機(jī)車輪對踏面檢測儀的制作方法
【專利摘要】機(jī)車輪對踏面檢測儀，其特征在于：由電源模塊、單片機(jī)控制系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)、激光位移傳感器、信號調(diào)理模塊、控制按鈕、LCD顯示屏、數(shù)據(jù)存儲器組成，所述電源模塊與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接；所述單片機(jī)控制系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動器連接至步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)與激光位移傳感器相連，所述激光位移傳感器通過信號調(diào)理模塊連接至單片機(jī)控制系統(tǒng)；所述控制按鈕通過接口與單片機(jī)控制系統(tǒng)相接，單片機(jī)控制系統(tǒng)還通過接口分別連接至LCD顯示屏及數(shù)據(jù)存儲器。本實(shí)用新型的有益效果：解決了機(jī)車輪對踏面外形參數(shù)測量精度不高的難題，增加了檢測對踏面外貌的靈活性、方便性；控制按鈕和LCD顯示屏擴(kuò)展了人機(jī)交互的范圍，手持式輕便。
【專利說明】機(jī)車輪對踏面檢測儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)車輪對踏面檢測領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)車輪對踏面檢測儀。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)車車輪踏面是指車輪與鋼軌的接觸部分，簡稱踏面。常見的踏面呈近似圓錐形，在滾動圓附近錐度1:10。有很多的原因會造成車輪踏面的磨損。例如，輪軌接觸磨損和制動閘瓦與踏面的滑動磨損等等。例如，由于剎車、輪對與鋼軌間隙的沖撞以及輪對與鋼軌面在轉(zhuǎn)彎時的相對滑動等因素造成的踏面擦傷或剝離，就會給車輛運(yùn)行帶來額外的沖擊振動，嚴(yán)重影響列車與軌道設(shè)施的安全和使用壽命。正是由于踏面外形對機(jī)車的運(yùn)行性能有很大的影響，必須及時、準(zhǔn)確地對踏面的外貌加以檢測，以預(yù)防機(jī)車行車事故的發(fā)生。我國的鐵路系統(tǒng)十分龐大，機(jī)車的車輪磨損極大地關(guān)系到車輛運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，機(jī)車輪對踏面的磨損在線檢測一直以來是鐵道系統(tǒng)極力解決的難題之一。
[0003]對機(jī)車輪對踏面的外形檢測主要解決輪對踏面存在的一些問題。例如，當(dāng)踏面擦傷深度及剝離長度超過限定值時必須作為輪對故障而報警，并指出其數(shù)量和準(zhǔn)確位置。但輪對與輪軌經(jīng)過一段時間磨損后，每個輪對踏面特征形狀均會發(fā)生變化，尤其是踏面剝離形狀、大小及擦傷深度都有很大差別，難以找到其規(guī)律；并且當(dāng)前國內(nèi)對輪對踏面的測量主要還是由常規(guī)檢測儀表完成，檢測精度低，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄和分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種激光測距傳感器測量機(jī)車輪對踏面的外形參數(shù)，通過這些測量數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的對比，判斷輪對踏面是否在安全行車要求以內(nèi)，并將測量數(shù)據(jù)保存于USB存儲器中的機(jī)車輪對踏面檢測儀。
[0005]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]機(jī)車輪對踏面檢測儀，由電源模塊、單片機(jī)控制系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)、激光位移傳感器、信號調(diào)理模塊、控制按鈕、IXD顯示屏、數(shù)據(jù)存儲器組成，所述電源模塊與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接；所述單片機(jī)控制系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動器連接至步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)與激光位移傳感器相連，所述激光位移傳感器通過信號調(diào)理模塊連接至單片機(jī)控制系統(tǒng)；所述控制按鈕通過接口與單片機(jī)控制系統(tǒng)相接，單片機(jī)控制系統(tǒng)還通過接口分別連接至LCD顯示屏及數(shù)據(jù)存儲器。
[0007]按上述方案，所述單片機(jī)控制系統(tǒng)為AVR微處理器。
[0008]按上述方案，所述步進(jìn)電機(jī)為直線步進(jìn)電機(jī)。
[0009]按上述方案，所述數(shù)據(jù)存儲器為USB儲存器。
[0010]該檢測儀為手持式，長X寬X高為20cmXllcmX4cm，IXD顯示屏、控制按鈕和電源指示燈設(shè)于檢測儀的操作面板上，控制按鈕包括開始按鈕、暫停按鈕、復(fù)位按鈕、步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕、步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕、數(shù)據(jù)存儲按鈕、數(shù)據(jù)讀取按鈕；電源指示燈與電源模塊相連，各控制按鈕用于控制激光位移傳感器的前進(jìn)后退，測量數(shù)據(jù)實(shí)時顯示在LCD顯示屏上。
[0011]本實(shí)用新型的工作原理:
[0012]I)所述單片機(jī)控制系統(tǒng)接收來自激光位移傳感器的信號以及控制按鈕發(fā)出的各按鈕指令信號，將各信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并綜合分析后，一方面發(fā)出控制信號驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)帶動激光位移傳感器沿著輪踏面軸線做直線運(yùn)動，另一方面由激光位移傳感器測量輪踏面的外形變化，傳回單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析后將檢測信息顯示在LCD顯示屏上，通過LCD顯示屏了解輪踏面的磨損情況，并將測量數(shù)據(jù)通過USB儲存器進(jìn)行實(shí)時保存，以備后期在PC機(jī)上進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析；
