CN110346812A - 一种高速列车车体型材焊前预组装检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高速列车车体型材预装拼接的检测领域，公开了一种高速列车车体型材焊前预组装检测方法及系统，检测方法包括：对两个高度相同的距离传感器从发射到被不同高度的型材反射回来的光脉冲时间进行测量；通过计算两个距离传感器的光脉冲时间差获得不同高度的型材之间的距离；检测系统设置有测量分总成；测量分总成包括测量端；测量端包括：距离传感器、图像采集器、高度调整装置等等。本发明采用距离差值的测量方法，省去了型材在焊前预组装测量时反复吊装、旋转的步骤，使组对检测时间由65分钟，缩减至20分钟，效率提高300％以上，在减少检测时间的同时，操作人员数量由三人减少到一人，可省去70％的人工成本。
Description
技术领域
本发明属于高速列车车体型材预装拼接的检测领域，尤其涉及一种高速列车车体型材焊前预组装检测方法及系统。
背景技术
高速列车大部件产品的焊接一般为MIG焊，此种焊接方式需要使用与母材材质不相同的特种焊丝，并且焊道表面有一层凸起，需要进行二次磨削或机加处理，而新型的搅拌摩擦焊焊接方法不使用焊丝，焊道不需要进行二次处理，与传统的焊接方法比，具有优质、高效、低耗、焊接变形小、无污染、强度降低少等优点，因此逐渐被广泛应用于高速车的制造。
由于搅拌摩擦焊的成型原理限制，要求相互对接型材在连接区域的高度差及对接间隙小于0.3mm，而车体型材属于热成型，成型后截面尺寸存在一定变化量，一旦变化量超过工艺要求，在焊接过程中就容易出现气孔、未焊合、飞边等缺陷，因此在焊接前需要对相互对接的型材在焊接位置进行测量，以保证对接的两块型材满足工艺要求。
现有的测量方法是先人工测量对接尺寸，但由于高速列车常用型材长度基本在17m～24m之间，需要在纵向进行通长测量，这就使测量过程非常繁琐，目前没有成型的检测设备，基本是人工用卡尺、高度尺、塞尺等量具进行检测，人工测量后再将型材吊运至专用的支架上，每两块型材相互对接一次，对接后再测量一遍，如不合格，需要重新更换一块，整个过程需要至少三个人相互配合，型材的移动、对接、检测都需要人工完成。在测量时，由于卡尺定位不准确，致使测量重复精度低、误差大、耗时长、工作量多等问题反复出现，并且需要多人配合操作。
综上所述，现有技术存在的问题是：
搅拌摩擦焊技术是一种比较新的焊接方法，用于轨道车制造的年限比较短，相关的配套设备比较少，型材的筛选、预组装没有专用设备，只能靠人工测量来解决，人工测量存在主观影响因素，一人或多人在同一区域进行测量时，其测量结果因每次测量定位不同，检测结果也相差较多。
现有的高速列车车体型材焊前预组装检测时，焊前拼接需要反复吊装、更换，所有过程均为人工搬运、移动、对接，需要人工成本高、时间长；对于曲面、斜面、圆滑过渡面等多种特殊表面形式，用卡尺、塞尺等测量高度差时测量困难、误差大、重复精度低，不能有效控制产品焊接质量；对接后的型材宽度较大，需要测量人员站在型材上面进行操作，人员重量使型材局部压力过大，增加了测量误差。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高速列车车体型材焊前预组装检测方法及系统。本发明提供的检测系统避免了人工测量带来的误差，并适用于多种表面形式，自动机械对接缩短了全过程时间、减少了人工成本，对产品可实现100％检测。
本发明是这样实现的，
一种高速列车车体型材焊前预组装检测方法，包括：对两个高度相同的距离传感器从发射到被不同高度的型材反射回来的光脉冲时间进行测量；通过计算两个距离传感器的光脉冲时间差获得不同高度的型材之间的距离；计算公式为：
L3＝L1-L2＝S1×V光/2-S2×V光/2；
