基于激光测距的车轮踏面外形测量仪的研究

论文摘要

目前中国的铁路事业正在高速发展,高速机车成为了客运的主流,大量的高速铁路和地铁也正在建设中。在机车速度提升的同时对于机车的运行安全也越来越受到重视。作为机车关键部件的车轮在机车运行安全中担任着重要的作用,因此,对于车轮的监测也是每个国家铁路部门十分重视的一项检测任务。目前全球针对车轮测量的仪器种类众多,主要测量的参数有：轮对尺寸、踏面外形、踏面缺陷及内部探伤。本文主要研究并设计一台用于测量车轮踏面外形的便携式测量仪器,采用的激光测距传感器及DSP-TMS320F2812芯片组成的测量系统,完成对轮对尺寸数据的采集、运算、传输和显示功能。本文通过大量的前期调研,针对激光测距传感器特点和车轮踏面形状,制定了设计方案。仪器由固定在仪器平台上的激光器,反射激光的反射镜,和连接反射镜转轴的光电编码器组成。通过算法,DSP芯片将激光测距信息和光电编码器测角信息转换为目标点的直角坐标系下的坐标。反射镜的转动可以令仪器获得踏面截面上所有的点的坐标,从而组成踏面曲线,计算出车轮踏面外形尺寸。文章对仪器的理论精度进行了分析,并且设计了仪器的外形,研究了最佳安装位置。同时完成了软件编程,器件选型,电路图绘制等工作,基本完成了仪器的开发工作。并且在实验平台上,使用开发板对设计方案进行了验证,同时对测量结果做了分析。数据结果表明该仪器可以完成车轮外形的测量,并且获得相应的踏面曲线,具有一定的借鉴价值和应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 轮对尺寸测量的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 接触式
• 1.2.2 非接触式
• 1.3 本设计的背景
• 1.4 本文完成的主要内容
• 第2章 基本原理及外形设计
• 2.1 动车及轮对介绍
• 2.2 外形设计
• 2.3 测量原理
• 2.3.1 模型说明
• 2.3.2 激光测距原理
• 2.3.3 光电编码器测量角度
• 2.3.4 初始参数设定
• 2.4 本章小结
• 第3章 仪器理论精度分析及选型
• 3.1 仪器的理论精度分析
• 3.2 最佳安装位置估计
• 3.2.1 不同轮对型号的安装位置分析
• 3.2.2 综合曲线
• 3.3 选型
• 3.4 本章小结
• 第4章 流程设计及软件编写
• 4.1 系统总体框图
• 4.2 测量开始阶段
• 4.3 参数设定
• 4.4 测量阶段
• 4.5 其它及上位机部分
• 4.6 本章小结
• 第5章 硬件实现
• 5.1 实验平台
• 5.2 硬件器件及相应电路
• 5.3 电路原理图及PCB版图
• 5.4 本章小结
• 第6章 结果分析
• 6.1 软件调试
• 6.2 结果显示
• 6.3 误差分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 攻读硕士学位期间发表的论文