CN106092174A - 一种基于传感器技术的载体定位方法和定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于传感器技术的载体定位方法和定位装置，通过探头载体两侧对称安装的传感器以及高精度伺服旋转机构，相对传统自动化探头载体定位装置，可实现探头载体(柔性)自动贴合至车轮踏面，具有适应车轮轮径范围广，保障探头载体贴合力度均匀，贴合压力可调等优点。采用伺服系统，自动化程度高，可完全替代人工定位探头载体方式进行车轮探伤作业，大大提高各型车轮探伤检测效率，具有较高的经济效益。采用高精度伺服电机，定位精度高，重复性好，确保探伤检测的准确性。采用多轴伺服电机，可实现三维空间任意探头姿态的调整，相对传统自动化探头载体定位装置，能完全适应各型列车车底复杂空间环境，进行探头定位。

Description

一种基于传感器技术的载体定位方法和定位装置

技术领域

本发明涉及列车车轮探伤技术领域，特别涉及一种基于传感器技术的载体定位方法和定位装置。

背景技术

“载体定位装置”特指对当前开行的各型列车轮对进行探伤作业时，将各类探测探头定位至上述轮对相应检测位置的装置。当前“载体定位装置”主要应用有：人工放置探头载体定位装置、利用气缸驱动或普通电机配合测距传感器作为探头载体定位动力源等自动化定位装置。

但是，经过实践发现，上述方式存在不足：上述方式均为开环控制系统，定位准确性不可靠。且在探头载体接近车轮踏面后，采用硬性贴合的方式，导致贴合力度不均匀，贴合压力不易控制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于传感器技术的载体定位方法，可实现探头载体(柔性)自动贴合至车轮踏面，具有适应车轮轮径范围广，保障探头载体定位可靠、精度高、贴合力度均匀的优点。

本发明还提供了一种应用上述载体定位方法的定位装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于传感器技术的载体定位方法，包括步骤：

S1、控制探头载体由初始位置接近车轮踏面，并使所述探头载体的探头与所述车轮踏面对准；

S2、控制所述探头载体贴合所述车轮踏面，包括步骤：

S21、控制所述探头载体朝向所述车轮踏面靠近，直至其上的第一载体贴合到位传感器或者第二载体贴合到位传感器有到位信号反馈，即停止上述靠近；其中的所述第一载体贴合到位传感器和所述第二载体贴合到位传感器关于所述探头载体的旋转方向转轴对称设置；

S22、控制所述探头载体朝向无到位信号反馈的传感器转动，直至所述步骤S21中无到位信号反馈的传感器有到位信号反馈，同时反馈转动角度∠a；

S23、控制所述探头载体朝向所述步骤S21中有到位信号反馈的传感器转动∠a/2；

S24、控制所述探头载体朝向所述车轮踏面进行贴合运动，直至两个传感器同时有到位信号反馈，即停止所述贴合运动，探头贴合到位，定位过程结束。

优选的，在所述步骤S1中，所述接近和所述对准通过位于水平面内平行于轨道的X方向运动机构、垂直于轨道的Y方向运动机构和垂直于上述水平面沿竖直方向的Z方向运动机构实现。

优选的，在所述步骤S1中，还包括控制所述探头载体旋转，初步完成所述探头载体中心与车轮轴心对准。

优选的，所述步骤S1中的运动控制根据预设行程，或者位置传感器的反馈信号。

优选的，在所述步骤S2中，所述第一载体贴合到位传感器和所述第二载体贴合到位传感器为距离传感器或者力矩传感器，能够在距离小于预设值或者力矩大于预设值的情况下发出所述到位信号。

一种基于传感器技术的定位装置，包括：探头载体、第一载体贴合到位传感器、第二载体贴合到位传感器、运动机构和控制模块，其中的所述第一载体贴合到位传感器和所述第二载体贴合到位传感器关于所述探头载体的旋转方向转轴对称设置，所述控制模块能够通过运动机构控制所述探头载体实现上述的定位方法。

