基于激光位移傳感器的城市軌道交通車輛輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)系統(tǒng)*

李海玉 程曉卿 蘇釗頤 邢宗義 王曉浩 王 貴

(1.廣州地鐵集團(tuán)有限公司,510308,廣州; 2.北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,100044,北京//第一作者,高級(jí)工程師)

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基于激光位移傳感器的城市軌道交通車輛輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)系統(tǒng)*

李海玉1程曉卿2蘇釗頤1邢宗義2王曉浩2王 貴2

(1.廣州地鐵集團(tuán)有限公司,510308,廣州; 2.北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,100044,北京//第一作者,高級(jí)工程師)

車輪磨損是城市軌道交通日常運(yùn)營(yíng)的一大安全隱患。提出了一種基于2D激光位移傳感器的列車輪對(duì)尺寸在線測(cè)量的新方法,闡明了該測(cè)量方法的系統(tǒng)構(gòu)成及在線測(cè)量原理。系統(tǒng)由兩組激光位移傳感器和兩組激光對(duì)射開關(guān)組成,通過(guò)激光位移傳感器測(cè)量輪對(duì)外形輪廓線,然后根據(jù)踏面幾何關(guān)系得到輪緣高、輪緣厚尺寸值;提取同一車輪通過(guò)該在線測(cè)量系統(tǒng)時(shí)傳感器輸出的各時(shí)刻輪緣頂點(diǎn)坐標(biāo),經(jīng)時(shí)空還原將輪緣頂點(diǎn)變換到同一時(shí)刻的輪緣頂點(diǎn)圓上;通過(guò)最小二乘擬合圓得到車輪直徑?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明,該輪對(duì)尺寸在線測(cè)量系統(tǒng)能滿足輪對(duì)尺寸的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量要求,為輪對(duì)尺寸在線非接觸式測(cè)量提供了一種新的解決方案。

城市軌道交通車輛; 輪對(duì)尺寸; 激光位移傳感器; 在線測(cè)量

First-author′s address Guangzhou Metro Corporation,510308,Guangzhou,China

輪對(duì)作為地鐵車輛走行系的重要組成部件,承受來(lái)車輛的全部靜動(dòng)載荷,對(duì)列車運(yùn)行的安全性、舒適性起著關(guān)鍵作用[1]。及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)列車的輪對(duì)外形尺寸進(jìn)行檢測(cè),掌握輪對(duì)外形尺寸的變化情況,對(duì)避免列車故障的發(fā)生及提高輪對(duì)的使用壽命有著重要意義。

輪對(duì)尺寸檢測(cè)主要采用人工接觸式測(cè)量和在線非接觸式測(cè)量?jī)煞N方法[2]。隨著CCD(電荷耦合器件)技術(shù)和激光技術(shù)的發(fā)展[3-4],在線非接觸式測(cè)量已成為輪對(duì)尺寸測(cè)量技術(shù)的主流。文獻(xiàn)[5]提出采用基于CCD圖像測(cè)量技術(shù)的光截圖像測(cè)量方法。文獻(xiàn)[6]采用激光掃描儀和照相機(jī)構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量車輪輪廓磨損、表面缺陷及車輪不圓度檢測(cè)。文獻(xiàn)[7]提出采用兩個(gè)激光位移傳感器和一個(gè)渦流定位傳感器構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量車輪直徑。

本文提出了一種基于激光位移傳感器的輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng):首先采用兩支激光位移傳感器實(shí)現(xiàn)踏面輪廓線的繪制,并根據(jù)踏面幾何關(guān)系獲取輪緣高與輪緣厚的值;然后采用時(shí)空變換法將不同時(shí)刻的輪緣頂點(diǎn)坐標(biāo)等價(jià)為一組輪緣頂點(diǎn)圓上的點(diǎn);最后采用最小二乘擬合圓的方法求得車輪直徑。所提出的系統(tǒng)僅采用兩個(gè)激光位移傳感器等簡(jiǎn)單測(cè)量元件就可實(shí)現(xiàn)完整的輪對(duì)尺寸在線測(cè)量,具有成本低、操作簡(jiǎn)單、精度高、非接觸式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。

