１ 測量系統(tǒng)簡述

本系統(tǒng)是能全自動(dòng)測量鐵路車輛輪對(duì)幾何參數(shù)并實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化管理的裝置。檢測系統(tǒng)采用高精度激光傳感器ＬＫ５０１以及高速同步采樣等新技術(shù)，從而保證了所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠既快速又準(zhǔn)確地完成輪對(duì)相關(guān)參數(shù)的檢測。整個(gè)檢測系統(tǒng)的電控部分主要由上位控制計(jì)算機(jī)及接口、下位計(jì)算機(jī)（完成測量頭運(yùn)動(dòng)控制、同步數(shù)據(jù)采集、采集數(shù)據(jù)的上傳等）、伺服電機(jī)控制器、輪對(duì)運(yùn)動(dòng)控制部分、標(biāo)志板圖像錄入部分等組成。上位機(jī)軟件操作界面友好、功能豐富，具有一定的動(dòng)畫顯示功能，能完成測量數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)，檢測結(jié)果能自動(dòng)打印在車統(tǒng)５１－Ｃ卡片上。

１．１ 系統(tǒng)的基本組成

本系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩大部分組成。機(jī)械系統(tǒng)是輪對(duì)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要完成輪對(duì)的運(yùn)動(dòng)功能，如進(jìn)輪、緩沖、舉升、轉(zhuǎn)輪、落輪和出輪等，其執(zhí)行部件是電磁閥和氣缸。本文主要研究電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，故下面將重點(diǎn)介紹電控系統(tǒng)。電控系統(tǒng)由兩部分組成：(１)測量控制電路；(２)隨動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)的組成如圖１所示。

１．２ 系統(tǒng)工作原理簡介

１．２．１ 隨動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

螺旋滾珠絲桿和精密直線滑動(dòng)導(dǎo)軌組成的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在伺服電機(jī)上，而激光傳感器安裝在滑座上。當(dāng)電機(jī)按預(yù)定的運(yùn)行方式運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)激光傳感器對(duì)輪對(duì)進(jìn)行掃描。

１．２．２ 測量控制電路

通過下位機(jī)的控制輸出單元驅(qū)動(dòng)輪對(duì)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使輪對(duì)到達(dá)預(yù)定工位,同時(shí)啟動(dòng)伺服電機(jī)開始掃描測量。

測量開始時(shí)，被測工件與激光傳感器之間的距離為一設(shè)定值(此設(shè)定值對(duì)應(yīng)于激光傳感器線性測量段的零點(diǎn))。在測量過程中，激光傳感器沿著滑動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，當(dāng)被測工件尺寸發(fā)生變化時(shí)，激光傳感器與工件的距離也將改變，其輸出電壓信號(hào)也隨之改變，經(jīng)過Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換單元采樣后送入下位機(jī)，此為輪對(duì)的徑（Ｙ）向數(shù)據(jù)。

與此同時(shí)，下位機(jī)同步計(jì)數(shù)來自伺服電機(jī)控制器的反饋脈沖數(shù)，單片機(jī)以此計(jì)算激光傳感器沿滑動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的位移，此為輪對(duì)的軸向數(shù)據(jù)。

伺服電機(jī)根據(jù)設(shè)定的運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)行，同時(shí)電機(jī)控制器把電機(jī)上光電編碼器輸出的一定頻率的反饋脈沖送入下位機(jī)。下位機(jī)對(duì)該脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，每隔２０個(gè)計(jì)數(shù)脈沖(對(duì)應(yīng)于軸向的０．１ｍｍ)，通過Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器對(duì)激光傳感器的測量輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。這樣就實(shí)現(xiàn)了同步采樣。

下位機(jī)通過基于ＲＳ４２２Ａ標(biāo)準(zhǔn)的串行接口將數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。上位機(jī)融合徑向和軸向數(shù)據(jù)后，即可畫出被測工件的二維圖像并計(jì)算出相關(guān)的輪對(duì)外形幾何參數(shù)。

２ 系統(tǒng)檢測與管理軟件

２．１ 軟件系統(tǒng)簡述

系統(tǒng)檢測與管理軟件主要完成測量數(shù)據(jù)的處理及解算出輪對(duì)的各種幾何參數(shù)，從而獲得檢測結(jié)果。該軟件以Ｃ＋＋ Ｂｕｉｌｄｅｒ ５．０為開發(fā)平臺(tái)，采用多任務(wù)和多線程模塊化設(shè)計(jì)，主要包括主界面顯示模塊、測量信息處理模塊、串行通信模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、圖像錄入及顯示模塊和輪對(duì)信息打印模塊等。根據(jù)本檢測系統(tǒng)的具體特點(diǎn)和要求，軟件系統(tǒng)總框圖如圖２所示。

２．２ 軟件模塊及功能

監(jiān)控模塊是該軟件的核心，主要包括主界面顯示模塊、測量信息處理模塊和數(shù)據(jù)庫管理模塊等。

２．２．１ 主界面顯示模塊

該模塊顯示檢測列車輪對(duì)過程中的測量信息，包括輪對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制和動(dòng)畫顯示、輪對(duì)軸端標(biāo)志牌的攝像、輪對(duì)外形幾何參數(shù)以及被測輪對(duì)的外形