一种客车轮对轴颈及防尘板座激光测量系统的制作方法

1.本实用新型一种客车轮对轴颈及防尘板座激光测量系统，属于客车轮对轴颈及防尘板座激光测量系统技术领域。


背景技术：

2.目前，客车轮对轴颈及防尘板座的测量主要分为接触式和非接触式测量两种方法。接触式测量方法以典型的卡尺、外径千分尺及三坐标测量机等方法为代表，接触式测量无法避免会产生测量力，而且这些方法测量速度慢、效率低、测量精度易受操作人员及测量环境影响。非接触式测量是以典型的电容传感器测量方法和气动法为代表，根据其测量原理，这两种方法虽然与被测物表面无接触，但是测量间隙小是其一大诟病，完成高精度测量所需时间较长，周围电磁干扰较大，很难实现铁路车辆轮对在线测量。


技术实现要素：

3.本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种客车轮对轴颈及防尘板座激光测量系统硬件结构的改进。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种客车轮对轴颈及防尘板座激光测量系统，包括旋转系统和平移进给系统，所述旋转系统包括旋转台、光学安装板、镜头支架、探测组件、光源组件、旋转系统支架，所述平移进给系统包括平移台、支撑底座和福马轮，所述旋转系统支架固定在平移台上，所述平移台固定在支撑底座上，所述支撑底座底面的四个角上固定有福马轮；
5.所述旋转系统支架的一侧转动连接有旋转台，旋转台的外侧固定有光学安装板，所述光学安装板的上端固定有镜头支架，所述镜头支架上固定有探测组件，所述光学安装板的下端固定有光源组件，所述旋转系统支架、旋转台、光学安装板上均开设有大于轮对轮轴轴径的孔，且旋转系统支架、旋转台、光学安装板的开孔中心位于同一中心线。
6.还包括导引块，所述旋转系统支架的另一侧固定有导引块，所述导引块与旋转系统支架的中孔配合，其中导引块的中间也开设有孔，导引块的中孔与轮对轮轴相配合。
7.所述探测组件具体为四组镜头及相机，每个镜头与相机为一组，四个镜头朝下分别分布在镜头支架中孔上方的两侧，同一侧的两个镜头错开排布。
8.所述光源组件包括两个，光学安装板下方的两侧，对准轮对轮轴的两侧边缘发出光线。
9.所述平移台具体采用型号为y100ta300的平移台，所述旋转台具体采用y200ra300型号的旋转台。
10.所述镜头采用ys-rh2x110型号的远心镜头，相机采用snr630-18gmp型号的工业相机。
11.所述光源组件采用ys-dl080型号的准直平行光源。
12.还包括控制系统，所述控制系统包括交换机、工控机，四台相机分别通过网线与交
换机相连，所述交换机通过网线与工控机相连，所述工控机通过导线分别与平移台、旋转台的控制端相连。
13.所述平移台包括滑座和滑轨，所述滑座滑动连接在滑轨上，所述旋转系统支架固定在滑座上，所述平移台的底座固定在支撑底座上。
14.本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型提供的客车轮对轴颈及防尘板座激光测量系统通过采用光学镜头和光源及相机的组合，实现对客车轮对轴径图像数据的采集，实现了非接触在线测量。
附图说明
15.下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
16.图1为本实用新型的结构示意图；
17.图2为本实用新型旋转系统的结构示意图；
18.图3为本实用新型镜头支架的结构示意图；
19.图4为本实用新型旋转系统支架的结构示意图；
20.图5为本实用新型导引块的结构示意图；
21.图6为本实用新型平移进给系统的结构示意图；
22.图7为本实用新型的电路结构示意图；
23.图8为本实用新型使用时的结构示意图；
24.图中：1为旋转系统、2为平移进给系统、3为旋转台、4为光学安装板、5为镜头支架、6为探测组件、7为光源组件、8为旋转12系统支架、9为平移台、10为支撑底座、11为福马轮、12为导引块、13为轮对轮轴、14为防尘板座。
具体实施方式
25.如图1至图8所示，本实用新型一种客车轮对轴颈及防尘板座激光测量系统，包括旋转系统1和平移进给系统2，所述旋转系统1包括旋转台3、光学安装板4、镜头支架5、探测组件6、光源组件7、旋转系统支架8，所述平移进给系统2包括平移台9、支撑底座10和福马轮11，所述旋转系统支架8固定在平移台9上，所述平移台9固定在支撑底座10上，所述支撑底座10底面的四个角上固定有福马轮11；
