一种车轴轴颈长度测量系统

摘要

本发明公开了一种车轴轴颈长度测量系统，包括：导轨，其与车轴的轴中心线平行设置；激光传感器，其可移动地设置在导轨上，用于在移动的情况下连续测量车轴表面不同位置至一参考线的间隔距离值；驱动机构，其在驱动激光传感器移动的过程中生成用于表示激光传感器的移动距离值的信号；以及数据处理模块，其规划一直角坐标系；数据处理模块根据移动距离值和初始横坐标计算出激光传感器在该直角坐标系内的横坐标，并根据间隔距离值的变化规律判断出轴颈的起始位置和终止位置的第一横坐标和第二横坐标，以第一横坐标和第二横坐标之间的距离值为轴颈的长度。本发明采用非接触式测量，减少了接触式测量中人为误差和随机性，提高了工作效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种车轴检测系统，尤其涉及一种车轴轴颈长度测量系统。

背景技术

轴颈长度是车轴要测量的重要参数之一。以往的测量方法有采用JJG 30-2002《通用卡尺检定规程》规定的深度游标卡尺进行接触式测量，这是手 动接触测量方式。随着工业自动化的发展，车轴尺寸自动测量机广泛地应用 于车轴尺寸测量。目前车轴尺寸自动测量机中，经常采用的方式是制作与车 轴轴肩形状相仿的接触块或者针式接触件，配合磁栅尺、光栅尺等各种位移 计，使用气缸驱动接触部件与车轴轴肩接触，以检测轴颈长度。在这种方法 中，接触部件会有不同程度的磨损，被接触的车轴表面也需要进行保护，接 触部位的贴合程度和测量位置重合性差，测量的重复精度和测量精度不高。 当车轴轴颈的前后肩都有圆弧面时，接触部件更不易贴靠至圆弧面，也导致 容易出现误差。

车轮组装时，轮位差是关键参数之一，也是保证转向架性能的关键点。 轮位差是轴肩至车轮内侧面的距离之差。轮位差的测量是以轴肩为基准，轴 颈长度测量的数据可以为轮位差测量提供依据，因此，本发明作为准确测量 轴颈长度的系统，还可以为轮位差测量提供准确的基准点，是一项重要的工 作。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种非接触式、精度高的、测量过程 简单有效的车轴轴颈长度测量系统。

本发明提供的技术方案为：

一种车轴轴颈长度测量系统，包括：

导轨，其与所述车轴的轴中心线平行设置；

激光传感器，其可移动地设置在所述导轨上，用于在移动的情况下连续 测量所述车轴表面不同位置至一参考线的间隔距离值，所述参考线平行于所 述轴中心线；

驱动机构，其连接至所述激光传感器，驱动所述激光传感器移动，并且 在驱动所述激光传感器移动的过程中生成用于表示所述激光传感器的移动距 离值的信号；以及

数据处理模块，其连接至所述驱动机构和所述激光传感器，所述数据处 理模块规划一直角坐标系；

在所述激光传感器移动之前，所述数据处理模块为所述激光传感器定义 一初始横坐标；所述数据处理模块根据移动距离值和初始横坐标计算出所述 激光传感器在该直角坐标系内的横坐标，并根据间隔距离值的变化规律判断 出轴颈的起始位置和终止位置在该直角坐标系中对应的第一横坐标和第二横 坐标，以第一横坐标和第二横坐标之间的距离值为轴颈的长度，其中，间隔 距离值的变化规律为：第一个间隔距离值对应于轴颈的起始位置，在第一个 间隔距离值之后，出现若干个连续的间隔距离值基本保持不变，之后又出现 一个比之前的所有间隔距离值小的间隔距离值，且该间隔距离值与之后的若 干个连续的间隔距离值又基本保持不变，则该间隔距离值对应于轴颈的终止 位置。

