一个传感器则可通过一支座连接到机体上，测量车轮内侧面到传感器之间距离的变化。
所述的轮缘厚度测量单元还可由一个超声波厚度传感器组成，此传感器固定在四连杆机构的活动平板上，直接测量轮缘厚度。
所述的车轮直径多点测量单元中的传感器还可采用角度传感器，此角度传感器固定在四连杆机构的支杆上，测量支杆的转动角度，间接得到四连杆机构上活动平板到固定平板之间距离的变化。
由于测量机构能连续直接测量车轮踏面的多点直径，因而测量机构能同时测量车轮踏面擦伤与踏面圆周的圆度误差。当车轮踏面不存在擦伤，则在整个踏面周长范围内活动平板相对钢轨的垂直位置不变，对应的传感器的输出相对不变；反之若此车轮踏面存在擦伤，必引起四连杆机构的活动平板相对钢轨垂直位置的变化，传感器准确地测量出此垂直位置的变化，即可得到擦伤深度的大小。同时各个测量点直径的变化则反映了车轮踏面的圆度误差。
测量时，如果要求测量整个踏面圆周范围的直径与擦伤，则单个四连杆机构的活动平板的长度应大于或等于踏面圆周的展开长度，也可以安装两套或两套以上的四连杆机构，此时两套或两套以上四连杆机构的活动平板的有效测量长度之和应大于或等于踏面圆周的周长。
本实用新型提出的上述测量方案中，四连杆机构的活动平板与钢轨顶面在水平与垂直方向的平行性与位置通过人工调整来保证。
本实用新型与背景技术相比所具有的优点其一，采用四连杆机构和相应的传感器，实现了轮对通过测量区域时，直接测量出车轮踏面测量处的多点直径、踏面擦伤及踏面圆周的圆度误差，无需已有技术的测量平台或定位机构将轮对支起，大大降低了测量装置的成本和故障率，提高了测量精度；其二，将轮缘厚度测量单元中的传感器直接固定在四连杆机构的活动平板的上，容易实现传感器测量点到踏面直径处的垂直距离为一标准值，与实际测量轮缘厚度的基准完全相同，同时测量点不会因为车轮踏面形貌的变化而变化，避免了使用摄像等方法寻求测量点基准带来的测量误差，大大提高了轮缘厚度的测量精度；其三，不仅能测量车轮踏面的多点直径，同时能测量车轮踏面擦伤，扩大了测量功能。
所述的四连杆机构(图2)由活动平板9、固定平板8、两个支杆15、弹簧16组成；活动平板9、固定平板8、两个支杆15组成一平行四边行机构；活动平板9的两端分别与支杆15的一端铰接相连，支杆15的另一端分别与固定平板8铰接相连(图2)或滑动相连(图3)；弹簧16的一端与某一支杆15或活动平板9相连，弹簧16的另一端与固定平板8相连，给整个四连杆机构向下的力，使得四连杆上的活动平板9在车轮运动时始终与车轮踏面测量处接触。
采用其它形式的四连杆机构(如具有圆型导槽的平行四边型机构)代替以上的平行四边行机构，可以得到相同的效果，或平行四边形机构的支杆与固定平板以及支杆与活动平板的连接方式可用其它形式(如轴与孔之间的动配合)代替轴承铰接方式(如图3所示)，可起到相同的效果；可用两套或以上的四连杆机构代替一套四连杆机构，可取得同样的效果，但增加成本；四连杆机构中的弹簧可以去掉，靠机构的重力保持接触，但容易造成接触不可靠。
车轮直径多点测量单元2中的激光位移传感器7可以由一角度传感器(或角度编码器)21代替，如图5、图7所示，该角度位移传感器21通过螺栓或其他方式固定在四连杆机构6的支杆15上，角度传感器的转轴22与连接四连杆机构6中支杆15与固定板8的铰接轴23固定在一起，测量支杆15的转动角度，间接得到四连杆机构6上活动平板9到固定平板8之间距离的变化。
所述的轮缘厚度测量单元3(图6)可采用一个超声波厚度传感器20，超声波厚度传感器20固定在四连杆机构(6)的活动平板9上，直接测量车轮13的轮缘厚度。
所述的激光位移传感器7、10、11也可采用电涡流传感器或其他类型的位移传感器。
本实用新型的测量原理简述如下当轮对13沿线路运动通过测量区域时，车轮踏面将四连杆机构6的活动平板9顶起，使得活动平板9平动，并在轮对运动时该车轮踏面测量处始终与此活动平板9接触。车轮踏面与活动平板9接触处到对应钢轨的距离即为车轮直径，由于在安装时要调整个四连杆机构上活动平板与对应的钢轨在水平和垂直两个方向平行，由固定在四连杆机构固定板8上的位移传感器7可以测量出当车轮滚过测量区域时车轮踏面的多点直径。同时，固定在四连杆机构活动平板9上的位移传感器10和固定在支架12上的位移传感器11所组成的轮缘厚度测量单元可以直接测量出当车轮通过时，其轮缘厚度的相对变化，由此得到轮缘的厚度。