26.所述旋转系统支架8的一侧转动连接有旋转台3，旋转台3的外侧固定有光学安装板4，所述光学安装板4的上端固定有镜头支架5，所述镜头支架5上固定有探测组件6，所述光学安装板4的下端固定有光源组件7，所述旋转系统支架8、旋转台3、光学安装板4上均开设有大于轮对轮轴轴径的孔，且旋转系统支架8、旋转台3、光学安装板4的开孔中心位于同一中心线。
27.还包括导引块12，所述旋转系统支架8的另一侧固定有导引块12，所述导引块12与旋转系统支架5的中孔配合，其中导引块12的中间也开设有孔，导引块12的中孔与轮对轮轴13相配合。
28.所述探测组件6具体为四组镜头及相机，每个镜头与相机为一组，四个镜头朝下分别分布在镜头支架5中孔上方的两侧，同一侧的两个镜头错开排布。
29.所述光源组件7包括两个，分别固定在光学安装板4下方的两侧，对准轮对轮轴的
两侧边缘发出光线。
30.所述平移台9具体采用型号为y100ta300的平移台，所述旋转台3具体采用y200ra300型号的旋转台。
31.所述镜头采用ys-rh2x110型号的远心镜头，相机采用snr630-18gmp型号的工业相机。
32.所述光源组件7采用ys-dl080型号的准直平行光源。
33.还包括控制系统，所述控制系统包括交换机、工控机，四台相机分别通过网线与交换机相连，所述交换机通过网线与工控机相连，所述工控机通过导线分别与平移台9、旋转台3的控制端相连。
34.所述平移台9包括滑座和滑轨，所述滑座滑动连接在滑轨上，所述旋转系统支架8固定在滑座上，所述平移台9的底座固定在支撑底座上。
35.本实用新型激光测量系统按照功能，主要分为光机结构系统以及电子学数据处理系统。用来实现对铁路客车轮对轮轴13直径公称值为130mm，防尘板座14直径公称值165mm的测量。测量系统的结构如图1-6所示，结构部分按照功能组成分为：旋转系统1及平移进给系统2。旋转系统1，如图2-5所示，由光学测量的核心元件组成，实现了绝大多数的测量任务和功能。旋转系统1部分由高精度旋转台3、光学安装板4、镜头支架5、探测组件6、光源组件7、导引块12、旋转系统支架8构成。平移进给系统2，用于实现测量设备的移动及锁定、高低角度调整定位；实现圆柱度测量时沿轴向的移动；旋转系统，用于实现直径测量、圆度测量。当用于直径测量时，可以在任意停留位置进行采样测量。平移进给系统如图6所示，由轴向进给的平移台9及支撑底座10组成，实现圆柱度的测量任务和功能。支撑底座10底部配备4个福马轮11，可以快捷的进行设备推动和升起定位。
36.本实用新型的高精度旋转台3采用成熟的工业级产品，性价比高，质量可控。该组件采用蜗轮蜗杆传动模式，材料经表面处理以后，耐磨性高，精度稳定可靠。旋转台面直径300mm，中孔直径180mm，承载65kg，其具体参数如表1所示。
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表1 高精度旋转台参数
[0039]
本实用新型的光学安装板4由铝合金（超硬铝）制成，其上承载的光学镜头及相机探测器、光源组件总质量约4kg，负载较轻，因此安装板无需进行轻量化设计，采用12m厚度的平面结构形式，通过螺钉孔与高精度旋转台台面连接。该结构件自重约4kg。
[0040]
本实用新型的镜头支架5用于将成像镜头进行连接并固定在光学安装板上。因此支架的尺寸稳定性决定着光学镜头的间距尺寸，这对测量准确度的影响最为重要。因此镜
头支架从选材到设计都不同于一般结构。
[0041]
由于客车轮径激光测量系统可能工作于开放式非控温的场所，由于环境温度不受控，温度变化幅度较大，若每次都在测量前进行镜头间距的标校，则增加了工作量，使得测量工作繁琐化。因此，对镜头支架的设计，优先选用温度膨胀系数接近0的殷钢材料。
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由于殷钢材料的温度膨胀系数接近于0，因此在温度变化情况下，镜头间隔可以保持恒定。如3图所示，两幅横支架分别将镜头1与镜头2，镜头3与镜头4进行连接定位，横支架被固定在同样有殷钢制成的纵支架上，纵支架同光学安装板相连接。这样，镜头1与镜头2，镜头3与镜头4之间的间距固定，分别按照轴径的理论值130mm，165mm标定。
[0043]
