便携式铁道车轮外形测量仪的准确度研究

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对车轮测量精度和速度的要求是随着列车速度的增加而提高的。尽管目
前的列车车轮自动检测装置可实现动态检测，但其条件是车轮必须经过特定
的区域。显然，对于不便拆卸与人工移动的铁道车轮，其测量工具主要还是
便携式仪器。鉴于激光三角传感器受踏面形貌、颜色及环境影响大，且价格
昂贵，所以接触式扫描测量方法仍然具有最高的性价比。为此，论文就提高
五连杆车轮外形测量仪准确度的相关问题，进行了全面的研究。
首先，通过对测量仪的组成、工作原理及测量程序(流程)的系统分析，
建立了测量的数学模型。针对测量的全过程，分析了测量系统的误差源，采
用全微分理论建立了测量误差解析模型，同时建立了全参数的MATLAB精
确数值模型，利用此数值模型分析了单因素误差，多因素误差交互作用对测
量结果的影响♂果表明：①各因素在所涉及的范围内完全可认为是线性独
立的，这为不确定度的评定提供了依据；②两编码器的量化误差为主要的误
差源，从而为仪器的标定和数据处理指明了方向。
为实现量值溯源，研究了由易到难，由粗到精，分层次，软件数值仿真
与硬件澳4试相结合的标定/检定方法：设计了相应的标定/检定装置，研究了
检定装置的检定方法。多台仪器标定实验验证了该标定方法的可行性和可靠
性。标定后的仪器对瓜B样板的形状测量误差小于±0.02ram。
最后，按((JJFl059---1999测量不确定度的评定与表示》及((JJF 1130-2005
几何量测量设备校准中的不确定度评定指南》分析了仪器的测量不确定度，
取置信概率P--0.99，包含因子k2.58，形状参数的扩展不确定度小于±
0.03mm，直径的不确定度随被测车轮直径增加而变大，但适当增加仪器尺寸
后，可使测量不确定度保证在O.1mm以内。
对车轮外形测量仪准确度研究的结果表明：可通过适当的尺寸、位置参
数的标定，误差补偿和正确的操作来保证仪器的测量准确度。该类型车轮外
形测量仪的测量准确度能够满足高速动车的要求，该项研究具有重要的应用
价值。
关键词：误差分析几何参数标定准确度测量不确定度