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CN109313106B - 用于测量和计算轨道车辆轮对的车轮的几何参数的方法 - Google Patents

用于测量和计算轨道车辆轮对的车轮的几何参数的方法 Download PDF

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CN109313106B CN201680083668.4A CN201680083668A CN109313106B CN 109313106 B CN109313106 B CN 109313106B CN 201680083668 A CN201680083668 A CN 201680083668A CN 109313106 B CN109313106 B CN 109313106B
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Abstract

本发明涉及一种用于测量和计算轨道车辆轮对的车轮的几何参数的方法，其中，待评估的轮对能够旋转地支撑在轮对加工机中或轮对诊断系统中，并且其中，在轮对的旋转运动期间针对待检测的轮廓磨损而确定轮廓测量的测量值。本发明的目的在于，对在已知的轮对加工和轮对诊断系统中现有的测量方法进行补充，从而能够获取并且评价其他几何参数。该目的通过将对轮对的等效圆锥度以及径向摆动性能的测量和计算方法整合作为新的测量功能而实现，其中，为该额外的方法提出解决途径。

Description

用于测量和计算轨道车辆轮对的车轮的几何参数的方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量和计算轨道车辆轮对的车轮的几何参数的方法，其中，待评估的轮对可旋转地支撑在轮对加工机中或轮对诊断系统中，并且其中，在轮对的旋转运动期间针对待检测的轮廓磨损而确定轮廓测量的测量值。
背景技术
轨道车辆的轮对主要受行驶功率相关的保养义务的约束并且因此必须根据其具体的使用条件定期检查并且必要时维修。该维修通常通过使用已知的不同结构的轮对加工机以切削加工进行车轮的镟修。
其中，移动的实施方式对于小的并且处于不同地点的待检查的车队是有利的。针对较大的车辆保有量(例如火车工厂)主要使用固定安装的机器。
由EP 0 332 823 A2已知一种这类用于加工由轨道车辆拆卸的轮对的地上式的车床。相反，DE 10 2005 001 220 B4和DE 20 2007 016 469 U1描述了一种地下式轮对车床，其中，轮对在加工期间保持安装在轨道车辆上，该轨道车辆在地下式轮对车床上的加工位置中滚动。
针对另一使用周期为了尽可能最优地镟修而能够进行真正的切削加工前，与轮对加工机的具体设计无关，必须首先非常精确地确定轮对车轮的几何参数。为此已经提出过不同种类的解决方法。
DE 20 2005 018 753 U1描述了一种用于轮对的几何检查的测量装置，其中，轮对可转动地容纳在一个设备中，并通过多个传感器确定轮轴中间部分的径向偏差。
由EP 0 228 500 A2已知一种用于轮对的无接触测量的技术解决方案，其中，多个CCD相机为了图像分析和评估而与中央评价单元有效连接。通过将获取的车轮轮廓的图像与之前保存的参考图像对比实现了对不同几何参数的定性的评估。
根据DE 101 02 673 A1，测量滑座与在测量段上运动的轮对的车轮平行地运动。一个测量光束从测量滑座指向待测量的车轮的车轮滚动面。获取反射的测量光束并由此确定到车轮滚动面的距离。计算相对于理想外形的偏差并相对最优参数建立具体外形的状态轮廓。
虽然在上述已知的参考以外还已知众多其他技术解决方案，但还存在对轮对在几何参数测量方面的开发需求，其尤其产生于在高速领域使用的轨道列车的安全要求。
发明内容
本发明的目的在于，对在已知的轮对加工和轮对诊断系统中现有的测量方法进行补充，从而能够获取并且评价其他几何参数。具体来说，尤其将对轮对的等效圆锥度以及径向摆动性能的测量和计算方法整合作为新的测量功能。其中，前提是车轮或轮对的径向摆动性能通过可能存在的多边形评估。
该目的这样解决，对于等效圆锥度的确定，由测量圆平面开始垂直于该测量圆平面向两侧延伸分别在到测量圆平面相同的间距处获得测量值，其中的每个测量点都对应X轴和Z轴的坐标。测量值的获取通过在轮对加工机中或轮对诊断系统中具有的控制系统以逐点的扫描并且包括对轮对的左车轮和右车轮的轮廓测量的方式进行。数据获取之后，对获得的测量值进行评价，左右旋转的车轮轮廓是否共同与轨道标称轮廓之间呈一个正确的角度。通过算法对原始数据进行插值，从而对数据进一步处理。随后计算等效圆锥度并接着对测量结果可视化并保存。
