RU2740539C1 - Railway wheel profile measurement method and device for implementation thereof - Google Patents
Railway wheel profile measurement method and device for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2740539C1 RU2740539C1 RU2020120566A RU2020120566A RU2740539C1 RU 2740539 C1 RU2740539 C1 RU 2740539C1 RU 2020120566 A RU2020120566 A RU 2020120566A RU 2020120566 A RU2020120566 A RU 2020120566A RU 2740539 C1 RU2740539 C1 RU 2740539C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- profile
- lever
- wheel
- fixed
- free end
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
- B61K9/12—Measuring or surveying wheel-rims
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
- G01B21/20—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring contours or curvatures, e.g. determining profile
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/20—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring contours or curvatures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к области контроля геометрических параметров сложных поверхностей, и предназначено для измерения профиля поверхности железнодорожного колеса.The invention relates to the field of measuring technology, in particular to the field of monitoring the geometric parameters of complex surfaces, and is intended to measure the surface profile of a railway wheel.
Профиль поверхности железнодорожного колеса представляет собой кривую, состоящую из сопряженных между собой поверхности гребня и поверхности катания. Данная кривая имеет и прямые участки (часть поверхности катания), и дуги окружности. Ширина железнодорожного колеса равна 135 мм, угол наклона рабочей поверхности гребня составляет 70°.The profile of the surface of a railway wheel is a curve consisting of mating surfaces of a ridge and a rolling surface. This curve has both straight sections (part of the rolling surface) and circular arcs. The width of the railway wheel is 135 mm, the angle of inclination of the working surface of the ridge is 70 °.
Известен способ измерения профиля железнодорожного колеса (см. «Методика выполнения измерений при освидетельствовании колесных пар вагонов колеи 1520 мм» РД 32 ЦВ 058-097, утв. 30.12.1997). Для контроля профиля поверхности катания колеса и фаски применяется максимальный шаблон черт. Т 447.003 КБ ЦВ ТУ 32 ЦВ 1804-95. Метод измерения контактный. Максимальный шаблон при измерении устанавливается поперек обода колеса на поверхность катания. О профиле поверхности судят по допускаемому зазору между профилем колеса и рабочей поверхностью шаблона. Отклонения профиля поверхности катания обода колеса от максимального шаблона оценивается с помощью плоских и цилиндрических щупов. Используют щупы с толщиной пластин-щупов 0,5 и 1,0 мм. Измерения выполняют в нескольких местах (не менее 3-х) по длине окружности.A known method of measuring the profile of a railway wheel (see "Technique for making measurements when examining wheelsets of wagons with a track of 1520 mm" RD 32 TsV 058-097, approved 12/30/1997). To control the profile of the rolling surface of the wheel and the chamfer, the maximum pattern is used. T 447.003 KB TsV TU 32 TsV 1804-95. Contact measurement method. The maximum gauge during measurement is set across the wheel rim on the rolling surface. The surface profile is judged by the allowable gap between the wheel profile and the working surface of the template. The deviations of the profile of the rolling surface of the wheel rim from the maximum template are estimated using flat and cylindrical feelers. Use styli with 0.5 and 1.0 mm thickness of the stylus plates. Measurements are performed in several places (at least 3) along the circumference.
Недостатком указанного способа является низкая точность проведения оценки профиля поверхности катания колеса. То есть для контроля такого сложного с геометрической точки зрения объекта, как колесо, используют измерительный инструмент в нескольких точках по длине профиля, и в нескольких поперечных сечениях, что существенно снижает точность измерений из-за большой методической погрешности. Для того, чтобы контролировать необходимые параметры, требуется несколько средств допускового контроля. Кроме того, для их использования необходимо создавать специальные методики измерений, от которых будет зависеть достоверность результатов измерений.The disadvantage of this method is the low accuracy of assessing the profile of the rolling surface of the wheel. That is, to control such a geometrically complex object as a wheel, a measuring tool is used at several points along the length of the profile, and in several cross-sections, which significantly reduces the measurement accuracy due to a large methodological error. In order to control the required parameters, several tolerance controls are required. In addition, to use them, it is necessary to create special measurement procedures, on which the reliability of the measurement results will depend.
