一种铁路轮对激光自动检测机及其用于轮对自动检测的方法，检测机包括轮对测量机构、垂直升降机构、旋转机构、承正推转机构和轮对止退机构，轮对测量机构包括轴身测量机构、挡光板以及左轮踏面测量机构和右轮踏面测量机构；轮对垂直升降机构包括底座、带V型座的升降横梁、气缸、轴颈上测量装置和轴颈下测量装置；轮对旋转机构包括摩擦轮装置、减速电机、摆臂、压力弹簧装置和轮对旋转机构座；承正推转机构包括承正装置和推轮装置；轮对测量机构安装在机架上，负责对轮对的轮部参数进行测量；测量机构、轮对垂直升降机构、轮对旋转机构、承正推转机构和轮对止退机构的动作接受操作控制系统控制。该检测机及其用于轮对自动检测的方法测量精度高、速度快。
1.一种铁路轮对激光自动检测机，包括轮对测量机构（Ⅰ）、轮对垂直升降机构（Ⅱ）、轮对旋转机构（Ⅲ）、承正推转机构（Ⅳ）、轮对止退机构（Ⅴ）、机架（Ⅵ）、主机罩（Ⅶ）、轮轴标识识别装置（Ⅷ）、液压系统（Ⅸ）和操作控制系统（Ⅹ），其特征在于：所述的轮对测量机构（Ⅰ）包括轴身测量机构（Ⅰ03）、挡光板（Ⅰ05）以及结构相同、对称地安装在轮对测量机构座（Ⅰ04）上的左轮踏面测量机构（Ⅰ01）和右轮踏面测量机构（Ⅰ02）； 所述的轮对垂直升降机构（Ⅱ）包括装配有圆柱导杆的底座（Ⅱ01）、带V型座的升降横梁（Ⅱ02）、气缸（Ⅱ03）、轴颈上测量装置（Ⅱ04）和轴颈下测量装置（Ⅱ05）；
所述的轮对旋转机构（Ⅲ）包括摩擦轮装置（Ⅲ01）、减速电机（Ⅲ02）、摆臂（Ⅲ03）、压力弹簧装置（Ⅲ04）和轮对旋转机构座（Ⅲ05）；
所述的承正推转机构（Ⅳ）包括承正装置（Ⅳ01）和推轮装置（Ⅳ02）；所述的承正装置包括导正轮（411）、承重轮（412）和承正装置座（413）；所述的推轮装置包括改制钢轨（421）、推杆（422）、气缸（423）和推轮装置座（424）；
所述的轮对测量机构（Ⅰ）安装在机架（Ⅵ）上，负责对轮对的轮部参数进行测量；
所述的轮对垂直升降机构（Ⅱ）也有两个，分别安装在机架底板上；
所述的轮对旋转机构（Ⅲ）安装在一侧轮对垂直升降机构底座上，轮对旋转机构（Ⅲ）的压力弹簧装置（Ⅲ04）推动摆臂（Ⅲ03），使摩擦轮装置（Ⅲ01）的摩擦轮压向被检测车轮踏面，减速电机（Ⅲ02）驱动摩擦轮带动被检轮对旋转，以协助轮对测量机构（Ⅰ）实现对被检轮对不同轴剖面的参数测量；
所述的承正推转机构（Ⅳ）有两套，分别装在轮对预检位和测量位的钢轨处，轮对预检位所装的轮对旋转机构用异步电机驱动其中一套承正推转机构（Ⅳ）之承正装置的一对承重轮，当轮对由轨道输送到位时，导正轮引导轮缘沿轨道方向进入正确位置，导正的车轮轮缘落在承重轮上，踏面与钢轨脱离；轮对预检位所装的轮对旋转机构用异步电机运转时承重轮带动轮对旋转，供检验人员观察车轮踏面状况；测量位安装的承正推转机构起定位作用；
轮对测量机构（Ⅰ）、轮对垂直升降机构（Ⅱ）、轮对旋转机构（Ⅲ）、承正推转机构（Ⅳ）和轮对止退机构（Ⅴ）的动作接受操作控制系统（Ⅹ）控制，液压系统（Ⅸ）对各个机构的油缸提供动力。
2.根据权利要求1所述的铁路轮对激光自动检测机，其特征在于：所述轮对测量机构（Ⅰ）的左轮踏面测量机构（Ⅰ01）、右轮踏面测量机构（Ⅰ02）型式相同、结构对称，各自在轮对的轴剖面内构成左右轮踏面及轮内外端面的二维测量系统；
所述的左轮踏面测量机构（Ⅰ01）包括左测量机构座（11）、左横向位移机构（12）、左垂直位移机构（13）和左传感器转向机构（14）；
所述的右轮踏面测量机构（Ⅰ02）包括右测量机构座（21）、右横向位移机构（22）、右垂直位移机构（23）和右传感器转向机构24）；
左横向位移机构（12）、右横向位移机构（22）分别安装在左测量机构座（11）、右测量机构座（21）上；
左或右横向位移机构，左或右垂直位移机构分别采用精密滚珠导轨副和精密滚珠丝杆副组成直线运动装置，激光传感器安装在一个可转向的装置上、由滚珠导轨的滑块带动；滚珠丝杆由带圆编码器的伺服电机驱动，激光传感器转向装置则由步进电机驱动，设置有角度转动定位件；在操作控制系统的指令下，激光传感器将在轮对轴剖面内沿被检表面作扫描测量。
3.根据权利要求1所述的铁路轮对激光自动检测机，其特征在于：所述的轮对测量机构的轴身测量装置（Ⅰ03）包括激光传感器（31）、安装支架（32），所述安装支架（32）由相互垂直的立柱与横杆构成L形，L形安装支架的一端固定安装在轮对测量机构座（Ⅰ04）上；
所述轴身测量机构是固定的，轮对静止时轴身测量机构可以测量轴身某一方向的直径，当轮对旋转时，测量轴身表面各点的极坐标后，可以测量轴身的实际最小二乘直径。
4.根据权利要求1所述的铁路轮对激光自动检测机，其特征在于：所述的轮对垂直升降机构（Ⅱ）的升降行程是固定的，用两个V型面支撑被检轮对两端的滚动轴承外圆面，两个V型面的对称面与左右轮踏面测量机构的对称面重合，V型面的升程也是固定的,从而保证轮对装夹上升到测量位后，轴对轴剖面与左右轮踏面测量机构和轴身测量机构的测量工作面重合； 所述轮对垂直升降机构（Ⅱ）的轴颈上测量装置（Ⅱ04）和轴颈下测量装置（Ⅱ05）组成轮对中心高测量装置，它们分别测量轮对两端轴承外圈直径上下两端的高度用以计算轮对轴线的高度；轴颈上测量装置（Ⅱ04）和轴颈下测量装置（Ⅱ05）都由带弹簧复位的滑动测杆和直线位移传感器组成，当轮对垂直升降机构（Ⅱ）的V型面抬起轮对轴承时，轴颈下测量装置的测杆被压缩，推动直线位移传感器记录轴承直径下端的数据，当V型面升到最高位时，轴承上面压缩轴颈上测量装置测杆，推动直线位移传感器记录轴承直径上端的数据，由此两数据计算轮对轴线的高度。
5.根据权利要求1所述的铁路轮对激光自动检测机，其特征在于：所述的操作控制系统（Ⅹ）包括工控机、运动控制卡、数据采集卡、激光传感器、直线位移传感器、伺服电机驱动器、步进电机驱动器、带编码器的伺服电机、步进电机、光电开关、继电器控制板、继电器和异步电机；操作控制系统由工控机控制机构动作和数据采集与处理，最后生成测量结果打印输出轮对检修表格，并向货车检修系统传输数据；
当操作工发出标定或测量的指令后，工控机按所设计的标定或测量程序通过运动控制卡指挥继电器控制板与继电器动作，接通轮对运动机构的各个电磁阀使机构油缸动作；指挥驱动器驱动伺服电机和步进电机转动，伺服电机通过丝杆副带动左右轮踏面测量机构及轴身测量机构直线运动，伺服电机的编码器输出电机转动信号；步进电机带动激光传感器转向机构改变激光光轴方向；工控机通过数据采集卡采集编码器、激光传感器、直线位移传感器和光电开关信号，编码器信号处理成左右轮踏面测量机构及轴身测量机构的直线位移参数；激光传感器信号、直线位移传感器信号与左右轮踏面测量机构直线位移参数合成为轮对表面测量参数；光电开关信号则形成编码器的起点与终点信号；
各项测量参数经工控机按设计的数学模型处理成轮对检修测量参数，保存于工控机硬盘的数据库内，并由显示器在屏幕上显示出来，可逐个或成批打印出轮对检修表格，并可实时或定期向货车检修系统传输。
6.一种轮对自动检测方法，其特征在于：它是采用权利要求1所述铁路轮对激光自动检测机对被检轮对进行自动检测，其实质是进行相对测量；各测量机构即：轴身测量机构（Ⅰ03）、左轮踏面测量机构（Ⅰ01）和右轮踏面测量机构（Ⅰ02）在空间位置固定，铁路轮对激光自动检测机对标准轮对测量后建立初始值，再测量被检轮对获得测量值，用初始值、测量值及标准轮对的标准参数运用以下数学模型计算被检轮对的各项参数； 其步骤包括：