在径向摆动性能(多边形)的确定方面，目的通过优选在测量圆平面中获得车轮周长的数值实现，其中，每个测量点对应X轴和C轴的坐标。测量值的获取通过在轮对加工机中或轮对诊断系统中具有的控制系统以逐点的扫描方式并且包括对轮对的左车轮和右车轮的径向跳动测量的方式进行。获得测量值之后，对在轮对的左车轮和右车轮上获得的数据进一步处理，其中，通过算法对数据进行过滤，并且确定和评价多边形的振幅和波浪形。随后对实现的测量结果可视化并保存。
通过根据本发明的技术解决方案，可获得两个用于轮对的等效圆锥度以及径向摆动性能的测量和计算的方法，其设计作为已知的轮对加工和轮对诊断系统的另外的测量功能，与这类系统的具体实施方式是地下式、地上式或移动的实施方式无关。通过对轮对的几何形状的其他参数的考虑，尤其满足了当前的高速列车对安全性的要求。
其中尤其有利的是，数据获取、计算、结果显示和记录输出方面的新功能可以完全在现有的控制装置中执行。这些新加入的功能可以选择性地激活或解除。只要这些新的测量功能未激活，则相应的轮对加工或轮对诊断机就以通常的方式运行过去的功能。如果新的测量功能已激活，则这些功能以附加的方式可用，而不会产生对过去的测量功能的限制。
对于等效圆锥度的数据获取，通过原有的测量方法的扩展程序段获得在测量圆平面的一个区域中的数值。其中，轮对以圆周速度转动并且主轴驱动(Z轴)可以设置为不同的速度。扫描通过控制系统以逐点的方式进行，其中，每个点对应X轴和Z轴的坐标数据。圆锥度的测量以时间最优的方式进行并且包含轮廓测量。
监控是否在轮廓测量时(即在包含圆锥度测量的轮廓磨损测量时)获得了所有必要的点，即测量点的数量是否足够。一旦发现错误，就触发操作员对话，从而重复此测量和/或诊断并消除错误。
测量圆平面确定为参考点。(如果必须对该点插值计算，则)在真正的轮廓获取和补充的圆锥度获取期间测量或计算该点。这是接下来的圆锥度计算的基准点。
测量左车轮的数值和右车轮的数值。数据获取之后，对获得的测量值进行评价，旋转的左右车轮轮廓是否共同与轨道标称轮廓之间呈一个正确的角度。对数据进一步处理，通过算法对原始数据进行插值。随后计算等效圆锥度。
为此优先使用整合的方法，为此简化的方法仅是次选并设计用作检查。圆锥度测量对于在前测量和/或在后测量的每次测量例如通过三个数值进行。其中，简化的圆锥度包括两个结果，即针对左轮盘的和针对右轮盘的结果，整合的圆锥度包含一个结果，即针对两个轮盘的结果。
对这些测量结果可视化，至少时间有限地保存并存储在记录中。由此得到的结果指示了各个车轮或整个轮对与作为轨道车辆的车道的钢轨之间的等效圆锥度功能是否是正确的或不正确。
对于径向摆动性能(多边形)的数据获取，通过原有的测量方法的扩展程序段获得优选在测量圆平面中的车轮周长的数值。主轴驱动(Z轴)可以设置为不同的速度。扫描通过控制系统以逐点的方式进行，其中，每个点对应X轴和C轴的坐标数据。这些数据用于随后的轮盘的径向跳动或多边形的计算，其中，径向跳动的确定属于已有的测量功能，其通过多边形测量补充。通过进行多边形测量而通过测量值获得直接也进行了径向跳动测量，其中，对两次测量使用相同的数据获取。径向跳动和多边形确定的测量时间最优地进行。
监控测得的车轮周长是否与测得的车轮直径相符。这是可能的，因为直径测量与多边形测量无关。一旦发现错误，就触发操作员对话，从而重复此测量和/或诊断并消除错误。
多边形测量可以以不同的方案进行。这样该测量可以通过轮对加工机或轮对诊断系统上具有的多功能测头进行，其设计例如用于轮廓磨损测量或直径测量。可选地，通过同步的摆动测量装置进行多边形测量也是可能的，其例如设计为独立于同步直径测量和滑移监控的机构。在此又可以有两个方案：
在第一方案中，多功能测头首先放置在测量圆平面中。同步的摆动测量装置摆动到工作位置。在此要注意的是，测量轮平面以及由此测量轮的位置不在测量圆平面中。然而必须将测量轮位置换算到测量圆平面上。只要轮对具有严重磨损或存在凹陷运转的车轮，则其可能无法准确。如果操作员发现这样的状态，则使用下面的第二方案是有利的。
在此具有与第一方案相同的步骤。然而在测量轮平面中通过多功能测头额外地进行部分测量。这对于接下来准确地进行从测量轮平面到测量圆平面上的换算是必要的。
在X轴和C轴上确定的测量值区分轴的起始值和真正的测量记录。其中，C轴不直接获取为轴位置，而是相应的弧长。由此实现了要么在数据处理期间直接计算测量值，要么稍后进行结算。