Известен способ измерения поверхности изделия (см. патент №2336492 МПК G01B 5/004, G01B 5/20, опубл. 20.10.2008, бюл. №29), при котором на координационно-измерительной машине определяют координаты центра сферического наконечника радиусом R измерительной головки при каждом его касании с поверхностью изделия и вычисляют координаты точек касания сферического наконечника с поверхностью изделия, причем дополнительно определяют координаты центра сферического наконечника радиусом r≠R, при условии его касания с поверхностью изделия в точках, идентичных точкам касания с поверхностью изделия сферического наконечника радиусом R, при условии расположения центра сферического наконечника радиусом г на минимальном расстоянии от центра сферического наконечника радиусом R, при этом вычисление координат точек касания с поверхностью изделия осуществляют по найденным координатам центров обеих наконечников.A known method of measuring the surface of the product (see patent No. 2336492 IPC G01B 5/004, G01B 5/20, publ. 20.10.2008, bull. No. 29), in which the coordinates of the center of the spherical tip with radius R of the measuring head are determined on the coordination measuring machine each time it touches the surface of the product and calculates the coordinates of the points of contact of the spherical tip with the surface of the product, and additionally determine the coordinates of the center of the spherical tip of radius r ≠ R, provided it touches the surface of the product at points identical to the points of contact with the surface of the product of the spherical tip of radius R , provided that the center of the spherical tip of radius r is located at a minimum distance from the center of the spherical tip with radius R, while the coordinates of the points of contact with the surface of the product are calculated using the found coordinates of the centers of both tips.
Недостатком известного решения является относительно низкая точность проведения измерений, потому что неровности, меньшие по размеру относительно характерного размера меньшего измерительного наконечника - радиуса r, не подлежат измерению.The disadvantage of the known solution is the relatively low accuracy of measurements, because irregularities that are smaller in size relative to the characteristic size of the smaller measuring tip - radius r, cannot be measured.
Известен способ измерения профиля железнодорожного колеса (см. патент ЕР 0569469 В1, МПК G01B 21/20, В61К 9/02, опубл. 18.11.1993 Bulletin 1993/46), включающий сканирование профиля колеса с помощью устройства, содержащего подвижную часть со свободным концом, закрепленным с возможностью перемещения поверх профиля и неподвижную часть для поддержания подвижной части, содержащей один первый рычаг и один второй рычаг, которые соединяют вместе на концах посредством первого электронного соединения для кодирования углов, первый рычаг соединяют с неподвижной частью через второе электронное соединение для углового кодирования, а на свободном конце второго рычага закрепляют ролик, электронные соединения для кодирования углов подсоединяют к ЭВМ, осуществляют калибровку, регистрируют угловые координаты, полученную информацию обрабатывают в аппаратно-программном комплексе, осуществляющем алгоритмическую обработку информации в виде, удобном для дальнейшего использования, например, в экранно-графическом представлении отсканированного профиля.A known method of measuring the profile of a railway wheel (see patent EP 0569469 B1, IPC G01B 21/20, B61K 9/02, publ. 11/18/1993 Bulletin 1993/46), including scanning the wheel profile using a device containing a movable part with a free end fixed for movement over the profile and a stationary part for supporting a movable part containing one first arm and one second arm, which are connected together at the ends by means of a first electronic connection for coding angles, the first arm is connected to the stationary part through a second electronic connection for angle coding , and a roller is fixed at the free end of the second lever, electronic connections for coding angles are connected to a computer, calibration is performed, angular coordinates are recorded, the information obtained is processed in a hardware and software complex that performs algorithmic information processing in a form convenient for further use, for example, in screen-graphic view of the scanned profile.
Способ реализован с помощью устройства, содержащего подвижную часть со свободным концом, закрепленным с возможностью перемещения поверх профиля и находящуюся в контакте с ним, и закрепленные под прямым углом стойку и кронштейн для поддерживания подвижной части, при этом подвижная часть содержит один первый рычаг и один второй рычаг, причем указанные рычаги соединены вместе на концах посредством первого электронного соединения для кодирования углов, кроме того первый рычаг соединен с кронштейном через второе электронное соединение для углового кодирования, а на свободном конце второго рычага закреплен измерительный ролик, электронные соединения для кодирования углов подсоединены через микроконтроллер к ЭВМ. Подвижные части смонтированы с возможностью перемещения по нормали к той поверхности, профиль которой должен быть отсканирован. Угловые кодирующие устройства могут быть как одинаковыми, так и различными и каждый содержит светочувствительные диоды, которые освещаются источником света, размещенным в нем. Ролик выполнен из магнитного материала, а стойка содержит один или более постоянных магнитов. Выходные сигналы от угловых кодирующих устройств подаются на интерфейсную схему, например, типа ЕРМ5064, где сигналы обрабатываются и передаются на ЭВМ. Кроме того, стойка содержит устройство для калибровки, первая плоскость которого ориентирована в радиальном направлении колеса, а вторая плоскость - перпендикулярна ей, таким образом, производя калибровку и позиционирование измерительного ролика в пространстве для определения толщины обода колеса.The method is implemented using a device containing a movable part with a free end fixed for movement over the profile and in contact with it, and a rack and a bracket fixed at a right angle to support the movable part, while the movable part contains one first lever and one second a lever, wherein said levers are connected together at the ends by means of a first electronic connection for coding angles, in addition, the first lever is connected to the bracket through a second electronic connection for angle coding, and a measuring roller is attached to the free end of the second arm, the electronic connections for coding of angles are connected via a microcontroller to the computer. The moving parts are mounted with the ability to move along the normal to the surface, the profile of which is to be scanned. The angle encoders can be the same or different, and each contains light-sensitive diodes that are illuminated by a light source placed therein. The roller is made of magnetic material and the post contains one or more permanent magnets. The output signals from the angle encoders are fed to an interface circuit, for example, of the EPM5064 type, where the signals are processed and transmitted to a computer. In addition, the stand contains a device for calibration, the first plane of which is oriented in the radial direction of the wheel, and the second plane is perpendicular to it, thus calibrating and positioning the measuring roller in space to determine the thickness of the wheel rim.