[0013]2)所述步進(jìn)電機(jī)牽引激光位移傳感器以一定速度勻速運(yùn)動，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動方向即激光位移傳感器的前進(jìn)、后退由相應(yīng)的控制按鈕(步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕)控制，單片機(jī)控制系統(tǒng)接收控制按鈕的前進(jìn)、后退指令信號后執(zhí)行相應(yīng)程序控制激光位移傳感器的前進(jìn)、后退。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動速度也由單片機(jī)控制系統(tǒng)來控制，單片機(jī)控制系統(tǒng)的輸出端輸出定時方波脈沖信號作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號。由于本檢測儀目的是要測量踏面的二維形貌，因此步進(jìn)電機(jī)只需采用直線步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行直線行進(jìn)就可以滿足要求了 ；
[0014]3)所述激光位移傳感器通過激光測距測量輪對踏面距離激光傳感器運(yùn)行直線的距離，將所測得數(shù)據(jù)在以激光位移傳感器運(yùn)動直線為基準(zhǔn)的坐標(biāo)系中描繪出來，然后通過信號調(diào)理模塊將坐標(biāo)系的所有測得數(shù)據(jù)采用數(shù)學(xué)擬合的方法得到輪對踏面曲線，再將該曲線和標(biāo)準(zhǔn)零件曲線對比測得輪對踏面相對標(biāo)準(zhǔn)踏面的磨損情況。
[0015]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果:
[0016](I)該檢測儀運(yùn)用激光測距傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對機(jī)車輪對踏面外形參數(shù)的測量，通過高精度的激光測距傳感器測量輪對踏面與傳感器基準(zhǔn)線距離，將所測得數(shù)據(jù)在以激光傳感器運(yùn)動直線為基準(zhǔn)的坐標(biāo)系中擬合得到踏面曲線，不僅解決了機(jī)車輪對踏面外形參數(shù)測量精度不高的難題，而且增加了檢測對踏面外貌的靈活性、方便性，滿足了現(xiàn)場檢修需要輕型、檢測快速、低成本、精度高、無磨損、壽命長、受環(huán)境因素影響較小的條件，可以使輪緣高度、輪緣厚度及踏面磨耗精度達(dá)到±0.1mm，車輪直徑精度達(dá)到±0.5mm，踏面徑向剝離精度達(dá)到±0.5謹(jǐn)；
[0017](2)該檢測儀的操作面板上的控制按鈕和IXD顯示屏，擴(kuò)展了人機(jī)交互的范圍，不但詳細(xì)顯示所測數(shù)據(jù)，還通過人工按動控制按鈕實(shí)時控制檢測儀工作，手持式輕便；
[0018](3)USB儲存器對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時保存，以備后期在PC機(jī)上進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析，成本低，適用性強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型的操作面板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖中，1-液晶顯示屏，2-開始按鈕，3-暫停按鈕，4-數(shù)據(jù)存儲按鈕，5-步進(jìn)機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕，6-電源指示燈，7-復(fù)位按鈕，8-數(shù)據(jù)讀取按鈕，9-步進(jìn)機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。[0023]參照圖1所示，本實(shí)用新型所述的機(jī)車輪對踏面檢測儀，由電源模塊、單片機(jī)控制系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)、激光位移傳感器、信號調(diào)理模塊、控制按鈕、LCD顯示屏、數(shù)據(jù)存儲器組成，所述電源模塊與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接；所述單片機(jī)控制系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動器連接至步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)與激光位移傳感器相連，所述激光位移傳感器通過信號調(diào)理模塊連接至單片機(jī)控制系統(tǒng)；所述控制按鈕通過接口與單片機(jī)控制系統(tǒng)相接，單片機(jī)控制系統(tǒng)還通過接口分別連接至LCD顯示屏及數(shù)據(jù)存儲器。
[0024]所述單片機(jī)控制系統(tǒng)為AVR微處理器。
[0025]所述步進(jìn)電機(jī)為直線步進(jìn)電機(jī)。
[0026]所述數(shù)據(jù)存儲器為USB儲存器。
[0027]參照圖2所示，該檢測儀為手持式,長X寬X高為20cmX llcmX4cm, IXD顯示屏1、控制按鈕和電源指示燈6設(shè)于檢測儀的操作面板上，控制按鈕包括開始按鈕2、暫停按鈕3、復(fù)位按鈕7、步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕5、步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕9、數(shù)據(jù)存儲按鈕4、數(shù)據(jù)讀取按鈕8 ;電源指示燈6與電源模塊相連，各控制按鈕用于控制激光位移傳感器的前進(jìn)后退，測量數(shù)據(jù)實(shí)時顯示在LCD顯示屏I上。