A、标定，制备标准轮对：用准确度满足要求的通用和专用量具，即内径千分尺和工作用量块测量轮对内距，用专用的千分尺测量轮缘厚度，用专用的外径千分尺测量车轮踏面直径的方法准确地测量标准轮对各项参数并输入检测机的操作控制系统（Ⅹ）；检测机运行专门的标定程序，对标准轮对进行测量，以确定测量机构，即：轴身测量机构（Ⅰ03）、左轮踏面测量机构（Ⅰ01）和右轮踏面测量机构（Ⅰ02）的标定初始值；
B、运行测量程序，对被检轮对进行测量，求出被检轮对在测量坐标系中的各项参数，运用以下六个测量数学模型计算待测参数；
上式中：R0为标准轮对滚动圆半径，H3为左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构测量值与标定值之差，H1、H2分别为轴颈上测量装置和轴颈下测量装置测量值与标定值的差,各参数单位是mm；
式中：l为被检轮轮辋宽度，L为标准轮对轮辋宽，a1为轮内侧面测量值与标定值之差，a2为轮外侧面测量值与标定值的差,各参数单位是mm；
式中：ly为被检轮缘厚，ly0为标准轮缘厚，x1、x2为测量被检轮对和标准轮对时两次激光传感器读数，a1、a2为轮外侧和轮内侧测量被检轮对和标准轮对时的横向位移差值,各参数单位是mm；β为激光传感器光轴与被检表面法线的夹角；
上式中：Rz为被检轮对轴身半径，Rz0为标准轮对轴身半径，H4为轴身测量机构测量值与标定值之差，H1、H2分别为轴颈上测量装置和轴颈下测量装置测量值与标定值的差；
H3为左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构测量值与标定值之差，H5为轮辋边缘测量值与标定值之差,各参数单位是mm；
式中：f为踏面磨耗，h11为左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构沿水平方向扫描时在滚动圆测量点的读数，h10为左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构沿水平方向扫描时在轮缘最高点测量的读数,各参数单位是mm；
滚动圆半径R和轴身半径采用半径测量方法，轴身测量机构测量轮对轴线位置，左轮踏面测量机构和右轮踏面测量机构扫描车轮踏面数据后与轮轴轴线测量参数综合计算其滚动圆半径R和轴身半径；
踏面磨耗采用直接测量，以踏面扫描数据直接计算轮缘高度与踏面磨耗；
7.根据权利要求6所述的轮对自动检测方法，其特征在于：初始参数标定流程如下：cS1：开机；
l11为测量车轮踏面滚动圆测量点的左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构横向位移尺寸、h5为滚动圆测量点左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构垂直测量值，h8-轮缘标定时左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的垂直位移测量值；
S70为车轮踏面滚动圆测量点到轮内侧面的距离当量参数，其计算公式如下；
式中：A为横向测量总行程，l4为标准轮对内侧面测量值，l11为光束对准滚动圆标志线时左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的横向位移测量值；
S12为轮缘厚度测量点到滚动圆测量点在垂直方向上的距离当量参数，其计算公式如下；
式中：h4为初始参数标定时左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构垂直方向行程，x2为初始参数标定时激光对准轮缘测量点时激光传感器的读数，h8-轮缘标定时左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的垂直位移测量值，h9为初始参数标定时左右轮踏面测量机构对准滚动圆测量轮缘时，左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的垂直位移测量值，β为激光传感器光轴与被检表面法线的夹角。
8.根据权利要求6所述的轮对自动检测方法，其特征在于：所述A、标定，制备标准轮对的具体流程是： aS1：标定开始；
aS2：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右横向位移机构向轮外侧面运动到起始位；
aS3：激光传感器转向，激光光轴对向轮外侧面，左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构监测激光传感器读数；
aS4：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右垂直位移机构向下到预定位，此位置激光束将投射到轮外侧面测量位置；
aS5：标准轮对上升到测量位置，测量系统记录轴颈上测量装置和轴颈下测量装置的测量数据，记录初始值h6、h7、h14；
aS6：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右横向位移机构向轮外侧面运动进到激光传感器读数预定值位，并记录存储初始值l1；
aS7：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右垂直位移机构向上扫描至激光传感器超载；
aS9：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右横向位移机构向轮缘方向运动至激光传感器读数预定值位；
aS12：激光传感器转向，光轴射向车轮踏面，左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右垂直位移机构运动使激光传感器读数至预定值；
aS13：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右横向位移机构由轮外侧向轮内侧激光传感器扫描至超载；
aS15：激光传感器转向，光轴向轮内侧面，横向位移机构运动到起始位置；
aS16：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右垂直位移机构向下运动到预定值，左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右横向位移机构向轮外侧面运动到激光传感器读数预定值，记录l2；
aS17：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右垂直位移机构向下运动至超载；
aS18：记录h12,继续下行10mm后反向扫描，再次记录轮辋厚测量起点标定值h12,两次平均；
aS19：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构复位，激光传感器回到轮外侧的最外和最高点；
h5-踏面标定值，h6- 轴径上标定值，h7-轴径下标定值，h8-轮缘标定时左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的垂直位移测量值，h12-轮辋厚测量起点标定值，h14-轴身标定值，l1-轮外侧面标定值，l2-轮内侧面标定值，l7-轮缘标定横向位移值，S12为轮缘厚度测量点到滚动圆测量点在垂直方向上的距离当量参数，A-横向测量总行程， S70-车轮踏面滚动圆测量点到轮内侧面的距离当量参数，β-激光传感器光轴与被检表面法线的夹角。
