[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

摘要

本发明公开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，属于测量技术领域。该标定方法应用于内孔直径尺寸的非接触式测量，本发明方法是在中国专利CN105758321A基础上，利用已知间距L的两块平行标定板和标定环构成标定装置，将标定装置放到测量装置的工作台面上，建立激光发出点到激光器旋转中心的距离a、激光线与激光发出点到激光器旋转中心连线的夹角α与间距L之间的关系，求出反应所述激光测量系统中激光器的位置参数acosα，进而与被测火车车轮位置关系建立方程组，求解出被测火车车轮内孔直径。本发明提供的标定方法简便易行，不要求激光器发出的激光线与激光发出点到激光器旋转中心的连线严格重合，保证了测量精度。

主权项

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。