优选的，所述运动机构包括：X向伺服运动机构、Z向伺服运动机构、Y向伺服运动机构；

所述X向伺服运动机构包括X方向伺服电机和X方向运动导轨；

所述Z向伺服运动机构包括Z方向伺服电机和Z方向运动导轨；

所述Y向伺服运动机构包括Y方向伺服电机和Y方向运动导轨；

所述Z方向运动导轨垂直安装在所述X方向运动导轨的滑块上，所述Y方向运动导轨垂直安装在所述Z方向运动导轨的滑块上，所述Y方向运动导轨垂直于所述X方向运动导轨和所述Z方向运动导轨所在的平面；所述探头载体安装在所述Y方向运动导轨上。

优选的，还包括在Y方向上的旋转运动机构；

所述旋转运动机构包括旋转方向伺服电机和旋转方向转轴，所述旋转方向转轴的轴向沿所述Y方向运动导轨的滑动方向设置；所述旋转方向转轴的第一端能够由所述旋转方向伺服电机驱动旋转，所述旋转方向转轴的第二端用于安装所述探头载体。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的基于传感器技术的载体定位方法和定位装置，通过探头载体两侧对称安装的传感器，相对传统自动化探头载体定位装置，可实现探头载体(柔性)自动贴合至车轮踏面，适应车轮轮径范围广，保障探头载体定位可靠、精度高、贴合力度均匀的优点。

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载体定位装置的结构示意图。

其中，1为探头载体，2为X方向伺服电机，3为X方向运动导轨，4为Z方向伺服电机，5为方向运动导轨，6为Y方向伺服电机，7为Y方向运动导轨，8为旋转方向伺服电机，9为旋转方向转轴，10为第一载体贴合到位传感器，11为第二载体贴合到位传感器。

具体实施方式

本发明公开了一种基于传感器技术的载体定位方法和定位装置，可实现探头载体(柔性)自动贴合至车轮踏面，具有适应车轮轮径范围广，保障探头载体定位可靠、精度高、贴合力度均匀的优点。

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。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的载体定位装置的结构示意图。

本发明实施例提供的基于传感器技术的载体定位方法，其核心改进点在于，包括步骤：

S1、控制探头载体1由初始位置接近车轮踏面，并使探头载体1的探头与车轮踏面对准；其中的探头载体1即车轮探伤所使用的各型探头组合装置，实现对车轮进行无损探伤数据采集；探头为无损检测用探头；

S2、控制探头载体1贴合车轮踏面，包括步骤：

S21、控制探头载体1朝向车轮踏面靠近，直至其上的第一载体贴合到位传感器10或者第二载体贴合到位传感器11有到位信号反馈(即贴合到位)，则停止上述靠近；其中的第一载体贴合到位传感器10和第二载体贴合到位传感器11关于探头载体1的旋转方向转轴9对称设置(载体贴合到位传感器下面简称为传感器)；

S22、控制探头载体1朝向无到位信号反馈的传感器转动，直至步骤S21中无到位信号反馈的传感器有到位信号反馈，同时反馈转动角度∠a；比如在步骤S21中当第一载体贴合到位传感器10有到位信号反馈而传感器11无到位信号反馈，旋转方向伺服电机8将顺时针转动(在图1中为带动探头载体1沿逆时针转动，即朝向第二载体贴合到位传感器11)，直至到位传感器11有到位信号(此时传感器10没有到位信号)，同时旋转方向伺服电机8反馈转动角度∠a；

S23、控制探头载体1朝向步骤S21中有到位信号反馈的传感器转动∠a/2；然后旋转方向伺服电机8将逆时针转动∠a/2(在图1中为带动探头载体1沿顺时针转动，即朝向第一载体贴合到位传感器10)，即可实现探头载体1中心与车轮轴心对中；同理第二载体贴合到位传感器11有到位信号反馈传感器10无到位信号反馈，步骤S22、S23原理一致；

S24、控制探头载体1朝向车轮踏面进行贴合运动，直至两个传感器同时有到位信号反馈，即停止所述贴合运动，探头贴合到位，定位过程结束。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于传感器技术的载体定位方法，通过探头载体两侧对称安装的传感器，相对传统自动化探头载体定位装置，可实现探头载体(柔性)自动贴合至车轮踏面，适应车轮轮径范围广，保障探头载体定位可靠、精度高、贴合力度均匀，贴合压力可调等优点。