9.根据权利要求6所述的轮对自动检测方法，其特征在于：所述B、运行测量程序，对被检轮对进行测量的具体流程是：bS1: 测量开始；
bS2: 左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右横向位移机构向轮外侧面运动到起始位；
bS3: 激光传感器转向，激光光轴对向轮外侧面，左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构监测激光传感器读数；
bS4: 左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右垂直位移机构向下到预定位，此位置激光束将能投射到轮外侧面测量位置；
bS5: 被检轮对上升到测量位置，测量系统记录轴颈上测量装置和轴颈下测量装置的测量数据，记录初始值h1、h2、h15 ；
bS6: 左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右横向位移机构向轮外侧面运动进到激光传感器读数预定值位，并记录存储初始值l3；
bS7：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右垂直位移机构向上扫描至激光传感器超载；
bS9：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右横向位移机构向轮缘方向运动至激光传感器读数预定值位；
bS12：激光传感器转向，光轴射向车轮踏面，左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右垂直位移机构运动使激光传感器读数至预定值；
bS13：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右横向位移机构向轮外侧面运动至超载；
bS15：激光传感器转向，光轴向轮内侧面，横向位移机构运动到起始位置；
bS16：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右垂直位移机构向下运动到预定值，左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右横向位移机构向轮外侧面运动到激光传感器读数预定值，记录l4；
bS17：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的左或右垂直位移机构向下运动至超载；
bS18：记录h6,继续下行10mm后反向扫描，再次记录轮辋起点初始值h6,两次平均bS19：左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构复位，激光传感器回到轮外侧的最外和最高点；
bS21：以l11在数据列h4、l11中查出滚动圆的h4；
bS23：按下式计算a1、a2、a3、H1、H2、H3、H4、H5；
bS25：打印轮对检修表格，向货车检修系统传输数据；
h1-轴径下测量值，h2-轴径上测量值，h4-踏面测量值，h9-为初始参数标定时左右轮踏面测量机构对准滚动圆测量轮缘时，左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构的垂直位移测量值，h10-踏面磨耗测量时最高点激光传感器读数值，h11-为左轮踏面测量机构或右轮踏面测量机构沿水平方向扫描时在滚动圆测量点的读数，h13-轮辋厚测量起点测量值，h15-轴身测量值，l3-轮外侧面测量值，l4-轮内侧面测量值，l6-轮缘测量横向位移值；
A-横向测量总行程， S70-车轮踏面滚动圆测量点到轮内侧面的距离当量参数， S12 -轮缘厚度测量点到滚动圆测量点在垂直方向上的距离当量参数， l7-轮缘标定横向位移值，h5-踏面标定值，h7-轴径下标定值，h12-轮辋厚测量起点标定值，h14-轴身标定值，β为激光传感器光轴与被检表面法线的夹角。
激光轮对自动检测机及其用于轮对自动检测的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种检测技术，特别是一种适用于铁路车辆检修中检测轮对踏面几何尺寸、磨耗、内侧距、轴身中部直径、轮径、轮缘厚度、轮辋宽度、轮辋厚度、偏心等的轮对自动检测机及其用于轮对自动检测的方法。
背景技术
[0002] 目前中国铁路安装最多的轮对自动检测机是北京某厂生产的“轮对自动检测装置”，该轮对自动检测装置的测量系统是由一组多个面阵CCD和涡流，激光和超声测距仪组成检测装置，以及轮对进入定位及推出机构，和轮对托起定位机构，轮对旋转机构连接而成，各面阵CCD及测距仪的检测数据均与计算机接口相通。但是，由于设计采用的CCD影像法测量原理，很难适用于像轮对这种轮廓边界不是很分明的工件测量，所以其测量精度很低，示值变化很大，在全国铁路安装的几十台无一台能正常使用。
[0003] 专利公开号为CN101619965A的发明专利申请公开的《轮对自动测量装置》，应用了激光三角法测距、运动控制、机器视觉等技术，具有自校准功能，用于对多种规格的火车轮对进行尺寸参数的测量；但因该检测装置激光测距传感器安装于一个三自由度运动机构上，在一个固定的空间坐系内进行绝对测量，测量装置在很长的导轨上运动，因此整机的加工精度要求很高，制造成本贵；测量时工件在轮对轴向和径向定位必须准确，生产效率难以提高。每条轮对的测量时间为5分钟，对动车组快速修理和大量铁路货运车辆检修要求是不适应的；该专利虽然可以同时测量多种轨距的轮对，但这种功能在铁路车辆检修现场并不重要要，因为铁路车辆都是在专门的单位检修，一个单位一个工位只检修一种轨距的车辆，适应多种车辆的功能虽好，但由于增加活动导轨，反而使设备复杂化，增加操作工序，降低其稳定度及速度，此外，该专利设计的轮对夹紧定位机构用顶尖夹持轮对，而铁路运营车辆轮对都有轴端盖，无法在此机器上装夹，因此，不适用铁路运营车辆轮对的检测。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种适用于铁路运营车辆轮对的检测，测量精度高、速度快的激光轮对自动检测机及其用于轮对自动检测的方法，以解决已有技术存在的上述问题。
[0005] 解决上述技术问题的技术方案是：一种铁路轮对激光自动检测机，包括轮对测量机构、轮对垂直升降机构、轮对旋转机构、承正推转机构、轮对止退机构、机架、主机罩、轮轴标识识别装置、液压系统和操作控制系统；
[0006] 所述的轮对测量机构包括轴身测量机构、挡光板以及结构相同、对称地安装在轮对测量机构座上的左轮踏面测量机构和右轮踏面测量机构；
[0007] 所述的轮对垂直升降机构包括装配有圆柱导杆的底座、带V型座的升降横梁、气缸、轴颈上测量装置和轴颈下测量装置；
[0008] 所述的轮对旋转机构包括摩擦轮装置、减速电机、摆臂、压力弹簧装置和轮对旋转机构座；
[0009] 所述的承正推转机构包括承正装置和推轮装置；所述的承正装置包括导正轮、承重轮和承正装置座；所述的推轮装置包括改制钢轨、推杆、气缸和推轮装置座；
