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专利号: 2017103709795
申请人: 安徽工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种火车车轮轮毂内孔直径激光测量传感器位置的标定方法,其特征在于该标定方法的具体步骤如下:(1)将两块结构相同的标定板(1)通过螺栓组(2)平行固定于标定环(3)上表面构成标定装置(4),并用200mm长的长方形钢制量块测量两块所述标定板(1)两端的内侧距离,使所述标定板(1)两端的内侧距离均等于200mm;所述标定环(3)中的大环的上下端面互相平行,所述标定板(1)的内侧面与所述标定环(3)的上端面垂直;

(2)将所述标定装置(4)放置于火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统的测量装置工作台(5)上,并使所述标定环(3)中大环的下端面紧贴所述测量装置工作台(5)台面,所述标定环(3)中的下凸圆台与所述测量装置工作台(5)的止口对中;

(3)升降机构(8)工作,升起激光器(6),打开所述激光器(6),通过旋转机构(7)的微调,转动所述激光器(6)使激光线垂直于位于左侧的所述标定板(1)的内侧表面;在所述旋转机构(7)的微调过程中,所述激光器(6)的测距值不断变化并被显示出来,当所述激光器(6)的测距值显示为最小值时,即认为激光线垂直于位于左侧的所述标定板(1)的内侧表面,记录此时所述激光器(6)的测距值l1;

(4)以激光器(6)的旋转中心O为原点,以垂直于所述标定板(1)内侧表面的方向为x轴,建立平面直角坐标系;

(5)所述旋转机构(7)工作,使所述激光器(6)旋转180°,测出激光发出点到位于右侧的所述标定板(1)的内侧表面的距离l3,有方程:

2a·cosα+l1+l3=L  (1)式(1)中:a为激光发出点到所述激光器(6)旋转中心O的距离,α为激光线与激光发出点到所述激光器(6)旋转中心O连线的夹角,L为两块结构相同的所述标定板(1)之间的距离,为200mm,由式(1)能够得到所述激光器(6)位置的标定值:(6)取走所述标定装置(4),升降机构(8)工作,降下所述激光器(6)至所述测量装置工作台(5)台面以下,将被测火车车轮(10)吊上所述测量装置工作台(5)上,由所述测量装置工作台(5)上四个90°均布的限位块使所述被测火车车轮(10)放在所述测量装置工作台(5)的正中;所述升降机构(8)工作使所述激光器(6)上升到所述被测火车车轮(10)内孔高度的设定位置处,每旋转90°测一次激光发出点到所述被测火车车轮(10)的内孔壁的距离,分别为l01、l02、l03、l04;

(7)以所述激光器(6)旋转中心O为原点,平行于激光线为x轴,建立平面直角坐标系,所述被测火车车轮(10)的轮毂内孔半径R与l01、l02、l03、l04之间有以下关系式:(-l01-acosα-x0)2+(asinα-y0)2=R2  (3)(asinα-x0)2+(l02+acosα-y0)2=R2  (4)(l03+acosα-x0)2+(-asinα-y0)2=R2  (5)(-asinα-x0)2+(-l04-acosα-y0)2=R2  (6)式中:x0、y0为所述被测火车车轮(10)中心O′的坐标值,为简化计算表达,令:

C1=-l01-acosα,

C2=l02+acosα,

C3=l03+acosα,

C4=-l04-acosα,

T=asinα,

用上述参数简化公式(3)、(4)、(5)、(6)分别得到:(C1-x0)2+(T-y0)2=R2  (7)

2 2 2

(T-x0) +(C2-y0) =R  (8)(C3-x0)+(-T-y0)2=R2  (9)(-T-x0)2+(C4-y0)2=R2  (10)式(7)至式(10)中共有四个未知数x0、y0、T、R,可联立求解,式(7)减去式(8)得:

2 2

C1-C2-2x0(C1-T)-2y0(T-C2)=0  (11)式(7)减去式(9)得:

C12-C32-2x0(C1-C3)-4Ty0=0  (12)式(8)减去式(10)得:

2 2

C2-C4-2y0(C2-C4)-4Tx0=0  (13)式(9)减去式(10)得:

C32-C42-2x0(C3+T)+2y0(T+C4)=0  (14)将公式(11)与公式(14)相加得:

C12+C32-C22-C42-2x0(C1+C3)+2y0(C2+C4)=0  (15)由公式(15)得:

为简化计算表达,令:

k1=C12+C32-C22-C42,k2=2(C1+C3),

k3=2(C2+C4),

则(16)式可表达为:

将公式(12)、(13)、(17)联立可得:为简化计算表达,令:

则公式(18)变为:

解公式(19)得到:

由上式可知y0存在两个值,分别令其为y01、y02,将y01、y02分别代入公式(17)中分别可求出对应x01、x02,再将(x01、y01)和(x02、y02)分别代入到公式(12)中,能够得到T值分别为:将T1、T2进行比较,将两者中绝对值小的T值和其对应的x0、y0的值代入到公式(7)中能够得到所述被测火车车轮(10)的直径D为:完成火车车轮轮毂内孔直径激光测量传感器位置的标定,并求解出被测火车车轮内孔直径D。