优选的是，所述的车轴轴颈长度测量系统中，所述驱动机构为伺服电机， 所述信号为所述伺服电机的编码器所产生的脉冲信号。

优选的是，所述的车轴轴颈长度测量系统中，所述驱动机构通过滚珠丝 杠传动机构连接至所述激光传感器，其中，所述滚珠丝杠传动机构的丝杠平 行于所述轴中心线设置。

优选的是，所述的车轴轴颈长度测量系统，

所述激光传感器在各采样时间点测量出一个间隔距离值；

在所述驱动机构驱动所述激光传感器移动的过程中，所述信号是通过以 下方式表示出所述激光传感器的移动距离的：

每当所述编码器在一特定时间周期T内产生一特定数量的脉冲信号，所 述伺服电机在该特定时间周期内转一圈，则所述激光传感器在该特定时间周 期内的移动距离为所述丝杠的一个导程D，则所述激光传感器的移动速度V 为V＝D/T，所述激光传感器在第n个采样时间点时的移动距离为S＝V·n·t， 其中，t为采样周期。

优选的是，所述的车轴轴颈长度测量系统中，所述数据处理模块还进行 以下操作：在该直角坐标系中，以激光传感器的横坐标作为一个采样点的横 坐标，通过参考线的纵坐标和间隔距离值计算一个采样点的纵坐标；将所有 的采样点拟合成一条曲线。

优选的是，所述的车轴轴颈长度测量系统中，所述导轨固定于所述机架 上。

优选的是，所述的车轴轴颈长度测量系统中，所述激光传感器的测量数 据通过PCI1710模拟信号采集卡采集，再发送给所述数据处理模块；所述编 码器的脉冲信号通过PCI1784脉冲采集卡采集，再发送至所述数据处理模块。

优选的是，所述的车轴轴颈长度测量系统中，所述激光传感器所发出的 激光的传输方向垂直于所述轴中心线。

本发明所述的车轴轴颈长度测量系统工作时，激光传感器沿着平行于车 轴轴中心线的方向移动，在移动过程中连续测量车轴表面不同位置至一参考 线的间隔距离值，数据处理模块规划一个直角坐标系，并根据间隔距离值的 变化规律判断出轴颈的起始位置和终止位置在直角坐标系内的第一横坐标和 第二横坐标，则第一横坐标和第二横坐标之间的距离即为轴颈的长度。本发 明采用非接触式测量，不管车轴表面存在磨损、轴颈的端面为垂直端面或圆 弧形端面，均可以获得精确地测量结果，减少了接触式测量中人为误差和随 机性，避免对车轴表面的磨损，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明所述的车轴轴颈长度测量系统的一个实施例的结构示意 图；

图2为本发明所述的车轴轴颈长度测量系统的测量原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照 说明书文字能够据以实施。

如图1和图2所示，本发明提供一种车轴轴颈长度测量系统，包括：导 轨4，其与所述车轴7的轴中心线平行设置；激光传感器2，其可移动地设置 在所述导轨4上，用于在移动的情况下连续测量所述车轴7表面不同位置至 一参考线的间隔距离值，所述参考线平行于所述轴中心线；驱动机构1，其 连接至所述激光传感器2，驱动所述激光传感器2移动，并且在驱动所述激 光传感器2移动的过程中生成用于表示所述激光传感器的移动距离值的信 号；以及数据处理模块，其连接至所述驱动机构和所述激光传感器，所述数 据处理模块规划一直角坐标系；在所述激光传感器移动之前，所述数据处理 模块为所述激光传感器定义一初始横坐标；所述数据处理模块根据移动距离 值和初始横坐标计算出所述激光传感器在该直角坐标系内的横坐标，并根据 间隔距离值的变化规律判断出轴颈的起始位置X1和终止位置X2在该直角坐 标系中对应的第一横坐标和第二横坐标，以第一横坐标和第二横坐标之间的 距离值为轴颈的长度，其中，间隔距离值的变化规律为：第一个间隔距离值 对应于轴颈的起始位置，在第一个间隔距离值之后，出现若干个连续的间隔 距离值基本保持不变，之后又出现一个比之前的所有间隔距离值小的间隔距 离值，且该间隔距离值与之后的若干个连续的间隔距离值又基本保持不变， 则该间隔距离值对应于轴颈的终止位置。

