本發(fā)明涉及一種接地摩擦盤表面磨耗量激光檢測裝置，應(yīng)用于軌道客車接地裝置摩擦盤可靠性測試領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟和科技的飛速發(fā)展，我國軌道交通事業(yè)也進入了快速發(fā)展騰飛的新時期。軌道客車領(lǐng)域是多學(xué)科綜合交叉，多系統(tǒng)集成的重大工程。軌道客車的接地裝置是一般安裝于列車轉(zhuǎn)向架軸端部位的重要零部件，起到轉(zhuǎn)移車輛電流，對車輛進行接地保護的作用，保護了列車上人員和設(shè)備免受高壓電的傷害，保護電子信息設(shè)備免受高頻脈沖的干擾，接地裝置的正常工作與否是關(guān)乎行車安全的大事。摩擦盤和電刷為軌道車輛接地裝置重要零部件，接地裝置工作時，需要保持電刷在摩擦盤表面繞摩擦盤自身軸線長時間快速旋轉(zhuǎn)，因此摩擦盤長時間工作在具有高溫、通電、摩擦等因素的環(huán)境下，摩擦盤表面磨耗量是評價接地裝置可靠性的重要指標(biāo)。

摩擦盤磨耗呈直徑、深度、寬度不一的同心圓環(huán)形分布在摩擦盤表面，對摩擦盤磨耗量進行檢測一般是在摩擦盤表面選取過圓心的若干軸線，分別測量每條軸線上的磨耗量并記錄數(shù)據(jù)。目前在實際的試驗過程中，還是通過人工移動摩擦盤實現(xiàn)對其磨耗量數(shù)據(jù)采集，不僅存在人為因素帶來的誤差，而且試驗效率低，周期長。針對目前接地裝置研究工作任務(wù)量大，要求精度高的現(xiàn)狀，亟待開發(fā)一種可機械自動化實現(xiàn)接地裝置摩擦盤表面磨耗量激光檢測裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于軌道客車接地裝置可靠性檢測中的接地摩擦盤表面磨耗量激光檢測裝置，該裝置可實現(xiàn)接地裝置摩擦盤表面磨耗量的機械自動化測量，具備結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、控制精準(zhǔn)、重復(fù)精度高、易于維護等優(yōu)勢，該裝置可大大提高磨耗量的測量精度的試驗效率。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種接地摩擦盤表面磨耗量激光檢測裝置，其特征在于：包括底座、滑動機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、測量機構(gòu)，滑動機構(gòu)安裝在底座上面，用于實現(xiàn)被試件摩擦盤水平方向的平移運動，回轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在滑動機構(gòu)上面，用于實現(xiàn)被試件摩擦盤繞自身軸線方向的回轉(zhuǎn)運動，測量機構(gòu)固定在底座上且置于回轉(zhuǎn)機構(gòu)上安裝的被試件摩擦盤上方，用于測量被試件摩擦盤表面磨耗量，獲取試驗數(shù)據(jù)。

所述的滑動機構(gòu)包括伺服電機、滑動基座、激光位移傳感器、直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌滑塊、傳動部分，兩條平行的直線導(dǎo)軌安裝于底座上面，底座前端固連有電機座，電機座上固連伺服電機和滾珠絲杠，伺服電機和滾珠絲杠的前端分別安裝有帶輪，伺服電機與帶輪固定連接，直線導(dǎo)軌后端固連有限位塊，用來限制直線導(dǎo)軌滑塊的行程，直線導(dǎo)軌滑塊上表面固連有滑動基座，激光位移傳感器用于測量平動自由度的位移量。

所述的滑動基座為中間凹兩邊凸的結(jié)構(gòu)，中間凹的部位的上方設(shè)一缺口，缺口處放置與底座固連的伺服電機，兩邊凸的部位下方加工有沉孔，通過沉孔連接回轉(zhuǎn)機構(gòu)，兩邊凸的部位下方還加工有直螺紋孔，通過直螺紋孔連接直線導(dǎo)軌滑塊。

所述的滑動機構(gòu)的傳動部分包括絲母、絲杠滑塊、同步帶、帶輪、滾珠絲杠、滾動軸承，伺服電機輸出軸端通過軸套定位安裝有帶輪，帶輪通過驅(qū)動同步帶從而帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，滾珠絲杠結(jié)合絲杠支撐座安裝在電機座上，絲杠支撐座通過軸套定位并通過內(nèi)六角沉頭螺栓固連與電機座，滾珠絲杠末端帶輪通過鎖緊螺母固定，絲母隨著絲杠轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)滑動，絲杠滑塊通過內(nèi)六角沉頭螺栓與絲母固連，滾珠絲杠的末端安裝有絲杠軸承座，軸承座內(nèi)部嵌有滾動軸承。