其中，L1、L2分别为第一距离传感器的测量距离、第二距离传感器的测量距离；L3为不同高度的型材的高度差；L1的发射、返回时间为S1；L2的发射、返回时间为S2，光脉冲在空气中的传播速度为V光。
进一步，获得不同高度的型材之间的距离后，通过图像采集器将检测区域的图像传输至显示器，判断不同高度的型材间的对接是否有间隙，并对间隙进行测量。
进一步，所述的高速列车车体型材焊前预组装检测方法具体包括：
将多块型材按照拼接顺序放在支架分总成上；支架分总成上的横向滑道、纵向滚轮装有主动动力装置，将多块型材进行自动拼接，拼接后利用夹紧分总成上的气缸在垂直方向及侧向压紧；
检测分总成上装有距离传感器，通过测得的距离差值，检测相邻型材之间的高度差；
检测分总成配有图像采集器，在检测高度差时，图像采集器将检测区域的图像传输至显示器，判断不同高度的型材间的对接是否有间隙，并对间隙进行测量。
本发明的另一目的在于提供一种高速列车车体型材焊前预组装检测系统，设置有测量分总成；所述测量分总成包括测量端；所述测量端包括：距离传感器、图像采集器、高度调整装置；
距离传感器用于测量配对后不同高度的型材在连接处的高度差；
图像采集器将检测区域的图像传输至显示器，判断不同高度的型材间的对接是否有间隙，并对间隙进行测量；
高度调整装置调整两个距离传感器的相对位置，增加测量范围。
进一步，所述高速列车车体型材焊前预组装检测系统还设置有支架分总成及夹紧分总成；
所述支架分总成由横向滑道组件、纵向滚轮组件组成；
横向滑道组件由30个单独的滑道单元组成，每个滑道单元都配置有独立的动力设备，用于实现多个任意长度的型材在横向移动并相互对接；
纵向滚轮组件由30个单独的滚轮单元组成，每个滚轮单元都配置有独立的动力设备；用于进行升降及自转，实现多个任意长度的型材在垂直方向及纵向任意改变相对位置和对接；
夹紧分总成包括：横向压紧组件及垂直压紧组件，用于测量时对不同高度的型材位置的调整及固定；
进一步，所述测量分总成还设置有多个机械臂；用于沿X、Y、Z三个坐标轴方向移动，使测量端移动到预定位置。
进一步，横向压紧组件由4个单独的单元组成，包括压紧气缸及前端挡板，在对接时用于调整不同高度的型材位置，在检测时用于固定不同高度的型材；
垂直压紧组件由6个单独的单元组成，包括滑动横梁、压紧气缸及滚动压紧结构；6个单独的压紧单元用于独立运动，运动方向可相同或相反，在对接后配合横向压紧组件调整不同高度的型材位置，在检测时固定不同高度的型材；
进一步，所述高速列车车体型材焊前预组装检测系统还设置有底座，用于测量分总成、支架分总成及夹紧分总成的安装，包括导轨、传动部件及支撑组件，并承受型材及其他设备的重量。
本发明的优点及积极效果为：
本发明的系统可实现车体型材的自动机械对接、固定、检测及测量，不需要人工参与，使吊运、对接、固定、检测、卸料等全过程时间由65分钟缩减至20分钟，并省去了型材在组装前的筛选、反复吊装、更换的步骤，提高工作效率300％以上。
本系统还可适用于曲面、斜面、圆滑过渡面等多种表面形式，在根本上解决了用卡尺、塞尺测量异形表面时的误差问题，可对产品实现100％检测，为有效控制产品焊接质量、提高整车安全系数提供了保障。
本发明的自动机械对接、固定、检测及测量在减少全过程时间的同时，还使操作人员数量由三人减少到一人，可省去70％的人工成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的高速列车车体型材焊前预组装检测方法流程图。
图2是本发明实施例提供的高速列车车体型材焊前预组装检测系统示意图。
图3是本发明实施例提供的距离传器检测示意图。
