CN104908001A - 一种高铁机车的车前窗的装配系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高铁机车的车前窗的装配系统及方法。系统包括：外轴行走装置、工业机器人、快换装置、打磨装置、涂胶装置、玻璃抓取装置、三维扫描装置、中央控制装置和玻璃上下料工作台；工业机器人执行对应的控制动作；快换装置更换机器人本体当前操作的装置；三维扫描装置对高铁机车的车身和玻璃进行扫描；中央控制装置根据三维扫描数据计算车前窗的待安装垫片的多个参数选取垫片和车框的打磨路径；打磨装置对车框进行打磨；涂胶装置对打磨后的车框进行涂胶；玻璃抓取装置从玻璃上下料平台上抓取玻璃安装到打磨后的车框上。本发明利用机器人完成自动化安装，具有更高的作业效率和作业精度，保证了产品质量。

Description

一种高铁机车的车前窗的装配系统及方法

技术领域

本发明涉及高铁设计及机器人控制技术领域，特别涉及一种高铁机车的车前窗的装配系统及方法。

背景技术

目前，高速铁路作为我国主要发展的交通运输方向。其中，高铁机车作为高速铁路的运输工具，是指最高行车速度每小时达到或超过200公里的铁路列车。为了保证高铁机车安全达标运行，需要对高铁机车的多个指标进行配置和考量。其中，车前窗玻璃的组装性能是衡量高铁机车质量的重要指标之一，玻璃安装过程是车辆组装的很重要的环节。

现有的玻璃安装主要由人工完成，人工在此过程的作业存在效率低、劳动强度大等问题。并且人工一旦出现疲劳，极易出现安装事故和安装精度不高的问题。随着高铁事业的快速发展，对车辆的需求越大，人工作业的问题越来越突出。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种高铁机车的车前窗的装配系统，该系统利用机器人完成自动化安装，相较于传统的人工作业方式，具有更高的作业效率和作业精度，保证了产品质量。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种高铁机车的车前窗的装配系统，包括：外轴行走装置、工业机器人、快换装置、打磨装置、涂胶装置、玻璃抓取装置、三维扫描装置、中央控制装置和玻璃上下料工作台，其中，所述快换装置、打磨装置、涂胶装置、玻璃抓取装置、三维扫描装置均在所述工业机器人的操作下工作，所述外轴行走装置包括：双滑轨和位于所述双滑轨上的可滑动的横梁，所述工业机器人位于所述横梁上且与所述横梁联动，以在所述双滑轨和横梁限定的工作区域内移动；所述工业机器人用于根据预设控制命令操作所述快换装置、打磨装置、涂胶装置、玻璃抓取装置、三维扫描装置，执行对应的控制动作；所述快换装置用于在所述工业机器人的操作下更换所述工业机器人当前操作的装置；所述三维扫描装置用于在所述工业机器人的操作下对高铁机车的车身和玻璃进行扫描；所述中央控制装置与所述三维扫描装置进行通信，用于接收三维扫描数据，根据所述三维扫描数据计算所述车前窗的待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，并将所述打磨路径发送给所述工业机器人；所述打磨装置用于在所述工业机器人的操作下，依据所述打磨路径对所述车框进行打磨，形成与所述玻璃相适配的车前窗的车框；所述涂胶装置用于承装胶体，并在所述工业机器人的操作下对打磨后的车框进行涂胶；所述玻璃上下料平台用于传送玻璃；所述玻璃抓取装置用于在所述工业机器人的操作下从所述玻璃上下料平台上抓取玻璃安装到打磨后的车框上，形成车前窗；所述工业机器人还用于在安装玻璃后，进一步在车框上安装压板，操作所述涂胶装置对所述车前窗进行涂胶。

在本发明的一个实施例中，所述三维扫描装置为双CCD相机设备。

在本发明的又一个实施例中，所述中央控制装置为可编程逻辑控制PLC控制器。

在本发明的再一个实施例中，所述工业机器人包括：控制器，用于根据预设工作内容和工作路径生成控制命令；机器人本体，所述机器人本体与所述控制器进行通信，用于根据所述控制命令执行对应的控制动作。

在本发明的另一个实施例中，还包括：安全防护装置，安装于所述双滑轨和高铁机车的两侧。

根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的装配系统，采用工业机器人完成车前窗的自动化装配，其中三维扫描、抓取、涂胶等作业过程均由工业机器人操作相应的装置完成，即利用机器人完成自动化安装，相较于传统的人工作业方式，具有更高的作业效率和作业精度，保证了产品质量。并且，采用工业机器人完成作业也可以避免发生安全事故时，对人员的危险。而且，当需要对大批高铁机车的车前窗进行装配时，采用工业机器人可以保证高效完成上述装配作业。