所述的回轉(zhuǎn)機構(gòu)包括摩擦盤座、角度編碼器、箱體端蓋、箱體、蝸輪蝸桿機構(gòu)、伺服電機，箱體和安裝伺服電機的電機座分別通過螺栓與滑動基座固連，在箱體端蓋上方安裝有角度編碼器，用來獲取回轉(zhuǎn)機構(gòu)回轉(zhuǎn)角度的反饋信息，角度編碼器上方安裝有摩擦盤座用于被試件摩擦盤的定位安裝，伺服電機通過帶輪機構(gòu)與蝸輪蝸桿機構(gòu)傳動連接，摩擦盤座安裝在蝸輪軸上。

所述的箱體包含圓柱體部分和矩形部分，為一個“馬蹄”形結(jié)構(gòu)，箱體底部加工有直螺紋孔以便箱體通過螺栓與滑動基座固連，箱體圓柱體部分頂部加工有直螺紋孔以便箱體與端蓋通過螺栓固連，箱體矩形部分兩側(cè)均加工有可以安裝滾動軸承和端蓋的孔座，且孔座的四周均布有直螺紋孔以便端蓋和箱體固連。

所述的測量機構(gòu)是將測量被試件摩擦盤磨耗量的位移傳感器固連與固定板上，并通過夾緊塊與導(dǎo)向光杠上下可調(diào)式連接，導(dǎo)向光杠豎直安裝在底座上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、該機構(gòu)可機械化驅(qū)動摩擦盤，實現(xiàn)摩擦盤沿直線方向的平移運動和繞自身軸線的回轉(zhuǎn)運動，運行速度平穩(wěn)，位移轉(zhuǎn)角均可精確控制，相較于傳統(tǒng)試驗方法中，通過人工移動摩擦盤或者通過手搖式工裝驅(qū)動摩擦盤沿直線平動的方式，本發(fā)明大大降低人為因素帶來的誤差，顯著提高試驗精度；

二、該機構(gòu)可以實現(xiàn)摩擦盤繞自身軸線的回轉(zhuǎn)自由度，并且具備對回轉(zhuǎn)自由度轉(zhuǎn)角精確控制的能力，可以保證在試驗中準(zhǔn)確選擇摩擦盤表面被試軸線和更換不同測試軸線，控制精準(zhǔn)，而且大大提升試驗效率和精度；

三、本發(fā)明設(shè)計有與底座固連的激光位移傳感器用于測量平動自由度的位移量、安裝于回轉(zhuǎn)空心軸上的角度編碼器用于測量回轉(zhuǎn)自由度的轉(zhuǎn)角、安裝于被試件摩擦盤上方的機關(guān)為位移傳感器用于測量摩擦盤表面磨耗量（獲取試驗數(shù)據(jù)），上述測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息可以通過數(shù)采系統(tǒng)實時反饋，而且測量精度高，位移傳感器精度可達0.01mm級，角度傳感器精度高于±5″，角度測量可精確達數(shù)角秒以內(nèi)；

四、本發(fā)明中，用于測量摩擦盤表面磨耗量的位移傳感器位于摩擦盤表面上方，試驗前，傳感器相對于摩擦盤表面的高度可以通過夾緊塊沿導(dǎo)向光杠上下滑動調(diào)節(jié)，然后通過高度調(diào)節(jié)旋鈕固定位置，該裝置可根據(jù)不同被試件尺寸，調(diào)節(jié)傳感器至最佳檢測距離，提高測試精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的滑動機構(gòu)示意圖；

圖3是圖2的后視圖；

圖4a、圖4b是本發(fā)明滑動機構(gòu)的滑動基座三維示意圖；

圖5是本發(fā)明滑動機構(gòu)的傳動關(guān)系爆炸圖；

圖6是本發(fā)明的回轉(zhuǎn)機構(gòu)三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖6的側(cè)視圖；