获得的数据通过算法过滤并评价。确定多边形的振幅和波浪性并且确定车轮是否处于要求的公差中。对这些测量结果可视化，至少时间有限地保存并存储在记录中。由此得到的结果指示了车轮是否具有正确的几何外形或是否存在多边形或是否具有预示早期多边形的多边形类型的阴影。
附图说明
接下来根据附图阐释实施例。其中，
图1示出了从车轮到轨道的过渡区域的局部
图2示出了示例性数据记录的局部
图3示出了另一示例性数据记录的局部
具体实施方式
所建议的方法涉及对轨道车辆轮对的车轮的几何参数的测量和计算。在此，轮对在轮对加工机中或轮对诊断系统中可旋转地支撑。在轮对的旋转运动期间针对待检测的轮廓磨损而确定轮廓测量的测量值。这样的经过基本是已知的。
然而，在本发明中主要是确定迄今为止常见以外的参数。这涉及等效圆锥度和径向摆动性能，其中后者通过可能存在的多边形评估。
图1示出了从轨道车辆轮对的车轮1到构成轨道车辆的车道的轨道2的过渡区域的局部。在该示图中，非写实地示出了根据本发明的方法的主要元素。
对于等效圆锥度的确定，由测量圆平面MKE开始垂直于该测量圆平面沿着车轮轮廓向两侧延伸分别在到测量圆平面MKE相同的间距处获得测量值。该区域在图1中通过附图标记P′和P″非写实地示出，并且附图标记S表示从车轮背到测量圆平面MKE的间距。
每个测量点都通过X轴和Z轴的坐标确定。测量值的获取通过机器侧具有的控制系统以逐点扫描的方式进行，其中，同时以已知的方式进行完整的轮廓测量。对于左右车轮1的扫描例如分别在轮缘顶点开始进行向后直到测量圆平面MKE。在图1中轮廓的外形测量的区域通过具有附图标记3的箭头表示。在附图标记4的区域中，在轮廓测量以外还为了等效圆锥度的计算而进行测量值的进一步获取。逐点的扫描例如以大约0.2mm的间距测量点到测量点地进行，其中获取例如大约400个测量点。这些点在具有附图标记3的箭头上方以单独的点表示。
图2示出了这种示例性数据记录的局部。顶部的数字说明(751.1104)在此表示Z轴上的测量圆平面MKE的坐标。测量圆平面MKE确定为参考点。如果测量圆平面MKE远离车轮背例如70mm，则作为参考点的Z轴坐标为70mm。该点是等效圆锥度计算的基准点。记录设计为具有三列的表格，其中从左开始为车轮1记录测量点的序号，测量点在X轴上的坐标和测量点在Z轴上的坐标。
测量值例如在测量圆平面MKE的+/-10mm至+/-40mm的区域中获得。在测量值获取期间，主轴驱动(Z轴)优选设置为可能的最大速度并且轮对以例如5m x min-1的圆周速度运动。
测量左右车轮1的数值。数据获取之后，对获得的测量值进行评价，左右的旋转的车轮轮廓是否共同与轨道标称轮廓之间呈一个正确的角度。对获得的数据进一步处理，通过算法对原始数据进行插值。随后计算等效圆锥度并接着对测量结果可视化并保存。
在径向摆动性能(多边形)的确定方面，在测量圆平面MKE中获得车轮周长的数值。其中每个测量点通过X轴和C轴的坐标确定。此测量值的获取也通过机器侧具有的控制系统以逐点扫描的方式进行，其中，同时进行已知的径向跳动测量。为轮对的左右车轮1进行扫描。逐点的扫描例如以大约0.5°的间距测量点到测量点地进行，其中获取例如大约720个测量点。
图3示出了这种示例性数据记录的局部。其设计为具有三列的表格，其中从左开始为车轮1记录测量点的序号，测量点在X轴上的坐标和测量点在C轴上的坐标。
在测量值获取期间，主轴驱动(Z轴)优选设置为可能的最大速度。
数据获取之后确定测量的起始值和随后的测量值记录之间的偏差，并进一步处理轮对的左右车轮1上获得的数据，其中数据通过算法进行过滤。确定并评价多边形的振幅和波浪性，其中实现了例如给出车轮1是否位于之前定义的公差极限内的结论。随后对测量结果可视化并保存。
测量结果的可视化可以根据具体的客户期望进行不同的设计，其中，优选图形化的屏幕显示，例如沿着X轴和C轴或Z轴上的视图。
用于确定径向摆动性能(多边形)的测量优选通过多功能测头以及必要时额外地通过同步的摆动测量装置进行。在此，以“同步”表示与加工同步的运动。
只要各个多功能测头设计为可以进行所有必要的测量(X轴和C轴)，则仅需要一个这样的测头。
相反如果多功能测头只能获得X轴数值，则C轴的测量值获取通过同步的摆动测量装置进行。对于该方案，测头首先放置在测量圆平面MKE中并随后将同步的摆动测量装置摆动到工作位置。将测量轮位置换算到测量圆平面MKE上。
在将测量轮位置换算到测量圆平面MKE上之前，替代地可以在测量轮平面MRE中通过多功能测头额外地进行部分测量。如果首选较少的循环时间(在较差的测量结果时)，可以通过同步的摆动测量装置在加工期间进行测量。

