传感器圆弧法线安装的城轨车辆车轮直径检测装置及方法

摘要

本发明公开了一种传感器圆弧法线安装的城轨车辆车轮直径检测装置及方法。该装置包括处理单元和与其连接的多个激光传感器；检测区段的钢轨向外偏移，且该检测区段的钢轨内侧设置护轨；激光传感器设置于钢轨偏移所空出的区域与护轨之间，沿钢轨方向排列且均布在弦长半径固定的圆弧上，各激光传感器探头沿着圆弧的法线方向测量，探测光束对准安装圆弧的圆心，所有激光传感器位于车轮下方并且与进行直径测量的车轮圆周共面。该方法使用多个激光传感器，将其按照圆弧法线关系安装在车轮下方同时探测车轮得到探测点，通过最小二乘拟合得到初始直径，对初始直径求均值得到车轮直径。本发明在线非接触式测量具有速度快、精度高、测量直径范围大的优点。

主权项

一种传感器圆弧法线安装的城轨车辆车轮直径检测方法，其特征在于，包括中央处理单元和多个激光传感器，所述激光传感器均与中央处理单元连接；检测区段的钢轨向外偏移，且该检测区段的钢轨内侧设置护轨，护轨与车轮轮缘内侧相切；激光传感器设置于钢轨偏移所空出的区域与护轨之间，激光传感器的探头沿钢轨方向排列且均布在弦长半径固定的圆弧上，各激光传感器探头沿着圆弧的法线方向测量，探测光束对准安装圆弧的圆心，所有激光传感器位于车轮下方并且与进行直径测量的车轮圆周共面，具体步骤如下：第1步，将n个激光传感器安装于钢轨偏移所空出的区域，激光传感器的探头沿钢轨方向排列且均布在弦长为L、半径为R的圆弧上，各激光传感器探头沿着圆弧的法线方向测量，探测光束对准安装圆弧的圆心，激光传感器分别记为P_i，沿着钢轨方向i依次为1,2,...n，n为激光传感器的个数；第2步，在进行直径测量的车轮圆周所在平面上建立二维坐标系：沿钢轨方向为X轴，经过第一个激光传感器P₁且垂直于钢轨向上为Y轴，则各个激光传感器探头相对于X轴的安装倾角θ_i由下式确定：${\theta }_i=\frac{\pi }{2}+(i-1-\frac{n-1}{2})\times \theta ,i=1,2...n$其中θ是弦长L与半径R确定的圆弧角度，激光传感器的坐标(x_i,y_i)由下式确定：$\left\{\begin{array}{c}{x}_i=\frac{L}{2}-R\times {\mathrm{cos\theta }}_i\\ y_i=y_1-{\mathrm{Rsin\theta }}_i+\sqrt{R^2-\frac{L^2}{4}}\end{array}\right.,i=1,2...n$第3步，采集所有激光传感器的输出值，并选出同时有n个传感器输出值的有效数据组{S_i}，S_i为第i个传感器P_i的输出值，i＝1,2,...n；第4步，根据传感器P_i的输出值S_i、坐标值(x_i,y_i)、安装倾角θ_i确定车轮上对应传感器P_i的测量点坐标(X_i,Y_i)：(X_i,Y_i)＝(x_i,y_i)+(S_i×cosθ_i,S_i×sinθ_i)i＝1,2...n第5步，根据车轮上n个测量点坐标(X_i,Y_i)进行拟合圆，得到该测量位置的车轮直径D；第6步，将采集到的多个有效数据组进行拟合得到一系列车轮直径，将得到的一系列车轮直径求平均值，得到该测量位置最终的车轮直径D_final。