圖8是本發(fā)明的回轉(zhuǎn)機構(gòu)剖視圖；

圖9是被試件摩擦盤安裝位置爆炸視圖；

圖10是本發(fā)明的回轉(zhuǎn)機構(gòu)中蝸桿軸系示意圖；

圖11a、11b是回轉(zhuǎn)機構(gòu)中箱體的三維示意圖；

圖12a、圖12b是本發(fā)明測試磨耗量的位移傳感器安裝示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明具體實施構(gòu)成是：包括底座1、滑動機構(gòu)2、回轉(zhuǎn)機構(gòu)3、測量機構(gòu)4，滑動機構(gòu)安裝在底座上面，用于實現(xiàn)被試件摩擦盤水平方向的平移運動，回轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在滑動機構(gòu)上面，用于實現(xiàn)被試件摩擦盤繞自身軸線方向的回轉(zhuǎn)運動，測量機構(gòu)固定在底座上且置于回轉(zhuǎn)機構(gòu)上安裝的被試件摩擦盤上方，用于測量被試件摩擦盤表面磨耗量，獲取試驗數(shù)據(jù)。

如圖2、圖3所示，本發(fā)明滑動機構(gòu)包括伺服電機201、滑動基座202、激光位移傳感器203、直線導(dǎo)軌204、滾珠絲杠214、直線導(dǎo)軌滑塊210底座1上表面通過螺栓固連有直線導(dǎo)軌204，直線導(dǎo)軌滑塊210可沿著直線導(dǎo)軌前后移動，底座前端通過螺栓固連有I型電機座207。I型電機座207上加工圓孔以便分別通過螺栓固連伺服電機201和滾珠絲杠213，伺服電機和滾珠絲杠的前端分別安裝有帶輪209，伺服電機與帶輪通過頂絲固定，伺服電機通過驅(qū)動同步帶208從而驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動。滾珠絲杠上安裝有可隨著滾珠絲杠轉(zhuǎn)動而前后移動的絲母205，絲杠滑塊206通過沉頭螺栓與絲母固連，絲杠滑塊另一端與滑動基座固連，滾珠絲杠的末端安裝有絲杠軸承座212，絲杠軸承座與底座后端固連。直線導(dǎo)軌后端通過螺栓固連有限位塊211用來限制直線導(dǎo)軌滑塊210的行程，直線導(dǎo)軌滑塊上表面通過螺栓固連有滑動基座，底座上通過螺栓固定有位移傳感器203，滑動基座后端通過螺栓固定有擋板214以便位移傳感器獲取滑動基座相對于底座的位移數(shù)據(jù)。

如圖4a和圖4b所示，所述的滑動基座為中間凹兩邊凸的結(jié)構(gòu)，中間凹的部位的上方設(shè)一缺口，缺口處放置與底座固連的伺服電機，兩邊凸的部位下方加工有沉孔2021，通過沉孔連接回轉(zhuǎn)機構(gòu)，兩邊凸的部位下方還加工有直螺紋孔2022，通過直螺紋孔連接直線導(dǎo)軌滑塊。

如圖5所示，所述的滑動機構(gòu)的傳動部分包括絲母205、絲杠滑塊206、I型電機座207、同步帶208、帶輪209、絲杠軸承座212、滾珠絲杠213、滾動軸承217、絲杠支撐座220，伺服電機201通過內(nèi)六角沉頭螺栓215與I型電機座207固連，伺服電機輸出軸端通過軸套216定位安裝有帶輪209，帶輪209通過驅(qū)動同步帶208從而帶動滾珠絲杠213轉(zhuǎn)動，滾珠絲杠結(jié)合絲杠支撐座220安裝在I型電機座上，絲杠支撐座通過軸套221定位并通過內(nèi)六角沉頭螺栓219固連與I型電機座，滾珠絲杠末端帶輪通過鎖緊螺母222固定，絲母205隨著絲杠轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)滑動，絲杠滑塊206通過內(nèi)六角沉頭螺栓218與絲母固連，滾珠絲杠的末端安裝有絲杠軸承座212，軸承座內(nèi)部嵌有滾動軸承217。

