郭思敏

摘要：隨著鐵路事業(yè)快速發(fā)展，道岔產(chǎn)品的制造水平不斷提高，對(duì)道岔制造質(zhì)量提出了新的要求。AT尖軌是道岔轉(zhuǎn)轍器中的重要部件，其制造標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，其檢測(cè)方式也需不斷提高。本文詳細(xì)介紹一種新型的AT尖軌機(jī)加工軌廓自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)，通過采用傳感器自動(dòng)測(cè)量，以解決人工測(cè)量誤差導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確的問題，實(shí)現(xiàn)測(cè)量方便快捷、精確可靠。

Abstract： With the rapid development of the railway industry， the manufacturing level of turnkey products is constantly improving， and new requirements have been put forward for the quality of turnstile manufacturing. AT tip rail is an important part in the switch， its manufacturing standard is becoming more and more strict， and its detection method needs to be improved. In this paper， a new automatic testing technology for processing track of AT tip rail machine is introduced in detail. The automatic measurement of sensor is adopted to solve the problem that the error of manual measurement leads to the inaccuracy of measurement， and the measurement is convenient， fast， accurate and reliable.

關(guān)鍵詞：鐵路道岔；AT尖軌；傳感器；自動(dòng)化檢測(cè)

Key words： railway turnouts；AT tip rail；sensor；automatic measurement

中圖分類號(hào)：U213.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）18-0123-02

0 引言

尖軌是轉(zhuǎn)轍器中經(jīng)過切削的可動(dòng)鋼軌，是道岔的一個(gè)重要組成部分，其具有彎度大、承載力大等特點(diǎn)，是軌道上易損壞的部件之一。尖軌通常以AT（矮型特種斷面）鋼軌作為坯料制造，采用藏尖式設(shè)計(jì)，軌底置于滑床臺(tái)上，以保持軌頂面與基本軌平齊，其跟端與標(biāo)準(zhǔn)斷面鋼軌連接。AT尖軌的加工質(zhì)量要求較高，其成形質(zhì)量直接影響著軌道的質(zhì)量和使用壽命，進(jìn)而影響列車的行駛速度和行車安全。AT尖軌各斷面幾何尺寸測(cè)量的準(zhǔn)確度越高，其加工質(zhì)量越高，因此提高其檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)道岔制造過程的自動(dòng)化檢測(cè)意義重大。

1 AT尖軌檢測(cè)難點(diǎn)

AT尖軌銑削加工時(shí)，為保證其各斷面幾何尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)要求需多次測(cè)量數(shù)值，但由于傳統(tǒng)檢測(cè)手段限制，個(gè)別AT尖軌仍存在斷面尺寸超差的問題，從而導(dǎo)致鋼軌件返工或報(bào)廢，造成不必要的浪費(fèi)。目前，AT尖軌加工后幾何尺寸，由操作者使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行各斷面尺寸的測(cè)量，其測(cè)量的準(zhǔn)確性直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，如圖1所示。人工測(cè)量時(shí)因個(gè)人的操作手法不同、測(cè)量位置的誤差均可能存在讀數(shù)偏差，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確、加工尺寸出現(xiàn)偏差，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證。道岔制造過程的檢測(cè)仍處在比較原始的階段，大量采用常規(guī)量具進(jìn)行手工檢測(cè)，不但檢測(cè)精度無法保證，檢測(cè)效率也相對(duì)較低，占用大量人力資源、限制了生產(chǎn)效率，嚴(yán)重制約了道岔制造的發(fā)展。

2 自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)方案

隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，傳感器在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，自動(dòng)測(cè)量技術(shù)在生產(chǎn)中也得到了廣泛應(yīng)用。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，采用傳感器進(jìn)行測(cè)量準(zhǔn)確度高，方便快捷。設(shè)計(jì)研發(fā)了一種基于激光傳感器的AT尖軌軌廓在線測(cè)量裝置，該裝置隨著數(shù)控銑床龍門架縱向移動(dòng)可在加工過程中通過激光掃描AT尖軌軌廓直接完成AT尖軌各特征斷面尺寸的測(cè)量，并對(duì)其輪廓尺寸實(shí)時(shí)分析，如圖2所示。

該AT尖軌軌廓在線測(cè)量裝置主要由支架、二維激光位移傳感器、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)等三大部分組成。支架、二維激光位移傳感器設(shè)計(jì)成一個(gè)整體激光傳感器組合機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)固定在數(shù)控銑床龍門架上，如圖3所示。支架上設(shè)有手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)激光位移傳感器與被測(cè)AT尖軌之間的橫向相對(duì)位置，保證每一次掃描AT尖軌時(shí)，均能準(zhǔn)確無誤檢測(cè)到AT尖軌該特征斷面的整個(gè)廓形數(shù)據(jù)。

