一種城軌列車輪緣參數(shù)在線檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種城軌車輛輪緣尺寸在線檢測方法及其系統(tǒng)，首先進行布設(shè)傳感器，傳感器的數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)處理，計算車輪不同區(qū)域半徑，然后進行曲線擬合，依據(jù)得到的車輪二維輪廓圖，計算出車輪的輪緣高及輪緣厚。本發(fā)明成本低、原理簡單且便于操作，只需要兩個激光位移傳感器和三個磁鋼即可實現(xiàn)對車輪的輪緣厚、輪緣高的檢測工作；具有在線非接觸式測量等優(yōu)點，為實現(xiàn)輪對尺寸的在線測量提供了一種有效的解決方案。
【專利說明】
一種城軌列車輪緣參數(shù)在線檢測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于交通安全工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種城軌列車輪緣參數(shù)在線檢測系統(tǒng) 及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展及多條線路的開通運行，列車在線運行的安全 問題也日益顯著。輪對是機車與鋼軌相接觸的部分。輪對保證了機車在鋼軌上的運行和轉(zhuǎn) 向，承受來自機車的全部靜、動載荷，并把它傳遞給鋼軌，并將因線路不平順產(chǎn)生的載荷傳 遞給機車車輛各零部件。此外，機車車輛的驅(qū)動和制動也是通過輪對起作用的。因此，輪對 的狀況直接關(guān)系到列車的運行質(zhì)量和安全，對其尺寸參數(shù)的實時監(jiān)測是保障列車安全行駛 的重要措施。
[0003] 對于輪對尺寸的在線檢測技術(shù)，早期的方法是采用基于CCD圖像測量技術(shù)進行測 量，但該方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置較為復(fù)雜，且受振動，環(huán)境影響大。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，激 光測距得到了越來越廣泛的應(yīng)用，目前國內(nèi)的輪對尺寸測量均引進了基于激光測距和攝像 技術(shù)的輪對尺寸檢測方法。專利CN204674616U(-種列車輪對尺寸動態(tài)檢測裝置)采用激光 器和面陣CCD攝像機實現(xiàn)了輪對幾何參數(shù)的自動檢測系統(tǒng)，但由于車輪踏面磨損光滑度高， 反光現(xiàn)象強烈，使得數(shù)字圖像中輪緣邊緣模糊，給檢測帶來難度。此外，由于傳感器太多，系 統(tǒng)復(fù)雜度大，難以保證較高的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種簡便高效、成本低的輪緣尺寸在線檢測方法及系統(tǒng)， 能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式的高精度檢測。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種城軌車輛輪緣尺寸在線檢測方法及其系 統(tǒng)，包括以下步驟：
[0006] 步驟1，布設(shè)傳感器:在軌道旁依次設(shè)置外側(cè)激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激光位移傳感 器以及第一磁鋼、第二磁鋼、第三磁鋼，其中外側(cè)激光位移傳感器安裝在軌道外側(cè)，內(nèi)側(cè)激 光位移傳感器安裝在軌道內(nèi)側(cè)，外側(cè)激光位移傳感器的激光線與軌向夾角為β，與水平面 的夾角為α，內(nèi)側(cè)激光位移傳感器的激光線與軌向夾角為90°，與水平面的夾角為V，α辛V， 其中外側(cè)激光位移傳感器與內(nèi)側(cè)激光位移傳感器沿垂直軌道方向的安裝距離為1^，兩者相 對于軌面的安裝高度均為h 1;第一磁鋼、第二磁鋼、第三磁鋼沿軌向安裝于軌道內(nèi)側(cè)，兩兩 之間安裝間距均為L2，第二磁鋼沿軌向相對于外側(cè)激光位移傳感器的距離為L 3，整個系統(tǒng)測 量區(qū)域為第一磁鋼和第三磁鋼之間的部分；
