一种转向架定位转臂内孔拆卸损伤测量设备

技术领域

本发明涉及轨道列车转向架检修的技术领域，具体涉及一种转向架定位转臂内孔拆卸损伤测量设备。

背景技术

在机械制造行业的发展过程中，孔类零件自始至终都扮演了极其重要的角色。不论是在车辆、船舶还是在航天、机械和兵器等各个领域中，都包含了数量众多的孔类零件。在交通运输行业中，交通工具由于与乘员的人身安全、货物的财产安全直接挂钩，其上孔类零件的质量尤为重要。如轨道列车转向架中含有众多的过盈配合组件，因缓冲减震需要，这些过盈配合组件中大多含有橡胶件。为避免橡胶件的老化，检修企业一般采用压力法来实现过盈配合件的压装与拆卸。以轨道列车中转向架定位转臂与橡胶节点为例，定位转臂的设计使用寿命一般为30年，在一个寿命周期内转向架定位转臂与橡胶节点因列车维修保养需要，压装/拆卸的次数最高可达30次。由此过盈配合面间不可避免出现诸如划痕、犁沟、材料粘着堆积及撕裂等类型压装/拆卸损伤，从而对转向架的服役性能造成不利影响。

为了使设备的运行更加高效和安全，我们必须对该类零件工作表面的损伤情况进行非常详细的测量与分析，以确定具有损伤的零件是否满足服役要求、是否可重新装配后进入下一服役阶段。因内孔拆卸损伤难以用通用量具进行测量，目前生产一线上工人们大多通过肉眼观察判断，通过直径样板估量的形式对损伤进行感性判断，该方法简单快捷，但缺少科学依据，且无法给出量化评价指标，无法准确的判断该零件是否可继续用于服役。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种转向架定位转臂内孔拆卸损伤测量设备，利用该设备对轨道列车转向架中的定位转臂这一重要零件的拆卸损伤情况进行专门检测评估。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种转向架定位转臂内孔拆卸损伤测量设备，包括：

基础模块，用于连接各个工作模块部分以及用于支撑测量平台以及测量平台上的待测工件。

夹具模块，用于夹持固定待检测件；

控制系统模块，用于控制测量模块中的测量头平行于待测工件的内孔轴向方向移动；

测量模块，利用激光三角测量技术测量得到测量数据图像，并且测量模块通过移动获得不同截面的测量数据图像；

数据传输处理模块，包括计算机，所述的数据传输处理模块对不同截面的测量数据图像进行处理后获得三维损伤量化输出信息。

进一步的，所述的基础模块包括承载支架。

进一步的，所述的控制系统模块基于西门子s7-1200型号的PLC,用于控制测量模块移动。

进一步的，所述的测量模块包括：测量头部分与传动部分；

所述测量头部分包括三个模块，依次竖直放置，最上部为激光头模块，中间部分为圆锥反射镜模块，最下部为相机模块，所述的测量头部分设置在测量头部分基座上；

所述传动部分包括滚珠丝杠副、分别对称放置于丝杠两侧的两条导轨以及安装在最下端的驱动电机，所述的测量头部分基座可滑动的设置在导轨上，并且由驱动电机通过滚珠丝杠副驱动移动。

进一步的，所述数据传输处理模块的处理方法包括

预处理，对测量数据图像进行预处理，获得清晰图像；

提取轮廓线，对预处理后的图像分割和边缘提取，得到二维图像，提取出边缘轮廓线；

确定二维损伤情况，通过损伤参数量化输出程序输出测量结构，对多次测量结果进行计算获得均值以确定二维损伤情况；

三维损伤情况，通过不同截面上的损伤参数对比，获得三维损伤量化输出信息。

进一步的，所述的预处理方法包括

匀光算法，平衡数据图像的整体亮度；

灰度级腐蚀，增强平衡数据图像的光线与背景的对比度；

滤波算法，对平衡数据图像进行去噪。

有益效果：

采用非接触的测量方式，对内孔过盈配合拆卸损伤面进行连续的激光采集，得到数据图像，进而得到损伤信息；可应用于轨道列车转向架中内孔过盈配合拆卸损伤检测工序，测量精度高。

附图说明

图1为实施例中转向架中定位转臂内孔拆卸损伤测量设备的结构图；

图2为转向架中定位转臂内孔过盈配合拆卸损伤测量设备控制系统图；

图3为转向架中定位转臂内孔过盈配合拆卸损伤测量设备测量原理结构图；

图4为转向架中定位转臂内孔测量数据传输处理流程示意图。

图中标号：待测工件-101、夹具模块-102、传动部分-103、测量模块-104、万向型金属支脚-105、承载支架-106、测量平台-107、激光发射器-301、锥形反射镜-303、CCD相机-305、滚珠丝杠副-307、驱动电机-309。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