1 輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)系統(tǒng)的組成

1.1 輪對(duì)尺寸

車輛輪對(duì)是由兩個(gè)相同的車輪和一根車軸組成的整體。車輪滾壓在鋼軌上的接觸部分稱為踏面,車輪踏面內(nèi)側(cè)有一沿圓周突起的凸緣稱為輪緣,其輪廓線如圖1所示。距離內(nèi)側(cè)面70 mm處的踏面點(diǎn)稱為踏面基點(diǎn),將踏面基點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車輪直徑值定義為該車輪的直徑,將基點(diǎn)到輪緣最高點(diǎn)的高度差定義為輪緣高,將內(nèi)側(cè)面到比基點(diǎn)高出規(guī)定高度(一般為10 mm)所對(duì)應(yīng)橫向距離定義為輪緣厚[8]。城市軌道交通列車常采用840標(biāo)準(zhǔn)輪對(duì),其運(yùn)用輪徑一般在770 mm至840 mm之間,其運(yùn)用輪緣厚一般在26 mm至32 mm之間。

圖1 車輪輪廓線示意圖

輪緣高、輪緣厚和車輪直徑可以基本反映出一個(gè)車輪的磨耗情況,當(dāng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)輪對(duì)尺寸數(shù)值時(shí),證明車輪已經(jīng)磨損,需要整修或者更換[9]。為了及時(shí)掌握輪緣厚、輪緣高及輪徑等尺寸的變化情況,對(duì)車輪外形尺寸進(jìn)行精確檢測(cè)就顯得尤為必要。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)裝置包括兩組2D激光位移傳感器、激光對(duì)射開關(guān)、車號(hào)識(shí)別器、磁鋼、工控機(jī)等,其布局如圖2所示。

設(shè)t1時(shí)刻為橫坐標(biāo)原點(diǎn),即x1=0,則對(duì)n次采樣的橫坐標(biāo)進(jìn)行時(shí)空變換:

圖2 輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局

圖3 激光位移傳感器安裝示意圖

2 系統(tǒng)工作原理

2.1 系統(tǒng)工作流程

簡(jiǎn)單線性迭代聚類(Simple Linear Iterative Clustering，SLIC)是Achanta等人提出的一種思想簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便、在局部進(jìn)行比較計(jì)算的快速聚類算法。該方法首先將具有 RGB真彩圖像轉(zhuǎn)換到 CIELAB圖像空間中，再利用其顏色空間中的1個(gè)亮度分量(l)，2個(gè)顏色分量(a、b)，將3個(gè)分量以及坐標(biāo)軸x、y構(gòu)成一個(gè)五維空間[l,a,b,x,y]向量k-means聚類。算法步驟入下[8]：

十九大報(bào)告明確指出，推動(dòng)形成全面開放新格局，要以“一帶一路”建設(shè)為重點(diǎn)，賦予自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)更大改革自主權(quán)，探索建設(shè)自由貿(mào)易港。從總體上看，“一帶一路”倡議與自貿(mào)試驗(yàn)區(qū)建設(shè)互為補(bǔ)充，“一帶一路”建設(shè)的“五通”與自貿(mào)試驗(yàn)區(qū)的“四化”兩者高度契合，共同推動(dòng)形成全面開放新格局[注]張時(shí)立：《中國(guó)自貿(mào)區(qū)建設(shè)與“21 世紀(jì)海上絲綢之路”——以上海自貿(mào)區(qū)建設(shè)為例》，《社會(huì)科學(xué)研究》2016年第1期，第58頁(yè)。。

2.2 輪緣尺寸測(cè)量原理

經(jīng)過(guò)以上縱坐標(biāo)值的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和橫坐標(biāo)值的時(shí)空變換,可獲得在同一時(shí)空坐標(biāo)系下的n個(gè)輪緣頂點(diǎn)。