[0007] 步驟2，傳感器的數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)處理:外側(cè)激光位移傳感器依次獲得車輪輪緣頂 點到車輪外側(cè)端面的數(shù)據(jù)，內(nèi)側(cè)激光位移傳感器獲得車輪內(nèi)側(cè)端面點的數(shù)據(jù);磁鋼檢測儀 檢測車輪輪心在測量區(qū)域內(nèi)相對于第二磁鋼的軌向相對位置；
[0008] 步驟3,計算車輪不同區(qū)域半徑：當車輪駛?cè)霚y量區(qū)域，外側(cè)激光位移傳感器依次 掃描車輪踏面輪廓，根據(jù)傳感器已知安裝位置關(guān)系以及外側(cè)激光位移傳感器采集的數(shù)據(jù)計 算其掃過區(qū)域點所在車輪上圓的半徑；
[0009] 步驟4,曲線擬合：以外側(cè)激光位移傳感器每個采樣點沿垂直軌向方向相對于第一 個采樣點的距離為橫坐標，以不同時刻傳感器掃描點所在圓半徑為縱坐標繪制二維散點圖 并進行曲線擬合，得出車輪二維輪廓圖；
[0010] 步驟5,計算車輪輪緣參數(shù):依據(jù)得到的車輪二維輪廓圖，計算出車輪的輪緣高及 輪緣厚。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：（1)成本低、原理簡單且便于操作，只需要兩 個激光位移傳感器和三個磁鋼即可實現(xiàn)對車輪的輪緣厚、輪緣高的檢測工作。（2)具有在線 非接觸式測量等優(yōu)點，為實現(xiàn)輪對尺寸的在線測量提供了一種有效的解決方案。
[0012] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明城軌列車輪緣參數(shù)在線檢測方法的流程圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明中輪緣尺寸在線檢測裝置的設(shè)備布設(shè)圖。
[0015]圖3是激光位移傳感器布設(shè)軌向視角圖。
[0016] 圖4是本發(fā)明中輪緣尺寸在線檢測裝置的傳感器安裝示意圖。
[0017] 圖5是獲取的車輪不同位置半徑散點圖。
[0018]圖6是補全端面散點圖。
[0019] 圖7是曲線擬合后的車輪二維輪廓圖。
【具體實施方式】
[0020] 結(jié)合圖1，本發(fā)明城軌車輛輪緣尺寸在線檢測方法，包括以下步驟：
[0021] 步驟1，布設(shè)傳感器:在軌道旁依次設(shè)置外側(cè)激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激光位移傳感 器以及第一磁鋼1、第二磁鋼2、第三磁鋼3，其中外側(cè)激光位移傳感器安裝在軌道外側(cè)，內(nèi)側(cè) 激光位移傳感器安裝在軌道內(nèi)側(cè)，外側(cè)激光位移傳感器的激光線與軌向夾角為β，與水平面 的夾角為α，內(nèi)側(cè)激光位移傳感器的激光線與軌向夾角為90°，與水平面的夾角為V，α辛V， 其中外側(cè)激光位移傳感器與內(nèi)側(cè)激光位移傳感器沿垂直軌道方向的安裝距離為1^，兩者相 對于軌面的安裝高度均為h 1;第一磁鋼1、第二磁鋼2、第三磁鋼3沿軌向安裝于軌道內(nèi)側(cè)，兩 兩之間安裝間距均為L2,第二磁鋼2沿軌向相對于外側(cè)激光位移傳感器的距離為L 3,整個系 統(tǒng)測量區(qū)域為第一磁鋼1和第三磁鋼3之間的部分。
