CN102175774A - 基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置，包括：机械手、探头载体、传感器以及控制器。控制器根据传感器的反馈信号控制机械手快速准确地将探头载体送达待检轮的耦合面。在运行过程中，探头载体上的传感器能感知周围的障碍物，并将该感知信号反馈给控制器，控制器控制机械手主动避让，当探头接近耦合面的时候，探头载体上的传感器能自动感应探头与耦合面是否贴合。因此，本发明实施例中采用上述探头定位装置，能在不落轮的情况下保证探头与车轮耦合面的准确贴合。另外，本发明实施例中还提供了种基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种车轮轮辋、轮辐超声波探伤系统的探头定位、贴合装置，更具体地说，涉及一种基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置及方法。
背景技术
车轮是动车组、机车车辆走行部的关键部件，车轮的运行状态和质量状况直接关系到行车安全。高速铁路和重载铁路的发展对车轮的质量提出了更高的要求，迫切需要对车轮进行全面探伤。要实现轮辋轮辐的全面超声探伤，需要在车轮轮辋、轮辐、轮毂等不同部位组合布置超声波探头。但是在不落轮的情况下车轮外露部分有限，而且车底下方有减速箱、刹车盘、撒沙管等障碍物的阻挡，组合探头载体很难定位到耦合面上。尤其是需要兼容各型动车组、机车车辆轮对探伤时，需要综合考虑各型车的车底结构和车底空间，探头载体在耦合面的定位难度更大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置及方法，以实现在不落轮的情况下保证探头与车轮耦合面的快速、准确贴合。
本发明的目的是提供一种基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置，包括：
机械手；
探头载体，其上设置有探头；
承力杆，所述承力杆设置在所述机械手的力控法兰和所述探头载体之间，并将所述机械手的力矩传递给所述探头载体；
传感器，包括位置传感器和力反馈传感器，所述位置传感器设置在所述探头载体上，感知所述探头贴合度大小以及是否有外物遮挡；所述力反馈传感器设置在机械手力控法兰与承力杆之间，
控制器，所述控制器预先存储车型与所述机械手的运动路径的对应关系，根据所述传感器的反馈信号控制机械手的运动路径。
优选的，在上述基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置中，所述位置传感器个数为两个，分别设置在探头载体的两端。
优选的，在上述基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置中，所述控制器包括：通信单元、处理单元、存储单元和执行单元，其中，
所述通信单元：用于接收所述传感器反馈信号，并将发送至所述处理单元；
存储单元：预先存储车型与机械手的运动路径的对应关系；
处理单元：接收所述通信单元发送的电信号，并根据该电信号并结合所述存储单元存储信息向相应的执行单元发出控制指令；
执行单元：根据所述控制指令控制相应设备的运行。
优选的，在上述基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置中，所述控制器还包括输入单元，所述输入单元可根据不同车型设定机械手的运动路径，并发送至所述处理单元，经所述处理单元处理后存储至存储单元。
优选的，在上述基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置中，所述机械手上设置有力反馈传感器，所述机械手根据所述力反馈传感器感知力矩大小调整施加给所述承力杆的力矩大小。
一种基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位方法，包括：
步骤A：判断探头是否与车轮的耦合面贴合完全以及是否有外物遮挡，并转换为反馈信号；
步骤B：根据预先存储车轮直径与探头定位路径的对应关系和车型与机械手的运动路径的对应关系以及所述反馈信号控制机械手的运动路径。
优选的，在上述基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位方法中，所述步骤B还包括：当所述探头与所述车轮的耦合面完全贴合时，根据反馈力矩大小调整施加给承力杆的力矩大小。
从上述技术特征可以看出，本发明实施例中探头定位装置探头定位过程中采用机械手、探头载体、传感器以及控制器。控制器预先存储不同动车组及机车车辆车型，制定机械手不同的运行路径，位置传感器感知探头贴合情况后，控制器控制机械手快速准确地将探头载体送达待检轮的耦合面，并保证探头与耦合面紧密贴合、准确定位。在运行过程中，探头载体上的位置传感器能感知周围的障碍物，并将该感知信号反馈给控制器，控制器控制机械手主动避让，当探头接近耦合面的时候，探头载体上的位置传感器能自动感应探头与耦合面的相对位置。因此，本发明实施例中采用上述探头定位装置，不仅能在不落轮的情况下保证探头与车轮耦合面的准确贴合，且在该探头在定位过程采用机械手，机械手具有运行灵活快速的特点，这也是一般设备所不能比拟的，机械手运行时路径一定，且无需人为进行操作，降低了定位的难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供探头载体的结构示意图；
图3为本发明实施例中控制器的一种结构框图；
图4为本发明实施例中控制器的另一种结构框图；
图5为本发明实施例中基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位方法的一种流程图；