如圖6、圖7、圖8、圖9所示，本發(fā)明的回轉(zhuǎn)機構(gòu)包括摩擦盤座302、角度編碼器303、箱體端蓋304、箱體305、蝸桿軸306、蝸輪319、伺服電機307，箱體305和L型電機座313固連在滑動基座202上，箱體端蓋通過十字槽沉頭螺釘317固定于箱體上表面，L型電機座上加工有孔以便安裝固定伺服電機307，伺服電機和蝸桿軸306前端都安裝有帶輪311，箱體頂端通過螺栓固定有箱體端蓋304，用來測試本發(fā)明回轉(zhuǎn)角度的角度編碼器303通過螺栓安裝在箱體端蓋上，角度編碼器上方安裝有摩擦盤座302用來承接被試件摩擦盤301，伺服電機通過驅(qū)動同步帶312驅(qū)動帶輪311轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動蝸桿軸轉(zhuǎn)動，蝸桿軸轉(zhuǎn)動從而帶來蝸輪319轉(zhuǎn)動，蝸輪通過鍵323與空心軸315同步轉(zhuǎn)動，進而帶動安裝在摩擦盤座上的被試件摩擦盤轉(zhuǎn)動?？招妮S從上到下依次安裝有摩擦盤座302、編碼器軸套316、滾動軸承和軸套318、蝸輪319、下軸套320、滾動軸承308、套筒321，空心軸下端使用圓螺母322鎖緊，編碼器軸套上端外側(cè)加工有螺紋以便與角度編碼器轉(zhuǎn)子部分固連，蝸桿軸的兩端位于箱體305外側(cè)設(shè)有端蓋309和悶蓋310，用來將蝸桿軸上的軸承壓緊在箱體305內(nèi)，被試件摩擦盤通過安裝在摩擦盤座上的摩擦盤定位銷314定位。

如圖10所示，蝸桿軸系中，蝸桿軸306左右兩端分別安裝有滾動軸承325和將軸承壓緊在箱體內(nèi)的端蓋309和悶蓋310，端蓋和悶蓋通過十字槽沉頭螺釘324固連在箱體左右兩側(cè)，帶輪311。

如圖11a和圖11b所示，所述回轉(zhuǎn)機構(gòu)的箱體包含圓柱體部分3051和矩形部分3052，為一個“馬蹄”形結(jié)構(gòu)，可通過鑄造成型，需加工銑削、鉆孔、攻絲、打磨工序，箱體底部加工有直螺紋孔3053以便箱體通過螺栓與滑動基座固連，箱體圓柱體部分頂部加工有直螺紋孔3054以便箱體與端蓋通過螺栓固連，箱體矩形部分兩側(cè)均加工有可以安裝滾動軸承和端蓋的孔座3055，且孔座的四周均布有直螺紋孔3056以便端蓋和箱體固連。

如圖12a和圖12b所示，所述的測量機構(gòu)是將測量被試件摩擦盤磨耗量的激光位移傳感器401固連與固定板402上并通過夾緊塊404與導(dǎo)向光杠406連接，導(dǎo)向光杠406豎直安裝在底座上，激光位移傳感器相對于導(dǎo)向光杠的高度、俯仰角度、旋轉(zhuǎn)角度均通過上下移動夾緊塊404，并由調(diào)節(jié)旋鈕403、405和鎖緊螺母407調(diào)節(jié)固定。

本發(fā)明的工作過程和原理是：

試驗前，安裝被試摩擦盤到摩擦盤座上，并通過安裝定位銷固定位置，調(diào)整激光位移傳感器的夾緊塊，確定激光位移傳感器合適的高度和測量位置后鎖緊固定。

上位機通過總線控制兩伺服電機，使其按照設(shè)定位移量精確旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，與底座固連的電機的輸出軸帶動同步帶運動，底座電機驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)沿直線導(dǎo)軌方向移動；滑動基座上電機驅(qū)動蝸桿軸轉(zhuǎn)動，帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)摩擦盤座沿自身軸線的轉(zhuǎn)動。試驗過程中，輸入需要摩擦盤旋轉(zhuǎn)的角度和前進后退的位移指令，摩擦盤即可按照設(shè)定方式運動，可以耦合運動也可以獨立控制。

機構(gòu)進行轉(zhuǎn)動時，角度編碼器定子部分通過螺紋連接固定于箱體端蓋上，角度編碼器轉(zhuǎn)子部分通過螺紋連接與空心軸上套筒固連，轉(zhuǎn)子部分進行與空心軸同步的轉(zhuǎn)動。隨著空心軸的轉(zhuǎn)動，角度編碼器記錄下小達角秒級的小角度測量；機構(gòu)進行移動時，激光位移傳感器通過測量固連在滑動基座上的擋板可以獲得滑動基座相對于底座的位移量；位于摩擦盤上方的激光位移傳感器在摩擦盤按照設(shè)定勻速運動時，獲取摩擦盤表面磨耗量數(shù)據(jù)。