УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЕС В ПОТОКЕ ПРОИЗВОДСТВА

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть применена при измерении геометрических параметров железнодорожных цельнокатаных колес в потоке производства.
Основными требованиями, предъявляемыми производством к контролю геометрии железнодорожных цельнокатаных колес, являются высокая точность измерения всех необходимых параметров (диаметр по кругу катания, внутренний диаметр обода с внутренней и с наружной стороны, ширина обода колеса, толщина обода колеса с внутренней и с наружной стороны, диаметр отверстия ступицы, наружный диаметр ступицы с внутренней и с наружной стороны, толщина ступицы с внутренней и с наружной стороны, профиль поверхности катания и гребня, и др), быстрая перестройка аппаратуры измерения при переходе на новый сортамент, измерение параметров в потоке производства.
Известно устройство для автоматического измерения диаметра цельнокатаных колес, включающее стол для размещения цельнокатаных колес, датчики диаметра, соединенные с блоком вычисления, и механизм вертикального перемещения (а.с. СССР №1415045, МПК G01B 7/12, публикация 1988 г.).
Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения, а также измерение только диаметров колеса и бандажей, что снижает функциональные возможности устройства.
Известны различные устройства для бесконтактного измерения геометрических параметров железнодорожных колес с помощью оптических измерительных систем, в качестве которых используют
лазерные измерители расстояний (патент РФ №36508, патент РФ №61410, патент РФ №65209, патент РФ №2280577, патент Канады №2618557, патент ФРГ №3609863, патент США №5574233).
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является машина для измерения геометрических параметров железнодорожных цельнокатаных колес в потоке производства (патент РФ №2154806, МПК G01B 11/24, публикация 2000 г. - прототип), содержащая блок датчиков положения поверхностей колеса, основание, механизм подачи колес и кантователь колес, установленные на основании, механизм поворота колес, система обработки первичной информации и подключенный к ней индикатор результатов измерения. Блок датчиков положения поверхностей колеса выполнен в виде двух лазерных дальномеров, расположенных по обе стороны колеса, сканирующей оптоэлектронной системы, первой и второй оптопары, причем оси дальномеров и первой оптопары расположены в вертикальной плоскости симметрии колеса и перпендикулярны боковой поверхности окантованного колеса, а оси сканирующей оптоэлектронной системы и второй оптопары горизонтальны и параллельны боковой поверхности окантованного колеса. Машина также снабжена механизмом перемещения блока датчиков, установленным под углом к горизонту, а угол поворота кантователя равен углу наклона механизма перемещения
В известном устройстве измерения проводятся только в двух сечениях колеса, расположенных под углом 90° друг к другу, что не позволяет оценить фактические размеры всего колеса, при этом расположение колеса под наклоном и наличие большой площади контакта колеса с кантователем может привести к проскальзыванию ведущего ролика, обеспечивающего вращение колеса, т.е. поворот колеса для его измерения в другом сечении, и, соответственно, к снижению достоверности измеряемых геометрических параметров.
Целью предложенного технического решения является создание установки, обеспечивающей оперативное измерение всей номенклатуры подлежащих контролю геометрических параметров железнодорожных цельнокатаных колес в потоке их производства с высокой точностью и с минимальными затратами времени на контроль и перевалку на другой типоразмер.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Установка для автоматического измерения геометрических параметров железнодорожных цельнокатаных колес в потоке производства включает подъемно-поворотное устройство, оптическую измерительную систему с лазерными датчиками и пульт управления со встроенным программно-аппаратным комплексом.
Подъемно-поворотное устройство содержит вертикально расположенный вал с приводом, установленный с возможностью вращения и возвратно-поступательного перемещения вдоль своей оси. В верхней части вала размещены опорная шайба для установки измеряемого колеса в горизонтальном положении и направляющая головка с конусной частью, обеспечивающей центровку ступицы колеса. На оси привода вращения вала установлен подключенный к пульту управления энкодер, регистрирующий угол поворота измеряемого колеса.
Оптическая измерительная система включает боковой датчик, сканирующий поверхность катания колеса, и две группы лазерных датчиков, сканирующих наружную и внутреннюю поверхности колеса.
Обе группы лазерных датчиков установлены в измерительных линейках, которые расположены друг над другом по обе стороны относительно плоскости размещения измеряемого колеса. Лазерные датчики в измерительных линейках установлены с возможностью продольного перемещения относительно поверхности измеряемого колеса и фиксируемого поворота в плоскости измерений.
Каждая группа лазерных датчиков, включает четыре датчика, установленных в направляющих пазах, выполненных в измерительных линейках.
На представленных чертежах изображены:
На фиг.1 - общий вид установки; на фиг.2, 3 - подъемно-поворотное устройство; на фиг.4 - вал с измеряемым колесом; на фиг.5 - разрез АА на фиг.4; на фиг.6 - верхняя измерительная линейка; на фиг.7 - нижняя измерительная линейка; на фиг.8 - схема расположения и ориентации датчиков.
Установка для автоматического измерения геометрических параметров железнодорожных цельнокатаных колес в потоке производства содержит подъемно-поворотное устройство 1, оптическую измерительную систему 2 с лазерными датчиками и пульт управления 3 с встроенным программно-аппаратным комплексом.