學(xué)習(xí)的最好刺激是對(duì)學(xué)習(xí)材料的興趣。多媒體集“聲、色、畫、樂(lè)”于一體，形象生動(dòng)地展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。課程改革要求英語(yǔ)教學(xué)從知識(shí)、技能、情感態(tài)度、文化意識(shí)及學(xué)習(xí)策略方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的綜合語(yǔ)用能力（程曉堂，2004）。要求教師充分利用多媒體提供豐富的材料，讓學(xué)生進(jìn)行有目的的閱讀實(shí)踐，加強(qiáng)對(duì)語(yǔ)言信息的理解，注重自主、探究、合作學(xué)習(xí)的意識(shí)培養(yǎng)，養(yǎng)成學(xué)習(xí)習(xí)慣，運(yùn)用學(xué)習(xí)策略。下面根據(jù)《英語(yǔ)課程標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求，以牛津高中英語(yǔ)模塊二第三單元Reading部分The Curse of Mummy為例，具體闡釋多媒體在英語(yǔ)閱讀課堂的運(yùn)用。

圖4 輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)系統(tǒng)流程圖

(1)

(2)

對(duì)軌道內(nèi)側(cè)激光位移傳感器輸出的二維坐標(biāo)值根據(jù)以下公式進(jìn)行坐標(biāo)變換:

(3)

(4)

(1)～(4)式中:

β1、β2——傳感器與縱向豎直線的夾角;

軌道內(nèi)側(cè)和外側(cè)兩支激光位移傳感器輸出數(shù)據(jù)坐標(biāo)變換后,再通過(guò)式(5)和式(6)的數(shù)據(jù)融合得到踏面數(shù)據(jù),如圖6所示。由圖6可見(jiàn),輪對(duì)踏面輪廓線是由離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)組成的。為了準(zhǔn)確地計(jì)算出輪緣高、輪緣厚等尺寸,采用曲線擬合的方法將這些離散的點(diǎn)擬合成一條連續(xù)的輪廓線[11],再根據(jù)踏面輪廓幾何關(guān)系算出每個(gè)時(shí)刻數(shù)據(jù)融合后的輪緣高及輪緣厚,結(jié)果如表1所示。針對(duì)輪緣高及輪緣厚,去掉6組數(shù)據(jù)中的最大值和最小值,對(duì)剩余的4組數(shù)據(jù)求取平均值作為最終計(jì)算值。

(5)

(6)

式中:

(p,q)——外側(cè)傳感器的原始坐標(biāo)原點(diǎn)在內(nèi)側(cè)傳感器變換后的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值;

2.3 直徑測(cè)量原理

在列車運(yùn)行過(guò)程中,當(dāng)車輪進(jìn)入激光位移傳感器有效探測(cè)區(qū)間時(shí),激光位移傳感器可在每次測(cè)量時(shí)輸出輪緣頂點(diǎn)的坐標(biāo)值,從而可以獲取一組輪緣頂點(diǎn)坐標(biāo);在列車運(yùn)行速度已知的情況下,可以將這一組坐標(biāo)值通過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)與時(shí)空變換,得到在同一時(shí)空坐標(biāo)系下的一組坐標(biāo)值;然后通過(guò)最小二乘法進(jìn)行輪緣直徑的擬合。

列車運(yùn)行速度由激光對(duì)射開關(guān)采樣計(jì)算:

v=L1/(T1-T2)

(7)

式中:

L1——兩激光對(duì)射開關(guān)的安裝距離;

食品級(jí)殼聚糖（脫乙酰度＞95.38%，粒度0.178 mm，黏度50 mPa.s）由濟(jì)南海得貝海洋生物工程有限公司提供?？寡趸把寮に貏┰噭┖匈?gòu)買于南京建成生物工程研究所。

T1、T2——車輪通過(guò)激光對(duì)射開關(guān)1、2時(shí)觸發(fā)開關(guān)信號(hào)的時(shí)刻。

由于激光對(duì)射開關(guān)與激光位移傳感器的距離L2小于100 mm,因此可以認(rèn)為激光對(duì)射開關(guān)計(jì)算得到的速度等于車輪通過(guò)激光位移傳感器有效探測(cè)區(qū)間的速度。圖5為有效區(qū)間的一組輪緣頂點(diǎn)示意圖。