在本方案提供的具体实施例中，在步骤S1中，接近和对准通过位于水平面内平行于轨道的X方向运动机构、垂直于轨道的Y方向运动机构和垂直于上述水平面沿竖直方向的Z方向运动机构实现；可实现三维空间任意探头姿态的调整，相对传统自动化探头载体定位装置，能完全适应各型车底复杂空间环境，进行探头定位。

为了进一步优化上述的技术方案，在步骤S1中，还包括控制探头载体1旋转，初步完成探头载体1中心与车轮轴心对准，以提高载体定位方法的效率和精度。

作为优选，步骤S1中的运动控制是根据预设行程，这些预设行程是根据待测轮对之间的距离、车轮的高度和轮径等实际情况确定的；或者根据位置传感器的反馈信号进行自动判断。

本发明实施例提供的基于传感器技术的载体定位方法，在步骤S2中，第一载体贴合到位传感器10和第二载体贴合到位传感器11为距离传感器或者力矩传感器，能够在距离小于预设值或者力矩大于预设值的情况下发出到位信号，即基于距离或者力矩反馈信号自适应探头贴合距离。传感器的距离预设值和力矩预设值由本领域技术人员根据实际需要确定，在此并不做具体的限定。

下面结合具体工作过程对本方案做进一步介绍：

1)首先根据不同类型的车底空间情况，X方向的运动机构(2、3)根据预设好的行程向前或向后调整探头载体1在X方向的空间位置，避开车底空间在X方向的干涉物体；

2)Z方向的运动机构(4、5)根据预设好的行程，精确向上移动至指定位置，可避开车底空间在Z方向的干涉物体；

3)然后Y方向的运动机构(6、7)根据获取到的车轮Y向空间位置信息，自动调整伸出行程，使探头载体1在Y方向与车轮踏面的探伤所需的指定位置；

4)旋转方向的运动机构(8、9)根据不同检测轮径的车轮按预设好的旋转角度进行探头载体1旋转，初步完成探头载体1中心与车轮轴心对准；

5)X方向的运动机构(2、3)携带探头载体1自动向车轮踏面进行贴合运动，直至载体贴合到位传感器10或11有信号反馈(即贴合到位)，即停止X方向的运动机构运动；

6)当第一载体贴合到位传感器10有信号反馈而传感器11无信号反馈，旋转方向伺服电机8将顺时针转动(在图1中为带动探头载体1沿逆时针转动)，直至到位传感器11有信号(此时传感器10没有信号)，同时旋转方向伺服电机8反馈转动角度∠a；

7)然后旋转方向伺服电机8将逆时针转动∠a/2(在图1中为带动探头载体1沿顺时针转动)，即可实现探头载体1中心与车轮轴心对中；同理第二载体贴合到位传感器11有信号反馈传感器10无信号反馈，步骤6)、7)原理一致；

8)最后再次通过X方向的运动机构(2、3)携带探头载体自动向车轮踏面进行贴合运动，直至载体贴合到位传感器10、11同时有信号反馈(即两端均贴合到位)，即停止X方向的运动机构运动，探头贴合到位，定位过程结束。

本发明实施例还提供了一种基于传感器技术的定位装置，其核心改进点在于，包括：探头载体1、第一载体贴合到位传感器10、第二载体贴合到位传感器11、运动机构和控制模块，其中的第一载体贴合到位传感器10和第二载体贴合到位传感器11关于探头载体1的旋转方向转轴9对称设置，该控制模块能够通过运动机构控制探头载体1实现上述的定位方法，包括在步骤S1中控制探头载体1的接近和对准，在步骤S21中的靠近和接收信号反馈后的停止，在步骤S22中的转动和记录反馈转动角度∠a，在步骤S23中的转动角度大小∠a/2，在步骤S24中贴合运动和接收信号反馈后的停止。

在本方案提供的具体实施例中，运动机构包括：X向伺服运动机构、Z向伺服运动机构和Y向伺服运动机构，以实现探头载体1任意姿态的调整；

X向伺服运动机构包括X方向伺服电机2和X方向运动导轨3；

Z向伺服运动机构包括Z方向伺服电机4和Z方向运动导轨5；

Y向伺服运动机构包括Y方向伺服电机6和Y方向运动导轨7；

Z方向运动导轨5垂直安装在X方向运动导轨3的滑块上，Y方向运动导轨7垂直安装在Z方向运动导轨5的滑块上，Y方向运动导轨7垂直于X方向运动导轨3和Z方向运动导轨5所在的平面；探头载体1安装在Y方向运动导轨7上；

