本发明涉及一种便携式车轮直径测量装置，包括：外壳、显示单元以及设置在外壳内的数据处理单元、定位单元、一维平动机构、一维定位传感器和一维测距传感器；所述一维平动机构可以直线平移，带动一维测距传感器直线移动；所述定位单元用于将该装置定位在被测车轮圆周面上使得所述一维测距传感器的测点位于所述弧线上且所述一维平动机构的最大行程所形成的线段与被测车轮的轴线方向垂直且该线段的中点和滚动圆圆心的连线与该线段垂直；所述一维定位传感器用于测量所述一维平动机构移动的距离。本发明还涉及一种便携式车轮直径的测量方法。本发明的测量装置和测量方法可以实现机车车轮直径的离线、精确、快速测量。
1.一种便携式车轮直径测量装置，包括：外壳(1)和设置在外壳(1)内的定位单元，其特征在于：还包括显示单元以及设置在外壳(1)内的数据处理单元、一维平动机构(4)、一维定位传感器(3)和一维测距传感器(2)；
所述一维测距传感器(2)安装于所述一维平动机构(4)之上，所述一维平动机构(4)可以直线平移，带动一维测距传感器(2)直线移动，来测量滚动圆上一段弧线(9)与所述一维平动机构(4)之间的距离；
所述定位单元用于将该便携式车轮直径测量装置定位在被测车轮(8)圆周面上使得所述一维测距传感器(2)的测点位于所述弧线上且所述一维平动机构(4)的最大行程所形成的线段与被测车轮(8)的轴线方向垂直且该线段的中点和滚动圆圆心的连线与该线段垂直；
所述一维定位传感器用于测量所述一维平动机构(4)移动的距离；
2.根据权利要求1所述的便携式车轮直径测量装置，其中所述一维平动机构采取手动或者电动方式移动。
3.根据权利要求1所述的便携式车轮直径测量装置，其中所述一维测距传感器采用一维激光传感器或一维接触式传感器。
4.根据权利要求1所述的便携式车轮直径测量装置，其中所述一维定位传感器采用一维磁栅传感器或一维光栅传感器。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的便携式车轮直径测量装置，其中所述定位单元包括两个定位杆(5)与一个磁性单元(6)，所述两个定位杆(5)用于限制该测量装置在被测车轮(8)圆周面上的位置，所述磁性单元(6)将该测量装置吸附于车轮内侧面(10)，并使一维测距传感器测点位于所述弧线上。
6.根据权利要求1所述的便携式车轮直径测量装置，其中用二维激光传感器代替一维平动机构、一维定位传感器和一维测距传感器，直接测量得到距车轮内侧面70mm处的一段弧线的轮廓数据。
步骤一，安装：将根据权利要求1-5中任一项所述的便携式车轮直径测量装置通过定位单元固定于被测车轮(8)之上；
步骤二，扫描测量：所述一维平动机构(4)带动一维测距传感器(2)移动，平移过程中，由一维测距传感器(2)测量得到滚动圆上一段弧线(9)与所述一维平动机构(4)之间的距离，由一维定位传感器(3)测量得到平动机构(4)的位置，两个传感器的数据一一对应，构成所述弧线的轮廓数据；
步骤三，弦长弓高法计算直径：根据弧线的轮廓数据得到弧线弦长与弓高，通过弦长弓高法计算得到车轮直径；或者通过拟合圆计算直径：根据弧线的轮廓数据，采用最小二乘法拟合得到滚动圆的方程，从而得到车轮直径。
步骤一，安装：将根据权利要求6所述的便携式车轮直径测量装置通过定位单元固定于被测车轮(8)之上；
步骤二，测量：通过二维激光传感器直接测量得到车轮滚动圆上一段弧线的轮廓数据；
步骤三，弦长弓高法计算直径：根据弧线的轮廓数据得到弧线弦长与弓高，通过弦长弓高法计算得到车轮直径；或者通过拟合圆计算直径：根据弧线的轮廓数据，采用最小二乘法拟合得到滚动圆的方程，从而得到车轮直径。
便携式车轮直径测量装置与测量方法
技术领域
[0001] 本发明属于几何测量技术领域，涉及一种便携式车轮直径测量方法与测量装置。
背景技术
[0002] 列车轮对参数定期检测是保障轨道交通安全运营必要的手段之一。目前轮对参数自动测量系统与便携式轮对参数测量仪是该领域的两个发展方向。
[0003] 列车车轮直径以滚动圆(与车轮内侧面平行并相距70毫米的平面与车轮踏面相交所成的圆)处的直径为其公称值，是轮对参数中一个重要的指标。传统的车轮直径测量尺因为不受场地限制，仍然被广泛使用。但是，传统的车轮直径测量尺存在体积较大、人工读数记录等问题，影响测量效率。目前的便携式车轮踏面参数测量仪，如中国发明专利申请(公开号CN103738358A)中的便携式铁路车轮踏面参数检测仪，都是对车轮踏面轮廓进行测量，提取出踏面轮廓之后，计算出包括车轮直径在内的踏面参数。基于踏面轮廓的车轮直径测量，要提高测量精度需要进行多次测量，每次测量都会因为踏面定位误差引入测量误差。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种便携式车轮直径测量装置与测量方法，以实现机车车轮直径的离线、精确、快速测量。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0006] 一种便携式车轮直径测量装置，包括：外壳、显示单元以及设置在外壳内的数据处理单元、定位单元、一维平动机构、一维定位传感器和一维测距传感器；