为此，本发明的另一个目的在于提出一种高铁机车的车前窗的装配方法，该方法利用机器人完成自动化安装，相较于传统的人工作业方式，具有更高的作业效率和作业精度，保证了产品质量。

为了实现上述目的，本发明另一方面的实施例提供一种高铁机车的车前窗的装配方法，包括如下步骤：

步骤S1，将高铁机车的车身和玻璃放置于工作台上；

步骤S2，工业机器人操作三维扫描装置对高铁机车的车身和玻璃进行扫描，获取三维扫描数据，并将所述三维扫描数据发送至中央控制装置；

步骤S3，所述中央控制装置根据所述三维扫描数据计算所述车前窗的待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，并将所述打磨路径发送给所述工业机器人；

步骤S4，所述工业机器人操作打磨装置，依据所述打磨路径对所述车框进行打磨，形成与所述玻璃相适配的车前窗的车框；

步骤S5，打磨后，所述工业机器人操作涂胶装置对打磨后的车框进行涂胶；

步骤S6，涂胶后，所述工业机器人操作玻璃抓取装置从所述玻璃上下料平台上抓取玻璃安装到打磨后的车框上，形成车前窗；

步骤S7，所述工业机器人在车框上安装压板，并操作所述涂胶装置对所述车前窗进行涂胶。

在本发明的一个实施例中，在步骤S3中，所述中央控制装置根据三维扫描结果生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型，并将所述玻璃三维模型和车框三维模型进行对齐以完成虚拟装配；

设置圆面，并利用所述圆面在虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型的多个预设切割位置上分别进行多次切割，其中，每次切割中，所述圆面与虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型相交，且在所述车框三维模型和玻璃三维模型上分别形成多个第一截面和第二截面；

计算每个切割位置上的车框三维模型的第一截面和玻璃三维模型的第二截面的实际相对距离，并根据所述实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处车框的打磨量。

在本发明的另一个实施例中，还包括如下步骤：根据所述实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处的待安装垫片的厚度，其中，所述垫片安装于车前窗和车框之间以使得所述车前窗与所述车框相适配；

所述工业机器人抓取该厚度的垫片安装至对应位置处。

根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的装配方法，采用工业机器人完成车前窗的自动化装配，其中三维扫描、抓取、涂胶等作业过程均由工业机器人操作相应的装置完成，即利用机器人完成自动化安装，相较于传统的人工作业方式，具有更高的作业效率和作业精度，保证了产品质量。并且，采用工业机器人完成作业也可以避免发生安全事故时，对人员的危险。而且，当需要对大批高铁机车的车前窗进行装配时，采用工业机器人可以保证高效完成上述装配作业。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的装配系统的结构框图；

图2为根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的装配系统的示意图；

图3(a)和图3(b)为根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的装配系统的侧视图和俯视图；

图4为根据本发明实施例的工业机器人的结构图；

图5(a)和图5(b)分别为根据本发明实施例的工业机器人对车身和玻璃进行三维扫描的示意图；

图6(a)和图6(b)分别为根据本发明实施例的工业机器人对车框进行打磨的示意图；

图7(a)和图7(b)分别为根据本发明实施例的工业机器人对车框进行涂胶的示意图；

图8(a)和图8(b)分别为根据本发明实施例的工业机器人自动安装玻璃的示意图；

图9(a)和图9(b)分别为根据本发明实施例的工业机器人安装压板后进行涂胶的示意图；

图10为根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的装配方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的高铁机车的车前窗的装配系统，包括：外轴行走装置1、工业机器人2、快换装置3、打磨装置4、涂胶装置5、玻璃抓取装置6、三维扫描装置7、中央控制装置8和玻璃上下料工作台9。其中，快换装置3、打磨装置4、涂胶装置5、玻璃抓取装置6、三维扫描装置7均在工业机器人2的操作下工作。

具体地，在车身和玻璃之间搭建有外轴行走装置1。如图2所示，外轴行走装置1包括：双滑轨11和横梁12，其中，横梁12位于双滑轨11上，且可以在双滑轨11上滑动。其中，工业机器人2位于横梁12上，与横梁12联动，可在横梁12的带动下沿双滑轨11滑动，从而达到相关工作区域。玻璃可以由人工放置于玻璃上下料平台9上进行定位和识别，然后进入机器人的工作区域。整条生产线充分利用现有的场地，为了消除生产线外其他设备的震动干扰，底座带有减震垫铁。

