[发明专利]尖轨爬行及密贴间隙测量设备标定装置及方法

权利要求书

1.一种尖轨爬行及密贴间隙测量设备标定装置，其特征在于，所述的标定装置包括可产生正交运动的滑台(5)、上滑台底板(2)、下滑台底板(3)、两个光栅尺、位移输出杆固定板(10)和U形固定环(14)；

所述的测量设备包括动作引导杆(7)以及布置于密封箱(1)中的转台(16)、直线位移传感器(18)、磁性块(20)、传感器固定板(17)、角度位移传感器(21)和数据采集处理单元(19)；所述的转台(16)位于密封箱(1)的底板上，所述的角度位移传感器(21)安装在转台(16)上，测量转台(16)的旋转角度；所述的数据采集处理单元(19)用于采集直线位移传感器(18)和角度位移传感器(21)的测量数据；所述的传感器固定板(17)为直角板形式，水平板固定在转台(16)的平台上，竖直板用来固定直线位移传感器(18)；直线位移传感器(18)使用磁致伸缩的原理制成，其滑轨中心高度与动作引导杆(7)轴线等高，与直线位移传感器(18)配套的磁性块(20)固定在动作引导杆(7)上，当动作引导杆(7)产生直线运动时磁性块(20)上的凹槽会在直线位移传感器(18)的滑轨上无接触滑动；动作引导杆(7)的一端穿过转台(16)的圆弧形板上的滑动轴承孔，起到导向和支撑的作用；位移输出杆(13)的一端与尖轨(12)固定连接，用于输出尖轨(12)的位移；位移输出杆(13)的另一端上固定有转轴(9)，位移输出杆(13)轴线经过转轴(9)的轴心；动作引导杆(7)的另一端与L型转接头(8)的长边固定，转接头(8)短边一侧开有轴孔，用于套在转轴(9)上，尖轨(12)移动时转接头(8)可绕转轴(9)旋转，通过转接头(8)将动作引导杆(7)与位移输出杆(13)连接，以测量尖轨(12)的位移，且转接头(8)的形状使动作引导杆(7)端部与转轴(9)的轴心具有偏移量；动作引导杆(7)与转接头(8)设有橡胶垫块(22)以消除加工面平面度误差而产生的连接间隙；当尖轨(12)出现爬行和密贴现象时，通过动作引导杆(7)将两个方向的直线位移转换成转台(16)的旋转运动和磁性块(20)的直线运动，引起角度位移传感器(21)和直线位移传感器(18)的示数变化，并将数据传输至数据采集处理单元(19)中；

所述的标定装置通过下滑台底板(3)下表面上的磁铁(15)吸附到密封箱(1)的上表面；所述的滑台(5)包括两个滑板和两条滑轨，滑轨固定在滑板的底部，两个滑板交叉布置，使滑台(5)可产生正交运动；所述的滑台(5)的两条滑轨分别固定于上滑台底板(2)的下表面和下滑台底板(3)上表面，可使上滑台底板(2)产生爬行方向和密贴方向的直线运动；所述的光栅尺包括标尺光栅(6)和光栅读数头(4)，两个标尺光栅(6)分别固定在上滑台底板(2)和下滑台底板(3)上，两个光栅读数头(4)分别固定在滑台(5)的两个滑板上，滑台(5)移动时使每个光栅尺的两部分结构标尺光栅(6)和光栅读数头(4)产生相对位移，光栅读数头(4)上连接的数据线将数据传输至外部数显表上用于读数；所述的位移输出杆固定板(10)由两块直板和一块角板焊接而成，通过螺栓固定在上滑台底板(2)下表面的一端；U形固定环(14)上附有螺纹，通过螺母将位移输出杆(13)端部的接头固定在位移输出杆固定板(10)上；标定过程中使用自身的两个光栅尺以及测量设备中的直线位移传感器(18)和角度位移传感器(21)进行数据采集。

2.一种尖轨爬行及密贴间隙测量设备标定方法，采用权利要求1所述的标定装置，其特征在于，具体步骤如下：

(1)初始时尖轨(12)和基本轨(11)处于最大间距状态，各部分装置连接完成后，转辙机推动尖轨(12)朝着靠近基本轨(11)的方向移动，在中间标定位置停下；通过角度位移传感器(21)得到测量设备动作引导杆(7)的角度变化值Δθ₁，通过直线位移传感器(18)得到动作引导杆(7)沿轴线方向的移动距离Δl₁，通过外接数显表读出滑台(5)沿爬行方向的位移s₁和沿密贴方向的位移t₁；

(2)转辙机推动尖轨(12)继续朝着靠近基本轨(11)的方向移动到终点标定位置，通过角度位移传感器(21)得到动作引导杆(7)的角度变化值Δθ₂，通过直线位移传感器(18)得到动作引导杆(7)沿轴线方向的移动距离Δl₂，通过外接数显表读出滑台(5)沿爬行方向的位移s₂和沿密贴方向的位移t₂；

(3)传感器数值和数显表读数分别通过数据线和上位机传入到数据采集处理单元(19)中，根据标定模型进行集中计算，得出初始安装状态下的理论杆长、安装角度和标定始末状态的偏角；最后通过数据采集处理单元(19)中的CAN通信模块将处理后得到的参数数据传输至远程上位机监控端，用于后续爬行和密贴间隙的测量；

所述标定模型基于余弦定理和搜索法构建，根据两个标定位置得到的位移数据，将式(2)和(3)式代入式(1)，建立一个只有动作引导杆(7)轴线与转轴(9)轴线之间的偏心距a作为未知参数的等式，将偏心距的设计值a₀作为初始值，通过搜索法不断优化，即可得到符合精度要求的偏心距的理论值a：

将转轴(9)的轴心与转台(6)的旋转中心之间的连线命名为理论摆杆，在得到偏心距的理论值a后，通过公式(4)和(5)分别求出初始安装位置和最终位置动作引导杆(7)与理论摆杆之间的偏角γ₀和γ₂；再通过式(6)得到初始理论杆长l₀′和最终位置杆长l₂′；最后通过式(7)得到理论摆杆的初始安装角度β：