Последовательность измерений начинается с перемещения двух рычагов таким образом, чтобы угловые кодирующие устройства проходили через их начальную или контрольную точку в устройстве для калибровки, и, таким образом, в специализированной программе вычисляется их начальный угол. После этого компьютер выдает четкий сигнал, например, акустический сигнал, и измерительное колесо (ролик) сканирующего устройства перемещается вдоль профиля для его сканирования и регистрации точек профиля в одном поперечном сечении. Начальная или контрольная точка угловых кодирующих устройств размещается в плоскости измерения профиля колеса. При определении начальной точки, рассчитывается также толщина обода колеса. Как только сканирование профиля в одной плоскости завершено, устройство можно переместить либо на новое место на соответствующем колесе, либо на другое колесо или деталь для нового сканирования.The measurement sequence begins by moving the two levers so that the angle encoders pass through their start or reference point in the calibration device, and thus their start angle is calculated in a specialized program. The computer then issues a clear signal, such as an acoustic signal, and the measuring wheel (roller) of the scanning device moves along the profile to scan it and register profile points in one cross section. The origin or reference point of the corner encoders is placed in the measurement plane of the wheel profile. When determining the starting point, the thickness of the wheel rim is also calculated. Once the profile scan in one plane is complete, the device can be moved either to a new location on the corresponding wheel, or to another wheel or part for a new scan.
Недостатком способа, принятого за прототип, является низкая точность проведения измерений. При контроле таким способом неровности, меньшие по размеру относительно характерного размера измерительного ролика, не подлежат измерению, кроме того при достижении максимального значения шероховатости поверхности, геометрия неровностей начинает влиять на точность измерений вне зависимости от высокой точности применяемых измерительных угловых кодирующих устройств.The disadvantage of the method taken as a prototype is the low accuracy of measurements. When checking in this way, irregularities that are smaller in size relative to the characteristic size of the measuring roller cannot be measured, in addition, when the maximum surface roughness is reached, the geometry of irregularities begins to affect the measurement accuracy, regardless of the high accuracy of the used measuring angular encoders.
Основной задачей изобретения является повышение точности измерений при контроле геометрических параметров профиля железнодорожного колеса.The main objective of the invention is to improve the accuracy of measurements when monitoring the geometric parameters of the profile of the railway wheel.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе измерения профиля железнодорожного колеса, включающем сканирование профиля колеса с помощью устройства, содержащего подвижную часть со свободным концом, закрепленным с возможностью перемещения поверх профиля и неподвижную часть для поддержания подвижной части, содержащей один первый рычаг и один второй рычаг, которые соединяют вместе на концах посредством первого датчика угловых перемещений, первый рычаг соединяют с неподвижной частью через второй датчик угловых перемещений, а на свободном конце второго рычага закрепляют ролик, датчики угловых перемещений подсоединяют к ЭВМ, осуществляют калибровку, регистрируют угловые координаты, полученную информацию обрабатывают в аппаратно-программном комплексе, осуществляющем алгоритмическую обработку информации в виде, удобном для дальнейшего использования, например, в экранно-графическом представлении с указанием параметров геометрии колеса, калибровку проводят путем измерения эталонной плоскости для получения начальных углов, проводят измерения мер с эталонными значениями отклонения профиля, осуществляют корректировку координат поверхности профиля катания с учетом измеренной средней высоты неровностей профиля колеса, определяемой по деформациям упругого элемента с тензорезистором, закрепленного с возможностью контакта с измеряемой поверхностью и подсоединенного к ЭВМ.The problem is solved due to the fact that in the method for measuring the profile of a railway wheel, which includes scanning the profile of the wheel using a device containing a movable part with a free end fixed with the possibility of movement over the profile and a stationary part for supporting the movable part containing one first lever and one the second lever, which are connected together at the ends by means of the first angular displacement sensor, the first lever is connected to the stationary part through the second angular displacement sensor, and a roller is fixed at the free end of the second lever, the angular displacement sensors are connected to the computer, carry out calibration, register the angular coordinates obtained information is processed in a hardware-software complex that performs algorithmic processing of information in a form convenient for further use, for example, in a screen-graphic representation with an indication of the parameters of the wheel geometry, calibration is carried out by measuring the reference p flatness to obtain the initial angles, measurements are taken of measures with reference values of the profile deviation, the coordinates of the rolling profile surface are corrected taking into account the measured average height of the wheel profile irregularities, determined by the deformations of an elastic element with a strain gauge, fixed with the possibility of contact with the measured surface and connected to the computer.