图6为本发明实施例中基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位方法的另一种流程图。
具体实施方式
机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
本发明实施例中通过采用机械手可以实现探头的快速准确定位，定位完好后才能保证探伤的效果。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供一种基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置，请参照图1所示，包括：机械手3、探头载体1、传感器、承力杆2和控制器6，其中，
探头载体1上设置有探头4和感知探头4贴合度大小以及是否有外物遮挡的位置传感器，在本发明实施例中位置传感器个数为两个，如图2所示，包括位置传感器51和位置传感器52，位置传感器51和位置传感器52分别设置在探头载体1的两端；
承力杆2，设置在连接机械手3的力控法兰和探头载体1之间，并将机械手3的力矩传递给探头载体1；
控制器6预先存储车型与所述机械手3的运动路径的对应关系，根据位置传感器的反馈信号控制机械手3的运动路径。由于不同车型其车轮直径的大小不同，且底部空间也不同，因此，针对不同车型的车轮，特别是对于车轮直径不同的车轮，其机械手3设置有不同的运动路径。同时车型确定后，控制器6就会驱动机械手3按照存储在控制器6中的运动路径进行运动。
另外，由于在探头4定位过程中需要作用给车轮一定的力矩，为了控制机械手3通过承力杆2施加于探头载体1力矩的大小，请参照图1所示，机械手3上设置有力反馈传感器7，机械手3根据所述力控传感器7感知力矩大小调整施加给所述承力杆的力矩大小。根据力矩反馈信号，来调节探头与耦合面的贴合力度，从而保证探头的耦合效果，定位完成后，探头开始对车轮进行探伤。因此，通过采用上述探头定位装置可以在不落轮的情况下保证探头与车轮耦合面的准确贴合，且在该过程中机械手3的运行路径一定，不需要人为进行操作，降低了定位的难度。
机械手3在控制器6的控制下带动探头载体1从初始位沿着预先存储的运动路径运动。探头载体1上的位置传感器能感知周围的障碍物，将该信号反馈给控制器6，控制器6控制机械手主动避让，当探头4接近耦合面的时候，探头载体1上的位置传感器能自动感应探头4与耦合面的相对位置，机械手3根据感应信号实现准确定位。在上述探头4定位过程中由于采用机械手，机械手具有灵活度高，且运行速度快的优点，因此本发明实施例中能够快速的实现探头4的定位。且由于在定位过程中控制器6中预先存储有车型与机械手运动路径的对应关系，因此在不落轮的前提下只需将该装置置于车下，机械手3就会按照预先设定的运动路径进行定位，解决了现有探头定位技术的技术缺点。
上述控制器6，请参照图3所示，包括：通信单元61、处理单元62、存储单元63和执行单元64，其中，
通信单元61：用于接收传感器反馈信号，并发送至处理单元62；
存储单元63：预先存储车型与机械手的运动路径的对应关系；
处理单元62：接收通信单元发送的电信号，并根据该电信号并结合存储单元63存储信息向相应的执行单元64发出控制指令；
执行单元64：根据控制指令控制相应设备的运行。
另外，请参照图4所示，当出现存储单元63中未存储的车型时，使用者可以通过输入单元65将新的车型信息输入至存储单元63中存储。该输入单元65可根据不同车型设定机械手的运动路径，并发送至处理单元，经处理单元62处理后存储至存储单元63。
实施例二
本发明实施例提供一种基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位方法，包括：
步骤A：判断探头是否与车轮的耦合面贴合完全以及是否有外物遮挡，并转换为反馈信号；
步骤B：根据预先存储车轮直径与探头定位路径的对应关系和车型与机械手的运动路径的对应关系以及所述反馈信号控制机械手的运动路径。
下面结合附图具体介绍上述方法，请参照图5所示，包括：
步骤S11：预先存储车轮直径与探头定位路径的对应关系和车型与机械手的运动路径的对应关系；
步骤S12：判断控制器中是否存储有车轮i的相关信息，若是则进入步骤S13；否则，进入步骤S16；
步骤S13：调用与车轮i相匹配的机械手的运动路径；
步骤S14：控制机械手按照设定路径运动，当位置传感器和车轮开始接触时，采集探头与车轮耦合面的贴合度并转换为反馈信号；
步骤S15：根据位置传感器反馈信息判断探头是否与车轮相贴合，若是则结束；否则，进入步骤S14；
步骤S16：输入与车轮i的机械手运动路径以及车型的对应关系，分别进入步骤S14和步骤S11；
本发明实施例中探头定位方法可以根据不同车轮直径改变组合探头贴合面形成的圆弧直径，因此可以适应不同直径的车轮，另外还可以通过手动输入尚未存储的车轮信息：且在该方法中，通过位置传感器的反馈信号，可以判断出探头是否与车轮的耦合面相贴合，其可靠性更稳定，操作简便。
实施例三
本发明实施例提供的基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位方法，与上述实施例不同之处在于本方法中还可以实现力矩调整，包括：
步骤A：判断探头是否与车轮的耦合面贴合完全以及是否有外物遮挡，并转换为反馈信号；
步骤B：根据预先存储车轮直径与探头定位路径的对应关系和车型与机械手的运动路径的对应关系以及所述反馈信号控制机械手的运动路径；当探头与车轮的耦合面完全贴合时，根据反馈力矩大小调整施加给承力杆的力矩大小。
下面结合附图具体介绍上述方法，请参照图6所示，包括：