[0022] 所述外側(cè)激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激光位移傳感器為基于PSD或CCD的1D激光位移傳 感器。磁鋼有以下功能:第一磁鋼1用于檢測車輪是否進入測量區(qū)域，當有車輪駛?cè)霑r，則外 側(cè)激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激光位移傳感器進行工作，第二磁鋼2用于檢測車輪輪心在測量區(qū) 域的位置，第三磁鋼3用于檢測車輪是否駛出測量區(qū)域。
[0023] 步驟2,傳感器的數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)處理:外側(cè)激光位移傳感器依次獲得車輪輪緣頂 點到車輪外側(cè)端面的數(shù)據(jù)，內(nèi)側(cè)激光位移傳感器獲得車輪內(nèi)側(cè)端面點的數(shù)據(jù);磁鋼檢測儀 檢測車輪輪心在測量區(qū)域內(nèi)相對于第二磁鋼2的軌向相對位置。由第二磁鋼2檢測車輪輪心 在測量區(qū)域的位置方法如下：
[0024] (1)當車輪駛過第二磁鋼2時，第二磁鋼2會產(chǎn)生一個波形信號，其中波峰位置的出 現(xiàn)時刻即是車輪輪心處于第二磁鋼2正上方的時刻，記錄當前時間to;
[0025] (2)由于通過測量區(qū)域的速度v可事先規(guī)定，所以車輪輪心在t時刻相對于第二磁 鋼2的位置為:li un = /(t-to)。
[0026] 步驟3,計算車輪不同區(qū)域半徑：當車輪駛?cè)霚y量區(qū)域，外側(cè)激光位移傳感器依次 掃描車輪踏面輪廓，根據(jù)傳感器已知安裝位置關(guān)系以及外側(cè)激光位移傳感器采集的數(shù)據(jù)計 算其掃過區(qū)域點所在車輪上圓的半徑。
[0027] 計算車輪不同區(qū)域半徑的方法如下：
[0028] (1)假設(shè)某一時刻外側(cè)激光位移傳感器返回的數(shù)據(jù)為lu，內(nèi)側(cè)激光位移傳感器返 回數(shù)據(jù)為1 12根據(jù)第二磁鋼2推算出的車輪輪心相對于第二磁鋼2的水平軌向距離為1/ ;
[0029] (2)由外側(cè)激光位移傳感器相對安裝位置及角度得到外側(cè)激光探測點相對于傳感 器沿軌向方向距離為lncosacosP，外側(cè)激光探測點相對于軌面的高度為lusincHu;
[0030] (3)由第二磁鋼2和外側(cè)激光位移傳感器的相對安裝位置得到車輪輪心距離外側(cè) 激光位移傳感器的距離為L 3-l/，則車輪輪心和外側(cè)激光探測點沿軌向方向的距離為1^_ 1/ -liicosacosP，沿垂直于軌道平面方向的距離為ZR-lnsina+hi，其中Zr為車輪輪心相對于 軌面高度；
[0031] (4)計算出激光探測點所在車輪圓的半徑：
[0033] (5)重復(fù)上述步驟，依次計算不同時刻激光探測點所在車輪圓的半徑，得到一系列 半徑值。
[0034]其中車輪輪心相對于軌面高度ZR由以下方式確定：
[0035] (1)求出輪緣頂點圓直徑Dd，該計算車輪頂點圓直徑Dd的方法如下：
[0036]當車輪駛過測量區(qū)域時，由于內(nèi)外側(cè)傳感器安裝角度不同，必然會在車輪端面上 掃描出兩條高度不一但平行的直線，即車輪頂點圓的兩條弦，根據(jù)車輪車速以及掃描時間 計算出兩條弦的長度81、 82,82>81，再根據(jù)傳感器安裝角度計算出兩條直線的高度差A(yù)h，則 車輪頂點圓直徑Dd由如下方程組求出：
[0038] (2)以軌向方向為X軸，垂直軌向方向為Y軸，外側(cè)激光位移傳感器自身坐標原點為 原點建立坐標系。
[0039] (3)以外側(cè)激光位移傳感器輸出第一點為圓心，并以輪緣頂點圓直徑Dd畫圓。
[0040] (4)求出當外側(cè)激光位移傳感器輸出第一點時輪心所在橫坐標，過此橫坐標做垂 直于X軸的垂線，此垂線與步驟(3)中圓有兩個交點，Y值較大點即為輪心點，即求出輪心相 對于軌面高度Zr。