Claims (8)

1.一种用于测量和计算轨道车辆轮对的车轮的几何参数的方法，其中，待评估的轮对可旋转地支撑在轮对加工机中或轮对诊断系统中，并且其中，在所述轮对的旋转运动期间针对待检测的轮廓磨损而确定轮廓测量的测量值，
其特征在于，
对于等效圆锥度的确定，由测量圆平面MKE开始垂直于该测量圆平面MKE向两侧延伸地分别在到测量圆平面MKE相同的间距处获得测量值，其中的每个测量点都对应X轴和主轴驱动Z轴的坐标，所述X轴是与主轴驱动Z轴垂直的径向；
其中，测量值的获取通过在轮对加工机中或轮对诊断系统中具有的控制系统以逐点的扫描进行，并且包括对轮对的左车轮和右车轮进行轮廓测量，
其中，数据获取之后，对获得的测量值进行评价，旋转的左右车轮轮廓是否共同与轨道标称轮廓之间呈一个正确的角度，并且
其中，获得测量值之后，通过算法对原始数据进行插值，从而进一步处理在轮对的左车轮和右车轮上获得的数据，随后计算等效圆锥度并接着对测量结果可视化并保存。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在测量值获取期间，主轴驱动Z轴设置为能够实现的最大速度并且轮对以约5m x min-1的圆周速度运动。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
进一步评价在轮对的左车轮和右车轮上获得的数据，相应的车轮是否位于之前定义的公差极限内。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
由测量结果推导出用于自动地借助轮对加工机改变加工参数的加工计划。
5.一种用于测量和计算轨道车辆轮对的车轮的几何参数的方法，其中，待评估的轮对可旋转地支撑在轮对加工机中或轮对诊断系统中，并且其中，在轮对的旋转运动期间针对待检测的轮廓磨损而确定轮廓测量的测量值，
其特征在于，
对于径向摆动性能的确定，在测量圆平面MKE中获得车轮周长的数值,其中每个测量点都对应X轴和获取为相应的弧长的C轴的坐标，
其中，测量值的获取通过在轮对加工机中或轮对诊断系统中具有的控制系统以逐点扫描方式进行，并且包括对轮对的左车轮和右车轮进行径向跳动测量，并且
其中，在获得测量值之后，对在轮对的左车轮和右车轮上获得的数据进一步处理，其中，通过算法对数据进行过滤，并且确定和评价径向摆动性能的振幅和波浪性，并且随后对测量结果可视化并保存。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
在测量值获取期间，主轴驱动Z轴设置为能够实现的最大速度。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
进一步评价在轮对的左车轮和右车轮上获得的数据，相应的车轮是否位于之前定义的公差极限内。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
由测量结果推导出用于自动地借助轮对加工机改变加工参数的加工计划。
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