Для решения технической задачи, устройство для измерения профиля железнодорожного колеса, содержащее подвижную часть со свободным концом, закрепленным с возможностью перемещения поверх профиля и находящуюся в контакте с ним, и закрепленные под прямым углом стойку и кронштейн для поддержания подвижной части, содержащей один первый рычаг и один второй рычаг, причем указанные рычаги соединены вместе на концах посредством первого датчика угловых перемещений, закрепленным на свободном конце второго рычага с возможностью контакта с профилем колеса при сканировании, первый рычаг соединен с кронштейном через второй датчик угловых перемещений, а на свободном конце второго рычага закреплен ролик, датчики угловых перемещений подсоединены через микроконтроллер к ЭВМ, снабжено упругим элементом с тензорезистором, подсоединенным к ЭВМ, закрепленным с возможностью контакта с профилем колеса при сканировании.To solve a technical problem, a device for measuring the profile of a railway wheel, containing a movable part with a free end, fixed for movement over the profile and in contact with it, and a rack and a bracket fixed at right angles to support the movable part containing one first lever and one second lever, and the said levers are connected together at the ends by means of the first angular displacement sensor, fixed at the free end of the second lever with the possibility of contact with the wheel profile during scanning, the first lever is connected to the bracket through the second angular displacement sensor, and at the free end of the second lever is fixed roller, angular displacement sensors are connected through a microcontroller to a computer, equipped with an elastic element with a strain gauge connected to the computer, fixed with the possibility of contact with the wheel profile during scanning.
Сущность изобретения поясняется графическим изображением, где на фиг. 1 представлена схема реализации способа измерения профиля железнодорожного колеса, на фиг. 2 - способ установки устройства на железнодорожное колесо в изометрии, на фиг. 3 - исходное положение устройства при реализации способа, на фиг. 4 - конечное положение устройства при реализации способа, на фиг. 5 - график зависимости, полученной при измерении мер с эталонными значениями отклонения профиля, на фиг. 6 - экранное изображение результата измерения и расчета геометрии профиля колеса: кривая 1 - стандартизированный профиль колеса, кривая 2 - профиль, полученный заявляемым способом при сканировании эталонного образца профиля, кривая 3 - профиль бракованного колеса, полученный заявляемым способом; на фиг. 7 - электрическая схема устройства.The essence of the invention is illustrated by a graphical representation, where Fig. 1 shows a diagram of the implementation of the method for measuring the profile of a railway wheel, FIG. 2 is a perspective view of a method for mounting the device on a railway wheel; FIG. 3 - the initial position of the device when implementing the method, Fig. 4 - the final position of the device when implementing the method, FIG. 5 is a graph of the dependence obtained when measuring the measures with the reference values of the profile deviation, in Fig. 6 - screen image of the result of measuring and calculating the geometry of the wheel profile: curve 1 - standardized wheel profile, curve 2 - profile obtained by the claimed method when scanning a reference sample of the profile, curve 3 - the profile of the defective wheel obtained by the claimed method; in fig. 7 is an electrical diagram of the device.