[0041] 步驟4,曲線擬合：以外側(cè)激光位移傳感器每個采樣點沿垂直軌向方向相對于第一 個采樣點的距離為橫坐標，以不同時刻傳感器掃描點所在圓半徑為縱坐標繪制二維散點圖 并進行曲線擬合，得出車輪二維輪廓圖；
[0042] 步驟5,計算車輪輪緣參數(shù):依據(jù)得到的車輪二維輪廓圖，計算出車輪的輪緣高及 輪緣厚。計算車輪輪緣參數(shù)步驟如下：
[0043] (1)根據(jù)外側(cè)激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激光位移傳感器掃描到的車輪左右端面計算 車輪輪厚lthidmess:
[0044] lthickness = Li-(lii*cosa>l<sinP+li2*cosa/ )；
[0045] (2)根據(jù)車輪輪緣定義分析擬合曲線，找出輪緣最低點、基準點的位置；
[0046] (3)根據(jù)TB-T 449-2003機車車輛車輪輪緣踏面外形中輪緣高輪緣厚的定義計算 車輪輪緣高、輪緣厚。
[0047] 結(jié)合圖2、圖3和圖4,本發(fā)明城軌車輛輪緣尺寸在線檢測裝置，包括與中央處理單 元連接的外側(cè)激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激光位移傳感器、第一磁鋼1、第二磁鋼2、第三磁鋼3;
[0048] 在軌道旁依次布設(shè)外側(cè)激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激光位移傳感器以及第一磁鋼1、第 二磁鋼2、第三磁鋼3,其中外側(cè)激光位移傳感器安裝在軌道外側(cè)，內(nèi)側(cè)激光位移傳感器安 裝在軌道內(nèi)側(cè)，外側(cè)激光位移傳感器的激光線與軌向夾角為β，與水平面的夾角為a，內(nèi)側(cè)激 光位移傳感器的激光線與軌向夾角為90°，與水平面的夾角為V ，其中外側(cè)激光位移 傳感器與內(nèi)側(cè)激光位移傳感器沿垂直軌道方向的安裝距離為U，兩者相對于軌面的安裝高 度均為h1;第一磁鋼1、第二磁鋼2、第三磁鋼3沿軌向安裝于軌道內(nèi)側(cè)，兩兩之間安裝間距均 為1^ 2，第二磁鋼2沿軌向相對于外側(cè)激光位移傳感器的距離為L3,整個系統(tǒng)測量區(qū)域為第一 磁鋼1和第三磁鋼3之間的部分；
[0049]中央處理單元由傳感器的數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)處理模塊、計算車輪不同區(qū)域半徑模 塊、曲線擬合模塊、計算車輪輪緣參數(shù)模塊，在傳感器的數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)處理模塊中，外側(cè) 激光位移傳感器依次獲得車輪輪緣頂點到車輪外側(cè)端面的數(shù)據(jù)，內(nèi)側(cè)激光位移傳感器獲得 車輪內(nèi)側(cè)端面點的數(shù)據(jù);磁鋼檢測儀檢測車輪輪心在測量區(qū)域內(nèi)相對于第二磁鋼2的軌向 相對位置；
[0050] 在計算車輪不同區(qū)域半徑模塊中，當車輪駛?cè)霚y量區(qū)域，外側(cè)激光位移傳感器依 次掃描車輪踏面輪廓，根據(jù)傳感器已知安裝位置關(guān)系以及外側(cè)傳感器采集的數(shù)據(jù)計算激光 位移傳感器掃過區(qū)域點所在車輪上圓的半徑；
[0051] 在曲線擬合模塊中，以外側(cè)激光位移傳感器每個采樣點沿垂直軌向方向相對于第 一個采樣點的距離為橫坐標，以不同時刻傳感器掃描點所在圓半徑為縱坐標繪制二維散點 圖并進行曲線擬合，得出車輪二維輪廓圖；
[0052] 在計算車輪輪緣參數(shù)模塊中，依據(jù)得到的車輪二維輪廓圖，計算出車輪的輪緣高 及輪緣厚。
[0053] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0054] 實施例