传统技术采用人工检修的方式来检测轨道列车转向架中定位转臂内孔拆卸损伤，而且因内孔拆卸损伤难以用通用量具进行测量，目前生产一线上大多通过肉眼观察、同直径样板估量的形式对损伤进行感性判断，该方法简单快捷，但缺少科学依据，主观性强且无法给出量化评价指标，检测结果的可靠性低。为此，本申请实施例提供了一种转向架中定位转臂内孔过盈配合拆卸损伤测量设备，采用非接触的测量方式，对内孔过盈配合拆卸损伤面进行连续的激光采集，得到数据图像，进而得到损伤信息；可应用于轨道列车转向架中内孔过盈配合拆卸损伤检测工序。

在一个实施例中，提供了一种内孔过盈配合拆卸损伤测量设备，如图1所示，包括：

基础模块，用于连接各个工作模块部分。

内孔过盈配合拆卸损伤测量设备的基础模块上要安装夹具模块102、测量模块104及测量机构的传动部分103，因此基础模块的设计要综合考虑设备整体的布局方案、考虑夹具模块与测量模块的安装方式以及两者之间的位置精度要求。

基础模块承载支架的主要是为支承测量平台107以及其上的待测工件101，其精度高低与本设备的测量精度无直接关系，其设计不需要过度考虑其精度问题，只需着重考虑其强度刚度是否满足要求。

在承载支架106的设计过程中选用了工程中常用的铝型材及其配套的紧固件。

考虑到设备在放置过程中需要调平，承载支架106与地面接触的位置使用了可调节的万向型金属支脚105。

由于设备在使用过程中需要吊装待测工件至测量平台上，考虑到工人方便操作，承载支架106的高度设计在900mm左右。

夹具模块102，用于保证工件不发生移动，工件不产生振动且工件不产生较大变形，保证测量的技术要求。

针对轨道列车转向架中定位转臂这一零件，对其进行了质量属性的分析，对夹具模块进行了选择和参数的设计。

在具体测量过程中，为了减少由于待测工件自身重力可能带来的偏心的影响，将待测内表面的轴心竖直放置。

由于测量时测量头的运动路径可由控制系统保证路径的竖直，夹具装置需要尽可能的保证待测内表面的轴心与测量头的测量路径平行，且尽可能重合，方便后续的数据处理。

控制系统模块，用于控制测量模块中测量头的移动，完成启动、每隔固定距离暂停、反转、停止等动作。

使用PLC控制驱动电机驱动器进而控制驱动电机。

为防止出现由于PLC故障使得测量头运动超程损坏设备，在测量头运动的原点之前以及终点之后设置了限位开关。

考虑到设备的人机交互，控制系统安装了一只绿色指示灯、一只红色指示灯，当设备正常工作时绿色指示灯亮、当测量头超程时红色指示灯亮，为操作人员的工作提供一定的帮助。

综合考虑到驱动电机的控制要求、人机交互以及各种突发情况，基于西门子s7-1200型的PLC，设备的控制系统如图2所示：

使用PLC的Q0.0输出端输出高速脉冲至驱动电机驱动器的PUL端以提供步进脉冲信号，PLC的Q0.1输出端与驱动电机驱动器的DIR端相连以控制驱动电机的正反转。

HL1、HL2分别与PLC的输出端Q0.2、Q0.3相连实现设备正常工作时亮绿灯、设备故障时亮红灯的功能。

SB1、SB2、K1、K2、SB3、K3、K4分别与PLC的输入端I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6相连，实现启动、暂停、近端限位、远端限位、回原点、反转的功能。

测量模块104，选择激光三角测量技术，用于拆卸损伤面的测量，得到所需数据图像。设备的测量原理如图3所示：

激光发射器301发射出的激光光线，通过内部的锥形反射镜303光线反射成为垂直于圆柱内表面轴线的一个激光平面，此激光平面与被测圆柱内表面相交后形成一个圆圈形激光投影。

测量模块104在传动系统滚珠丝杠副307和带抱闸的驱动电机309的带动下，沿着平行于被测圆柱内表面轴线的方向直线移动，同时由CCD相机305按照预定采样频率进行图像采样，得到测量数据图像。

数据图像通过连接线传输到计算机，其数据传输处理流程如图4所示：

数据传输到计算机后，对数据图像进行预处理，方便后续对数据图像进行分析得到损伤参数。

首先采用匀光算法，平衡数据图像的整体亮度，均衡由于光照所带来的影响。

再利用灰度级腐蚀，增强其光线与背景的对比度，使用滤波算法，对其进行去噪，除去数据图像中的大量背景成分的噪声，便于后续的图像分割和识别。

对数据图像进行分割和边缘提取，得到二维图像，提取出边缘轮廓线。

应用自主设计的一套损伤参数量化输出程序，结合多次测量结果进行计算获得均值，确定二维表面拆卸损伤的损伤情况。

通过不同截面上的损伤参数对比，得到最终所需的三维损伤量化输出信息。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。