[0010] 所述的轮对测量机构安装在机架上，负责对轮对的轮部参数进行测量；
[0011] 所述的轮对垂直升降机构也有两个，分别安装在机架底板上；
[0012] 所述的轮对旋转机构安装在一侧轮对垂直升降机构底座上，轮对旋转机构的压力弹簧装置推动摆臂，使摩擦轮装置的摩擦轮压向被检测车轮踏面，减速电机驱动摩擦轮带动被检轮对旋转，以协助轮对测量机构实现对被检轮对不同轴剖面的参数测量；
[0013] 所述的承正推转机构有两套，分别装在轮对预检位和测量位的钢轨处，轮对预检位所装的轮对旋转机构用异步电机驱动其中一对承重轮，当轮对由轨道输送到位时，导正轮引导轮缘沿轨道方向进入正确位置，导正的车轮轮缘落在承重轮上，踏面与钢轨脱离；预检位电机运转时承重轮带动轮对旋转，供检验人员观察车轮踏面状况；测量位安装的承正推转机构起定位作用；
[0014] 测量机构、轮对垂直升降机构、轮对旋转机构、承正推转机构和轮对止退机构的动作接受操作控制系统控制，液压系统对各个机构的油缸提供动力。
[0015] 其进一步技术方案是：所述轮对测量机构的左轮踏面测量机构、右轮踏面测量机构型式相同、结构对称，各自在轮对的轴剖面内构成左右轮踏面及轮内外端面的二维测量系统；
[0016] 所述的左轮踏面测量机构包括左测量机构座、左横向位移机构、左垂直位移机构和左传感器转向机构；
[0017] 所述的右轮踏面测量机构包括右测量机构座、右横向位移机构、右垂直位移机构和右传感器转向机构；
[0018] 左横向位移机构、右横向位移机构分别安装在左测量机构座、右测量机构座上；
[0019] 左或右横向位移机构与左或右垂直位移机构分别采用精密滚珠导轨副和精密滚珠丝杆副组成直线运动装置，激光传感器安装在一个可转向的装置上、由滚珠导轨的滑块带动；滚珠丝杆由带圆编码器的伺服电机驱动，激光传感器转向装置则由步进电机驱动，设置有角度转动定位件；在测量操作系统的指令下，激光传感器将在轮对轴剖面内沿被检表面作扫瞄测量。
[0020] 所述的轮对测量机构的轴身测量装置包括激光传感器、安装支架，所述安装支架由相互垂直的立柱与横杆构成L形，L形安装支架的一端固定安装在轮对测量机构座上；
[0021] 所述轴身测量机构是固定的，轮对静止时轴身测量机构可以测量轴身某一方向的直径，当轮对旋转时，测量轴身表面各点的极坐标后，可以测量轴身的实际最小二乘直径。
[0022] 所述的轮对垂直升降机构的升降行程是固定的，用两个V型面支撑被检轮对两端的滚动轴承外圆面，两个V型面的对称面与测量机构的对称面重合，V型面的升程也是固定的,从而保证轮对装夹上升到测量位后，轴对轴剖面与左右轮踏面测量机构和轴身测量机构的测量工作面重合；
[0023] 所述轮对垂直升降机构的轴颈上测量装置和轴颈下测量装置组成轮对中心高测量装置，它们分别测量轮对两端轴承外圈直径上下两端的高度用以计算轮对轴线的中心高；轴颈上测量装置和轴颈下测量装置都由带弹簧复位的滑动测杆和直线位移传感器组成，当轮对垂直升降机构的V型面抬起轮对轴承时，轴颈下测量装置的测杆被压缩，推动位移传感器记录轴承直径下端的数据，当V型面升到最高位时，轴承上面压缩轴颈上测量装置测杆，推动位移传感器记录轴承直径上端的数据，由此两数据计算轮对轴线的高度。
[0024] 所述的操作控制系统包括:工控机、运动控制卡、数据采集卡、激光传感器、直线位移传感器、伺服电机驱动器、步进电机驱动器、带编码器的伺服电机、步进电机、光电开关、继电控制板、继电器和异步电机，操作控制系统由工控机控制机构动作和数据采集与处理，最后生成测量结果打印输出轮对检修表格，并向货车检修系统-HMIS传输数据；
[0025] 当操作工发出标定或测量的指令后，工控机按所设计的标定或测量程序通过运动控制卡指挥继电器板与继电器动作，接通各个轮对运动机构的电磁阀使机构油缸动作；指挥驱动器驱动伺服电机和步进电机转动，伺服电机通过丝杆副带动测量机构直线运动，伺服电机的编码器输出电机转动信号；步进电机带动传感器转向机构改变激光光轴方向；工控机通过数据采集卡采集编码器、激光传感器、直线位移传感器和光电开关信号，编码器信号处理成测量机构的直线位移参数；激光传感器信号、直线位移传感器信号与测量机构直线位移参数合成为轮对表面测量参数；光电开关信号则形成编码器的起点与终点信号；
[0026] 各项测量参数经工控机按设计的数学模型处理成轮对检修测量参数，保存于工控机硬盘的数据库内，并由显示器在屏幕上显示出来，可逐个或成批打印出轮对检修表格，并可实时或定期向货车检修系统-HMIS传输。
[0027] 本发明的另一相关技术方案是：一种轮对自动检测方法，它是采用本发明铁路轮对激光自动检测机对被检轮对进行自动检测，其实质是进行相对测量；即各测量机构在空间位置固定，铁路轮对激光自动检测机对标准轮对测量后建立初始值，再测量被检轮对获得测量值，用初始值、测量值及标准轮对的标准参数运用以下数学模型计算被检轮对的各项参数；
[0028] 其步骤包括：
[0029] A、标定，制备标准轮对：用准确度满足要求的通用和专用量具——内径千分尺、工作用量块测量轮对内距，用专用的千分尺测量轮缘厚度，用专用的外径千分尺测量车轮踏面直径等方法准确地测量标准轮对各项参数并输入检测机的计算机系统；检测机运行专门的标定程序，对标准轮对进行测量，以确定测量机构的标定初始值；
[0030] B、运行测量程序，对待测轮对进行测量，求出待测轮对在测量坐标系中的各项参数，运用以下五个测量数学模型计算待测参数；
[0031] ①滚动圆半径R的数学模型是：
[0032]
[0033] 上式中：R0为标准轮对滚动圆半径，H3为踏面测量机构测量值与标定值之差，H1、H2分别为轴颈上测量装置和轴颈下测量装置测量值与标定值的差,各参数单位是mm；
[0034] ②轮辋宽度l的数学模型是：
[0035]
[0036] 式中：l为被检轮轮辋宽度，L为标准轮对轮辋宽，a1为轮内侧面测量值与标定值之差，a2为轮外侧面测量值与标定值的差,各参数单位是mm；
[0037] ③轮缘厚度ly的数学模型是：
[0038]
[0039] 式中：ly为被检轮缘厚，ly0为标准轮缘厚，x1、x2为测量被检轮对和标准轮对时两次激光传感器读数，a1、a2为轮外侧和轮内侧测量被检轮对和标准轮对时的横向位移差值,各参数单位是mm；
[0040] ④轴身半径的数学模型是：
[0041]
[0042] 上式中：Rz为被测轮对轴身半径，Rz0为标准轮对轴身半径，H4为轴身测量机构测量值与标定值之差，H1、H2分别为轴颈上测量装置和轴颈下测量装置测量值与标定值的差；
[0043] ⑤轮辋厚度的数学模型是：
[0044]
[0045] 式中：e为被检轮辋厚，e0为标准轮辋厚。H5、H3分别为踏面测量与轮辋边缘测量值之差,各参数单位是mm；
[0046] ⑥踏面磨耗的数学模型是：
[0047]
[0048] 式中：f为踏面磨耗，h11为测量机构沿水平方向扫瞄时在滚动圆测量点的读数，h10为测量机构沿水平方向扫瞄时在轮缘最高点测量的读数,各参数单位是mm；
[0049] 上述数学模型的各参数测量方法是：
[0050] 轮径和轴径采用半径测量方法，轴中心测量机构测量轮对轴线位置，踏面测量机构扫瞄车轮踏面数据后与轮轴轴线测量参数综合计算其轮径和轴中部直径；
[0051] 踏面磨耗采用直接测量，以踏面扫瞄数据直接计算轮缘高度与踏面磨耗；
