[發(fā)明專利]一種火車車輪輪轂內(nèi)孔直徑激光測量傳感器位置的標定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710370979.5
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107014302B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設計）人: 王全先;郭健;梅振;龔小俊
• 申請（專利權）人: 安徽工業(yè)大學
• 主分類號: G01B11/12
• 分類號: G01B11/12
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 杜袁成

1.一種火車車輪輪轂內(nèi)孔直徑激光測量傳感器位置的標定方法，其特征在于該標定方法的具體步驟如下：

(1)將兩塊結構相同的標定板(1)通過螺栓組(2)平行固定于標定環(huán)(3)上表面構成標定裝置(4)，并用200mm長的長方形鋼制量塊測量兩塊所述標定板(1)兩端的內(nèi)側距離，使所述標定板(1)兩端的內(nèi)側距離均等于200mm；所述標定環(huán)(3)中的大環(huán)的上下端面互相平行，所述標定板(1)的內(nèi)側面與所述標定環(huán)(3)的上端面垂直；

(2)將所述標定裝置(4)放置于火車車輪輪轂內(nèi)孔直徑激光測量系統(tǒng)的測量裝置工作臺(5)上，并使所述標定環(huán)(3)中大環(huán)的下端面緊貼所述測量裝置工作臺(5)臺面，所述標定環(huán)(3)中的下凸圓臺與所述測量裝置工作臺(5)的止口對中；

(3)升降機構(8)工作，升起激光器(6)，打開所述激光器(6)，通過旋轉(zhuǎn)機構(7)的微調(diào)，轉(zhuǎn)動所述激光器(6)使激光線垂直于位于左側的所述標定板(1)的內(nèi)側表面；在所述旋轉(zhuǎn)機構(7)的微調(diào)過程中，所述激光器(6)的測距值不斷變化并被顯示出來，當所述激光器(6)的測距值顯示為最小值時，即認為激光線垂直于位于左側的所述標定板(1)的內(nèi)側表面，記錄此時所述激光器(6)的測距值l₁；

(4)以激光器(6)的旋轉(zhuǎn)中心O為原點，以垂直于所述標定板(1)內(nèi)側表面的方向為x軸，建立平面直角坐標系；

(5)所述旋轉(zhuǎn)機構(7)工作，使所述激光器(6)旋轉(zhuǎn)180°，測出激光發(fā)出點到位于右側的所述標定板(1)的內(nèi)側表面的距離l₃，有方程：

2a·cosα+l₁+l₃＝L(1)

式(1)中：a為激光發(fā)出點到所述激光器(6)旋轉(zhuǎn)中心O的距離，

α為激光線與激光發(fā)出點到所述激光器(6)旋轉(zhuǎn)中心O連線的夾角，

L為兩塊結構相同的所述標定板(1)之間的距離，為200mm，

由式(1)能夠得到所述激光器(6)位置的標定值：

(6)取走所述標定裝置(4)，升降機構(8)工作，降下所述激光器(6)至所述測量裝置工作臺(5)臺面以下，將被測火車車輪(10)吊上所述測量裝置工作臺(5)上，由所述測量裝置工作臺(5)上四個90°均布的限位塊使所述被測火車車輪(10)放在所述測量裝置工作臺(5)的正中；所述升降機構(8)工作使所述激光器(6)上升到所述被測火車車輪(10)內(nèi)孔高度的設定位置處，每旋轉(zhuǎn)90°測一次激光發(fā)出點到所述被測火車車輪(10)的內(nèi)孔壁的距離，分別為l₀₁、l₀₂、l₀₃、l₀₄；

(7)以所述激光器(6)旋轉(zhuǎn)中心O為原點，平行于激光線為x軸，建立平面直角坐標系，所述被測火車車輪(10)的輪轂內(nèi)孔半徑R與l₀₁、l₀₂、l₀₃、l₀₄之間有以下關系式：

(-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為所述被測火車車輪(10)中心O′的坐標值，

為簡化計算表達，令：

C₁＝-l₀₁-acosα，

C₂＝l₀₂+acosα，

C₃＝l₀₃+acosα，

C₄＝-l₀₄-acosα，

T＝asinα，

用上述參數(shù)簡化公式(3)、(4)、(5)、(6)分別得到：

(C₁-x₀)²+(T-y₀)²＝R²(7)

(T-x₀)²+(C₂-y₀)²＝R²(8)

(C₃-x₀)+(-T-y₀)²＝R²(9)

(-T-x₀)²+(C₄-y₀)²＝R²(10)

式(7)至式(10)中共有四個未知數(shù)x₀、y₀、T、R，可聯(lián)立求解，式(7)減去式(8)得：

C₁²-C₂²-2x₀(C₁-T)-2y₀(T-C₂)＝0(11)

式(7)減去式(9)得：

C₁²-C₃²-2x₀(C₁-C₃)-4Ty₀＝0(12)

式(8)減去式(10)得：

C₂²-C₄²-2y₀(C₂-C₄)-4Tx₀＝0(13)

式(9)減去式(10)得：

C₃²-C₄²-2x₀(C₃+T)+2y₀(T+C₄)＝0(14)

將公式(11)與公式(14)相加得：

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

由公式(15)得：

為簡化計算表達，令：

k₁＝C₁²+C₃²-C₂²-C₄²，

k₂＝2(C₁+C₃)，

k₃＝2(C₂+C₄)，

則(16)式可表達為：

將公式(12)、(13)、(17)聯(lián)立可得：

為簡化計算表達，令：

則公式(18)變?yōu)椋?/p>

解公式(19)得到：

由上式可知y₀存在兩個值，分別令其為y₀₁、y₀₂，將y₀₁、y₀₂分別代入公式(17)中分別可求出對應x₀₁、x₀₂，再將(x₀₁、y₀₁)和(x₀₂、y₀₂)分別代入到公式(12)中，能夠得到T值分別為：

將T₁、T₂進行比較，將兩者中絕對值小的T值和其對應的x₀、y₀的值代入到公式(7)中能夠得到所述被測火車車輪(10)的直徑D為：

完成火車車輪輪轂內(nèi)孔直徑激光測量傳感器位置的標定，并求解出被測火車車輪內(nèi)孔直徑D。