目前各高校圖書館還不具備專業(yè)的布展設(shè)施，往往根據(jù)臨時(shí)的展覽活動(dòng)需求及展覽規(guī)模，在館內(nèi)現(xiàn)有空間內(nèi)因地制宜尋找相應(yīng)的展覽地點(diǎn)，并根據(jù)需要、展品珍貴程度、財(cái)力大小選擇租用陳列柜。但這在展覽的呈現(xiàn)效果及專業(yè)度上都顯得不足，展柜等配置不能與展品良好地匹配，無(wú)法營(yíng)造較為專業(yè)化的觀展體驗(yàn)。

圖5 有效區(qū)間的一組輪緣頂點(diǎn)示意圖

設(shè)在列車運(yùn)行過(guò)程中,激光位移傳感器針對(duì)同一車輪總計(jì)有效采樣n次,采樣時(shí)刻為t1,t2,…,tn,輪緣頂點(diǎn)位置為a1,a2,…,an,其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)分別為(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)。對(duì)n次采樣得到的縱坐標(biāo)值進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn):

Yi=yicos(90°-α)=yisin α,i=1,…,n

(8)

式中:

α——傳感器與縱向水平線的安裝角度,如圖5所示。

其次，這種觀點(diǎn)也會(huì)使得立法目的落空。如果以默示許可理論來(lái)理解平行進(jìn)口，專利權(quán)人完全可以在合同中排除對(duì)中國(guó)專利的許可。這樣買方將無(wú)法將產(chǎn)品平行進(jìn)口到中國(guó)境內(nèi)，促進(jìn)先進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)入中國(guó)的政策目的就落空了。

兩個(gè)激光對(duì)射開關(guān)沿一條軌道外側(cè)并排安裝,兩者之間的安裝距離為L(zhǎng)1;兩組激光位移傳感器分別成鏡面對(duì)稱安裝于激光對(duì)射開關(guān)之后的兩條軌道兩側(cè),激光對(duì)射開關(guān)2與激光位移傳感器2的安裝距離為L(zhǎng)2,L2在100 mm范圍內(nèi)。兩組激光位移傳感器與軌道的相對(duì)距離L3、L4均在100～450 mm范圍內(nèi),激光位移傳感器的激光探測(cè)面處于同一平面,傳感器與鉛垂線的夾角為β1、β2,如圖3所示。

Xi=v(ti-t1)-(y1-yi)cotα

(9)

式中:

軌道內(nèi)側(cè)和外側(cè)的激光位移傳感器同時(shí)探測(cè)車輪,得到兩組探測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)后,可通過(guò)坐標(biāo)變換和坐標(biāo)平移使輸出點(diǎn)融合到同一坐標(biāo)系上。對(duì)軌道外側(cè)激光位移傳感器輸出的二維坐標(biāo)值根據(jù)以下公式進(jìn)行坐標(biāo)變換:

v——列車運(yùn)行速度。

如圖3所示,安裝于軌道內(nèi)側(cè)的激光位移傳感器可以獲得內(nèi)側(cè)面輪緣及部分踏面外側(cè)輪廓,安裝于軌道外側(cè)的激光位移傳感器可以獲得踏面及輪緣外側(cè)輪廓。兩支傳感器融合即可獲取完整的車輪輪廓線數(shù)據(jù),從而進(jìn)行輪緣尺寸的計(jì)算。

謝天謝地，呼倫沖進(jìn)廚房的時(shí)候，水壺還在躥著熱氣。做錯(cuò)事的丈母娘站在客廳，戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢地給云夢(mèng)講述事情的經(jīng)過(guò)。云夢(mèng)一邊安慰她，一邊偷看著呼倫的臉色。呼倫說(shuō)沒(méi)事沒(méi)事，虛驚一場(chǎng)……其實(shí)我和云夢(mèng)也常犯這樣的錯(cuò)誤。既然女婿說(shuō)沒(méi)事，老人也就放心了，忙打開電視看連續(xù)劇，嘴里念叨著好在沒(méi)晚好在沒(méi)晚。一邊的呼倫立刻傻了眼，電視劇竟然又他娘蹦出個(gè)三十集的續(xù)！心想指望客廳沒(méi)有動(dòng)靜是不可能了，只能關(guān)緊書房的木門，再打開書房的窗戶，然后把自己包得像一只過(guò)冬的蛹。