[0052] 轮缘厚度以轮内侧面扫瞄数据与轮缘扫瞄数据计算；
[0053] 轮辋厚度以踏面扫瞄数据和轮内侧面扫瞄数据计算；
[0054] 轮辋宽度以轮内侧与外侧面扫瞄数据计算。
[0055] 其进一步技术方案是：所述初始参数标定流程如下：
[0056] cS1：开机；
[0057] cS2：测量轮内外侧面；
[0058] cS3：照准70mm标志线，记录l11、h5；
[0059] cS4：计算S70；
[0060] cS5：照准S12标志线，记录x1、h8；
[0061] cS6：计算S12；
[0062] 上述步骤中涉及的参数意义如下：
[0063] l11为测量车轮踏面滚动圆测量点的踏面测量机构横向位移尺寸、h5为滚动圆测量点踏面测量机构垂直测量值；
[0064] S70为车轮踏面滚动圆测量点到轮内侧面的距离当量参数，其计算公式如下；
[0065]
[0066] 式中：A为横向测量总行程，l4为皮时轮内侧面测量值，l11为光束对准滚动圆标志线时机构横向位测量值；
[0067] S12为轮缘厚度测量点到滚动圆测量点在垂直方向上的距离当量参数，其计算公式如下；
[0068]
[0069] 式中：h4为初始参数标定时测量机构垂直方向行程，x2为初始参数标定时激光对准轮缘测量点时传感器的读数， h9为初始参数标定时对准滚动圆时的垂直测量值。
[0070] 所述A、标定，制备标准轮对的具体流程是：
[0071] aS1：标定开始；
[0072] aS2：横向位移机构向轮外侧到起始位；
[0073] aS3：传感器转向，激光光轴对向轮外侧面，测量系统监测激光传感器读数；
[0074] aS4：垂直位移机构向下到预定位，此位置激光束将投射到轮外侧面测量位置；
[0075] aS5：标准轮对上升到测量位置，测量系统记录轴颈上测量装置和轴颈下测量装置的测量数据，记录初始值h6、h7、h14；
[0076] aS6：横向位移机构向轮外侧面运动进到传感器读数预定值，并记录存储初始值l1；
[0077] aS7：垂直位移机构向上扫瞄至激光传感器超载；
[0078] aS8：激光传感器调整方向，光轴对向轮缘面；
[0079] aS9：横向位移机构向轮缘方向运动至激光传感器读数预定值；
[0080] aS10：激光传感器沿轮缘面扫瞄至超载；
[0081] aS11：记录数据列x1、l7、h8
[0082] aS12：激光传器转向，光轴射向车轮踏面，垂直位移机构运动使激光传感器读数至预定值；
[0083] aS13：横向位移机构由轮外侧向轮内侧激光传器扫瞄至超载；
[0084] aS14：记录数据列h5、l11；
[0085] aS15：激光传器转向，光轴向轮内侧面，横向位移机构运动到起始位置；
[0086] aS16：垂直位移机构向下运动到预定值，横向位移机构向轮外侧面运动到激光传感器读数预定值，记录l2；
[0087] aS17：垂直位移机构向下运动至超载；
[0088] aS18：记录h12,继续下行10mm后反向扫瞄，再次记录轮辋起点初始值h12,两次平均；
[0089] aS19：车轮踏面测量机构复位，激光传感器回到轮外侧的最外和最高点；
[0090] aS20：按下式计算l11
[0091] ；
[0092] aS21：以l11查出对应的h5并存储；
[0093] aS22：按下式计算h8并存储
[0094] ；
[0095] aS23：标定结束；
[0096] 上述步骤的具体流程中涉及的参数的意义如下：
[0097] h3-上下基准总高值、h5-踏面标定值、h6- 轴径上标定值、h7-轴径下标定值、h8-轮缘标定时机构垂直位移、h12-轮辋厚测量起点标定值、h14-轴身标定值、l1-轮外侧面标定值、l2-轮内侧面标定值、l7-轮缘标定横向位移值，S12为轮缘厚度测量点到滚动圆测量点在垂直方向上的距离当量参数。
[0098] 所述B、运行测量程序，对待测轮对进行测量的具体流程是：
[0099] bS1: 测量开始；
[0100] bS2: 横向位移机构向轮外侧到起始位；
[0101] bS3: 传感器转向，激光光轴对向轮外侧面，测量系统监测激光传感器读数；
[0102] bS4: 垂直位移机构向下到预定位，此位置激光束将能投射到轮外侧面测量位置；
[0103] bS5: 被测轮对上升到测量位置，测量系统记录轴颈上测量装置和轴颈下测量装置的测量数据，记录初始值h1、h2、h15 ；
[0104] bS6: 横向位移机构向轮外侧面运动进到传感器读数预定值，并记录存储初始值l3；
[0105] bS7：垂直位移机构向上扫瞄至激光传感器超载；
[0106] bS8：激光传感器调整方向，光轴对向轮缘面；
[0107] bS9：横向位移机构向轮缘方向运动至激光传感器读数预定值；
[0108] bS10：激光传感器沿轮缘面扫瞄至超载；
[0109] bS11：记录数据列x2、l6、h9；
[0110] bS12：激光传器转向，光轴射向车轮踏面，垂直位移机构运动使激光传感器读数至预定值；
[0111] bS13：横向位移机构向轮外侧面运动至超载；
[0112] bS14：记录数据列h4、l11；
[0113] bS15：激光传器转向，光轴向轮内侧面，横向位移机构运动到起始位置；
[0114] bS16：垂直位移机构向下运动到预定值，横向位移机构向轮外侧面运动到激光传感器读数预定值，记录l4；
[0115] bS17：垂直位移机构向下运动至超载；
[0116] bS18：记录h6,继续下行10mm后反向扫瞄，再次记录轮辋起点初始值h6,两次平均
[0117] bS19：车轮踏面测量机构复位，激光传感器回到轮外侧的最外和最高点；
[0118] bS20：计算滚圆横向尺寸l11
[0119] ；
[0120] bS21：以l11在数据列h4、l11中查出滚动圆的h4；
[0121] bS22：计算轮缘测量点高度h9
[0122]
[0123] 根据h9在数据列中查出l6；
[0124] bS23：按下式计算a1、a2、a3、H1、H2、H3、H4、H5
[0125]
[0126]
[0127]
[0128]
[0129]
[0130] ；
[0131] bS24：按下式计算轮对检修测量参数
[0132]
[0133]
[0134]
[0135]
[0136]
[0137] ；
[0138] bS25：打印轮对表格，向HMIC系统传输数据；
[0139] bS26：测量结束；
[0140] 上述步骤的具体流程中涉及的参数意义如下：
[0141] h1-轴径下测量值、h2-轴径上测量值、h4-踏面测量值、h9-轮缘测量时机构垂直位移、h10-踏面磨耗测量时最高点传感器读数值、h11-踏面磨耗测量时滚动圆点传感器读数值、h13-轮辋厚、量起点测量值、h15-轴身测量值、l3-轮外侧面测量值、l4-轮内侧面测量值、l6-轮缘测量横向位移值。
[0142] 本发明铁路轮对激光自动检测机及其用于轮对自动检测的方法与现有技术相比，具有以下特点及有益效果：
[0143] 1、轮对测量机构采用激光传感器设计的测量机构，大大提高了测量准确度和测量结果的重复性，测量精度高、速度快：
[0144] 本发明于激光轮对自动检测机为适应车轮踏面的形状，将轮对测量机构Ⅰ设计成包括轴身测量机构Ⅰ03、挡光板Ⅰ05以及结构相同、对称地安装在轮对测量机构座Ⅰ04上的左轮踏面测量机构Ⅰ01和右轮踏面测量机构Ⅰ02的组合式检测结构，检测机构的各激光传感器沿轮外侧面、轮缘面、踏面和轮内侧面四段分段扫瞄测量，这样可以保证激光传感器光轴与被检表面法线的夹角在允许的范围之内，传感器到被检表面的距离不超出其测量范围，保证了测量准确度；