由于测量机构能连续直接测量车轮踏面的多点直径，因而测量机构能同时测量车轮踏面擦伤与踏面圆周的圆度误差。当车轮踏面不存在擦伤时，则在整个踏面周长范围内活动平板相对钢轨的垂直位置不变，对应的传感器的输出相对不变；反之若此车轮踏面存在擦伤，必引起平行四边形机构中的平板相对钢轨垂直位置的变化，传感器7直接准确地测量出此垂直位置的变化，即可得到擦伤深度的大小。同时各个测量点直径的变化则反映了车轮踏面的圆度误差。
本装置测量车轮直径与轮缘厚度变化的灵敏度为0.05mm，测量误差小于0.2mm。能测量所有现行不同类型车轮的直径与轮缘厚度，测量装置适应速度范围为0-10km·h-1，适用于在车间对单个轮对在行进中对车轮直径与轮缘厚度进行动态测量。
权利要求1.一种自动测量车轮踏面直径及轮缘厚度的装置，由机体(1)、车轮直径多点测量单元(2)、轮缘厚度测量单元(3)、车轮导向机构(4)及信号处理单元(5)组成，其特征是所说车轮直径多点测量单元(2)由一四连杆机构(6)和对应的传感器构成，所述的四连杆机构(6)中的固定板(8)直接固定在机体(1)上，所述的四连杆机构(6)中的活动板(9)直接与车轮(13)的踏面接触。
2.根据权利要求1所述的一种自动测量车轮踏面直径及轮缘厚度的装置，其特征是四连杆机构(6)由活动平板(9)、固定平板(8)、两个支杆(15)组成；活动平板(9)、固定平板(8)、两个支杆(15)组成一平行四边行机构；活动平板(9)的两端分别与支杆(15)的一端铰接相连，支杆(15)的另一端分别与固定平板(8)铰接相连或滑动相连。
3.根据权利要求1所述的一种自动测量车轮踏面直径及轮缘厚度的装置，其特征是所述的车轮直径多点测量单元(2)中的传感器采用激光位移传感器(7)，此激光位移传感器(7)固定在四连杆机构(6)的固定板(8)上，或激光位移传感器(7)固定在四连杆机构(6)的活动板(9)上，测量四连杆机构(6)上活动平板(9)到固定平板(8)之间距离的变化。
4.根据权利要求1所述的一种自动测量车轮踏面直径及轮缘厚度的装置，其特征是所述的车轮直径多点测量单元(2)中的传感器可采用角度传感器(21)，此角度传感器(21)固定在四连杆机构(6)的支杆(15)上，测量支杆(15)的转动角度，间接得到四连杆机构(6)上活动平板(9)到固定平板(8)之间距离的变化。
5.根据权利要求1所述的一种自动测量车轮踏面直径及轮缘厚度的装置，其特征是所述的轮缘厚度测量单元(3)可采用两个激光位移传感器(10)、(11)，其中一个激光位移传感器(10)固定在四连杆机构(6)的活动平板(9)上，测量轮缘上规定点到传感器(10)之间距离的变化，另一个激光位移传感器(11)通过支架(12)连接到机体(1)上，测量车轮(13)内侧面到传感器(11)之间距离的变化。
6.根据权利要求1所述的一种自动测量车轮踏面直径及轮缘厚度的装置，其特征是所述的轮缘厚度测量单元(3)可采用一个超声波厚度传感器(20)，超声厚度波传感器(20)固定在四连杆机构(6)的活动平板(9)上，直接测量车轮(13)的轮缘厚度。
专利摘要一种自动测量车轮踏面直径及轮缘厚度的装置，其技术方案车轮直径多点测量单元(2)由固定在机体(1)上的四连杆机构(6)和固定在其固定板(8)上的位移传感器(7)构成，测量四连杆机构上活动平板(9)到固定平板(8)之间距离的变化。轮缘厚度测量单元(3)的一个位移传感器(10)固定活动平板(9)上，测量轮缘上规定点到传感器(10)之间距离的变化，由此可得到轮缘厚度；另一个传感器(11)通过支架(12)连接到机体(1)上，测量车轮(13)内侧面到传感器之间距离的变化。该装置具有成本低、测量精度高、测量周期短、故障率低、测量结果不受轮对工件表面质量影响等优点。
文档编号G01B11/00GK2529800SQ0220949
公开日2003年1月8日 申请日期2002年4月10日 优先权日2002年4月10日
发明者冯其波 申请人:北方交通大学, 武汉莱特伟业科技有限责任公司
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