[00131432]火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统及其测量方法

① 课题来源与背景 本成果是由马钢轨道交通装备有限公司与安徽工业大学联合申报的省科技攻关项目《动车组轮对-转向架总成国产化关键技术研究》（12010202144）的成果之一,其中研发“火车车轮轮毂内孔直径测量方法研究及应用”是子任务之一。 在火车轮对压装工艺中,车轮和车轴轮座之间是过盈配合,在压装前需要对车轮轮毂内孔和车轴对应轮座直径进行实时测量,车轮轮毂内孔和车轴轮座之间的过盈配合必须满足压装曲线技术要求。压装前实时测量车轮轮毂内孔直径尺寸的精度要达到5μm,同时还需要保证高效稳定。目前,在盘类零件的机械加工过程中,零件内孔直径测量的常用工具是接触式内径千分尺量具,这些工具都是依靠人眼来读取测量数值,所读数值因人而异,手工操作的差别不可避免地会带来误差,而且在使用火车轮对压装选配系统时,需要人工将测量数据手工输入计算机,否则无法由计算机根据过盈量进行自动选配,手工输入大量测量数据时的校对工作也是相当繁琐且容易出错的。 ② 技术原理及性能指标 本项目研究的火车车轮轮毂内孔直径激光测量系统,采用了一套硬件和软件系统（包含数据显示处理输出）,包括底架、工作台、限位机构、高精度激光测距传感器组件、升降机构、油缸头、油缸及连接螺钉、液压站、液压阀台、数据采集卡、控制器及显示器、继电器以及电缆电源、信号通讯模块、驱动控制模块及数据采集与处理模块。本发明使激光线在测量车轮内孔时垂直于内孔表面,激光器在车轮内孔某处每旋转90°测一个数据,得四个数据,由几何关系计算得出此处内孔直径。本发明系统能够自动测量车轮轮毂内孔的直径尺寸,并将每个零件的测量数据进行存储并上传上级MES系统,利于检测该车轮是否满足轮对压装过盈量要求,有效地减少了人工测量带来的偶然误差,降低了人工测量成本。 性能指标： 被测火车车轮轮毂内孔直径范围为Φ150～Φ210mm; 车轮轮缘外径尺寸范围为Φ780～Φ1000mm; 测量精度≤5μm; 每个车轮内孔直径测量时间≤60s; 系统工作环境温度-20℃～50℃; ③ 技术的创造性与先进性 技术原创,国内先进 本发明系统采用高精度激光测距传感器为测量元件,通过对已知车轮内孔直径（用传动方法测量如内径千分尺）对激光发出点和高精度激光测距传感器旋转中心之间的距离a进行了标定,利用几何关系消除了位置参数a产生的误差,能够满足≤5μm的较高精度的测量要求,能够自动非接触式测量车轮轮毂内孔的直径尺寸,并将每个零件的测量数据进行存储并上传,利于检测该车轮是否满足轮对压装过盈量要求,该方法是一种较好的非接触式内孔直径测量方法,具有速度快、精度高等特点,对于孔类零件形状的检测具有推广应用价值。 ④ 技术的成熟程度,适用范围和安全性 技术从理论上看是成熟的,使用范围限于内孔直径为Φ150～Φ210mm车轮内孔的测量,激光强度在安全级别,在无激光防护的情况下也是安全的。 ⑤ 应用情况及存在的问题 该测量系统受环境温度的影响需要评估、测量精度的稳定性需要一定时间周期的试验验证,企业未实用。 ⑥ 历年获奖情况 无