[0145] 同时，本发明的精密测量机构能沿车轮踏面进行快速非接触扫瞄，激光传感器在精密丝杆导轨副上作快速移动扫描被检测车轮，使测量速度大大加快，测量一对轮对的踏面几何尺寸、磨耗、内侧距、轴身中部直径、轮径、轮缘厚度、轮辋宽度、轮辋厚度、偏心等的轮对自动检测的时间只要2分40秒，远少于同类设计所需的5分钟，测量效率高且精度高；与采用CCD影像传感器设计的轮对自动测量技术相比，测量准确度提高了3～10倍。
[0146] 2、本发明铁路激光自动检测机及其轮对自动检测的方法具有完善的测量运行自检功能，有效防止测量机构出现异常时工件损伤测量机构，提高了机构的可靠性。
[0147] 3、 检测过程采用计算机控制，测量结果能够自动生成“车统-51报表”，实现了数据向HMIS系统实时传送的功能。
[0148] 4、测量结果贮存具有统计、查询、打印和根据测量结果自动判断送厂、旋修、超探修程及超限报警等功能。
[0149] 5、应用范围广：采用本发明铁路激光自动检测机对被检轮对进行自动检测的方法，其实质是进行相对测量，即对标准轮对进行标定后，用被测轮对的测量值与标准轮对的标定值进行比较的测量；各测量机构在空间位置固定，但是不要求精确加工和装配；在保证相同检测精度的情况下，大大降低了制造成本、提高了检测效率和本发明铁路激光轮对自动检测机的适用范围，使之能够用于检测60t、70t货车等现有各型铁路轮对的各种轮缘形状的参数的检测。
[0150] 下面，结合附图和实施例对本发明之铁路激光轮对自动检测机及其用于轮对自动检测的方法的技术特征作进一步的说明。
附图说明
[0151] 图1-1～图1-5：本发明铁路轮对激光自动检测机的整体结构示意图（按上面两页图）：
[0152] 图1-1：轮对检测位正面图（主视图），图1-2，图1-1的俯视图，图1-3：图1-1的左视图，图1-4：轮对止退机构的结构示意图（主视图），图1-5：图1-4的俯视图；
[0153] 图2-1～图2-3：轮对测量机构结构示意图：
[0154] 图2-1：主视图，图2-2：图2-1的俯视图，图2-3：图2-1的左视图；
[0155] 图3-1～图3-3：左轮踏面测量机构结构示意图（去掉防尘罩）：
[0156] 图3-1：主视图，图3-2：图3-1的俯视图，图3-3：图3-1的左视图；
[0157] 图4-1～图4-3：右轮踏面测量机构结构示意图（去掉防尘罩）：
[0158] 图4-1：主视图，图4-2：图4-1的俯视图，图4-3：图4-1的右视图；
[0159] 图5-1～图5-2：轮对垂直升降机构结构示意图：
[0160] 图5-1：主视图，图5-2：图5-1的左视图；
[0161] 图6-1～图6-3：轮对旋转机构的结构示意图：
[0162] 图6-1：主视图，图6-2：图6-1的俯视图，图6-3：图6-1的左视图；
[0163] 图7-1～图7-5：承正推转机构的结构示意图：
[0164] 图7-1：整体结构主视图，图7-2：图7-1的右视图，图7-3：图7-1的俯视图；
[0165] 图7-4：承正推转机构的承正装置结构示意图；
[0166] 图7-5：承正推转机构的推轮装置的结构示意图（图7-1的后视图[去掉承正装置]）；
[0167] 图8：操作控制系统结构示意框图；
[0168] 图9-1～9-6：轮对自动检测方法中运行测量程序的六个测量数学模型以及各流程中相关参数位置示意图：
[0169] 图9-1：滚动圆半径的数学模型中各相关参数位置，
[0170] 图9-2：轮辋宽度的数学模型中各相关参数位置，
[0171] 图9-3：轮缘厚度的数学模型中各相关参数位置，
[0172] 图9-4：轴身半径的数学模型中各相关参数位置，
[0173] 图9-5：轮辋厚度的数学模型中各相关参数位置，
[0174] 图9-6：踏面磨耗的数学模型中各相关参数位置；
[0175] 图9-7～9-8：初始参数标定流程中各相关参数位置；
[0176] 图10：轮对自动检测方法中初始参数标定流程图；
[0177] 图11-1～图11-2：轮对自动检测方法中标准轮对的标定具体流程图；
[0178] 图12-1～图12-3：轮对自动检测方法之测量程序的具体流程图。
[0179] 图中：
[0180] Ⅰ-轮对测量机构，Ⅰ01-左轮踏面测量机构、Ⅰ02-右轮踏面测量机构，Ⅰ03-轴身测量机构、Ⅰ04-轮对测量机构座、Ⅰ05-挡光板；
[0181] Ⅱ-轮对垂直升降机构，Ⅱ01-底座、Ⅱ02-带V型座的升降横梁、Ⅱ03-气缸、Ⅱ04-轴颈上测量装置、Ⅱ05-轴颈下测量装置；
[0182] Ⅲ-轮对旋转机构，Ⅲ01-摩擦轮装置、Ⅲ02-减速电机、Ⅲ03-摆臂、Ⅲ04压力弹簧装置、Ⅲ05-轮对旋转机构座；
[0183] Ⅳ-承正推转机构，Ⅳ01-承正装置、411-导正轮、412-承重轮、413-承正装置座；
[0184] Ⅳ02-推轮装置，421-改制钢轨、422-推杆、423-气缸，424-推轮装置座；
[0185] Ⅴ-轮对止退机构，Ⅵ-机架，Ⅶ-主机罩，Ⅷ-轮轴标识识别装置，[0186] Ⅸ-液压系统、Ⅹ-操作控制系统；
[0187] 其余标号参见说明书正文。
具体实施方式
[0188] 实施例一：
[0189] 一种铁路轮对激光自动检测机，如图1-1～图1-5所示，所述的铁路轮对激光自动检测机包括轮对测量机构Ⅰ、轮对垂直升降机构Ⅱ、轮对旋转机构Ⅲ、承正推转机构Ⅳ、轮对止退机构Ⅴ、机架Ⅵ、主机罩Ⅶ、轮轴标识识别装置Ⅷ、液压系统Ⅸ和操作控制系统Ⅹ；测量机构Ⅰ、轮对垂直升降机构Ⅱ、轮对旋转机构Ⅲ、承正推转机构Ⅳ和轮对止退机构Ⅴ的动作接受操作控制系统Ⅹ控制，液压系统Ⅸ对各个机构的油缸提供动力。
[0190] 如图2-1～图2-3所示，所述的轮对测量机构Ⅰ包括轴身测量机构Ⅰ03、挡光板Ⅰ05以及结构相同、对称地安装在轮对测量机构座Ⅰ04上的左轮踏面测量机构Ⅰ01和右轮踏面测量机构Ⅰ02；轮对测量机构Ⅰ安装在机架Ⅵ上，负责对轮对的轮部参数进行测量。
[0191] 如图3-1～图4-3，所述的左轮踏面测量机构Ⅰ01、右轮踏面测量机构Ⅰ02型式相同、结构对称，各自在轮对的轴剖面内构成左右轮踏面及轮内外端面的二维测量系统；
[0192] 所述的左轮踏面测量机构Ⅰ01包括左测量机构座11、左横向位移机构12、左垂直位移机构13和左传感器转向机构14（参见图3-1～图3-3）；
[0193] 所述的右轮踏面测量机构Ⅰ02包括右测量机构座21、右横向位移机构22、右垂直位移机构23和右传感器转向机构24（参见图4-1～图4-3）；
[0194] 左横向位移机构12、右横向位移机构22分别安装在左测量机构座11、右测量机构座21上；左或右横向位移机构与左或右垂直位移机构分别采用精密滚珠导轨副和精密滚珠丝杆副组成直线运动装置，左横向位移机构与左垂直位移机构、右横向位移机构与右垂直位移机构均分别采用精密滚珠导轨副和精密滚珠丝杆副组成直线运动装置，为了保证激光束的光轴与被检表面法线的夹角不超过允许的范围，激光位移传感器安装在一个可转向的装置上，由滚珠导轨的滑块带动；滚珠丝杆由带圆编码器的伺服电机驱动，此直线运动装置的运动及定位精度在微米级；激光传感器转向装置则由步进电机驱动，设置有角度转动定位件；在测量操作系统的指令下，激光传感器将在轮对轴剖面内沿被检表面作测量扫瞄。
