CN106271369B - 铁路辙岔智能焊补机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供了一种铁路辙岔智能焊补机器人专机，包括固接在平板车上的发电机组、控制器、编程器、焊接执行机构和焊接系统，编程器与控制器连接，所述控制器与焊接执行机构连接，控制器控制焊接执行机构的运动，与控制器连接的所述焊接系统固定在焊接执行机构上，所述平板车的中部设置有用于焊接的开口，焊接执行机构设置在开口一侧的平板车上，焊接执行机构的焊枪运动范围包括开口处，所述发电机组为控制器、编程器、焊接执行机构和焊接系统提供电源。本发明创造开创性地解决了目前人工焊补存在的耗时长、流程多、标准性差等问题，能快速地完成所有焊修内容，一次成型，无需打磨，可使铁路提前开通，大大减少了对运输的干扰，经济效应显著。

Description

铁路辙岔智能焊补机器人
技术领域
本发明创造属于铁路辙岔修补领域，尤其是涉及一种铁路辙岔智能焊补机器人专机。
背景技术
随着铁路线里程迅猛增加，铁路辙岔也在成倍增长，提速又加剧了辙岔的磨损，致使辙岔焊修周期缩短，焊修的质量要求更高。从而使辙岔焊修进入前所没有的困境。目前是人工焊，焊前要设定运输方案，焊时先要对焊修的辙岔进行人工打磨，通常采用飞溅很大的KD286焊条手工施焊，焊后再打磨成型。需时要1个小时左右，对运输干扰很大。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种铁路辙岔智能焊补机器人专机，以解决铁路辙岔的快速智能焊接问题。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
铁路辙岔智能焊补机器人专机，包括固接在平板车上的发电机组、控制器、编程器、焊接执行机构和焊接系统，所述编程器与控制器连接，所述控制器与焊接执行机构连接，控制器控制焊接执行机构的运动，与控制器连接的所述焊接系统固定在焊接执行机构上，所述平板车的中部设置有用于焊接的开口，焊接执行机构设置在开口一侧的平板车上，焊接执行机构的焊枪运动范围包括开口处，所述发电机组为控制器、编程器、焊接执行机构和焊接系统提供电源。
进一步的，所述焊接系统包括固定在靠近焊枪的焊接执行机构上的与控制器连接的传感器，还包括固定在焊枪上的焊丝，所述焊丝与送丝机连接。
进一步的，所述传感器为结构光传感器。
进一步的，所述焊丝为盘药芯焊丝。
进一步的，所述焊接执行机构为四轴联动机器人手臂。
进一步的，所述平板车上设置有焊机，所述焊机与控制器连接。
进一步的，所述平板车的左、右两侧分别延伸出一对挂耳，所述挂耳上设置有通孔方便与轨道车的连接。
一种铁路辙岔智能焊补机器人专机的焊补方法，包括如下步骤：
步骤一：用轨道小车带动平板车运行到待修补的铁路辙岔位置，当开口到达待修补的铁路辙岔上方的时候平板车停止运动；
步骤二：编程器给控制器编入运行程序，控制器控制焊接执行机构运动，焊接执行机构带动传感器运动到待修补的铁路辙岔上方，传感器对待修补的铁路辙岔进行探伤，传感器将检测到的信号传递给控制器；
步骤三：控制器根据传感器的信号进行分析后控制焊接执行机构带动焊枪进行待修补的铁路辙岔进行焊接；
步骤四：焊接完成后，控制器控制切削头和焊枪进行切换，切削头朝下，焊接执行机构带动切削头对焊接后的铁路辙岔进行切削；
步骤五：切削完毕后，轨道小车带动平板车离开轨道，铁路可以正常运行。
相对于现有技术，本发明创造所述的铁路辙岔智能焊补机器人专机具有以下优势：
(1)本发明创造实现探伤、切削、焊接一体化功能，一次性解决辙岔修复问题，能在20分钟内完成所有焊修内容，一次成型，无需打磨，可提前开通，大大减少了对运输的干扰，直接和间接经济效应显著，填补国内技术空白，属于涉及国计民生的对国外垄断性技术的重大技术突破；
(2)本发明创造采用高锰钢药芯焊丝明弧焊接，并采用新型数字化焊接电源，能够降低热输入，提高焊接速度，提高堆焊层的耐磨性；
(3)本发明创造采用结构光传感器，检测焊补工件表面的磨损情况，然后将检测到的信号传给控制器，控制器进行路径规划和焊补参数规划，自动生成焊补程序，控制器控制焊补执行机构进行焊补；
(4)本发明创造体积小，重量轻，技术含量高，它省时、省力、省料，是安全、节能、减排项目，体现了低碳经济，缩短了作业时间，大大减小对运输的干扰，能产生积极的综合经济效益，本发明市场潜力很大，具有广阔的市场前景。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的铁路辙岔结构示意图；