通过控制X方向伺服电机2转动，利用高精度编码器信号反馈位置信息，精确控制X方向运动导轨3的滑动距离，可实现探头载体1在X方向的精确定位；通过控制Z方向伺服电机4转动，利用高精度编码器信号反馈位置信息，精确控制Z方向运动导轨5的滑动距离，可实现探头载体1在Z方向的精确定位；通过控制Y方向伺服电机6转动，利用高精度编码器信号反馈位置信息，精确控制Y方向运动导轨7的滑动距离，可实现探头载体1在Y方向的精确定位；进一步的，定位误差≯0.5mm。

为了进一步优化上述的技术方案，本发明实施例提供的载体定位装置，还包括在Y方向上的旋转运动机构，以实现探头载体1任意姿态的调整；

该旋转运动机构包括旋转方向伺服电机8和旋转方向转轴9，旋转方向转轴9的轴向沿Y方向运动导轨7的滑动方向设置；旋转方向转轴9的第一端能够由旋转方向伺服电机8驱动旋转，旋转方向转轴9的第二端用于安装探头载体1；通过控制旋转方向伺服电机8转动，利用高精度编码器信号反馈位置信息，精确控制转轴9的转动角度，可实现探头载体1在Y方向上的转动360°精确定位；进一步的，定位误差≯0.5mm；

两个载体贴合到位传感器关于旋转方向转轴9对称设置。

本方案的载体定位装置采用伺服系统，自动化程度高，可完全替代人工定位探头载体方式进行车轮探伤作业，大大提高各型车轮探伤检测效率，具有较高的经济效益；采用高精度伺服电机，定位精度高，重复性好，确保探伤检测的准确性；采用多轴伺服电机，可实现三维空间任意探头姿态的调整，相对传统自动化探头载体定位装置，能完全适应各型车底复杂空间环境，进行探头定位。

载体贴合到位传感器通讯连接于X向伺服运动机构、Z向伺服运动机构、Y向伺服运动机构和/或旋转运动机构，能够在探头载体1贴紧至车轮踏面时，提供一个到位反馈信号，以便于在探头载体1接近目标位置后进行最后的微调。控制模块和运动机构中的各组成部分均通讯连接。

调节载体贴合到位传感器10和11的安装位置，可提供一个可调节的贴合距离、探头压缩力度反馈。在本方案提供的具体实施例中，旋转方向转轴9的第二端连接于探头载体1的中间位置；两个载体贴合到位传感器对称设置在探头载体1的两端。

综上所述，本发明实施例提供了一种基于多轴伺服系统和传感器技术的车轮探伤载体定位方法和定位装置，其定位装置包含：探头载体1、X方向伺服电机2、X方向运动导轨3、Z方向伺服电机4、Z方向运动导轨5、Y方向伺服电机6、Y方向运动导轨7、旋转方向伺服电机8、旋转方向转轴9、载体贴合到位传感器10和11，以上所述部件组成一个四轴伺服系统载体定位装置；

其与传统的载体定位装置相比，具有的主要优点包括：

(1)采用伺服系统，自动化程度高，可完全替代人工定位探头载体方式进行车轮探伤作业，大大提高各型车轮探伤检测效率，具有较高的经济效益。

(2)采用高精度伺服电机，定位精度高，重复性好，确保探伤检测的准确性。

(3)采用多轴伺服电机，可实现三维空间任意探头姿态的调整，相对传统自动化探头载体定位装置，能完全适应各型车底复杂空间环境，进行探头定位。

(4)通过探头载体两侧对称安装的传感器以及高精度伺服旋转机构，相对传统自动化探头载体定位装置，可实现探头载体(柔性)自动贴合至车轮踏面，具有适应车轮轮径范围广，保障探头载体定位可靠、精度高、贴合力度均匀，贴合压力可调等优点。