本发明使用激光传感器进行测量，实现了对车轴轴颈的非接触式测量， 测量工具不再与车轴轴颈接触，既不对测量工具造成磨损，也不会对车轴表 面造成磨损，测量结果重复性好。而且，激光传感器不需要与车轴接触，不 管轴颈的前后端面是直端面，还是圆弧形过渡面，都不会影响测量的精度。

请看图2，激光传感器2在驱动机构1的驱动下沿着平行于车轴7轴中 心线的方向移动，从而实现对车轴7表面不同位置至同一参考线的间隔距离 值的测量。上述参考线可以是由激光传感器自身工作性质决定的，也可以人 为在激光传感器的芯片内设定的；参考线的作用在于，为测量间隔距离值提 供一个基准，从而得出间隔距离值的变化规律。间隔距离值的变化规律是由 车轴以及轴颈的形状决定的。具体来说，轴颈6位于车轴7的一端，轴颈6 的起始位置与车轴的轴端是重合的，从车轴的轴端开始，激光传感器开始测 量出间隔距离值，即第一个间隔距离值对应的就是轴颈的起始位置X1；之后 所测得的多个间隔距离值应该是基本保持不变的(由于车轴的表面不是完全 光滑的，可能在一个非常窄的区间内波动，即允许有误差的存在，如20.00、 20.10、20.05)；当出现了一个明显减小的间隔距离值时(比如数值减小为16 或15，其变化幅度远远大于误差)，说明到达了轴肩的起始位置，由于图1 中轴肩为一个弧面，从轴肩起始位置开始的连续的多个间隔距离值是逐渐减 小的；一直到出现了一个间隔距离值，该值后面的多个连续的间隔距离值再 次保持不变(此处保持不变的含义仍然是，允许在一个非常窄的区间内波动， 即允许误差的存在)，则说明弧面结束了，与弧面衔接的又是一段圆柱形面， 即轴颈部分结束了，则这个间隔距离值对应的就是轴颈的终止位置X2。

另一种情况时，轴肩为一个垂直于轴中心线的端面，轴肩的前侧衔接的 是一个圆柱形面，轴肩的后侧也衔接一个圆柱形面，这样，只要出现了一个 明显减小的间隔距离值，就可以认为是轴颈部分结束了。该明显减小的间隔 距离值对应的就是轴颈的终止位置。

此外，也存在轴颈的前端具有弧面的情形，运用本发明的方法仍然可以 实现对轴颈的起始位置和终止位置的准确判断。在这种情况下，间隔距离值 的变化规律略有改变。第一个间隔距离值仍然认为是轴颈的起始位置，从第 一个间隔距离值开始，会有若干个连续的间隔距离值逐渐减小，之后又有多 个间隔距离值基本保持不变，再之后当出现了一个减小的间隔距离值，该间 隔距离值与其后的多个间隔距离值又基本保持不变，则判断该间隔距离值为 轴颈的终止位置。

由于激光传感器是一边移动一边测量的，因此，获得每个间隔距离值时 激光传感器在直角坐标系中的横坐标也是确定的。移动过程中横坐标可以通 过激光传感器从测量开始所发生的移动距离结合激光传感器的初始横坐标计 算得出，如初始横坐标为0，则移动过程中，横坐标的数值就是激光传感器 所发生的移动距离值。本发明中，激光传感器的移动距离值不借助任何额外 的测量设备得出，而是通过对驱动机构工作时所形成的信号进行分析判断得 出。本发明有利于简化设备的结构。

即经过上述过程，每个间隔距离值对应的横坐标也就确定了。对应轴颈 的起始位置的第一横坐标和对应于终止位置的第二横坐标之间的距离即轴颈 的长度。

导轨的作用在于限制激光传感器的移动路径，使激光传感器始终沿着平 行于轴中心线的方向移动。如图1所示，激光传感器2可以与导轨4的距离 较近，将导轨的下表面的一条平行于轴中心线的直线视为参考线。但激光传 感器也可以设置在距离导轨较远的位置。