Устройство для измерения профиля железнодорожного колеса содержит стойку 1, жестко закрепленный на стойке под прямым углом кронштейн 2, на котором смонтирована подвижная сканирующая система 3. Стойка 1 содержит постоянные магниты 4 для закрепления на колесе, опорные элементы 5, закрепленные под прямым углом относительно стойки, плоскопараллельную меру 6 и ручку 7 для фиксации и установки устройства на колесо. Подвижная сканирующая система 3 содержит датчик угловых перемещений 8, жестко закрепленное на кронштейне 2, на выходном валу которого шарнирно закреплен рычаг 9, на свободном конце последнего расположено датчик угловых перемещений 10, а на выходном валу шарнирно закреплен криволинейный рычаг 11 с рукояткой 12. На свободном конце рычага 11 размещен упругий элемент 13 с тензорезистором 14 и ролик 15, закрепленный с возможностью перемещения и контакта с профилем колеса 16 при сканировании. Кодирующие устройства 8, 10 представляющие собой датчики угловых перемещений, и тензорезистор 14 подсоединены посредством кабелей 17 через микроконтроллер 18 к компьютеру 19. Ролик 15 изготовлен из магнитного материала. Упругий элемент 13 закреплен на рычаге под углом 30°. Подвижные части могут перемещаться в плоскости под прямым углом к поверхности сканирования. Тензорезистор 14 жестко закреплен на упругом элементе 13, прижатие которого обеспечивается закреплением его на меньшей, чем высота самого элемента, высоте, под углом от 30° к вертикали. Компьютер (ЭВМ) 19 предварительно запрограммирован и снабжен информацией, касающейся начального угла угловых датчиков 8, 10, длин подвижных рычагов 9, 11 и радиуса сканирующего ролика 15, а также математический алгоритм.The device for measuring the profile of a railway wheel contains a
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Устройство устанавливается на железнодорожное колесо с помощью ручки 7, неподвижность устройства обеспечивается силой магнитов 4. При этом кронштейны 5 ограничивают перемещение устройства по оси у, упираясь опорной поверхностью в гребень колеса. Измерение координат точек поверхности катания колеса осуществляется в плоскости ху, вдоль всей протяженности по оси х поперечного профиля колеса.The device is mounted on a railway wheel using a
Первоначально определяют амплитудные характеристики тензорезистора 14 для оценки средней высоты неровностей профиля колеса, для чего проводят ряд измерений мер с известными значениями отклонения профиля. Для этого упругий элемент 13 подводят к поверхности мер, не меняя его пространственного месторасположения и соблюдая угол, равный 30° и последовательно проводят со скоростью 2-10 см/сек по поверхности мер. Меры должны быть выбраны с различными значениями отклонения профиля поверхности в диапазоне шириной минимум 100 мкм, с перекрытием диапазона значений от 20 до 80 мкм, с шагом не менее 10 мкм в количестве не менее пяти. При измерениях получают значения амплитуды выходного сигнала Ud тензорезистора для каждого эталонного значения отклонения профиля - Далее полученные данные аппроксимируются методом наименьших квадратов, получая зависимость 1 (фиг. 5).Initially, the amplitude characteristics of the
После установки на контролируемый объект для вычисления начальных углов перед проведением измерений проводится калибровка на плоскости плоскопараллельной меры 6. Для этого подвижная сканирующая система 3 с двумя рычагами 9 и 11 подводится к измерительной поверхности плоскопараллельной меры 6 до силового замыкания ролика 15 с контролируемой поверхностью, поверхность сканируется на всей протяженности. Данные угловых перемещений, получаемые от датчиков 8, 10 передаются в компьютер, далее в специальной программе вычисляются значения начальных углов каждого датчика, углы назначаются такие, чтобы в результате измерений эталонной плоскости измерительная система получала прямую, производя, таким образом, калибровку измерительной системы. После калибровки данные о начальных углах хранятся в памяти компьютера. Рычаги сканирующей системы перемещаются в одной плоскости, поэтому и прямая для калибровки, и отсканированный профиль находятся в одном поперечном сечении, имеют одни начальные углы.After installation on the controlled object to calculate the initial angles before measurements, calibration is carried out on the plane of the plane-
Рабочий режим. Измерительный ролик 15 сканирующей системы 3 перемещается вдоль профиля для его сканирования и регистрации координат точек профиля в одном поперечном сечении. После установки на колесо, тензорезистор 14 на упругом элементе 13 и ролик 15 устанавливаются в крайнее правое положение до силового замыкания ролика с контактной поверхностью (фиг. 3) с помощью рукоятки 12. С помощью рукоятки 12 криволинейного рычага 11 осуществляется движение ролика 15 и упругого элемента 13 по поверхности колеса 16. Сканирующая система 3 осуществляет плоское движение по нормали к поверхности катания колеса вдоль оси х в плоскости ху до крайнего левого положения (фиг. 4), в том числе, прокатываясь по поверхности гребня колеса благодаря криволинейной форме рычага 11. Плоское движение рычага 11 вдоль поверхности