采用最小二乘擬合圓對(duì)輪緣頂點(diǎn)圓上n個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)(Xi,Yi)進(jìn)行直徑計(jì)算,

斯里蘭卡是寶石王國(guó)，擁有紅寶石、藍(lán)寶石、貓眼、紫水晶、翡翠等80多個(gè)寶石品種，斯里蘭卡整個(gè)國(guó)家90%的國(guó)土都分布著出產(chǎn)寶石的母巖，且有"寶石如白菜"之說(shuō)。充分體現(xiàn)了這座寶石之國(guó)礦產(chǎn)的豐富與國(guó)土的富饒。3000多年來(lái)斯里蘭卡向全世界供應(yīng)了不計(jì)其數(shù)的寶石，美國(guó)國(guó)家博物館中80%的高檔寶石來(lái)自斯里蘭卡，世界上最大的藍(lán)寶石，星光紅寶，星光藍(lán)寶，貓眼，亞歷山大石（變石）均來(lái)自斯里蘭卡。

輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)系統(tǒng)工作流程如圖4所示。

(10)

式中,a=-2x0,b=-2y0,并且

其中C、D、E、G、H為中間參數(shù),分別如下:

Dm為輪緣頂點(diǎn)圓直徑,減去兩倍輪緣高即為該車輪的直徑。

3 實(shí)例分析

在廣州地鐵集團(tuán)有限公司赤沙列車段進(jìn)行了輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。兩個(gè)激光對(duì)射開關(guān)的安裝距離為200 mm,即L1=200 mm;激光位移傳感器與鉛垂線安裝夾角為45°,即β1=β2=45°;與軌向水平線安裝夾角為45°,即α1=α2=45°。試驗(yàn)過(guò)程中列車以低于3 km/h的限速通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng),激光對(duì)射開關(guān)觸發(fā)時(shí)間差為132 ms,激光位移傳感器采樣間隔為33 ms。

列車通過(guò)輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)系統(tǒng)時(shí),針對(duì)待測(cè)輪對(duì),激光位移傳感器輸出6組有效數(shù)據(jù),即n=6。將(t1,t2,…,t6)時(shí)刻的傳感器輸出數(shù)據(jù)按式(1)和式(2)進(jìn)行坐標(biāo)變換：

將坐標(biāo)變換后的兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行融合:

但我們也應(yīng)當(dāng)清醒地意識(shí)到，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在綠色農(nóng)藥的新結(jié)構(gòu)、新品種、環(huán)境友好新劑型的研究開發(fā)方面，與國(guó)際先進(jìn)水平仍有較大的差距。同時(shí)，行業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)的粗放式發(fā)展，安全環(huán)保事故頻發(fā)，處于產(chǎn)業(yè)鏈低端，且大宗產(chǎn)品產(chǎn)能過(guò)剩，使得部分地方與民眾對(duì)農(nóng)藥生產(chǎn)持有強(qiáng)烈的抵觸情緒和反對(duì)態(tài)度，使行業(yè)發(fā)展蒙上陰影。但是，目前不加區(qū)別的一刀切式強(qiáng)令停工停產(chǎn)，迫使農(nóng)藥制造有加速向印度等國(guó)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。一旦失去了包括農(nóng)藥工業(yè)在內(nèi)的中國(guó)制造業(yè)優(yōu)勢(shì)，可能再也回不來(lái)了。中國(guó)改革開放以來(lái)巨大的進(jìn)步和發(fā)展證明：“化工及農(nóng)藥生產(chǎn)解決了我們的衣食住行，改善并將繼續(xù)改善我們美好的生活”。

針對(duì)得到的6組數(shù)據(jù)繪制的輪廓線,提取縱坐標(biāo)最小的點(diǎn),即得到不同時(shí)刻輪緣頂點(diǎn)坐標(biāo),其結(jié)果如表2所示。

圖6 在傳感器固有坐標(biāo)系下數(shù)據(jù)融合的踏面位置坐標(biāo)

mm

表2 不同時(shí)刻的輪緣頂點(diǎn)縱坐標(biāo)值 mm

將提取的縱坐標(biāo)按式(8)進(jìn)行坐標(biāo)變換:

海納曦花園小區(qū)庭院位于臨沂市羅莊區(qū)，總面積235.1 m2，地勢(shì)平坦.屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季涼爽干燥，冬季干冷少雨.具有氣候適宜，四季分明，光照充足等特點(diǎn).年平均氣溫13.3 ℃，年均降水量793.9 mm，年日照時(shí)間2314 h.受季風(fēng)帶影響，春季盛行東風(fēng)和東南風(fēng)，夏季盛行南風(fēng)和東南風(fēng)，秋季多為西風(fēng)和西南風(fēng)，冬天多為北風(fēng)和西北風(fēng)，多年平均風(fēng)速為2.7 m/s.