步骤S11：预先存储车轮直径与探头定位路径的对应关系和车型与机械手的运动路径的对应关系；
步骤S22：判断控制器中是否存储有车轮i的相关信息，若是则进入步骤S23；否则，进入步骤S26；
步骤S23：调用与车轮i相匹配的机械手的运动路径；
步骤S24：控制机械手按照设定路径运动，当位置传感器和车轮开始接触时，采集探头与车轮耦合面的贴合度并转换为反馈信号；
步骤S25：根据位置传感器反馈信息判断探头是否与车轮相贴合，若是进入步骤S27；否则，进入步骤S24；
步骤S26：输入与车轮i的机械手运动路径以及车型的对应关系，分别进入步骤S24和步骤S21；
步骤S27：根据预先存储设定的力矩大小，判断实际力矩是否与预先设定力矩相等，相等结束；否则进入步骤S28；
步骤S28：根据反馈力矩大小调整机械手施加于承力杆的力矩，进入步骤S27。
本发明实施例中探头定位方法可以根据不同车轮直径改变组合探头贴合面形成的圆弧直径，因此可以适应不同直径的车轮，另外还可以通过手动输入尚未存储的车轮信息：且在该方法中，通过位置传感器反馈信号，可以判断出探头是否与车轮的耦合面相贴合，其可靠性更稳定，操作简便。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置，其特征在于，包括：
机械手；
探头载体，其上设置有探头；
承力杆，所述承力杆设置在所述机械手的力控法兰和所述探头载体之间，并将所述机械手的力矩传递给所述探头载体；
传感器，包括位置传感器和力反馈传感器，所述位置传感器设置在所述探头载体上，感知所述探头贴合度大小以及是否有外物遮挡；所述力反馈传感器设置在机械手力控法兰与承力杆之间，
控制器，所述控制器预先存储动车组、机车车辆型号与所述机械手的运动路径的对应关系，根据所述传感器的反馈信号控制机械手的运动路径。
2.根据权利要求1所述的基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置，其特征在于，所述位置传感器个数为两个，分别设置在探头载体的两端。
3.根据权利要求1或2所述的基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置，其特征在于，所述控制器包括：通信单元、处理单元、存储单元和执行单元，其中，
所述通信单元：用于接收所述传感器反馈信号，并将发送至所述处理单元；
存储单元：预先存储动车组、机车车辆型号与机械手的运动路径的对应关系；
处理单元：接收所述通信单元发送的电信号，并根据该电信号并结合所述存储单元存储信息向相应的执行单元发出控制指令；
执行单元：根据所述控制指令控制相应设备的运行。
4.根据权利要求3所述的基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置，其特征在于，所述控制器还包括输入单元，所述输入单元可根据不同车型设定机械手的运动路径，并发送至所述处理单元，经所述处理单元处理后存储至存储单元。
5.根据权利要求3所述的基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位装置，其特征在于，所述机械手上设置有力反馈传感器，所述机械手根据所述力反馈传感器感知力矩大小调整施加给所述承力杆的力矩大小。
6.一种基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位方法，其特征在于，包括：
步骤A：判断探头是否与车轮的耦合面贴合完全以及是否有外物遮挡，并转换为反馈信号；
步骤B：根据预先存储车轮直径与探头定位路径的对应关系和车型与机械手的运动路径的对应关系以及所述反馈信号控制机械手的运动路径。
7.一种基于机械手的轮辋轮辐探伤系统探头定位方法，其特征在于，所述步骤B还包括：当所述探头与所述车轮的耦合面完全贴合时，根据反馈力矩大小调整施加给承力杆的力矩大小。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Peng Jianping Inventor after: Tan You Inventor after: Du Luquan Inventor after: Huang Xiaogang Inventor after: Li Jiaqi Inventor after: Wang Li Inventor after: Gao Xiaorong Inventor after: Zhang Yu Inventor after: Huang Wei Inventor after: Zhao Quanke Inventor after: Wang Zeyong Inventor after: Peng Chaoyong Inventor after: Zhao Bo Inventor before: Peng Jianping Inventor before: Tan You Inventor before: Du Luquan Inventor before: Wang Li Inventor before: Gao Xiaorong Inventor before: Zhang Yu Inventor before: Huang Wei Inventor before: Zhao Quanke Inventor before: Wang Zeyong Inventor before: Peng Chaoyong Inventor before: Zhao Bo |
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| COR | Change of bibliographic data |