катания колеса 16 приводит к повороту оси датчика 10, считывающего угол поворота (ϕ2…ϕ2n) и передающего угловые координаты через кабели 17 в компьютер. Одновременно движение рычага 11 приводит к плоскому движению рычага 9, который осуществляет как поступательное движение в плоскости ху, так и вращательное движение вокруг оси датчика 8. Поступательное движение обеспечивает изменение положения в пространстве рычагов 11 и 9 и дальнейшее движение ролика 15 и упругого элемента 13 вдоль поверхности катания колеса 16, вращательное движение приводит во вращение ось датчика 8. Датчик 8 считывает данные по изменению угла (ϕ1…ϕ1n) и передает полученные данные по кабелю 17 в компьютер 19. При движении ролика 15 параллельное ему движение осуществляет упругий элемент 13, тензорезистор 14 начинает упруго деформироваться, при этом регистрируется амплитуда Ud, средняя высота отклонений поверхности в микрометрах определяется по известной эмпирической зависимости 1 (фиг. 5). При движении элементов 13 и 14 амплитуда выходного сигнала Ud тензорезистора 14 усредняется на выбранной базовой длине от 10 до 20 мм и передается по кабелям 17 через микроконтроллер 18 в компьютер 19.Work mode. The
Измерение геометрии колеса производится путем определения координат x и у точек поверхности профиля колеса, в том числе поверхности гребня, в одном поперечном сечении (плоскости ху) вдоль всей протяженности по оси х (фиг. 6). Определение координат х и у точек поверхности катания колеса производится на основании измерения координат х' и у' центра ролика 15 по формулам:The measurement of the wheel geometry is made by determining the x and y coordinates of the points of the wheel profile surface, including the ridge surface, in one cross section (xy plane) along the entire length along the x axis (Fig. 6). The determination of the coordinates x and y of the points of the rolling surface of the wheel is based on the measurement of the coordinates x 'and y' of the center of the
где - длина рычага 9 (плечо 1); - длина рычага 11 (плечо 2), (см. фиг. 3).Where - lever length 9 (arm 1); - the length of the lever 11 (arm 2), (see Fig. 3).
По полученным координатам х' и у' определяют геометрию профиля с поправкой на радиус R ролика 15 и корректировкой по выходным данным Ud тензорезистора 14 по следующим формулам:According to the obtained coordinates x 'and y', the geometry of the profile is determined with a correction for the radius R of the
Полученная информация обрабатывается в аппаратно-программном комплексе, осуществляющем алгоритмическую обработку информации, и в графическом представлении с указанием параметров геометрии колеса воспроизводится на мониторе компьютера кривая 2, 3 (фиг. 6).The information obtained is processed in a hardware-software complex that performs algorithmic information processing, and in a graphical representation, indicating the parameters of the wheel geometry,
Пример 1. Проводилось измерение эталонного образца профиля и железнодорожного колеса, бывшего в эксплуатации, зав. №7701718, для каждого образца в одном поперечном сечении. Для определения эмпирической зависимости амплитуды тензорезистора от высоты неровностей измеряемой поверхности были использованы эталонные образцы шероховатости, прошедшие поверку в установленном порядке. Было использовано шесть мер с высотой неровностей измеряемой поверхности Rz=10 мкм, Rz=20 мкм, Rz=30 мкм, Rz=40 мкм, Rz=50 мкм, Rz=60 мкм. После последовательного измерения каждой меры на базовой длине минимум 20 мм помощью упругого элемента 13, с жестко прикрепленным тензорезистором 14 сканирующей системы 3 были получены значения Ud1, Ud2, Ud3, Ud4, Ud5, Ud6, и, таким образом, зависимость, показанная на фиг. 5. Первым измерению подвергался фрагмент колеса, а именно эталонный образец профиля. Образец в специальных захватах устанавливался таким образом, чтобы измеряемый профиль располагался в плоскости сканирования сканирующей системы 3, что контролировалось с помощью линейных средств измерений, например, угольников и реек. Далее проводилась калибровка и вычисление начальных углов. Для этого подвижная сканирующая система 3 с двумя рычагами 9 и 11 подводилась к измерительной поверхности плоскопараллельной меры 6 до силового замыкания ролика 15 с контролируемой поверхностью, поверхность сканировалась на базовой длине 30 мм. Для обработки значений угловых перемещений с двух датчиков и подбора начальных углов для получения прямой был использован метод прямого поиска из численных методов безусловной оптимизации нулевого порядка. Зная, что целевая функция представляет собой массив точек, лежащих на одной прямой, с помощью данных методов получены начальные углы ϕ10, ϕ20, составившие ϕ10=1,709рад и ϕ20=3,142рад. После режима калибровки произведено сканирование и регистрация координат точек профиля в одном поперечном сечении. Ролик 15 установили в крайнее правое положение до силового замыкания ролика с контактной поверхностью (фиг. 3) и с помощью рукоятки 12 криволинейного рычага 11 осуществлялось движение ролика 15 и упругого элемента 13 по поверхности колеса 16 в крайнее положение, в том числе по поверхности