[0195] 所述的轴身测量装置Ⅰ03包括激光传感器31、安装支架32（参见图1-1～图1-4），所述安装支架32由相互垂直的立柱与横杆构成L形（图中未画出），L形安装支架的一端固定安装在轮对测量机构座Ⅰ04上；
[0196] 所述轴身测量机构是固定的，所选用的激光传感器的测量范围已覆盖铁路所有轮对轴身的测量，轮对静止时轴身测量机构可以测量轴身某一方向的直径，当轮对旋转时，测量轴身表面各点的极坐标后，可以测量轴身的实际最小二乘直径。
[0197] 如图5-1～图5-2所示，所述的轮对垂直升降机构Ⅱ包括装配有圆柱导杆的底座Ⅱ01、带V型座的升降横梁Ⅱ02、气缸Ⅱ03、轴颈上测量装置Ⅱ04和轴颈下测量装置Ⅱ05；
[0198] 所述的轮对垂直升降机构Ⅱ的升降行程是固定的，用两个V型面支撑被检轮对两端的滚动轴承外圆面，两个V型面的对称面与测量机构的对称面重合，从而保证轮对装夹上升到测量位后，轴对轴剖面与左右轮踏面测量机构和轴身测量机构的测量工作面重合；V型面的升程是固定的，随着被检轮对型式不同，轮对轴线的高度有一定变化，但不超出三个测量机构的测量范围；
[0199] 所述轮对垂直升降机构Ⅱ的轴颈上测量装置Ⅱ04和轴颈下测量装置Ⅱ05组成轮对中心高测量装置（参见图5-1～图5-2），它们分别测量轮对两端轴承外圈直径上下两端的高度用以计算轮对轴线的中心高；两个装置都由带弹簧复位的滑动测杆和直线位移传感器组成；当轮对垂直升降机构Ⅱ的V型面抬起轮对轴承时，轴颈下测量装置的测杆被压缩，推动位移传感器记录轴承直径下端的数据，当V型面升到最高位时，轴承上面压缩轴颈上测量装置测杆，推动位移传感器记录轴承直径上端的数据，由此两数据计算轮对轴线的高度。
[0200] 如图6-1～图6-3所示，所述的轮对旋转机构Ⅲ包括摩擦轮装置Ⅲ01、减速电机Ⅲ02、摆臂Ⅲ03、压力弹簧装置Ⅲ04和轮对旋转机构座Ⅲ05；轮对旋转机构Ⅲ安装在一侧轮对垂直升降机构底座上，轮对旋转机构Ⅲ的压力弹簧装置Ⅲ04推动摆臂Ⅲ03，使摩擦轮装置Ⅲ01的摩擦轮压向被检测车轮踏面，减速电机Ⅲ02驱动摩擦轮带动被检轮对旋转，以实现对被检轮对不同轴剖面的参数测量。
[0201] 如图7-1～图7-5所示，所述的承正推转机构Ⅳ包括承正装置Ⅳ01和推轮装置Ⅳ02；承正装置Ⅳ01包括导正轮411、承重轮412和承正装置座413；所述的推轮装置包括改制钢轨421、推杆422、气缸423和推轮装置座424；
[0202] 所述的承正推转机构Ⅳ有两套，分别装在轮对预检位和测量位的钢轨处，轮对预检位所装的轮对旋转机构用异步电机驱动其中一对承重轮，当轮对由轨道输送到位时，导正轮引导轮缘沿轨道方向进入正确位置，导正的车轮轮缘落在承重轮上，踏面与钢轨脱离；预检位电机运转时承重轮带动轮对旋转，供检验人员观察车轮踏面状况；测量位安装的承正推转机构起定位作用（参考图1-1～图1-2）；
[0203] 如图8所示，所述的操作控制系统Ⅹ包括工控机、运动控卡、数据采集卡、激光传感器、直线位移传感器、伺服电机驱动器、步进电机驱动器、带编码器的伺服电机、步进电机、光电开关、继电控制板、继电器和异步电机；
[0204] 操作控制系统由工控机控制机构动作和数据采集与处理，最后生成测量结果打印输出轮对检修表格，并向货车检修系统-HMIS传输数据；
[0205] 当操作工发出标定或测量的指令后，工控机按所设计的标定或测量程序通过运动控制卡指挥继电器板与继电器动作，接通各个轮对运动机构的电磁阀使机构油缸动作；指挥驱动器驱动伺服电机和步进电机转动，伺服电机通过丝杆副带动测量机构直线运动，伺服电机的编码器输出电机转动信号；步进电机带动传感器转向机构改变激光光轴方向；工控机通过数据采集卡采集编码器、激光传感器、直线位移传感器和光电开关信号，编码器信号处理成测量机构的直线位移参数；激光传感器信号、直线位移传感器信号与测量机构直线位移参数合成为轮对表面测量参数；光电开关信号则形成编码器的起点与终点信号；
[0206] 各项测量参数经工控机按设计的数学模型处理成轮对检修测量参数，保存于工控机硬盘的数据库内，并由显示器在屏幕上显示出来，可逐个或成批打印出轮对检修表格，并可适时或定期向货车检修系统-HMIS传输。
[0207] 液压系统Ⅸ以及操作控制系统Ⅹ中各组成部分的具体结构属于公知技术，此处不再赘述。
[0208] 实施例二：
[0209] 一种轮对自动检测方法，它是采用实施例一所述铁路轮对激光自动检测机对被检轮对进行自动检测，其实质是进行相对测量；即各测量机构在空间位置固定，铁路轮对激光自动检测机对标准轮对测量后建立初始值，再测量被检轮对获得测量值，用初始值、测量值及标准轮对的标准参数运用以下数学模型计算被检轮对的各项参数；一次标定后初始值可以长期使用。
[0210] 本发明铁路轮对激光自动检测机适应车轮踏面的形状，设计成为沿轮外侧面、轮缘面、踏面和轮内侧面四段分段扫瞄测量，这样可以保证激光传感器光轴与被检表面法线的夹角在允许的范围之内，传感器到被检表面的距离不超出其测量范围，保证了测量准确度。（放优点）其步骤包括：
[0211] A、标定，制备标准轮对：用准确度满足要求的通用和专用量具——内径千分尺、工作用量块测量轮对内距，用专用的千分尺测量轮缘厚度，用专用的外径千分尺测量车轮踏面直径等方法准确地测量标准轮对各项参数并输入检测机的计算机系统；检测机运行专门的标定程序，对标准轮对进行测量，以确定测量机构的标定初始值；
[0212] B、运行测量程序，对待测轮对进行测量，求出待测轮对在测量坐标系中的各项参数，运用以下六个测量数学模型计算待测参数；六个测量数学模型中各参数位置参见图9-1～9-8；
[0213] ①、滚动圆半径R的数学模型是：
[0214]
[0215] 上式中：R0为标准轮对滚动圆半径，H3为踏面测量机构测量值与标定值之差，H1、H2分别为轴颈上测量装置和轴颈下测量装置测量值与标定值的差，各参数单位是mm,各参数位置参见图9-1；
[0216] ②轮辋宽度I的数学模型是：
[0217]
[0218] 式中：L为标准轮对轮辋宽，a1为轮内侧面测量值与标定值之差，a2为轮外侧面测量值与标定值的差, 各参数单位是mm,各参数位置参见图9-2；
[0219] ③轮缘厚度Iy的数学模型是：
[0220]
[0221] 式中：ly为被检轮缘厚，ly0为标准轮缘厚，x1、x2为测量被检轮对和标准轮对时两次激光传感器读数，a1、a2为轮外侧和轮内侧测量被检轮对和标准轮对时的横向位移差值，各参数单位是mm,各参数位置参见图9-3；
[0222] ④轴身半径的数学模型是：
[0223]
[0224] 上式中：Rz为被测轮对轴身半径，Rz0为标准轮对轴身半径，H4为轴身测量机构测量值与标定值之差，H1、H2分别为轴颈上测量装置和轴颈下测量装置测量值与标定值的差，各参数单位是mm,各参数位置参见图9-4；
[0225] ⑤轮辋厚度的数学模型是：
[0226]
[0227] 式中：e为被检轮辋厚，e0为标准轮辋厚，H5、H3分别为踏面测量与轮辋边缘测量值之差，各参数单位是mm,各参数位置参见图9-5；
[0228] ⑥踏面磨耗的数学模型是：
[0229]
[0230] 式中：f为踏面磨耗，h11为测量机构沿水平方向扫瞄时在滚动圆测量点的读数，h10为测量机构沿水平方向扫瞄时在轮缘最高点测量的读数，各参数单位是mm,各参数位置参见图9-6；