[0007] 其中：
[0008] 所述一维测距传感器安装于所述一维平动机构之上，所述一维平动机构可以直线平移，带动一维测距传感器直线移动，来测量滚动圆上一段弧线与所述一维平动机构之间的距离；
[0009] 所述定位单元用于将该装置定位在被测车轮圆周面上使得所述一维测距传感器的测点位于所述弧线上且所述一维平动机构的最大行程所形成的线段与被测车轮的轴线方向垂直且该线段的中点和滚动圆圆心的连线与该线段垂直；
[0010] 所述一维定位传感器用于测量所述一维平动机构移动的距离；
[0011] 所述显示单元用于显示数据处理单元的处理结果数据。
[0012] 其中所述一维平动机构采取手动或者电动方式移动。
[0013] 其中所述一维测距传感器采用一维激光传感器或一维接触式传感器。
[0014] 其中所述一维定位传感器采用一维磁栅传感器或一维光栅传感器。
[0015] 其中所述定位单元包括两个定位杆与一个磁性单元，所述两个定位杆用于限制该测量装置在被测车轮圆周面上的位置，所述磁性单元将该测量装置吸附于车轮内侧面，并使一维测距传感器测点位于所述弧线上。
[0016] 其中用二维激光传感器代替一维平动机构、一维定位传感器和一维测距传感器，直接测量得到距车轮内侧面70mm处的一段弧线的轮廓数据。
[0017] 本发明还涉及一种便携式车轮直径测量方法，包括如下步骤：
[0018] 步骤一，安装：将便携式车轮直径测量装置通过定位单元固定于被测车轮之上；
[0019] 步骤二，扫描测量：所述一维平动机构带动一维测距传感器移动，平移过程中，由一维测距传感器测量得到滚动圆上一段弧线与所述一维平动机构之间的距离，由一维定位传感器测量得到平动机构的位置，两个传感器的数据一一对应，构成所述弧线的轮廓数据；
[0020] 步骤三，弦长弓高法计算直径：根据弧线的轮廓数据得到弧线弦长与弓高，通过弦长弓高法计算得到车轮直径；或者通过拟合圆计算直径：根据弧线的轮廓数据，采用最小二乘法拟合得到滚动圆的方程，从而得到车轮直径。
[0021] 本发明还涉及一种便携式车轮直径测量方法，包括如下步骤：
[0022] 步骤一，安装：将便携式车轮直径测量装置通过定位单元固定于被测车轮之上；
[0023] 步骤二，测量：通过二维激光传感器直接测量得到车轮滚动圆上一段弧线的轮廓数据；
[0024] 步骤三，弦长弓高法计算直径：根据弧线的轮廓数据得到弧线弦长与弓高，通过弦长弓高法计算得到车轮直径；或者通过拟合圆计算直径：根据弧线的轮廓数据，采用最小二乘法拟合得到滚动圆的方程，从而得到车轮直径。
附图说明
[0025] 为了更容易理解本发明的技术方案和有益的技术效果，通过参照在附图中示出的本发明的具体实施方式来对本发明进行详细的描述。这些附图仅绘出了本发明的典型实施方式，并不构成对本发明的保护范围的限制，其中：
[0026] 图1是根据本发明的便携式车轮直径测量装置的第一和第二实施方式的正视图。
[0027] 图2是根据本发明的便携式车轮直径测量装置的第一和第二实施方式的后视图。
[0028] 图3是图1和图2中A-A截面视图。
[0029] 图4是根据本发明的便携式车轮直径测量装置的第一和第二实施方式的数据处理单元组成示意图。
[0030] 图5是根据本发明的便携式车轮直径测量装置的第一和第三实施方式的弦长弓高法计算直径原理图。
[0031] 图6是根据本发明的便携式车轮直径测量装置的第二和第四实施方式的拟合圆计算直径原理图。
[0032] 图7是根据本发明的便携式车轮直径测量装置的第三实施方式的正视图。
[0033] 图8是图7中A-A截面视图。
[0034] 在图1-8中标示出的附图标记中：
[0035] 1：外壳；2：一维测距传感器；3：一维定位传感器；4：一维平动机构；5：定位杆；6：磁性单元；7：二维激光传感器；8：被测车轮；9：滚动圆上一段弧线；10：车轮内侧面。
具体实施方式
[0036] 实施方式一
[0037] 如图1～3所示，一种便携式车轮直径测量装置，包括：外壳1、显示单元以及设置在外壳1内的数据处理单元、电池、定位单元、一维平动机构4、一维定位传感器3和一维测距传感器2；
[0038] 其中：