[0055] 結(jié)合圖2~圖4,兩個激光位移傳感器采用基于PSD的1D激光位移傳感器，外側(cè)激光 位移傳感器與水平面和軌向的安裝夾角均為45°，內(nèi)側(cè)激光位移傳感器與水平面成40°角安 裝。
[0056]根據(jù)步驟3的方法，規(guī)定車速為5km/h通過設(shè)備，首先計算得到車輪頂點圓半徑為 445.8863mm，由外側(cè)激光位移傳感器輸出輪緣最低點為圓心，以445.8863為半徑做圓，求 出車輪輪心相對于軌面高度為418.5536mm，根據(jù)不同時刻外側(cè)激光傳感器輸出值以及通過 磁鋼推算出的車輪軸心位置計算不同時刻外側(cè)激光位移傳感器照射點所對應(yīng)的半徑，本實 例中共求出數(shù)據(jù)點個數(shù)為339個，即得出339個不同位置點的半徑值。
[0057]根據(jù)步驟4中方法，以每個點沿垂直軌向方向相對于第一個點的距離為橫坐標，以 不同點對應(yīng)的半徑為縱坐標畫出二維散點圖，如圖5所示。由于圖5所示散點圖并沒有車輪 端面數(shù)據(jù)，所以需要進行端面數(shù)據(jù)補齊，通過內(nèi)外側(cè)激光位移傳感器輸出數(shù)據(jù)補齊后的散 點圖如圖6所示，通過對圖5進行曲線擬合可以得出車輪二維輪廓圖，如圖7所示。
[0058]根據(jù)步驟5中方法，計算車輪輪緣參數(shù)首先需要計算車輪輪厚，由內(nèi)外側(cè)激光位移 傳感器分別測量到內(nèi)外端面的距離可計算出車輪輪厚為134.9235mm，由此結(jié)果再根據(jù)圖7 擬合出的輪廓圖即可計算出車輪輪緣參數(shù)，本例中計算所得輪緣高輪緣厚分別為 28.4286mm和29.6748mm。通過人工實測該車輪的輪緣高為28.5mm，輪緣厚為29.7mm，可見上 述方法基本滿足現(xiàn)場測量要求。
【主權(quán)項】
1. 一種城軌車輛輪緣尺寸在線檢測方法，其特征在于包括W下步驟： 步驟1，布設(shè)傳感器:在軌道旁依次設(shè)置外側(cè)激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激光位移傳感器W 及第一磁鋼(1 )、第二磁鋼(2 )、第Ξ磁鋼(3 )，其中外側(cè)激光位移傳感器安裝在軌道外側(cè)，內(nèi) 側(cè)激光位移傳感器安裝在軌道內(nèi)側(cè)，外側(cè)激光位移傳感器的激光線與軌向夾角為β，與水平 面的夾角為α，內(nèi)側(cè)激光位移傳感器的激光線與軌向夾角為90°，與水平面的夾角為〇/，α聲 〇/，其中外側(cè)激光位移傳感器與內(nèi)側(cè)激光位移傳感器沿垂直軌道方向的安裝距離為^，兩 者相對于軌面的安裝高度均為hi;第一磁鋼（1)、第二磁鋼（2)、第Ξ磁鋼（3)沿軌向安裝于 軌道內(nèi)側(cè)，兩兩之間安裝間距均為L2,第二磁鋼(2)沿軌向相對于外側(cè)激光位移傳感器的距 離為L3,整個系統(tǒng)測量區(qū)域為第一磁鋼(1)和第Ξ磁鋼(3)之間的部分； 步驟2，傳感器的數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)處理:外側(cè)激光位移傳感器依次獲得車輪輪緣頂點到 車輪外側(cè)端面的數(shù)據(jù)，內(nèi)側(cè)激光位移傳感器獲得車輪內(nèi)側(cè)端面點的數(shù)據(jù);磁鋼檢測儀檢測 車輪輪屯、在測量區(qū)域內(nèi)相對于第二磁鋼(2)的軌向相對位置； 步驟3,計算車輪不同區(qū)域半徑：當車輪駛?cè)霚y量區(qū)域，外側(cè)激光位移傳感器依次掃描 車輪踏面輪廓，根據(jù)傳感器已知安裝位置關(guān)系W及外側(cè)激光位移傳感器采集的數(shù)據(jù)計算其 掃過區(qū)域點所在車輪上圓的半徑； 步驟4,曲線擬合：W外側(cè)激光位移傳感器每個采樣點沿垂直軌向方向相對于第一個采 樣點的距離為橫坐標，W不同時刻傳感器掃描點所在圓半徑為縱坐標繪制二維散點圖并進 行曲線擬合，得出車輪二維輪廓圖； 步驟5,計算車輪輪緣參數(shù):依據(jù)得到的車輪二維輪廓圖，計算出車輪的輪緣高及輪緣 厚。