[0231] 上述数学模型的各参数测量方法是：
[0232] 轮径和轴径采用半径测量方法，轴中心测量机构测量轮对轴线位置，踏面测量机构扫瞄车轮踏面数据后与轮轴轴线测量参数综合计算其轮径和轴中部直径；
[0233] 踏面磨耗采用直接测量，以踏面扫瞄数据直接计算轮缘高度与踏面磨耗；
[0234] 轮缘厚度以轮内侧面扫瞄数据与轮缘扫瞄数据计算；
[0235] 轮辋厚度以踏面扫瞄数据和轮内侧面扫瞄数据计算；
[0236] 轮辋宽度以轮内侧与外侧面扫瞄数据计算。
[0237] 所述初始参数标定流程如下（参见图10）：
[0238] cS1：开机；
[0239] cS2：测量轮内外侧面；
[0240] cS3：照准70mm标志线，记录l11、h5；
[0241] cS4：计算S70；
[0242] cS5：照准S12标志线，记录x1、h8；
[0243] cS6：计算S12；
[0244] 上述步骤中涉及的参数的位置参见图9-7、图9-8，参数意义如下：
[0245] l11为测量车轮踏面滚动圆测量点的踏面测量机构横向位移尺寸、h5为滚动圆测量点踏面测量机构垂直测量值；
[0246] S70为车轮踏面滚动圆测量点到轮内侧面的距离当量参数，其计算公式如下；
[0247]
[0248] 式中：A为横向测量总行程，l4为皮时轮内侧面测量值，l11为光束对准滚动圆标志线时机构横向位测量值；
[0249] S12为轮缘厚度测量点到滚动圆测量点在垂直方向上的距离当量参数，其计算公式如下；
[0250]
[0251] 式中：h4为初始参数标定时测量机构垂直方向行程，x2为初始参数标定时激光对准轮缘测量点时传感器的读数， h9为初始参数标定时对准滚动圆时的垂直测量值。
[0252] 所述步骤A、标定标准轮对的具体流程（参见图11-1～图11-2）是：
[0253] aS1：标定开始；
[0254] aS2：横向位移机构向轮外侧到起始位；
[0255] aS3：传感器转向，激光光轴对向轮外侧面，测量系统监测激光传感器读数；
[0256] aS4：垂直位移机构向下到预定位，此位置激光束将投射到轮外侧面测量位置；
[0257] aS5：标准轮对上升到测量位置，测量系统记录轴颈上测量装置和轴颈下测量装置的测量数据，记录初始值h6、h7、h14；
[0258] aS6：横向位移机构向轮外侧面运动进到传感器读数预定值，并记录存储初始值l1；
[0259] aS7：垂直位移机构向上扫瞄至激光传感器超载；
[0260] aS8：激光传感器调整方向，光轴对向轮缘面；
[0261] aS9：横向位移机构向轮缘方向运动至激光传感器读数预定值；
[0262] aS10：激光传感器沿轮缘面扫瞄至超载；
[0263] aS11：记录数据列x1、l7、h8
[0264] aS12：激光传器转向，光轴射向车轮踏面，垂直位移机构运动使激光传感器读数至预定值；
[0265] aS13：横向位移机构由轮外侧向轮内侧激光传器扫瞄至超载；
[0266] aS14：记录数据列h5、l11；
[0267] aS15：激光传器转向，光轴向轮内侧面，横向位移机构运动到起始位置；
[0268] aS16：垂直位移机构向下运动到预定值，横向位移机构向轮外侧面运动到激光传感器读数预定值，记录l2；
[0269] aS17：垂直位移机构向下运动至超载；
[0270] aS18：记录h12,继续下行10mm后反向扫瞄，再次记录轮辋起点初始值h12,两次平均？？；
[0271] aS19：车轮踏面测量机构复位，激光传感器回到轮外侧的最外和最高点；
[0272] aS20：按下式计算l11
[0273] ；
[0274] aS21：以l11查出对应的h5并存储；
[0275] aS22：按下式计算h8并存储
[0276]
[0277] aS23：标定结束；
[0278] 上述步骤A、标定标准轮对的具体流程中涉及的参数的位置参见9-1～图9-8，参数意义如下：
[0279] h3-上下基准总高值、h5-踏面标定值、h6- 轴径上标定值、h7-轴径下标定值、h8-轮缘标定时机构垂直位移、h12-轮辋厚测量起点标定值、h14-轴身标定值、l1-轮外侧面标定值、l2-轮内侧面标定值、l7-轮缘标定横向位移值。
[0280] 所述步骤B、运行测量程序，对待测轮对进行测量的具体流程是：
[0281] bS1: 测量开始；
[0282] bS2: 横向位移机构向轮外侧到起始位；
[0283] bS3: 传感器转向，激光光轴对向轮外侧面，测量系统监测激光传感器读数；
[0284] bS4: 垂直位移机构向下到预定位，此位置激光束将能投射到轮外侧面测量位置；
[0285] bS5: 被测轮对上升到测量位置，测量系统记录轴颈上测量装置和轴颈下测量装置的测量数据，记录初始值h1、h2、h15 ；
[0286] bS6: 横向位移机构向轮外侧面运动进到传感器读数预定值，并记录存储初始值l3；
[0287] bS7：垂直位移机构向上扫瞄至激光传感器超载；
[0288] bS8：激光传感器调整方向，光轴对向轮缘面；
[0289] bS9：横向位移机构向轮缘方向运动至激光传感器读数预定值；
[0290] bS10：激光传感器沿轮缘面扫瞄至超载；
[0291] bS11：记录数据列x2、l6、h9；
[0292] bS12：激光传器转向，光轴射向车轮踏面，垂直位移机构运动使激光传感器读数至预定值；
[0293] bS13：横向位移机构向轮外侧面运动至超载；
[0294] bS14：记录数据列h4、l11；
[0295] bS15：激光传器转向，光轴向轮内侧面，横向位移机构运动到起始位置；
[0296] bS16：垂直位移机构向下运动到预定值，横向位移机构向轮外侧面运动到激光传感器读数预定值，记录l4；
[0297] bS17：垂直位移机构向下运动至超载；
[0298] bS18：记录h6,继续下行10mm后反向扫瞄，再次记录轮辋起点初始值h6,两次平均
[0299] bS19：车轮踏面测量机构复位，激光传感器回到轮外侧的最外和最高点；
[0300] bS20：计算滚圆横向尺寸l11
[0301] ；
[0302] bS21：以l11在数据列h4、l11中查出滚动圆的h4；
[0303] bS22：计算轮缘测量点高度h9
[0304]
[0305] 根据h9在数据列中查出l6；
[0306] bS23：按下式计算a1、a2、a3、H1、H2、H3、H4、H5
[0307]
[0308]
[0309]
[0310]
[0311]
[0312] ；
[0313] bS24：按下式计算轮对检修测量参数
[0314]
[0315]
[0316]
[0317]
[0318]
[0319] ；
[0320] bS25：打印轮对表格，向HMIC系统传输数据；
[0321] bS26：测量结束。
[0322] 上述步骤B、运行测量程序，对待测轮对进行测量的具体流程中涉及的参数的位置参见9-1～图9-8，参数意义如下：
[0323] h1-轴径下测量值、h2-轴径上测量值、h4-踏面测量值、h9-轮缘测量时机构垂直位移、h10-踏面磨耗测量时最高点传感器读数值、h11-踏面磨耗测量时滚动圆点传感器读数值、h13-轮辋厚、量起点测量值、h15-轴身测量值、l3-轮外侧面测量值、l4-轮内侧面测量值、l6-轮缘测量横向位移值。