гребня колеса (см. фиг. 4). При этом возможность сканирования сложной сопряженной поверхности профиля колеса, включая гребень, обеспечено взаимным расположением деталей в пространстве, свободой передвижения в плоскости сканирования, криволинейной формой рычага 11. При движении считывались углы поворота для каждого датчика угловых перемещений (ϕ1…ϕ1n) и (ϕ2…ϕ2n) и передавались в компьютер. В устройстве использованы датчики угловых перемещений Энкодер kubler 8.3620.226Е.2500 с разрешением 3600 импульсов/оборот, данные с которых передаются в аппаратно-программный комплекс, а именно микроконтроллер и компьютер. Одновременно с регистрацией углов поворота ϕ1 и ϕ2 регистрируется амплитуда Ud. Амплитуда выходного сигнала Ud тензорезистора 14 усреднялась на выбранном базовом участке длиной 10 мм и сохранялась для каждого участка в памяти компьютера. Средняя высота отклонений поверхности в микрометрах была определена по известной эмпирической зависимости 1 (фиг. 5) и сохранена для каждого участка. Полученная информация обрабатывалась в аппаратно-программном комплексе по следующим алгоритмам. Координаты центра ролика 15 определены по формулам (1) и (2).Example 1. Measurement of a reference sample of a profile and a railway wheel, which was in operation, head. No. 7701718, for each sample in one cross section. To determine the empirical dependence of the amplitude of the strain gauge on the height of the irregularities of the measured surface, reference roughness samples were used, which were verified in the prescribed manner. Six measures were used with the height of irregularities of the measured surface Rz = 10 μm, Rz = 20 μm, Rz = 30 μm, Rz = 40 μm, Rz = 50 μm, Rz = 60 μm. After sequentially measuring each measure at a base length of at least 20 mm using an elastic element 13, with a rigidly attached
Далее с учетом радиуса бандажа измерительного ролика, R=7 мм, и полученной амплитудной зависимости Ud для каждого участка, произведена корректировка и окончательный расчет координат профиля эталонной поверхности по формулам (3, 4). При этом корректировка на среднюю высоту неровностей профиля колеса произведена на каждом участке, на котором Ud было усреднено. Полученная при этом кривая профиля графически представлена кривой 2 на фиг. 6. С целью сравнительных испытаний было проведено измерение бывшего в эксплуатации колеса зав. №7701718 в поперечном сечении с выщербиной глубиной более 0,5 мм и протяженностью более 10 мм. Все параметры сканирования, включая длину базового участка, аналогичны. Полученная при этом кривая профиля с учетом корректировки графически представлена кривой 3 на фиг. 6. сплошной линией, пунктирной - допустимый профиль. Полученные заявляемым способом кривые 2 и 3 сравнивались со стандартизированным профилем, представленным кривой 1 по ГОСТ 10791-2011 Колеса цельнокатаные. Технические условия. При этом для стандартизированного профиля высота допускаемых отклонений составляет плюс/минус 40 мкм и 80 мкм для классов точности изготовления колес 1 и 2 соответственно, что заложено в аппаратно-программном комплексе. Погрешность определения координат х и у профиля колеса при этом может быть рассчитана по формулам:Further, taking into account the radius of the measuring roller band, R = 7 mm, and the obtained amplitude dependence of U d for each section, the correction and the final calculation of the coordinates of the profile of the reference surface were made according to the formulas (3, 4). In this case, a correction for the average height of the wheel profile irregularities was made at each section, where U d was averaged. The resulting profile curve is graphically represented by
где х0 и у0 - значения опорных координат стандартизированного профиля колеса.where x 0 and y 0 are the values of the reference coordinates of the standardized wheel profile.
Анализ результатов показывает, что измерение эталонного образца профиля заявляемым способом позволяет получить кривую, близкую к стандартизированной кривой с отклонением точек не более 3%. Кривая 2 лежит в пределах допуска для кривой 1. Измерение дефектного колеса с недопустимым повреждением поверхности катания позволило получить кривую 3 профиля колеса с высокой точностью, при сравнении со стандартизированной кривой данный профиль поверхности идентифицирован как не соответствующий требованиям стандарта, причем за поле допуска стандартизированной кривой выходит только участок с выщербиной измеренного профиля. На кривой возможно выделить участок повреждения, оценить глубину выщербины, и ее координаты. Таким образом, данный способ может быть применен также для идентификации дефектов поверхности катания колеса, что часто встречается как в эксплуатации, так и после обточки с восстановлением профиля, когда глубокие дефекты не обтачиваются полностью, от них могут оставаться участки с микродефектами, повышенной шероховатостью, сеткой микротрещин.Analysis of the results shows that the measurement of the reference sample of the profile by the claimed method makes it possible to obtain a curve close to a standardized curve with a deviation of points of no more than 3%.