[0028]本實(shí)用新型工作時，所述單片機(jī)控制系統(tǒng)接收來自激光位移傳感器的信號以及控制按鈕發(fā)出的各按鈕指令信號，將各信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并綜合分析后，一方面發(fā)出控制信號驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)帶動激光位移傳感器沿著輪踏面軸線做直線運(yùn)動，另一方面由激光位移傳感器測量輪踏面的外形變化，傳回單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析后將檢測信息顯示在LCD顯示屏上，通過LCD顯示屏了解輪踏面的磨損情況，并將測量數(shù)據(jù)通過USB儲存器進(jìn)行實(shí)時保存，以備后期在PC機(jī)上進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析；所述步進(jìn)電機(jī)牽引激光位移傳感器以一定速度勻速運(yùn)動，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動方向即激光位移傳感器的前進(jìn)、后退由相應(yīng)的控制按鈕(步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕)控制，單片機(jī)控制系統(tǒng)接收控制按鈕的前進(jìn)、后退指令信號后執(zhí)行相應(yīng)程序控制激光位移傳感器的前進(jìn)、后退。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動速度也由單片機(jī)控制系統(tǒng)來控制，單片機(jī)控制系統(tǒng)的輸出端輸出定時方波脈沖信號作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號。由于本檢測儀目的是要測量踏面的二維形貌，因此步進(jìn)電機(jī)只需采用直線步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行直線行進(jìn)就可以滿足要求了 ；所述激光位移傳感器通過激光測距測量輪對踏面距離激光傳感器運(yùn)行直線的距離，將所測得數(shù)據(jù)在以激光位移傳感器運(yùn)動直線為基準(zhǔn)的坐標(biāo)系中描繪出來，然后通過信號調(diào)理模塊將坐標(biāo)系的所有測得數(shù)據(jù)采用數(shù)學(xué)擬合的方法得到輪對踏面曲線，再將該曲線和標(biāo)準(zhǔn)零件曲線對比測得輪對踏面相對標(biāo)準(zhǔn)踏面的磨損情況。
[0029]由圖1可以知道單片機(jī)控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心部分，它一方面和控制按鈕進(jìn)行通訊交流，實(shí)現(xiàn)和人工的交互功能；另一方面發(fā)出控制信號到步進(jìn)電機(jī)，控制其工作；而后步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動激光位移傳感器沿直線以輪對的一端為起點(diǎn)開始采集數(shù)據(jù)，而為了方便數(shù)據(jù)分析，建立一個水平、垂直對正的踏面數(shù)據(jù)矩陣，以激光位移傳感器運(yùn)動直線為X方向，垂直平面為Y方向，分別在兩個方向上采集一定數(shù)量的點(diǎn)，將采集到的數(shù)據(jù)傳送到信號調(diào)理模塊中，信號調(diào)理模塊采用數(shù)學(xué)擬合的方法得到輪對踏面曲線，再經(jīng)過單片機(jī)控制系統(tǒng)綜合處理后得到測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)一方面送至IXD顯示屏顯示，另一方面保存于數(shù)據(jù)存儲器中，等待數(shù)據(jù)存儲器讀取。
[0030]在圖2中，接通電源則電源指示燈6亮；按下開始按鈕2，整個檢測儀開始工作；按下暫停按鈕3，整個檢測儀暫停工作；按下步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕5，則步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動激光位移傳感器沿直線向遠(yuǎn)離步進(jìn)電機(jī)位置的方向移動；按下步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕9，則步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動激光位移傳感器沿直線向靠近步進(jìn)電機(jī)位置的方向移動；按下復(fù)位按鈕7，整個檢測儀復(fù)位，存儲數(shù)據(jù)釋放；按下數(shù)據(jù)存儲按鈕4，則單片機(jī)控制系統(tǒng)分析采集到的數(shù)據(jù)，并將有效數(shù)據(jù)存儲于其內(nèi)存中；按下數(shù)據(jù)讀取按鈕8，則單片機(jī)控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)通過通信協(xié)議輸送到數(shù)據(jù)存儲器中。
[0031]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.機(jī)車輪對踏面檢測儀，其特征在于:由電源模塊、單片機(jī)控制系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)、激光位移傳感器、信號調(diào)理模塊、控制按鈕、IXD顯示屏、數(shù)據(jù)存儲器組成，所述電源模塊與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接；所述單片機(jī)控制系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動器連接至步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動激光位移傳感器直線運(yùn)動，所述激光位移傳感器通過信號調(diào)理模塊連接至單片機(jī)控制系統(tǒng)；所述控制按鈕通過接口與單片機(jī)控制系統(tǒng)相接，單片機(jī)控制系統(tǒng)還通過接口分別連接至LCD顯示屏及數(shù)據(jù)存儲器。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)車輪對踏面檢測儀，其特征在于:所述單片機(jī)控制系統(tǒng)為AVR微處理器。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)車輪對踏面檢測儀，其特征在于:所述步進(jìn)電機(jī)為直線步進(jìn)電機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)車輪對踏面檢測儀，其特征在于:所述數(shù)據(jù)存儲器為USB儲存器。
【文檔編號】G01B11/24GK203443553SQ201320492317
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月13日
【發(fā)明者】余先濤, 陳謙益, 詹煜 申請人:武漢理工大學(xué)