Подъемно-поворотное устройство 1 установлено внутри шагающего конвейера 4, включающего неподвижную рамную конструкцию 5, на которую опускается колесо 6 после очередного шага конвейера, и подвижную внутреннюю рамную секционную конструкцию 7 с гидравлическим приводом (не показан), обеспечивающим подъем и перемещение колеса вдоль конвейера на один шаг, после которого колесо опускается на неподвижную часть 5 конвейера.
Подъемно-поворотное устройство 1 содержит установленную на неподвижной части 5 конвейера опорную плиту 8, расположенные над ней плиты 9, 10, и вертикально расположенный цилиндр 11, закрепленный на плите 9. Внутри цилиндра 11 установлен с возможностью вращения и возвратно-поступательного перемещения вдоль своей оси вал 12 с приводом. В верхней части вала 12 размещены опорная шайба 13 для установки измеряемого колеса в горизонтальном положении и направляющая головка 14 с конусной частью, обеспечивающей центровку ступицы колеса.
Плита 9 выполнена подвижной (соединена с пневмоприводом) с возможностью вертикального перемещения вместе с цилиндром 11, а плита 10 содержит сквозное отверстие, через которое пропущен цилиндр 11, обеспечивающий подъем и опускание вала 12 с установленным на опорной шайбе 13 колесом.
На оси привода вращения вала 12 установлен подключенный к пульту управления 3 энкодер 15, служащий для измерения угла поворота колеса при последовательных сканированиях поверхности колеса и для установки привязки с результатами измерений.
Оптическая измерительная система включает две группы 16, 17 лазерных датчиков, сканирующих наружную и внутреннюю поверхности колеса 6, а также боковой лазерный датчик 18, сканирующий поверхность катания колеса. Обе группы лазерных датчиков установлены в измерительных линейках 19, 20, расположенных друг над другом по обе стороны относительно измеряемого колеса 6. В нерабочем состоянии датчики измерительных линеек закрыты защитными кожухами 21. Измерительные линейки 19, 20 установлены на кронштейнах 22, 23 соответственно, закрепленных на верхней 24 и нижней 25 полках рамы 26. Боковой лазерный датчик 18 установлен на кронштейне 27, закрепленном на боковой стойке 28 рамы 26.
Датчик 18 может быть закреплен и на неподвижной части конвейера.
Каждая группа лазерных датчиков включает четыре датчика 29, 30, 31, 32 (на верхней измерительной линейке) и 33, 34, 35, 36 (на нижней измерительной линейке), установленных в направляющих пазах 37, 38 измерительных линеек.
Лазерные датчики, установленные в измерительных линейках, размещены так, чтобы отрезки сканирования каждым отдельным датчиком находились на одной прямой и в одной плоскости, проходящей через центр вращения колеса в процессе измерения, а боковой лазерный датчик
установлен так, что его луч сканирования проходит через ось вращения колеса.
Каждый лазерный датчик установлен в измерительной линейке с возможностью продольного перемещения вдоль поверхности измеряемого колеса - для возможности охвата всей номенклатуры выпускаемых колес, и с возможностью фиксируемого поворота в плоскости измерений, перпендикулярной плоскости измеряемого колеса - для обеспечения лучшей настройки измерений кривых поверхностей ступицы и обода колеса (в том числе галтельных переходов диска колеса в обод и ступицу).
Установка калибруется по эталонному колесу.
Пульт управления содержит встроенный программно-аппаратный комплекс 3, включающий компьютер с программным обеспечением, монитор, панель управления, источник питания.
Установка работает следующим образом.
Железнодорожные цельнокатаные колеса 6 в потоке производства размещаются в горизонтальном положении на неподвижной части 5 конвейера, перемещаются при помощи подвижной части 7 конвейера, посредством которой они поочередно подаются в зону измерения, где центрируются на опорной шайбе 13 подъемно-поворотного устройства 1.
В процессе измерения геометрических параметров колеса оно совершает полный оборот вокруг своей оси.
Расположение лазерных датчиков позволяет проверить всю поверхность колеса по завершении одного полного оборота.
Количество измеряемых сечений колеса задается программой измерений.
В качестве датчиков используются триангуляционные лазерные датчики (сканеры) PФ620(S)-250.
Система получения и обработки результатов измерения обеспечивает ввод команд контроллера для выполнения цикла контроля в заданной последовательности: получение и обработку результатов измерения
датчиков заданной программой; вывод на монитор результатов обработки данных заданной программой; протоколирование и архивирование результатов контроля в базе данных; печать протокола контроля.
Проверенное колесо автоматически удаляется из зоны измерений и программа переходит в режим ожидания измерения следующего колеса.
Информация, полученная в результате обработки данных программой, отображается на мониторе в цифровом и графическом видах (графическое изображение отснятого профиля колеса).
Реализация предложенного технического решения позволяет в автоматическом режиме в процессе непрерывного производства железнодорожных цельнокатаных колес осуществлять измерение всех требуемых параметров колес с высокой точностью.