(5)伺服电机具有力矩反馈信号，相对传统自动化探头载体定位装置，多轴伺服系统的载体定位装置可在探头载体定位过程中，在三维空间范围内，具备碰撞力矩保护，保障探头载体发生意外碰撞干涉物后，能及时停止运动，降低危害。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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 (8)

1.一种基于传感器技术的载体定位方法，其特征在于，包括步骤：

S1、控制探头载体(1)由初始位置接近车轮踏面，并使所述探头载体(1)的探头与所述车轮踏面对准；

S2、控制所述探头载体(1)贴合所述车轮踏面，包括步骤：

S21、控制所述探头载体(1)朝向所述车轮踏面靠近，直至其上的第一载体贴合到位传感器(10)或者第二载体贴合到位传感器(11)有到位信号反馈，即停止上述靠近；其中的所述第一载体贴合到位传感器(10)和所述第二载体贴合到位传感器(11)关于所述探头载体(1)的旋转方向转轴(9)对称设置；

S22、控制所述探头载体(1)朝向无到位信号反馈的传感器转动，直至所述步骤S21中无到位信号反馈的传感器有到位信号反馈，同时反馈转动角度∠a；

S23、控制所述探头载体(1)朝向所述步骤S21中有到位信号反馈的传感器转动∠a/2；

S24、控制所述探头载体(1)朝向所述车轮踏面进行贴合运动，直至两个传感器同时有到位信号反馈，即停止所述贴合运动，探头贴合到位，定位过程结束。

2.根据权利要求1所述的基于传感器技术的载体定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述接近和所述对准通过位于水平面内平行于轨道的X方向运动机构、垂直于轨道的Y方向运动机构和垂直于上述水平面沿竖直方向的Z方向运动机构实现。

3.根据权利要求2所述的基于传感器技术的载体定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中，还包括控制所述探头载体(1)旋转，初步完成所述探头载体(1)中心与车轮轴心对准。

4.根据权利要求1所述的基于传感器技术的载体定位方法，其特征在于，所述步骤S1中的运动控制根据预设行程，或者位置传感器的反馈信号。

5.根据权利要求1所述的基于传感器技术的载体定位方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述第一载体贴合到位传感器(10)和所述第二载体贴合到位传感器(11)为距离传感器或者力矩传感器，能够在距离小于预设值或者力矩大于预设值的情况下发出所述到位信号。

6.一种基于传感器技术的定位装置，其特征在于，包括：探头载体(1)、第一载体贴合到位传感器(10)、第二载体贴合到位传感器(11)、运动机构和控制模块，其中的所述第一载体贴合到位传感器(10)和所述第二载体贴合到位传感器(11)关于所述探头载体(1)的旋转方向转轴(9)对称设置，所述控制模块能够通过运动机构控制所述探头载体(1)实现如权利要求1-5任意一项所述的定位方法。

7.根据权利要求6所述的基于传感器技术的定位装置，其特征在于，所述运动机构包括：X向伺服运动机构、Z向伺服运动机构、Y向伺服运动机构；

所述X向伺服运动机构包括X方向伺服电机(2)和X方向运动导轨(3)；

所述Z向伺服运动机构包括Z方向伺服电机(4)和Z方向运动导轨(5)；

所述Y向伺服运动机构包括Y方向伺服电机(6)和Y方向运动导轨(7)；

所述Z方向运动导轨(5)垂直安装在所述X方向运动导轨(3)的滑块上，所述Y方向运动导轨(7)垂直安装在所述Z方向运动导轨(5)的滑块上，所述Y方向运动导轨(7)垂直于所述X方向运动导轨(3)和所述Z方向运动导轨(5)所在的平面；所述探头载体(1)安装在所述Y方向运动导轨(7)上。

8.根据权利要求7所述的基于传感器技术的定位装置，其特征在于，还包括在Y方向上的旋转运动机构；

所述旋转运动机构包括旋转方向伺服电机(8)和所述旋转方向转轴(9)，所述旋转方向转轴(9)的轴向沿所述Y方向运动导轨(7)的滑动方向设置；所述旋转方向转轴(9)的第一端能够由所述旋转方向伺服电机(8)驱动旋转，所述旋转方向转轴(9)的第二端用于安装所述探头载体(1)。