[0039] 所述一维测距传感器2安装于所述一维平动机构4之上，所述一维平动机构4可以直线平移，用于带动一维测距传感器2直线移动，用于测量滚动圆上一段弧线9与所述一维平动机构4之间的距离；
[0040] 所述定位单元用于将该装置定位在被测车轮8圆周面上使得所述一维测距传感器2的测点位于滚动圆上一段弧线9上且所述一维平动机构4的最大行程所形成的线段与被测车轮8轴向垂直且其中点和滚动圆圆心的连线与该线段垂直；
[0041] 所述一维定位传感器用于测量所述一维平动机构4移动的距离；
[0042] 所述电池用于给数据处理单元、一维平动机构4、一维定位传感器3和一维测距传感器2供电；
[0043] 显示单元用于显示数据处理单元的处理结果数据。
[0044] 所述滚动圆为与车轮内侧面10平行并相距70毫米的平面与车轮踏面相交所成的圆。
[0045] 所述定位单元包括两个定位杆5与一个磁性单元6，所述两个定位杆5用于限制测量装置在被测车轮8圆周面上的位置，所述磁性单元6将测量装置吸附于车轮内侧面10，并使一维测距传感器测点位于滚动圆上一段弧线9上。
[0046] 所述一维平动机构4可以采取手动或者电动方式移动。
[0047] 所述一维测距传感器2采用一维激光传感器或一维接触式传感器。
[0048] 所述一维定位传感器3采用一维磁栅传感器或一维光栅传感器。
[0049] 如图4所示，所述数据处理单元用于接收所述一维测距传感器2与所述一维定位传感器3测量所得数据，并对测得数据进行处理，得到被测车轮8直径并保存，通过无线方式将测得直径传输到手机(即显示单元)上，通过专有软件进行测量操作、结果显示与数据管理。
[0050] 接下来介绍利用上述便携式车轮直径测量装置实现便携式车轮直径测量方法，包括以下步骤：
[0051] 步骤1，安装：将便携式车轮直径测量装置通过定位单元固定于被测车轮8之上；
[0052] 步骤2，扫描测量：所述一维平动机构4带动一维测距传感器2移动，平移过程中，由一维测距传感器2测量得到滚动圆上一段弧线9与所述一维平动机构4之间的距离，由一维定位传感器3测量得到平动机构4的位置，两个传感器的数据一一对应，构成滚动圆上一段弧线9的轮廓数据；
[0053] 步骤3，弦长弓高法计算直径：如图5所示，根据一维定位传感器3可以得到滚动圆上一段弧线9的轮廓的弦长l，根据一维测距传感器2可以得到弧线轮廓的弓高h，通过直角三角形ΔADO，根据勾股定理，有 求出滚动圆直径 即被测车轮8的直径。
[0054] 实施方式二
[0055] 如图1～3所示，本实施方式的一种便携式车轮直径测量装置与实施方式一相同。
[0056] 本实施方式便携式车轮直径测量方法，包含以下步骤：
[0057] 步骤1，安装：将便携式车轮直径测量装置通过定位单元固定于被测车轮8之上；
[0058] 步骤2，扫描测量：所述一维平动机构4带动一维测距传感器2移动，平移过程中，由一维测距传感器2测量得到滚动圆上一段弧线9与所述一维平动机构4之间的距离，由一维定位传感器3测量得到平动机构4的位置，两个传感器的数据一一对应，构成滚动圆上一段弧线9的轮廓数据；
[0059] 步骤3，拟合圆计算直径：如图5所示，根据弧线轮廓数据、采用最小二乘法拟合得到滚动圆的方程，从而得到车轮直径。
[0060] 实施方式三
[0061] 如图7～8所示，一种便携式车轮直径测量装置，包括外壳1、显示单元和设置在外壳1内的数据处理单元、电池、定位单元和二维激光传感器7；
[0062] 其中：
[0063] 外壳、数据处理单元和显示单元、电池、定位单元与实施方式一相同；
[0064] 二维激光传感器7，直接测量得到距车轮内侧面70mm处的一段弧线的轮廓数据。
[0065] 接下来介绍利用上述便携式车轮直径测量装置实现车轮直接离线测量方法，包括以下步骤：
[0066] 步骤1，安装：将便携式车轮直径测量装置通过定位单元固定于被测车轮8之上；
[0067] 步骤2，测量：通过二维激光传感器7直接测量得到距车轮内侧面70mm处的一段圆弧9的轮廓数据；
[0068] 步骤3，利用弦长弓高法计算直径。
[0069] 实施方式四
[0070] 如图5～6所示，本实施方式的一种便携式车轮直径测量装置与实施方式三相同。
[0071] 接下来介绍利用上述便携式车轮直径测量装置实现车轮直接离线测量方法，包括以下步骤：
[0072] 步骤1，与实施方式一步骤1相同；
[0073] 步骤2，与实施方式三步骤2相同；
[0074] 步骤3，与实施方式二步骤3相同。
[0075] 本发明可以以其他具体的形式进行体现，但这并不会脱离本发明的保护范围，本发明的保护范围仅由所附的权利要求限定。