“小弟,說(shuō)話別帶刺兒!”孫曼玲教誨弟弟,轉(zhuǎn)臉又對(duì)徐進(jìn)步說(shuō),“‘地包’是我們哈爾濱市的一個(gè)區(qū),我家住那區(qū)?！?/p>

Yi=yi·sin45°。

按式(8)變換結(jié)果如表3所示。

表3 經(jīng)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)后縱坐標(biāo)值 mm

對(duì)n次采樣的橫坐標(biāo)按式(9)進(jìn)行時(shí)空變換:

Xi= v(ti-t1)-(y1-yi)cot45°

其中t1=0,ti=(i-1)×33 ms。

根據(jù)激光對(duì)射開關(guān)的觸發(fā)時(shí)間T1、T2及兩激光對(duì)射開關(guān)的安裝距離L1,按式(7)可得列車運(yùn)行速度為：

土墻日光溫室前坎改造主要是杜絕砼圈梁熱傳導(dǎo)散熱，傳統(tǒng)方法是前坎外挖防寒溝，填埋草秸等輕質(zhì)保溫材料，現(xiàn)可以采用外墻外保溫技術(shù)，隔熱材料宜選用模塑聚苯乙烯泡沫塑料板貼前坎外沿，阻斷熱傳導(dǎo)。對(duì)于前坎室內(nèi)坡面風(fēng)化和坍塌，采用包磚、漿砌石護(hù)坡處理，或包覆塑料薄膜[4]。對(duì)畦面下沉幅度達(dá)到1.3m以上的半地下式土墻日光溫室，可以將溫室內(nèi)的行走通道和水渠重新布置到前坎下，形成前通道方式的布局，充分利用溫室內(nèi)后部光照、熱量良好的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行生產(chǎn)，光照少的南端前坎下部可以用于通道、水渠等非生產(chǎn)用地，可以充分利用寶貴的溫室內(nèi)土地資源[5]。

v=200 m/132 s=1.515 m/s

則時(shí)空變換后的橫坐標(biāo)如表4所示。

直到前段時(shí)間去希臘的圣托里尼海島餐館，我對(duì)于死亡的定義才得以更新?？戳藗髡f(shuō)中最美的日落，走過(guò)藍(lán)頂教堂、白色小巷、彩色沙灘，嬉水在蔚藍(lán)海灘邊，我和同行的朋友乘興隨意漫步在伊亞小鎮(zhèn)。海島風(fēng)情獨(dú)特，引人入勝，可最令我驚嘆的，還是幾乎家家門前都可見(jiàn)的小玻璃柜。

表4 經(jīng)時(shí)空變換的橫坐標(biāo)值 mm

將表3和表4中的6個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)通過(guò)式(10)的最小二乘擬合圓法,可求得直徑Dm為849.88 mm,則車輪直徑為:

Dfinal=Dm-2×28 mm=793.88 mm

輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量得到的輪緣厚為28.25 mm,輪緣高均值為28 mm,輪徑為793.88 mm?，F(xiàn)場(chǎng)操作工對(duì)同一車輪進(jìn)行復(fù)核測(cè)量,人工測(cè)量得到的輪緣厚為28.1 mm,輪緣高為27.9 mm,輪徑為794.3 mm。輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果與人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果的誤差很小,其中輪緣尺寸偏差小于0.2 mm,輪徑尺寸偏差小于0.5 mm。由此可見(jiàn),本文提出的輪對(duì)尺寸在線檢測(cè)系統(tǒng)能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)輪對(duì)尺寸測(cè)量及維修的需求。