图2为本发明创造实施例所述的立体结构示意图；
图3为本发明创造实施例所述的控制系统框图。
附图标记说明：
1-平板车；11-开口；12-挂耳；121-通孔；2-编程器；3-控制器；4-焊机；5-焊接执行机构；51-焊枪；6-传感器；7-送丝机；8-发电机组。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1至图3，铁路辙岔智能焊补机器人专机，包括固接在平板车1上的发电机组8、控制器3、焊机4、编程器2、焊接执行机构5和焊接系统，编程器2与控制器3连接，编程器2用来对焊接过程进行编程和参数的修正，编程器2选用工业控制计算机。焊机4与控制器3连接。控制器3内部包括控制焊接执行机构5的电机控制模块、控制焊机4的焊机控制模块、I/O部分和软件部分。控制器3与焊接执行机构5连接，控制器3控制焊接执行机构5的运动，与控制器3连接的焊接系统固定在焊接执行机构5上，平板车1的中部设置有用于焊接的开口11，焊接执行机构5设置在靠近开口11一侧的平板车1上，焊接执行机构5的焊枪51运动范围覆盖开口11区域，发电机组8为控制器3、编程器2、焊接执行机构5和焊接系统提供电源，发电机组8采用现有柴油发电机组设备。焊机4采用新型焊接电源设备，能够降低热输入，提高焊接速度，提高堆焊层的耐磨性。
焊接执行机构5采用现有的四轴联动的机械手臂，机械手臂主要控制4个轴，X向(横向偏差方向)，Y向(速度方向)，Z向(控制弧长，并且与X向形成堆焊成型曲面)，焊枪工作角(用来调整焊枪的姿态)。
焊接执行机构5上安装有焊枪51，焊接系统包括固定在靠近焊枪51的焊接执行机构5上的与控制器3连接的传感器6，还包括固定在焊枪51上的焊丝，焊丝与送丝机7连接。手工焊接铁路辙岔时，采用KD286焊条，KD286焊条飞溅大，成型不佳，难以精确控制堆焊层的高度，效率低下。焊接完成后，需很长时间的人工打磨。本发明创造中的焊丝仍采用KD286焊条的成分，只是直径变小做成盘药芯焊丝以便达到连续焊接的目的。
焊接执行机构5上设置有与控制器3连接的切削系统(图中未示)，切削系统实现对待修复的辙岔切削工序，切削系统包括切削头，控制器3控制切削头与焊枪51的切换，当需要对辙岔进行切削时，切削头朝下正对待修复辙岔对辙岔进行切削，当需要对辙岔进行焊接时，焊枪51朝下正对辙岔进行焊接，在整个工作过程中传感器6始终正对待修复的辙岔。切削系统也可以单独设置，当需要切削时将焊接系统替换成切削系统，将焊枪51替换成切削头。
传感器6采用结构光传感器。结构光传感器包括光传感器和CCD摄像机。单条纹线形结构光三维检测与传感的结构光传感器，采用快速系统标定算法。应用时，结构光传感器作为视觉工具固定在焊枪51末端，根据设定的程序对失效零件辄岔缺损区域表面进行扫描式三维检测。结构光三维检测采用三角测量原理，将零件的缺损部分的深度信息与CCD得到的像素信息进行计算，获得表面的深度变化，从而完成工件表面的三维形貌恢复。该结构光传感器实现对待修复的辙岔的探伤，其能够识别焊缝坡口、焊缝外观，并引导机器人完全自主寻找焊缝焊接，跟踪精度能够达到0.05mm，性能基本与国外同类产品持平，但是价格是国外同类产品的1/6。结构光传感器解决了两个方面的问题：(a)机器人自动跟踪焊缝的问题，使机器人工作时不用示教焊缝，机器人能自动跟踪焊缝；(b)解决了焊接过程中工件发生变形使机器人示教不能正常工作的问题。尤其对大厚件的多层多道焊接、薄壁件的焊接具有突出的作用。
控制器3将获得的结构光传感器扫描的数据进行建模，建立失效零件破损曲面的三维模型，与零件的原始模型进行比较，建立失效零件的缺损模型。用编程器2对控制器3进行软件编程，输入点云数据，控制器3生成铁路辙岔缺损模型，并与标准模型进行差值，根据标准库判断是否需要维修，及维修量。
控制器3对得到的辄岔缺损模型进行分层切片处理，确定高锰钢药芯焊丝明弧焊补所需堆敷的范围，焊接系统采用高锰钢药芯焊丝明弧堆焊。控制器3在层片轮廓内进行辄岔焊接的路径规划和焊接参数规划，并生成机器人专机能够执行的程序，实施辄岔的焊接修复。
为了方便轨道车拉动平板车1，在平板车1的左、右两侧分别延伸出一对挂耳12，挂耳12上设置有用于安装挂钩的通孔121。
本发明创造的工作原理：