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟1所述的外側(cè)激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激 光位移傳感器為基于PSD或CCD的1的敦光位移傳感器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1所述磁鋼有W下功能：第一磁鋼（1) 用于檢測車輪是否進入測量區(qū)域，當有車輪駛?cè)霑r，則外側(cè)激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激光位移 傳感器進行工作，第二磁鋼（2)用于檢測車輪輪屯、在測量區(qū)域的位置，第Ξ磁鋼(3)用于檢 測車輪是否駛出測量區(qū)域。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于由第二磁鋼(2)檢測車輪輪屯、在測量區(qū) 域的位置方法如下： (1) 當車輪駛過第二磁鋼(2)時，第二磁鋼(2)會產(chǎn)生一個波形信號，其中波峰位置的出 現(xiàn)時刻即是車輪輪屯、處于第二磁鋼(2)正上方的時刻，記錄當前時間to; (2) 由于通過測量區(qū)域的速度V可事先規(guī)定，所W車輪輪屯、在t時刻相對于第二磁鋼(2) 的位置為：1 lun = V* ( t-to )。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟3所述計算車輪不同區(qū)域半徑的方法如 下： (1) 假設(shè)某一時刻外側(cè)激光位移傳感器返回的數(shù)據(jù)為111,內(nèi)側(cè)激光位移傳感器返回數(shù) 據(jù)為li2根據(jù)第二磁鋼(2)推算出的車輪輪屯、相對于第二磁鋼(2)的水平軌向距離為1/ ; (2) 由外側(cè)激光位移傳感器相對安裝位置及角度得到外側(cè)激光探測點相對于傳感器沿 軌向方向距離為liicosacosP，外側(cè)激光探測點相對于軌面的高度為liisina-hi; (3) 由第二磁鋼(2)和外側(cè)激光位移傳感器的相對安裝位置得到車輪輪屯、距離外側(cè)激 光位移傳感器的距離為L3-1/，則車輪輪屯、和外側(cè)激光探測點沿軌向方向的距離為L3-1/- liicosacosP，沿垂直于軌道平面方向的距離為ZR-liisina+hi，其中Zr為車輪輪屯、相對于軌 面高度； (4) 計算出激光探測點所在車輪圓的半徑：(5) 重復(fù)上述步驟，依次計算不同時刻激光探測點所在車輪圓的半徑，得到一系列半徑 值。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于車輪輪屯、相對于軌面高度Zr由W下方式確 定： (1) 求出輪緣頂點圓直徑Dd; (2) W軌向方向為X軸，垂直軌向方向為Y軸，外側(cè)激光位移傳感器自身坐標原點為原點 建立坐標系. (3) W外側(cè)激光位移傳感器輸出第一點為圓屯、，并W輪緣頂點圓直徑Dd畫圓； (4) 求出當外側(cè)激光位移傳感器輸出第一點時輪屯、所在橫坐標，過此橫坐標做垂直于X 軸的垂線，此垂線與步驟(3)中圓有兩個交點，Y值較大點即為輪屯、點，即求出輪屯、相對于軌 面高度Zr。