[发明专利]传感器圆弧垂直安装的有轨电车轮径在线检测装置及方法

摘要

本发明公开了一种传感器圆弧垂直安装的有轨电车轮径在线检测装置及方法。该装置包括槽型钢轨、处理中心和多个激光位移传感器，其中激光位移传感器与处理中心连接，槽型钢轨为只保留凹槽部分的钢轨；在槽型钢轨外侧依次安放激光位移传感器，感测头均匀排列在车轮下方的圆弧线上，沿着槽型钢轨向上测量，探测光束同时到达车轮且与车轮共面。方法为：激光位移传感器探测车轮得到测量点，进行数据融合，用最小二乘拟合法得到多组车轮的初始拟合圆的直径与圆心，然后设计遗传优化算法，将测量点到拟合圆的距离的和最小作为进化目标，进化得出最优拟合圆的直径和圆心，最终得到优化后的车轮直径。本发明速度快、精度高、测量范围大、非接触式测量、抗干扰性强。

主权项

1.一种传感器圆弧垂直安装的有轨电车轮径在线检测方法，其特征在于，包括槽型钢轨、处理中心和多个激光位移传感器，其中：激光位移传感器与处理中心连接；槽型钢轨为只保留凹槽部分的钢轨；槽型钢轨外侧顺次设置多个激光位移传感器；各激光位移传感器的感测头沿槽型钢轨方向均匀排列在车轮下方的圆弧线上，且均沿着槽型钢轨向上测量，探测光束同时入射至车轮边缘，且探测光束所形成的平面与轮径所在的圆周共面，具体步骤如下：步骤1，将激光位移传感器记为Qi，沿着钢轨方向i依次为1，2,3，…n，其中n为激光传感器的个数；步骤2，在进行直径测量的有轨电车车轮圆周所在平面上建立二维坐标系XOY：以最外侧激光位移传感器Q1为原点，沿钢轨方向为X轴，垂直于槽型钢轨向上为Y轴，则最外侧激光位移传感器的坐标为(0，0)，其他激光位移传感器的坐标为(Xi,Yi)，激光位移传感器感测头相对于X轴安装倾角为90°，激光位移传感器位置坐标为：其中，其中，激光位移传感器的数量为n，且2≤n≤10；检测区间段的水平线长度为L，且n×50mm≤L≤1200mm；激光位移传感器安装在槽型钢轨外侧，并均匀排列在同一圆弧线上；激光位移传感器安装点距离槽型钢轨上沿平面的垂直距离为h，且160mm≤h≤290mm；激光位移传感器安装圆弧半径为R，且步骤3，为每个激光位移传感器Qi建立二维坐标系xioiyi，以经过各自激光位移传感器Qi感测头为原点，沿钢轨方向为x轴，垂直于槽型钢轨向上为y轴，此时激光位移传感器Qi建立二维坐标系xioiyi为激光位移传感器自身建立的坐标系；采集所有激光位移传感器的输出值，并选出同时有10个及以上激光位移传感器输出值的有效数据组(xij,yij)，(xij,yij)为第i个传感器Qi返回的第j个的有效值，在激光位移传感器Qi建立二维坐标系xioiyi下坐标；其中，i＝1,2…n，j＝1,2,…m，且m≥10；步骤4，数据融合：根据激光位移传感器Qi的测量点在各自二维坐标系xioiyi下坐标(xij,yij)、激光位移传感器Qi位置坐标值(Xi,0)，确定车轮上对应激光位移传感器Qi的测量点在融合坐标系XOY下坐标(Xij,Yij)：(Xij,Yij)＝(Xi,0)+(xij,yij)其中，i＝1,2…n，j＝1,2,…m且m≥10；步骤5，根据车轮上所有有效测量点坐标(Xij,Yij)，利用最小二乘法进行拟合圆，得到该测量位置的车轮初始直径D0和初始圆心坐标(Xa,Ya)；步骤6，将步骤5得到的车轮初始直径D0和初始圆心坐标(Xa,Ya)，在[Xa‑0.1,Xa+0.1]、[Ya‑0.1,Ya+0.1]范围中取w组组合值作为初始种群，以所有的有效测量点到拟合圆的距离和最小为进化目标，使用遗传优化算法，对初始的车轮轮径参数进行优化，得到优化后的最终轮径D1和圆心坐标(Xb,Yb)；步骤7，选取步骤3时刻t的前一刻和后一刻的探测数据，重复第3～6步，计算出两组轮径值D2、D3，将三组轮径求平均值，得到最终车轮的轮径Df：