如图3(a)和图3(b)所示，本发明的高铁机车的车前窗的装配系统还包括：系统控制柜10、机器人控制柜13和安全防护系统14。其中，中央控制装置8可以设置系统控制柜10内，工业机器人2的控制器可以设置在机器人控制柜13内。安全防护系统14为设置在工作区域两侧的护栏，用于防止对工业机器人2工作的干扰，起到保护作用。

工业机器人2位于横梁12上且与横梁12联动，以在双滑轨11和横梁12限定的工作区域内移动。

工业机器人2用于根据预设控制命令操作快换装置3、打磨装置4、涂胶装置5、玻璃抓取装置6和三维扫描装置7，执行对应的控制动作。

具体地，如图4所示，工业机器人2包括控制器21和机器人本体22。其中，控制器21用于根据预设工作内容和工作路径生成控制命令。机器人本体22与控制器21进行通信，用于根据控制命令执行对应的控制动作。例如，工业机器人2可以操作其他功能装置，例如，抓取、移动装置到目标位置等。

三维扫描装置7用于在工业机器人2的操作下对高铁机车的车身G和玻璃B进行扫描。在本发明的一个实施例中，三维扫描装置7可以为双CCD相机设备。

参考图5(a)和图5(b)所示，工业机器人2操作三维扫描装置7对的高铁机车的车身G和玻璃B进行扫描测量，获得对应的车框测量数据和玻璃测量数据。例如，三维扫描装置S可以采用双CCD相机设备。其中，上述车框测量数据和玻璃测量数据可以作为打磨前的基准数据。然后，将上述获得车框测量数据和玻璃测量数据发送给中央控制装置8。

中央控制装置8具有对数据的存储、分析和处理等功能。中央控制装置8与三维扫描装置7进行通信，用于接收三维扫描数据，根据三维扫描数据计算车前窗的待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，并将打磨路径发送给工业机器人2。在本发明的一个实施例中，中央控制装置8可以为可编程逻辑控制PLC控制器。

具体地，中央控制装置8根据上述得到的三维扫描数据，包括：玻璃测量数据和车框测量数据，生成对应的玻璃初始点云和车框初始点云，然后利用上述玻璃初始点云和车框初始点云进行三维重构，生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型，离线编程生成前窗打磨程序。需要说明的是，中央控制装置8利用基于虚拟机器人技术开发的离线编程平台，可进行和实际机器人相同的运行仿真。仿真的内容包括机器人场地空间、使用的各种设备、实际程序在机器人中的运行状况、控制信号等内容。从而对机器人工作程序进行仿真运行、奇点检测、碰撞检测、节拍计算、参数调整等，从而可以降低投资风险，加快产品开发进度，显著提高开发效率。此外，还可在不干涉工业机器人工作的情况下，在仿真环境下进行系统培训、编程、优化程序等操作。中央控制装置8将玻璃三维模型和车框三维模型进行虚拟装配，分析并处理玻璃测量数据和车框测量数据，计算待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径。在本发明的一个实施例中，垫片的多个参数包括：垫片的安装位置和厚度。打磨路径包括车框上的打磨位置和打磨量。

在本发明的一个实施例中，中央控制装置8在完成玻璃和车框的三维模型对齐后，设置圆面在虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型的多个预设切割位置上分别进行多次切割，然后计算每个切割位置上的车框三维模型的第一截面和玻璃三维模型的第二截面的实际相对距离，并将其与对应的预设的理论相对距离进行比较。根据实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处的待安装垫片的厚度或车框的打磨量。然后，将上述计算得到的车框的打磨量发送给工业机器人2的控制器21，由控制器21控制机器人本体21依据上述打磨路径，操作打磨装置4执行打磨作业。

打磨装置4用于在工业机器人2的操作下，依据打磨路径对车框进行打磨，形成与玻璃相适配的车前窗的车框。参考图6(a)和图6(b)，工业机器人2操作打磨装置4依据打磨路径中的打磨位置和打磨量，自动对车框G进行打磨，直至完成打磨路径中的指标。

涂胶装置5用于承装胶体，并在工业机器人2的操作下对打磨后的车框进行涂胶。参考图7(a)和图7(b)，由工业机器人2根据预设的涂胶参数，操作涂胶装置5对车框G进行涂胶。

