1.一种便携式车轮几何参数测量系统,其特征在于:包括激光控制器、激光传感器(310)、计米轮(47)、编码器(48)和感应块,所述的激光控制器控制激光传感器(310),激光传感器(310)发出激光对车轮轮廓数据进行采集,编码器(48)与计米轮(47)相连,计米轮(47)紧贴车轮(7)踏面,车轮(7)侧面设置感应块,车轮转动时,感应块触发感应开关,激光控制器开始记录车轮轮廓数据,并且按编码器(48)的触发脉冲,每隔一定的脉冲数据采集一条车轮轮廓曲线;
所述的测量系统包括激光调节单元(3),该激光调节单元(3)包括底板(31)、X方向滑板(32)和Y方向滑板(35),X方向滑板(32)设置于底板(31)上,能够沿底板(31)在X方向移动,底板(31)上设置了X方向紧固旋钮(34),调节激光传感器(310)至X方向需要的位置后,该X方向紧固旋钮(34)定位X方向滑板(32),使其不能移动;Y方向滑板(35)设置于X方向滑板(32)上,能够沿X方向滑板(32)在Y方向移动,Y方向滑板(35)上设置了Y方向紧固旋钮(37),调节激光传感器(310)至Y方向需要的位置后,该Y方向紧固旋钮(37)作用于X方向滑板(32),将Y方向滑板(35)锁紧;
所述的测量系统还包括计米轮调节单元(4),该计米轮调节单元(4)包括活动板(41)、支架(44)、支撑板(45)和编码器(48),活动板(41)能够沿底板(31)移动,活动板(41)上设置了活动板紧固旋钮(43),调节计米轮(47)至需要的位置后,该活动板紧固旋钮(43)作用于底板(31)将活动板(41)锁紧;所述的计米轮(47)设置于支撑板(45)上并连接编码器(48),支撑板(45)和支架(44)之间设置滑块(46),支架(44)设置于活动板(41)上,滑块(46)内部设置弹簧,滑块(46)和弹簧的作用可将计米轮(47)贴紧车轮(7)踏面,当车轮(7)转动时,带动计米轮(47)以相同的线速度转动,计米轮(47)的转动带动编码器(48)发出脉冲信号;
底板(31)上安装了软管(6),软管(6)中设置了感应开关,车轮(7)侧面贴有感应块,当车轮(7)旋转使感应块触发感应开关时开始测量,当车轮旋转一周,感应块再次触发感应开关时测量结束,刚好采集车轮踏面一周的轮廓数据。
2.根据权利要求1所述的一种便携式车轮几何参数测量系统,其特征在于:所述的激光调节单元(3)还包括一激光角度调节组件,该激光角度调节组件包括水平角调节旋钮(38)和激光安装板(39),激光安装板(39)设置于Y方向滑板(35)上,且激光安装板(39)与Y方向滑板(35)连接的一侧设置旋转轴(392),水平角调节旋钮(38)通过旋转轴(392)带动激光安装板(39)旋转,调节激光探测光束的水平角;同时,激光安装板(39)上开设有导向孔(391)和定位孔,激光传感器(310)上的定位销(3101)插入所述定位孔中,导向销(3102)插入所述导向孔(391)中,通过调节导向销(3102),使得激光传感器(310)以定位销(3101)为轴旋转,调节激光探测光束的俯仰角。
3.一种车轮几何参数测量方法,其特征在于,其步骤为:
步骤一、利用权利要求1‑2任一项所述的参数测量系统采集数据,获得踏面轴向轮廓曲线;
步骤二、对步骤一获得的每一条轮廓曲线进行计算,求取轮缘高、轮缘厚、轮缘综合值三个参数,并找到最大轮缘高、最小轮缘高、最大轮缘厚、最小轮缘厚、最大轮缘综合值、最小轮缘综合值以及所对应的轮廓曲线;再对所得所有轮廓曲线上每一个X坐标求平均Y坐标,输出车轮的平均轴向轮廓曲线;
步骤三、求取车轮直径,并提取周向轮廓曲线,根据提取的周向轮廓曲线,计算车轮径向跳动;
步骤四、以轮缘顶点圆圆心为原点建立坐标系1,以轴心为原点建立坐标系2,分别对两个坐标系中的名义滚动圆轮廓进行圆拟合,求出拟合圆的圆心,即名义滚动圆的当量圆心,通过当量圆心相对于轮缘顶点圆圆心和轴心的偏移方向和距离,确定轴心坐标,求得轴心径跳。
4.根据权利要求3所述的一种车轮几何参数测量方法,其特征在于:步骤一中,参数测量系统一次测量只能得到部分车轮踏面轴向轮廓曲线,对于踏面轴向轮廓曲线的获得分为两种情况,第一种情况是车轮踏面类型已知,内辋面到轮缘顶点的距离d1,以及测量点到名义滚动圆的高度h1已知,只需测量包含轮缘顶点和名义滚动圆在内的部分轮廓,并与已知踏面类型后的内辋面到轮缘顶点部分的轮廓进行拼接即可得到踏面轴向轮廓曲线;第二种情况是车轮踏面类型未知,需要先测量包含内辋面和轮缘顶点在内的部分轮廓,再测量包含轮缘顶点和名义滚动圆在内的部分轮廓,再将两段轮廓进行拼接得到踏面轴向轮廓曲线。
5.根据权利要求4所述的一种车轮几何参数测量方法,其特征在于:第二种情况进行拼接的具体过程为:
A.1、对所测轮廓中内辋面部分的轮廓进行直线拟合,得到拟合直线的斜率k;
A.2、将轮廓按逆时针方向进行旋转,旋转角度为A度,A=90‑arctank;旋转公式为:
X=(x‑x0)cosA‑(y‑y0)sinA+x0
Y=(x‑x0)sinA+(y‑y0)cosA+y0
式中,(X,Y)为旋转后的坐标,(x,y)为旋转前的坐标,(x0,y0)为旋转中心的坐标;再将旋转后得到的轮廓曲线与包含轮缘顶点和名义滚动圆在内的部分轮廓曲线进行拼接,便可得到车轮轴向轮廓曲线。
6.根据权利要求5所述的一种车轮几何参数测量方法,其特征在于:步骤二的具体过程为:
B.1、提取步骤一所得每一条轮廓线中的Y坐标最大值,并保存于数组flangeY[n]中,其平均值为V_flangeY;并找到每一条轮廓线中轮缘顶点的X坐标,并保存于数组flangeX[n]中,同时求出平均值V_flangeX;
B.2、根据内辋面到轮缘顶点的距离d1和V_flangeX,求出名义滚动圆的X坐标为nominal_circleX=V_flangeX+(70‑d1),直接找到每一条轮廓线中X坐标为nominal_circleX的点,并提取该点对应的Y坐标,保存于数组nomimal_circleY[n]中,同时求出平均值V_nominal_circleY;
B.3、求出每条轮廓线上A测量点和B测量点的Y坐标,分别为AY[i]=nominal_circleY[i]+h1和BY[i]=flangeY[i]‑2,并求出对应的X坐标,分别放于数组AX[n]和BX[n]中,计算公式为:式中,(AX1,AY1),(AX2,AY2)为所求A点左右两边最相近两点的坐标;
BX的求解公式与AX相同,再求出A、B两点的平均X坐标为V_AX和V_BX;
B.4、求轮缘三参数,其中,
轮缘高:Sh=V_flangeY‑V_nominal_circleY
轮缘厚:Sd=d1+(V_AX‑V_flangeY)
轮缘综合值:Qr=V_AX‑V_BX
B.5、找到最大轮缘高、最小轮缘高、最大轮缘厚、最小轮缘厚、最大轮缘综合值、最小轮缘综合值以及所对应的轮廓曲线,提取这六条轴向轮廓曲线,再对所有轮缘线上每一个X坐标求平均Y坐标,输出车轮的平均轴向轮廓曲线。
7.根据权利要求6所述的一种车轮几何参数测量方法,其特征在于:步骤三的具体过程为:
B.6、求取车轮直径D:
式中,N为采集车轮一周编码器发出的总脉冲数量,K为计米轮转动一周编码器发出的脉冲数量,C为计米轮周长;
B.7、提取以轴心为基准的轮缘顶点圆的轮廓曲线,即flangeY[n];以轴心为基准名义滚动圆的轮廓曲线,即nominal_circleY[n];将上述提取的两个轮廓相差,即得到第三条以轮缘顶点圆圆心为基准的名义滚动圆轮廓曲线,即flange_nominal_circleY[n],其值为flange_nominal_circleY[i]=flangeY[i]‑nominal_circleY[i];
B.8、计算提取的三个周向轮廓曲线中,每个轮廓曲线中的Y坐标最大值与Y坐标最小值的差值,也就是flangeY[n]、nomimal_circleY[n]、flange_nominal_circleY[n]三个数据中分别的最大值和最小值的差值,即分别为轴心基准轮缘顶点圆的径向跳动,轴心基准名义滚动圆径向跳动,以及轮缘顶点圆圆心基准名义滚动圆径向跳动。
8.根据权利要求7所述的一种车轮几何参数测量方法,其特征在于:步骤四的具体过程为:
C.1、在坐标系1中对以轮缘顶点圆圆心为基准的名义滚动圆轮廓进行圆拟合,得到拟合圆圆心坐标(X1,Y1),并以该圆心坐标求得轮廓上各点的半径,其中最大半径与最小半径的差即为相对于轮缘顶点圆圆心的偏移径跳G1,而 为当量圆心相对于轮缘顶点圆圆心的偏心量;
C.2、在坐标系2中对以轴心为基准的名义滚动圆轮廓进行圆拟合,得到拟合圆圆心坐标(X2,Y2),并以该圆心坐标求得轮廓上各点的半径,其中最大半径与最小半径的差即为相对于轴心的偏移径跳G2,而 为当量圆心相对于轴心的偏心量;
C.3、求轴心在坐标系1中的坐标(X3,Y3),其中X3=X1‑X2,Y3=Y1‑Y2,并且即为轴心与轮缘顶点圆圆心的距离,即轴缘距;同时, 和(X3,Y3)所在坐标系1中的限象位置,可以得到轴心与原点的连线与X轴方向的夹角;
C.4、如只有以轮缘顶点圆圆心为基准的名义滚动圆轮廓,在计算轴心径跳时需要将P3和cosα作为已知条件,因此可以通过方程组:求出(X3,Y3)的坐标,其中Y3可求得两个解,根据轴心所在象限可以排除其中一个,得到唯一的轴心坐标(X3,Y3),从而可以求得轴心径跳。