Таким образом, по сравнению с прототипом, данный способ позволяет более точно определять координаты поверхности с учетом неровностей, меньших по размеру относительно характерного размера измерительного ролика.Thus, in comparison with the prototype, this method makes it possible to more accurately determine the coordinates of the surface, taking into account the irregularities that are smaller in size relative to the characteristic size of the measuring roller.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020120566A RU2740539C1 (en) | 2020-06-15 | 2020-06-15 | Railway wheel profile measurement method and device for implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020120566A RU2740539C1 (en) | 2020-06-15 | 2020-06-15 | Railway wheel profile measurement method and device for implementation thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2740539C1 true RU2740539C1 (en) | 2021-01-15 |
Family
ID=74184075
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020120566A RU2740539C1 (en) | 2020-06-15 | 2020-06-15 | Railway wheel profile measurement method and device for implementation thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2740539C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1992014120A1 (en) * | 1991-01-30 | 1992-08-20 | Groenskov Leif | Apparatus for the scanning of a profile and use hereof |
SU1795263A1 (en) * | 1990-06-27 | 1993-02-15 | Kh Polt I Im V I Lenina | Shaped surface check templet |
RU87983U1 (en) * | 2009-05-21 | 2009-10-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | DEVICE FOR MEASURING DIAMETERS AND THICKNESS OF A RAILWAY VEHICLE VEHICLE |
-
2020
- 2020-06-15 RU RU2020120566A patent/RU2740539C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1795263A1 (en) * | 1990-06-27 | 1993-02-15 | Kh Polt I Im V I Lenina | Shaped surface check templet |
WO1992014120A1 (en) * | 1991-01-30 | 1992-08-20 | Groenskov Leif | Apparatus for the scanning of a profile and use hereof |
DE69211123T2 (en) * | 1991-01-30 | 1996-12-05 | Leif Gronskov | DEVICE FOR SCANING A PROFILE AND ITS USE |
RU87983U1 (en) * | 2009-05-21 | 2009-10-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | DEVICE FOR MEASURING DIAMETERS AND THICKNESS OF A RAILWAY VEHICLE VEHICLE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102680987B1 (en) | Shaft workpiece in-place non-contact detection method | |
CN100335860C (en) | Workpiece inspection method | |
JP2764103B2 (en) | Method of using analog measuring probe and positioning device | |
US7286949B2 (en) | Method of error correction | |
CN206056522U (en) | A kind of contactless cylinder part inside/outside diameter size and form and position error measurement device | |
US7526873B2 (en) | Use of surface measurement probes | |
CN108267095A (en) | The bilateral dislocation differential confocal detection method of free form surface pattern and device | |
EP3346228B1 (en) | Shape measurement device | |
JP2012211891A (en) | Calibration method of surface quality measuring machine | |
US4914828A (en) | Surface inspection device and method | |
US20220074732A1 (en) | Noncontact sensor calibration using single axis movement | |
CN115325946B (en) | System and method for simultaneously detecting size of end of steel pipe and inner wall defects | |
CA1336532C (en) | Probe motion guiding device, position sensing apparatus and position sensing method | |
CN113324476A (en) | Crane guide rail detection system and detection method thereof | |
CN215114395U (en) | Crane guide rail detection system | |
RU2740539C1 (en) | Railway wheel profile measurement method and device for implementation thereof | |
JP6203502B2 (en) | Structure and method for positioning a machining tool relative to a workpiece | |
JP2746511B2 (en) | Method for measuring orientation flat width of single crystal ingot | |
JP2000081329A (en) | Shape measurement method and device | |
JPH06102035A (en) | Method and apparatus for measuring shape of coil spring | |
JP5032741B2 (en) | 3D shape measuring method and 3D shape measuring apparatus | |
JP2000146564A (en) | Precision confirmation device for contact system measuring instrument of tube inner diameter | |
JP2016024067A (en) | Measurement method and measurement device | |
KR101213277B1 (en) | Device and method for ultrasonic inspection using profilometry data | |
JP2000298011A (en) | Method and apparatus for measuring shape |