[發明專利]一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統及方法

有效

• 申請號: 201910571213.2
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110422202B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 黃雷;李青;陳寧;戰一欣;李棟
• 申請（專利權）人: 吉林省計量科學研究院
• 主分類號: B61K9/12
• 分類號: B61K9/12;G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發明涉及一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統及方法，屬于機械測量領域，我國在二維大跨距輪對自動化檢測領域已經有過應用案例，但均沒有較為理想的測量設備。因此，提出一種火車輪對檢測裝置的高精度二維軸及其動態精度補償系統。系統結構采用特殊設計的高精度、高穩定性的大理石結構，二維軸系導軌采用直線電機，利用激光干涉儀結合有限元分析，對系統橫梁撓度進行高精度測量和二維數學模型的建立，通過對兩次單方向位移精度進行補償和調整，對數學模型的初始狀態進行賦值，然后，利用動態補償技術，對運動狀態下的裝置橫梁進行動態實時撓度補償，從而實現3米測量范圍內，定位精度可達5μm的高精度、大跨距二維聯動測量。

技術領域

本發明涉及一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統及方法，屬于一種機車輪對幾何參數檢測裝置的二維軸聯動定位誤差補償及大跨距橫梁撓曲度變形的動態補償技術。

背景技術

機車輪對參數自動檢測的研究，在提升列車產品質量和安全性方面的關鍵作用已經越來越受到重視。從國際方面來看，日本、美國、英國和法國等在輪對自動檢測方面進行了大量的研究，并研制出各種類型的檢測裝置，在鐵路交通部門得到了廣泛的應用，產生了可觀的經濟和社會效益。我國在輪對自動化檢測領域已經有過應用案例，但由于受到多種因素制約，均沒有較為理想的測量設備。其中一個重要原因是由于輪對自身跨度較寬，而且其尺寸范圍變化較大，因此，對輪對測量設備的尺寸(有效行程3米左右)和精度要求均較高。尤其對于檢測輪軸的二維大跨距設備，不僅對于單、雙軸各自精度有較高要求，其自身的撓度變形量也較大，導致在二維雙軸精度較高的情況下，測量結果仍然出現較大的偏差(個別偏差在毫米級別)。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統及方法，具有高精度、大量程二維軸及其定位精度和橫梁撓度補償功能，采用大理石和直線電機相結合形式，利用激光干涉儀提供高精度補償數據，通過光柵尺、位移控制系統和軟件補償系統對機車輪對檢測設備的二維軸進行實時動態補償。

本發明提供的技術方案如下：一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統，結構采用特殊設計的高精度、高穩定性的大理石結構，二維軸系導軌采用直線電機，利用激光干涉儀結合有限元分析結果對系統橫梁撓度進行高精度測量和二維數學模型的建立，通過對兩次單方向位移精度進行補償和調整，對數學模型的初始狀態進行賦值；然后，利用動態規劃最優補償算法技術，對運動狀態下的裝置橫梁進行動態實時補償。

本發明的一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統，包括：大理石水平橫梁1，坦克鏈拖動帶2，配有光柵尺的直線電機3，支撐柱4，X軸5，配有光柵尺的Z軸6，激光干涉儀7，用于裝夾高精度位移傳感器的Z軸裝夾板8，位移閉環控制系統9，工控機10；

大理石水平橫梁1作為主橫梁，經過有限元分析后設計出尺寸模型，經過研磨加工后，實現2μm高精度平面度和2μm直線度指標；

坦克鏈拖動帶2，與大理石水平橫梁1通過連接器連接，起到保護系統線纜和實現跟隨系統移動的作用；

直線電機3，作為運動部件載體，和大理石水平橫梁1通過精密裝調配合，實現X軸的±5μm定位精度；

支撐柱4，采用符合力學原理的鑄鐵結構，與大理石水平橫梁1連接，支撐大理石水平橫梁1；

X軸5，由大理石水平橫梁1、坦克鏈拖動帶2和直線電機3三者組成，實現(0～3000)mm水平位移定位功能；

配有光柵尺的Z軸6，通過與X軸5連接，實現(0～700)mm垂直位移定位功能；

激光干涉儀7，測量水平X軸5和垂直軸Z軸6的定位誤差，計算出位移補償值，并將補償值輸入到位移閉環控制系統9中，同時分別測量水平X軸5和垂直Z軸6的水平直線度和垂直直線度，通過綜合上述兩軸的定位精度和幾何位置精度，繪制水平X軸5和垂直軸Z軸6和附加幾何誤差的三維補償表,并將補償值輸入到位移閉環控制系統9中；