玻璃抓取装置6用于在工业机器人2的操作下从玻璃上下料平台9上抓取玻璃安装到打磨后的车框上，形成车前窗。参考图8(a)和图8(b)，工业机器人2移动到玻璃上下料平台9处，操作玻璃抓取装置6抓取玻璃B，然后移动到车框G处，自动安装至打磨后的车框G位置处。其中，玻璃上下料平台9用于传送和放置玻璃。

安装后，由人工安装压板，参考图9(a)和图9(b)所示，由工业机器人2操作涂胶装置5进行二次涂胶，从而形成高铁机车的车前窗(G,B)。

快换装置3用于在工业机器人2的操作下更换工业机器人1当前操作的装置。即，工业机器人2可以通过快换装置3更换打磨装置4、涂胶装置5、玻璃抓取装置6和三维扫描装置7等，对车框G和玻璃B进行测量、打磨、涂胶和装配。

根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的装配系统，采用工业机器人完成车前窗的自动化装配，其中三维扫描、抓取、涂胶等作业过程均由工业机器人操作相应的装置完成，即利用机器人完成自动化安装，相较于传统的人工作业方式，具有更高的作业效率和作业精度，保证了产品质量。并且，采用工业机器人完成作业也可以避免发生安全事故时，对人员的危险。而且，当需要对大批高铁机车的车前窗进行装配时，采用工业机器人可以保证高效完成上述装配作业。

如图10所示，本发明实施例的高铁机车的车前窗的装配方法，包括如下步骤：

步骤S1，将高铁机车的车身和玻璃放置于工作台上。

步骤S2，工业机器人操作三维扫描装置对高铁机车的车身和玻璃进行扫描，获取三维扫描数据，并将三维扫描数据发送至中央控制装置。其中，三维扫描数据包括车框测量数据和玻璃测量数据。

步骤S3，中央控制装置根据三维扫描数据计算车前窗的待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，并将上述打磨路径发送给工业机器人。

具体地，首先，中央控制装置根据三维扫描结果生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型，并将上述玻璃三维模型和车框三维模型进行对齐以完成虚拟装配。

然后，设置圆面，并利用圆面在虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型的多个预设切割位置上分别进行多次切割。其中，每次切割过程中，圆面与虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型相交，且在车框三维模型上形成多个第一截面，在玻璃三维模型上形成多个第二截面。

最后，计算每个切割位置上的车框三维模型的第一截面和玻璃三维模型的第二截面的实际相对距离，并根据实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处车框的打磨量。

进一步，根据实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处的待安装垫片的厚度。其中，垫片为安装于车前窗和车框之间以使得车前窗与车框相适配。工业机器人抓取该厚度的垫片安装至对应位置处。

步骤S4，工业机器人操作打磨装置，依据步骤S3中计算得到的打磨路径对车框进行打磨，形成与玻璃相适配的车前窗的车框。

进一步，在步骤S4之后还包括如下步骤：工业机器人操作三维扫描装置再次对打磨后的车框进行扫描，获取实际打磨位置和实际打磨量，并发送至中央控制装置。中央控制装置实际打磨后的实际打磨位置和实际打磨量，分别对应与步骤S3中计算得到的打磨路径中的打磨位置和打磨量进行比较，对设定打磨参数进行验证，判断是否与设定打磨参数一致，如果不一致，则计算打磨偏差值，通过偏差值可知打磨精度。

步骤S5，打磨后，工业机器人操作涂胶装置对打磨后的车框进行涂胶。

步骤S6，涂胶后，工业机器人操作玻璃抓取装置从玻璃上下料平台上抓取玻璃安装到打磨后的车框上，形成车前窗。

步骤S7，工业机器人在车框上安装压板，并操作涂胶装置对车前窗进行涂胶。

根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的装配方法，采用工业机器人完成车前窗的自动化装配，其中三维扫描、抓取、涂胶等作业过程均由工业机器人操作相应的装置完成，即利用机器人完成自动化安装，相较于传统的人工作业方式，具有更高的作业效率和作业精度，保证了产品质量。并且，采用工业机器人完成作业也可以避免发生安全事故时，对人员的危险。而且，当需要对大批高铁机车的车前窗进行装配时，采用工业机器人可以保证高效完成上述装配作业。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (8)