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟（1)所述計算車輪頂點圓直徑Dd的方法 如下： 當車輪駛過測量區(qū)域時，由于內(nèi)外側(cè)傳感器安裝角度不同，必然會在車輪端面上掃描 出兩條高度不一但平行的直線，即車輪頂點圓的兩條弦，根據(jù)車輪車速W及掃描時間計算 出兩條弦的長度Sl、S2，S2〉Sl，再根據(jù)傳感器安裝角度計算出兩條直線的高度差Δh，則車輪 頂點圓直徑Dd由如下方程組求出：8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟5所述計算車輪輪緣參數(shù)步驟如下： (1) 根據(jù)外側(cè)激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激光位移傳感器掃描到的車輪左右端面計算車輪 輪厚1化ici 《ness : Ithickness = l^l-(lil*c〇sa*sin0+li2*c〇sa'); (2) 根據(jù)車輪輪緣定義分析擬合曲線，找出輪緣最低點、基準點的位置； (3) 根據(jù)TB-T 449-2003機車車輛車輪輪緣踏面外形中輪緣高輪緣厚的定義計算車輪 輪緣高、輪緣厚。9. 一種城軌車輛輪緣尺寸在線檢測系統(tǒng)，其特征在于包括與中央處理單元連接的外側(cè) 激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激光位移傳感器、第一磁鋼(1 )、第二磁鋼(2 )、第Ξ磁鋼(3); 在軌道旁依次布設(shè)外側(cè)激光位移傳感器、內(nèi)側(cè)激光位移傳感器W及第一磁鋼（1)、第二 磁鋼(2)、第Ξ磁鋼(3)，其中外側(cè)激光位移傳感器安裝在軌道外側(cè)，內(nèi)側(cè)激光位移傳感器安 裝在軌道內(nèi)側(cè)，外側(cè)激光位移傳感器的激光線與軌向夾角為β，與水平面的夾角為曰，內(nèi)側(cè)激 光位移傳感器的激光線與軌向夾角為90°，與水平面的夾角為〇/，α聲〇/，其中外側(cè)激光位移 傳感器與內(nèi)側(cè)激光位移傳感器沿垂直軌道方向的安裝距離為^，兩者相對于軌面的安裝高 度均為hi;第一磁鋼（1)、第二磁鋼(2)、第Ξ磁鋼(3)沿軌向安裝于軌道內(nèi)側(cè)，兩兩之間安裝 間距均為L2,第二磁鋼(2)沿軌向相對于外側(cè)激光位移傳感器的距離為L3,整個系統(tǒng)測量區(qū) 域為第一磁鋼(1)和第Ξ磁鋼(3)之間的部分； 中央處理單元由傳感器的數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)處理模塊、計算車輪不同區(qū)域半徑模塊、曲 線擬合模塊、計算車輪輪緣參數(shù)模塊，在傳感器的數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)處理模塊中，外側(cè)激光位 移傳感器依次獲得車輪輪緣頂點到車輪外側(cè)端面的數(shù)據(jù)，內(nèi)側(cè)激光位移傳感器獲得車輪內(nèi) 側(cè)端面點的數(shù)據(jù);磁鋼檢測儀檢測車輪輪屯、在測量區(qū)域內(nèi)相對于第二磁鋼(2)的軌向相對 位置； 在計算車輪不同區(qū)域半徑模塊中，當車輪駛?cè)霚y量區(qū)域，外側(cè)激光位移傳感器依次掃 描車輪踏面輪廓，根據(jù)傳感器已知安裝位置關(guān)系W及外側(cè)傳感器采集的數(shù)據(jù)計算激光位移 傳感器掃過區(qū)域點所在車輪上圓的半徑； 在曲線擬合模塊中，W外側(cè)激光位移傳感器每個采樣點沿垂直軌向方向相對于第一個 采樣點的距離為橫坐標，W不同時刻傳感器掃描點所在圓半徑為縱坐標繪制二維散點圖并 進行曲線擬合，得出車輪二維輪廓圖； 在計算車輪輪緣參數(shù)模塊中，依據(jù)得到的車輪二維輪廓圖，計算出車輪的輪緣高及輪 緣厚。
【文檔編號】G01B11/06GK106091951SQ201610365380
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】黃文 , 邢宗義
【申請人】南京理工大學, 南京睿速軌道交通科技有限公司