本实用新型测量用的远心镜头选用ys-rh2x110型，其工作距离为110mm，放大倍率2倍。相机探测器选用snr630-18gmp型，采用千兆网口进行数据传输，像素630万。镜头指标如表2所示。
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表2 镜头参数
[0046]
本实用新型激光测量系统的工作原理为：将激光作为照明光源，经过准直扩束后的激光光束照射到轮对轴颈，再通过光学系统投影成像到ccd的光敏面上，当轴颈尺寸发生变化时，ccd光敏面上有光照的像元位置也会分别发生变化，通过与事先定标的位置进行比较，就可以测量出轮对轴颈的尺寸的变化，从而判断轴颈尺寸状况。
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本实用新型为了达到更好的测量效果，选择准直平行光源ys-dl080型，平行光源覆盖口径80mm，同时采用波长更短的绿色光以实现分辨率的进一步提升。平行光源实际上
就是激光器与准直扩束光学系统的集成。
[0048]
本实用新型采用的光学系统的景深为0.37mm，虽然远心镜头对于物距不敏感，但是按照规范，被成像目标距离镜头的距离应该满足光学系统的焦距110mm
±
0.37mm。因此，为了快速将测量设备和轮轴对准，并建立轴中心与镜头110
±
0.37mm的距离水平，需要设计额外的辅助对准措施。导引块就是为了实现这个快速对准而设计的结构件，它为非金属材质，与轮轴间隙控制在0.2mm，导引块与旋转系统的中孔小间隙配合（配合间隙小于0.05mm）。
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在需要对轮轴测量时，将导引块塞入测量系统，同时调整测量系统使得导引块能够顺畅套入轮轴，保证测量系统与被测试轮轴的物理距离。同时尼龙材质的导引块，不会对轮轴表面造成划伤。在需要进行旋转等测量时，可以手持导引块后方的把手，将导引块方便的拆除，导引块结构如图5所示。
[0050]
本实用新型旋转系统支架的作用是将旋转测量系统可靠稳定的支撑在高精密平移台上，实现圆柱度测量时的轴向进给，该支架选用超硬铝合金组合加工而成，支撑板及加强筋厚度15mm，零件自重为4.5kg，其结构如图4所示。
[0051]
本实用新型的平移进给系统，如图6所示，由轴向进给的平移台及支撑底座组成，实现圆柱度的测量任务和功能。底部配备4个福马轮，可以快捷的进行设备推动和升起定位。
[0052]
本实用新型的平移台采用工业级成熟产品的高精密电控移动平台采用， 同时位移台具备防尘罩，能够适应复杂环境不至于导致卡滞。选用型号为y100ta300的平移台，能够实现300mm的大行程，分辨率在细分下达到1um，重复定位精度2um。其中心台面179*179mm，台面中心负载40kg。同时激光测量系统采用y100sc02两轴步进电机运动控制器，通过工控机对平移系统和旋转系统同时驱动。
[0053]
本实用新型的支撑底座材料选用超硬铝合金，为了保证系统的稳定性和刚度，支撑座壁厚20mm，该零件重量10kg。福马轮，也称为水平调节支撑型脚轮，它可以方便的调整高度，可以固定，可以滚动移动，还具备一定的防尘作用，其运动中低噪音，且单个福马轮负载可达200多kg。平移进给系统2配备了4个福马轮11，可以方便的将旋转系统1与轮轴进行对准调整。
[0054]
本实用新型的硬件电路包括ccd驱动电路、ccd视频信号处理电路、供电电路和运动控制器四大部分。该系统需要多套硬件（两个大口径光源，4个光学远心镜头以及4套ccd相机）分别对轮对轴颈两个边缘的尺寸状态进行测量，四套相机的图像数据通过gige网口输出，四套相机通过网线与一个交换机连接，工控机通过网口连接交换机抓取四套相机图像数据，另外工控机通过rs232串口连接运动控制器驱动电动平移系统和旋转系统动作，其硬件电路结构图如图7所示。
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关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技
术手段重现或获得相应的实体产品。
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最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。