本測(cè)量裝置采用高精度的二維激光位移傳感器，即在數(shù)控銑床龍門架上固定安裝兩個(gè)二維激光位移傳感器。激光位移傳感器隨著數(shù)控銑床龍門架縱向移動(dòng)，在此過程中，完成對(duì)尖軌的多次掃描，每掃描一次，便得到一組尖軌特征斷面的廓形數(shù)據(jù)，如圖4所示；再通過數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，進(jìn)行每一組廓形數(shù)據(jù)的合并和AT尖軌幾何參數(shù)的計(jì)算。測(cè)量結(jié)果中，還可提取對(duì)AT尖軌軌廓偏差、對(duì)被加工面接刀效果的評(píng)價(jià)等信息。

AT尖軌軌廓測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算：在測(cè)量空間內(nèi)建立虛擬直角坐標(biāo)系，以橫向?yàn)閄軸，縱向?yàn)閅軸，垂直向上方向?yàn)閆軸，每次掃描得到的一組尖軌特征斷面的廓形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)自動(dòng)在虛擬直角坐標(biāo)系內(nèi)生成線型坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再?gòu)木€型坐標(biāo)數(shù)據(jù)中提取多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，根據(jù)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高度和不同測(cè)量點(diǎn)之間的寬度得出尖軌斷面的幾何參數(shù)。

AT尖軌軌廓測(cè)量?jī)x掃描時(shí)，H為測(cè)量時(shí)設(shè)定的固定高度值，h為AT尖軌軌頭工作邊軌距線固定高度值，AT尖軌整體廓形測(cè)量數(shù)據(jù)由掃描圖像自動(dòng)生成線型坐標(biāo)數(shù)據(jù)，如圖5所示，從數(shù)據(jù)中提取測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)分別為1、2、3、4、5、……，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的分別為（X1、Z1）、（X2、Z2）、（X3、Z3）、（X4、Z4）、（X5、Z5）、……，由此數(shù)據(jù)計(jì)算出的AT尖軌特征斷面的廓形數(shù)據(jù)如下：

AT尖軌軌頭寬度：X48=X8-X4

AT尖軌軌高：L5=H-Z5

AT尖軌非工作邊臺(tái)高：L1=H-Z1

AT尖軌工作邊臺(tái)高：L12=H-Z12

AT尖軌非工作邊斜率：α=（X4-X2）/（Z4-Z2）

AT尖軌工作邊斜率：β=（X10-X8）/（Z8-Z10）

AT尖軌的每一個(gè)特征斷面廓形數(shù)據(jù)均對(duì)應(yīng)一個(gè)Y軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)，具體Y軸坐標(biāo)值由數(shù)控銑床龍門架縱向移動(dòng)速率和激光位移傳感器的掃描頻率決定。

激光位移傳感器的主要參數(shù)，如表1所示，綜合測(cè)量精度可達(dá)：高度0.2mm、廓形0.1mm、接刀0.05mm。

3 自動(dòng)化檢測(cè)效果

此套新型道岔AT尖軌軌廓在線測(cè)量?jī)x通過對(duì)AT尖軌加工成型后全軌廓的掃描，可實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)點(diǎn)尺寸的測(cè)量，自動(dòng)輸出測(cè)量值。解決了人工測(cè)量誤差導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確的問題，降低了測(cè)量難度，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，并適用于不同產(chǎn)品的軌廓尺寸測(cè)量。測(cè)量成果中，可實(shí)現(xiàn)銑削斷面輪廓與設(shè)計(jì)輪廓對(duì)比，從而進(jìn)行質(zhì)量判定，可提取AT尖軌軌廓偏差、被加工面接刀效果的評(píng)價(jià)等信息，并能將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至ERP系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量追溯，智能化程度較高。

4 結(jié)論

鐵路道岔AT尖軌加工斷面軌廓自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，其核心原理為利用激光傳感器對(duì)檢測(cè)部位進(jìn)行掃描，由數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)將掃描信息轉(zhuǎn)化為檢測(cè)數(shù)值。從傳感器的選型、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的開發(fā)、機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試安裝，通過技術(shù)創(chuàng)新攻關(guān)克難，實(shí)現(xiàn)AT尖軌各特征斷面尺寸的自動(dòng)化檢測(cè)。自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)與人工測(cè)量相比，即節(jié)約了人力，又提高了測(cè)量效率和測(cè)量精確度，并確保了道岔產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命。此技術(shù)為全面實(shí)現(xiàn)道岔制造檢測(cè)的自動(dòng)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，為日后道岔鋼軌件全自動(dòng)化生產(chǎn)做好技術(shù)儲(chǔ)備，將引領(lǐng)國(guó)內(nèi)道岔行業(yè)新的發(fā)展方向，全面提高我國(guó)道岔制造綜合水平。

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