[发明专利]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

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)

(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)中共有四个未知数x₀、y₀、T、R，可联立求解，式(7)减去式(8)得：

C₁²-C₂²-2x₀(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：

C₂²-C₄²-2y₀(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。