用轨道小车带动平板车1运行到待修补的铁路辙岔位置，当开口11到达待修补的铁路辙岔上方的时候停止运动，打开发电机组8，将焊机4分别连接到焊丝和待修补的铁路辙岔，通过编程器2给控制器3编入运行程序，控制器3控制焊接执行机构5运动，焊接执行机构5带动传感器6运动，传感器6将检测到的信号传递给控制器3，控制器3根据传感器6的信号调整焊接执行机构5的运动，直到焊枪51到达需要待修补的辙岔上方，控制器3根据传感器6传递来的信号控制焊接执行机构5进行焊补。
一种铁路辙岔智能焊补机器人专机的焊补方法，包括如下步骤：
步骤一：用轨道小车带动平板车1运行到待修补的铁路辙岔位置，当开口11到达待修补的铁路辙岔上方的时候平板车1停止运动；
步骤二：编程器2给控制器3编入运行程序，控制器3控制焊接执行机构5运动，焊接执行机构5带动传感器6运动到待修补的铁路辙岔上方，传感器6对待修补的铁路辙岔进行探伤，检测待修补辙岔的损伤情况，传感器6将检测到的信号传递给控制器3；
步骤三：控制器3根据传感器6的信号进行分析后控制焊接执行机构5带动焊枪51进行待修补的铁路辙岔进行焊接；
步骤四：焊接完成后，控制器3控制切削头和焊枪51进行切换，切削头朝下，焊接执行机构5带动切削头对焊接后的铁路辙岔进行切削；
步骤五：切削完毕后，轨道小车带动平板车1离开轨道，铁路可以正常运行。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁路辙岔智能焊补机器人的焊补方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：用轨道小车带动平板车(1)运行到待修补的铁路辙岔位置，当开口(11)到达待修补的铁路辙岔上方的时候平板车(1)停止运动；
步骤二：编程器(2)给控制器(3)编入运行程序，控制器(3)控制焊接执行机构(5)运动，焊接执行机构(5)带动传感器(6)运动到待修补的铁路辙岔上方，传感器(6)对待修补的铁路辙岔进行探伤，传感器(6)将检测到的信号传递给控制器(3)；
步骤三：控制器(3)根据传感器(6)的信号进行分析后控制焊接执行机构(5)带动焊枪(51)对待修补的铁路辙岔进行焊接；
步骤四：焊接完成后，控制器(3)控制切削头和焊枪(51)进行切换，切削头朝下，焊接执行机构(5)带动切削头对焊接后的铁路辙岔进行切削；
步骤五：切削完毕后，轨道小车带动平板车(1)离开轨道，铁路可以正常运行。
2.根据权利要求1所述的铁路辙岔智能焊补机器人的焊补方法，其特征在于：包括固接在平板车(1)上的发电机组(8)、控制器(3)、编程器(2)、焊接执行机构(5)和焊接系统，所述编程器(2)与控制器(3)连接，所述控制器(3)与焊接执行机构(5)连接，控制器(3)控制焊接执行机构(5)的运动，与控制器(3)连接的所述焊接系统固定在焊接执行机构(5)上，所述平板车(1)的中部设置有用于焊接的开口(11)，焊接执行机构(5)设置在靠近开口(11)一侧的平板车(1)上，焊接执行机构(5)的焊枪(51)运动范围覆盖开口(11)区域，所述发电机组(8)为控制器(3)、编程器(2)、焊接执行机构(5)和焊接系统提供电源。
3.根据权利要求1所述的铁路辙岔智能焊补机器人的焊补方法，其特征在于：焊接系统包括固定在靠近焊枪(51)的焊接执行机构(5)上的与控制器(3)连接的传感器(6)，还包括固定在焊枪(51)上的焊丝，所述焊丝与送丝机(7)连接。
4.根据权利要求3所述的铁路辙岔智能焊补机器人的焊补方法，其特征在于：所述传感器(6)为结构光传感器。
5.根据权利要求3所述的铁路辙岔智能焊补机器人的焊补方法，其特征在于：所述焊丝为盘药芯焊丝。
6.根据权利要求1所述的铁路辙岔智能焊补机器人的焊补方法，其特征在于：所述焊接执行机构(5)上设置有与控制器(3)连接的切削系统，切削系统包括切削头，控制器(3)控制切削头与焊枪(51)自由切换。
7.根据权利要求1所述的铁路辙岔智能焊补机器人的焊补方法，其特征在于：所述焊接执行机构(5)为四轴联动的机器人手臂。
8.根据权利要求1所述的铁路辙岔智能焊补机器人的焊补方法，其特征在于：所述平板车(1)上设置有焊机(4)，所述焊机(4)与控制器(3)连接。
9.根据权利要求8所述的铁路辙岔智能焊补机器人的焊补方法，其特征在于：所述焊机(4)为新型焊接电源设备。
10.根据权利要求1所述的铁路辙岔智能焊补机器人的焊补方法，其特征在于：所述平板车(1)的左、右两侧分别延伸出一对挂耳(12)，所述挂耳(12)上设置有通孔(121)。
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