一種新型高精度激光輪對檢測裝置

摘要：介紹了一套光機(jī)電一體化火車輪對自動檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了高精度激光位移測量、高速同步采樣等多項(xiàng)新技術(shù)。測量算法采用數(shù)字濾波、曲線擬合等多種數(shù)據(jù)處理方法。所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

    關(guān)鍵詞：自動檢測 激光位移測量 同步采樣 數(shù)字濾波 貨車輪對

近年來，由于列車的提速以及列車軸承化的發(fā)展和鐵路信息化管理的需求，傳統(tǒng)的手工輪對測量裝置因效率低、差錯率高、不便于信息化管理而不能滿足當(dāng)前的需要。與此同時(shí)，由于列車向高速重載方向發(fā)展，使得列車輪對的磨耗加劇，檢修周期縮短，導(dǎo)致各車輛檢修段的工作量加大，因此及時(shí)準(zhǔn)確地掌握車輪輪對的磨耗狀況是非常必要的。研究相應(yīng)的檢測技術(shù)可以為鐵路部門提供實(shí)用的檢測裝置，同時(shí)也為高速鐵路輪軌關(guān)系的研究提供了實(shí)用的檢測手段。本文針對輪對檢測的關(guān)鍵技術(shù)問題，提出了采用ＣＣＤ攝像頭、大量程高精度激光位移傳感器以及高速同步采樣、數(shù)字濾波和曲線擬合等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的包括控制總成和機(jī)械總成在內(nèi)的光機(jī)電一體化的火車輪對檢測及診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能夠迅速檢測出輪對的外形參數(shù)，而且能夠解決目前最為關(guān)鍵的踏面參數(shù)檢測問題。該系統(tǒng)按照《中華人民共和國鐵道部鐵路貨車輪對和滾動軸承組裝及檢修規(guī)則》對工藝標(biāo)準(zhǔn)的要求，可對檢修過程中的已安裝或未安裝軸承的列車輪對的相關(guān)尺寸參數(shù)進(jìn)行非接觸快速自動測量，其應(yīng)用必將為列車輪對的測量和檢修提供一種全自動、高精度、高效率的檢測手段。

１ 測量系統(tǒng)簡述

本系統(tǒng)是能全自動測量鐵路車輛輪對幾何參數(shù)并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動化管理的裝置。檢測系統(tǒng)采用高精度激光傳感器ＬＫ５０１以及高速同步采樣等新技術(shù)，從而保證了所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠既快速又準(zhǔn)確地完成輪對相關(guān)參數(shù)的檢測。整個檢測系統(tǒng)的電控部分主要由上位控制計(jì)算機(jī)及接口、下位計(jì)算機(jī)（完成測量頭運(yùn)動控制、同步數(shù)據(jù)采集、采集數(shù)據(jù)的上傳等）、伺服電機(jī)控制器、輪對運(yùn)動控制部分、標(biāo)志板圖像錄入部分等組成。上位機(jī)軟件操作界面友好、功能豐富，具有一定的動畫顯示功能，能完成測量數(shù)據(jù)的顯示、存儲，檢測結(jié)果能自動打印在車統(tǒng)５１－Ｃ卡片上。

    １．１ 系統(tǒng)的基本組成

本系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩大部分組成。機(jī)械系統(tǒng)是輪對控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要完成輪對的運(yùn)動功能，如進(jìn)輪、緩沖、舉升、轉(zhuǎn)輪、落輪和出輪等，其執(zhí)行部件是電磁閥和氣缸。本文主要研究電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，故下面將重點(diǎn)介紹電控系統(tǒng)。電控系統(tǒng)由兩部分組成：(１)測量控制電路；(２)隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)的組成如圖１所示。

１．２ 系統(tǒng)工作原理簡介

１．２．１ 隨動執(zhí)行機(jī)構(gòu)

螺旋滾珠絲桿和精密直線滑動導(dǎo)

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