激光轮对自动检测机的研制

柳州科路测量仪器有限责任公司是由柳州市科路测量仪器研究所于2008 年改制组建的高科技实体企业，主要从事铁路专用计量器具、检测设备的设计、生产及销售。公司有31 类200 多种铁路专用计量器具产品通过了中国铁路总公司技术认证。其中铁路专用计量器具类产品国内市场占有率达60%。公司自行研发的十个产品获2016、2017 年度“广西名牌产品”称号，其中“激光轮对自动检测机”，是国家科技部科技型中小企业技术创新基金立项项目，被广西工信委列为“战略性新兴产业项目”。公司获得广西科技进步奖二等奖1 项、中国铁道科技三等奖1 项。获国家发明专利授权9 项，软件著作权9 项，主持或参加起草国家计量检定规程11 项、铁道行业标准7 项、广西地方计量校准规范1 项。公司是国家高新技术企业、国家知识产权优势企业、自治区工信委认定的软件企业、自治区级“企业技术中心”，2018 年获得区“瞪羚企业”、“企业工业设计中心”、2019 年获得区“工程研究中心”和“技术创新示范企业”。

一、背景情况

2009 年以前铁路轮对参数的检测都是利用外径千分尺、车轮检查器、轮对内距尺、轮径测量仪等单个量具分别进行参数检测、记录。随着技术的进步和铁路运输的发展，铁路轮对检测设备技术就显得相对落后，一些企业采用CCD 影像测量法原理设计制造全自动测量装置用于轮对参数测量并推向了市场，但能够稳定运行的很少。而铁路急需成熟稳定的轮对自动检测设备，以适应铁路的快速发展，保障运输设备安全。在此背景下，公司研究团队经缜密思考、充分论证，另辟蹊径运用不同测量法原理开始研制采用激光测量技术和计算机技术集合理论的轮对自动检测设备。

二、技术措施

11. 技术原理

鉴于当时路内安装使用的轮对自动测量机，大都采用CCD 影像测量法原理设计制造，由于CCD 影像测量法测量工件几何尺寸比较适合于形状及边缘清晰的被测工件，对于像铁路车轮轮缘、踏面这种形状复杂、边缘模糊的情况，该测量法测量结果误差非常大。在充分研究试验论证后，公司研究团队决定采用基于成熟稳定的激光传感器为敏感元件，采用非接触式测量方案进行激光轮对自动检测机的设计。

2.     测量原理

轮对检测机测量采用相对测量原理，首先建立测量机构的初始参数值，再将测量值与初始参数值进行比较，得出轮对各部位的参数值；制备标准轮对，用计量方法准确地测量标准轮对各项参数并输入检测机的计算机系统；检测机运行专门的标定程序，对标准轮对进行测量，以确定测量机构的空间关系，建立测量坐标系；再运行测量程序，对待测轮对进行测量，求出待测轮对在测量坐标系中的各项参数，运用专门的测量数学模型计算待测参数。

3.     主要设计内容

针对轮对检测的关键技术问题，利用光机电一体化包括激光传感器、电子位移传感器以及精确定位技术，完成包括预检位、液压系统、操作台和测量机构在内的激光轮对自动检测机的研制。研究的具体内容如下：

(1)轮对检测机构测量方法的研究

(2)设计数据采集电路及软件检测系统(3)设计运动控制机构

(4)设计测量的数学模型，设计测量机构，编制测量控制软件和数据处理软件。

4. 技术路线

在基本技术资料分析的基础上，按关键技术所属的相关领域，进行理论研究、分析，设计关键部件、编制测量控制软件和数据处理软件→根据理论研究的成果，进行关键部件试制、试验调试，测量控制软件和数据处理软件调试，产品优化研究→基于试制、试验调试研究的成果，进行实用综合试验，进一步优化产品和软件设计，完成产品的定型设计。

三、具体成效

1. 2011 年 2 月通过原铁道部运输局组织的技术审查(文号：运装管验[2011]187 号)。

2. 达到的主要技术技术指标：

(1) 自动测量车轮直径、轮缘厚度、轮辋厚度、轮辋宽度、轮对内侧距离、踏面圆周磨耗深度。

(2)测量误差由原来的1mm 以上降至0.1mm。

(3)测量时间由3 分钟降为1 分20 秒。

(4)可用于国内各型铁路轮对的检测。

(5)具有自动标定，测量数据自动存储、生成车辆统一报表等功能，可自动上传HMIS 数据实现共享。

(6)实现了依测量结果自动判断送厂、旋修、超探修程及超限报警功能。

3. 通过科技部科技型中小企业技术创新项目立项(项目文号：国科发计[2011]242 号)。

4. 行成一项行业标准(编号：TBT 3476-2017 机车车辆轮对几何参数测量机)。

5.2014 年被广西自治区工信委列为“广西战略性新兴产业项目”，获2017 年广西名牌产品。

6. 获得授权发明型专利1 项，实用新型专利1 项，计算机软件著作权证书1 项。

目前该设备是国内用得最好的同类设备,在上海、成都、昆明、西安等12 个铁路局及郑州等城市地铁使用，销售收入累计达到了2000 多万元。

四、感受体会

企业只有不断创新，推出技术含量高、满足市场需求的产品，企业才有竞争力，才有较好的经济效益，企业才能长久发展。

随着铁路科学技术的日新月异和现代化设备的不断使用，计量器具在品种、数量、自动化和智能化方面都有了不同程度的提高。公司一直是铁路计量器具的领军企业，更要紧跟铁路快速发展的步伐，在产品数字化、信息化、智能化上不断创新，与时俱进生产满足市场需求的、有自有核心技术的计量器具及成套高铁(动车)、成套客车、成套机车、成套货车检测器具，为社会和企业创造更好更大的社会效益和经济效益，为铁路的运输安全生产提供更好更优的技术保障。