1.一种高铁机车的车前窗的装配系统，其特征在于，包括：外轴行走装置、工业机器人、快换装置、打磨装置、涂胶装置、玻璃抓取装置、三维扫描装置、中央控制装置和玻璃上下料工作台，其中，所述快换装置、打磨装置、涂胶装置、玻璃抓取装置、三维扫描装置均在所述工业机器人的操作下工作，

所述外轴行走装置包括：双滑轨和位于所述双滑轨上的可滑动的横梁，所述工业机器人位于所述横梁上且与所述横梁联动，以在所述双滑轨和横梁限定的工作区域内移动；

所述工业机器人用于根据预设控制命令操作所述快换装置、打磨装置、涂胶装置、玻璃抓取装置、三维扫描装置，执行对应的控制动作；

所述快换装置用于在所述工业机器人的操作下更换所述工业机器人当前操作的装置；

所述三维扫描装置用于在所述工业机器人的操作下对高铁机车的车身和玻璃进行扫描；

所述中央控制装置与所述三维扫描装置进行通信，用于接收三维扫描数据，根据所述三维扫描数据计算所述车前窗的待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，并将所述打磨路径发送给所述工业机器人；

所述打磨装置用于在所述工业机器人的操作下，依据所述打磨路径对所述车框进行打磨，形成与所述玻璃相适配的车前窗的车框；

所述涂胶装置用于承装胶体，并在所述工业机器人的操作下对打磨后的车框进行涂胶；

所述玻璃上下料平台用于传送玻璃；

所述玻璃抓取装置用于在所述工业机器人的操作下从所述玻璃上下料平台上抓取玻璃安装到打磨后的车框上，形成车前窗；

所述工业机器人还用于在安装玻璃后，进一步在车框上安装压板，操作所述涂胶装置对所述车前窗进行涂胶。

2.如权利要求1所述的高铁机车的车前窗的装配系统，其特征在于，所述三维扫描装置为双CCD相机设备。

3.如权利要求1所述的高铁机车的车前窗的装配系统，其特征在于，所述中央控制装置为可编程逻辑控制PLC控制器。

4.如权利要求1所述的高铁机车的车前窗的装配系统，其特征在于，所述工业机器人包括：

控制器，用于根据预设工作内容和工作路径生成控制命令；

机器人本体，所述机器人本体与所述控制器进行通信，用于根据所述控制命令执行对应的控制动作。

5.如权利要求1所述的铁机车的车前窗的装配系统，其特征在于，还包括：安全防护装置，安装于所述双滑轨和高铁机车的两侧。

6.一种高铁机车的车前窗的装配方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，将高铁机车的车身和玻璃放置于工作台上；

步骤S2，工业机器人操作三维扫描装置对高铁机车的车身和玻璃进行扫描，获取三维扫描数据，并将所述三维扫描数据发送至中央控制装置；

步骤S3，所述中央控制装置根据所述三维扫描数据计算所述车前窗的待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，并将所述打磨路径发送给所述工业机器人；

步骤S4，所述工业机器人操作打磨装置，依据所述打磨路径对所述车框进行打磨，形成与所述玻璃相适配的车前窗的车框；

步骤S5，打磨后，所述工业机器人操作涂胶装置对打磨后的车框进行涂胶；

步骤S6，涂胶后，所述工业机器人操作玻璃抓取装置从所述玻璃上下料平台上抓取玻璃安装到打磨后的车框上，形成车前窗；

步骤S7，所述工业机器人在车框上安装压板，并操作所述涂胶装置对所述车前窗进行涂胶。

7.如权利要求6所述的高铁机车的车前窗的装配方法，其特征在于，在所述步骤S3中，

所述中央控制装置根据三维扫描结果生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型，并将所述玻璃三维模型和车框三维模型进行对齐以完成虚拟装配；

设置圆面，并利用所述圆面在虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型的多个预设切割位置上分别进行多次切割，其中，每次切割中，所述圆面与虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型相交，且在所述车框三维模型和玻璃三维模型上分别形成多个第一截面和第二截面；

计算每个切割位置上的车框三维模型的第一截面和玻璃三维模型的第二截面的实际相对距离，并根据所述实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处车框的打磨量。

8.如权利要求7所述的高铁机车的车前窗的装配方法，其特征在于，还包括如下步骤：根据所述实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处的待安装垫片的厚度，其中，所述垫片安装于车前窗和车框之间以使得所述车前窗与所述车框相适配；

所述工业机器人抓取该厚度的垫片安装至对应位置处。