在一个实施例中，所述的车轴轴颈长度测量系统中，所述驱动机构1为 伺服电机，所述信号为所述伺服电机的编码器所产生的脉冲信号。由于编码 器监控伺服电机的运行情况，本发明从脉冲信号中判断出被驱动部件——激 光传感器的移动距离。

在一个实施例中，所述的车轴轴颈长度测量系统中，所述驱动机构1通 过滚珠丝杠传动机构连接至所述激光传感器，其中，所述滚珠丝杠传动机构 的丝杠3平行于所述轴中心线设置。

在一个实施例中，所述的车轴轴颈长度测量系统，所述激光传感器在各 采样时间点测量出一个间隔距离值；在所述驱动机构驱动所述激光传感器移 动的过程中，所述信号是通过以下方式表示出所述激光传感器的移动距离的： 每当所述编码器在一特定时间周期T内产生一特定数量的脉冲信号，所述伺 服电机在该特定时间周期内转一圈，则所述激光传感器在该特定时间周期内 的移动距离为所述丝杠的一个导程D，则所述激光传感器的移动速度V为 V＝D/T，所述激光传感器在第n个采样时间点时的移动距离为S＝V·n·t， 其中，t为采样周期。

举例来说，激光传感器的采样周期可以是200μs、500μs、1ms或2ms， 编码器的脉冲数为2500p/r以上，滚珠丝杠的导程10mm。如果激光传感器每 秒的运行距离为100mm(即电机每秒转10圈，其中，电机每转1圈激光传 感器沿丝杠行进一个导程的距离)，当激光传感器取样周期设置为2ms时，在 直角坐标系中，对于X方向100mm均分到500(1S/2mS＝500)个细分中， 则1mm的X坐标长度均分5个数据，测量的轴颈长度细分可达到0.2mm (1mm/5＝0.2mm)。假设激光传感器的初始横坐标为0，激光传感器的横坐标 依次为0.2mm、0.4mm、0.6mm···。若激光传感器取样周期设置为500um时， 则测量的轴颈长度细分可达到0.05mm。

在一个实施例中，为了更直观地观察车轴轴颈，所述的车轴轴颈长度测 量系统中，所述数据处理模块还进行以下操作：在该直角坐标系中，以激光 传感器的横坐标作为一个采样点的横坐标，通过参考线的纵坐标和间隔距离 值计算一个采样点的纵坐标；将所有的采样点拟合成一条曲线。本发明实际 通过激光传感器采集到若干的采样点，这些采样点经拟合可形成用于表示车 轴，尤其是轴颈部分的形状的曲线。在某些情况下，数据处理模块无法确定 轴颈的起始位置或终止位置，或者几次重复测量得出的轴颈长度误差较大， 此时，可将各次测量的数据绘制成曲线，然后人工检查数据处理模块在曲线 上找到的起始位置和终止位置是否正确。

在一个实施例中，所述的车轴轴颈长度测量系统中，所述导轨4固定于 所述机架5上。

在一个实施例中，所述的车轴轴颈长度测量系统中，所述激光传感器的 测量数据通过PCI1710模拟信号采集卡采集，再发送给所述数据处理模块； 所述编码器的脉冲信号通过PCI1784脉冲采集卡采集，再发送至所述数据处 理模块。其中，所述数据处理模块可在工控机PC上实现，基于Windows平 台，采用C/S结构，使用C++开发，进行数据采集、数据分析、人机界面和 数据输出，数据采集用于输入来自采集卡的数据，数据分析用于分析检测数 据，计算出结果，人机界面用于人机交互，数据输出用于输出分析结果。

在一个实施例中，为了进一步提高测量的精度，提高数据分析的效率， 所述的车轴轴颈长度测量系统中，所述激光传感器所发出的激光的传输方向 垂直于所述轴中心线。当激光传感器所发出的激光的传输方向不与轴中心线 垂直时，其测到的间隔距离值就不是车轴表面到参考线的垂直距离，但间隔 距离值的变化规律仍然是存在的，因此，仍然可以判断出轴颈的起始位置和 终止位置，但该种情况下对起始位置和终止位置的判断准确度会受到一定程 度地影响。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方 式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领 域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范 围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图 例。