4 結(jié)論

本文提出了一種城市軌道交通列車輪對(duì)尺寸在線測(cè)量的方法,通過(guò)2D激光位移傳感器和激光對(duì)射開關(guān)構(gòu)成的輪對(duì)尺寸在線測(cè)量系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了輪對(duì)尺寸的精確測(cè)量。通過(guò)計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采集數(shù)據(jù)得出結(jié)果與實(shí)際人工測(cè)量結(jié)果相比對(duì),計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值之間的誤差滿足現(xiàn)場(chǎng)要求,可以用該系統(tǒng)對(duì)正常運(yùn)行的列車車輪尺寸進(jìn)行動(dòng)態(tài)在線測(cè)量。該系統(tǒng)具有成本低、操作簡(jiǎn)單、非接觸式測(cè)量等特點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)輪對(duì)尺寸在線非接觸測(cè)量提供了一種新的解決方案。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該方法的輪對(duì)尺寸檢測(cè)精度對(duì)車輪通過(guò)該系統(tǒng)時(shí)的速度檢測(cè)精度要求較高,下一步的工作將就如何提高列車運(yùn)行速度的檢測(cè)精度進(jìn)行深入研究。

[1] 陳剛,任光勝.列車輪對(duì)狀態(tài)在線檢測(cè)系統(tǒng)研究[J].城市軌道交通研究,2012,15(10):79.

[2] 李學(xué)雷.輪對(duì)參數(shù)全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)[D].成都:西南交通大學(xué),2005.

[3] 曹賀,王澤勇,周偉,等.基于 CCD 的列車輪對(duì)在線檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].信息技術(shù),2011(10):98.

[4] MINEO C,CERNIGLIA D,PANTANO A.Numerical study for a new methodology of flaws detection in train axles[J].Ultrasonics,2014,54(3):841.

[5] 張甬成.列車輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置[D].成都:西南交通大學(xué),2011.

[6] DANNESKIOLD-SAMSOE U,RAMKOW-PEDERSEN O.New On line Monitoring System of Surface Defects and Profile Wear[J].ZEV UND DET GLASERS ANNALEN,2001,125(9/10):429.

[7] 馮其波,張志峰,陳士謙,等.一種激光位移傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量列車車輪直徑的新方法[J].中國(guó)激光,2008,35(7):1059.

[8] 中華人民共和國(guó)鐵道部.機(jī)車車輛車輪輪緣踏面外形:TBT 449—2003 [S].

[9] 官鑫.基于激光測(cè)距的車輪踏面外形測(cè)量?jī)x的研究[D].成都:西南交通大學(xué),2010.

[10] 朱躍,俞秀蓮,邢宗義.城軌列車輪對(duì)尺寸在線測(cè)量系統(tǒng)的研制[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2014(2):36.

[11] 陳國(guó)鋒,王捷,鐘曉波,等.車輪踏面外形測(cè)量的數(shù)值處理[J].城市軌道交通研究,2014(1):78.

Online Measurement System of Urban Rail Transit Wheel Set Size Based on Laser Displacement SensorLI Haiyu, CHENG Xiaoqing, SU Zhaoyi, XING Zongyi, WANG Xiaohao, WANG Gui

Rail transit wheel wear has become increasingly prominent in daily operation. A new method with train online measurement of wheel size based on 2D laser displacement sensor is proposed, the system configuration and the online measurement principle are illustrated. The system consists of two laser displacement sensors and two laser beam switches, which are used to measure the contour of the wheelsets, get the rim height and rim thickness dimension based on the tread surface geometric relationship, and extract the sensor outputs about rim vertex coordinates based on the same wheel when the train passes through the system at different moments. The time and space reduction transformation of the rim vertex coordinates from different moments is used to obtain a series of points on the rim vertex circle. Finally, the wheel diameter is calculated by the least squares method. The field test results show that the online measurement system of wheel size can satisfy the actual site measurement requirements, and provides a new solution to the online non-contact measurement of wheel size.

urban rail transit vehicle; wheel set size; laser displacement sensor; online measurement

*國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFB1200402)

U 270.331+.1

10.16037/j.1007-869x.2016.09.003

2014-11-30)