图中：1、横向压紧组件；2、挡板；3、横向滑道组件；4、纵向滚轮组件；5、距离传感器；5-1、第一距离传感器；5-2、第二距离传感器；6、图像采集器；7、高度调整装置；8、第一机械臂；9、第二机械臂；10、滑动横梁；11、压紧气缸；12、滚动压紧结构；13、底座。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有测量方法主要是接触式测量，用卡尺、高度尺在型材表面进行检测，但卡尺、高度尺对被测表面的平整度要求高，存在定位不准确、误差大，重复精度低、耗时长等问题，而且对接后的型材宽度较大，需要测量人员站在型材上面进行操作，增加了测量误差。
本发明设计了检测设备，该设备使用距离传感器进行测量，在一台设备上可以同时检测曲面、斜面、圆滑过渡面等多种表面形式。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例提供的高速列车车体型材焊前预组装检测方法，
对两个高度相同的距离传感器从发射到被不同高度的型材反射回来的光脉冲时间进行测量；通过计算两个距离传感器的光脉冲时间差获得不同高度的型材之间的距离；计算公式为：
L3＝L1-L2＝S1×V光/2-S2×V光/2；
其中，L1、L2分别为第一距离传感器的测量距离、第二距离传感器的测量距离；L3为不同高度的型材的高度差；L1的发射、返回时间为S1；L2的发射、返回时间为S2，光脉冲在空气中的传播速度为V光。
具体包括：
S101：将多块车体型材按照拼接顺序放在支架分总成上，支架分总成上的横向滑道、纵向滚轮装有主动动力装置，将型材进行自动拼接，拼接后利用夹紧分总成上的气缸在垂直方向及侧向压紧。
S102：检测分总成上装有距离传感器，通过测得的距离差值，检测相邻两块型材之间的高度差。
S103：检测分总成配有图像采集器，在检测高度差时，图像采集器可将检测区域的图像传输至显示器，由此观察型材间的对接是否有间隙，并对间隙进行测量。
图2所示，本发明实施例提供的高速列车车体型材焊前预组装检测系统，
由底座、支架分总成、测量分总成及夹紧分总成组成。
支架分总成由横向滑道组件3、纵向滚轮组件4组成。横向滑道组件3由30个单独的滑道单元组成，每个滑道单元都拥有独立的动力设备，可实现多个任意长度的型材在横向移动，型材之间的运动方向可相同或相反，并使产品实现相互对接；纵向滚轮组件4由30个单独的滚轮单元组成，每个滚轮单元都拥有独立的动力设备，均可进行升降及自转，可实现多个任意长度的型材在垂直方向及纵向任意改变相对位置，型材之间的运动方向可相同或相反，便于实现型材间的对接。
测量分总成主要由第一机械臂8、第二机械臂9及测量端距离传感器5、图像采集器6、高度调整装置7组成。第一机械臂8可沿Y坐标轴方向精确移动，第二机械臂9可沿X、Z坐标轴方向精确移动，使测量端移动到预定位置；距离传感器5用于测量配对后两型材在连接处的高度差，图像采集器6可将检测区域的图像传输至显示器，由此观察型材间的对接是否有间隙，并对间隙进行测量，高度调整装置7可以调整两个距离传感器的相对位置，增加测量范围。
夹紧分总成由横向压紧组件1及垂直压紧组件两部分组成，用于测量时对型材位置的调整及固定。
横向压紧组件1由4个单独的单元组成，主要有压紧气缸11及前端的挡板2，在对接时可以用来调整型材位置，在检测时可以固定型材；
垂直压紧组件由6个单独的单元组成，主要有滑动横梁10、压紧气缸11及滚动压紧结构12，6个单独的压紧单元可实现独立运动，运动方向可相同或相反，在对接后可以配合横向压紧组件调整型材位置，在检测时可以固定型材。
底座13是设备的基本结构件，主要用于其他分总成的安装，包括导轨、传动部件、支撑组件及挡板2，并承受产品及设备的重量。
测量前将多块车体型材按照拼接顺序放在支架分总挡板2上面，然后升起横向滑道组件3，将型材向上顶起，使型材与挡板2产生间隙，此时通过横向滑道组件3的单独滚轮单元使型材一端与挡板2对齐。
将型材调整到预定位置后，收起横向滑道组件3，并用挡板2将型材沿一个方向运送，直至型材间相互接触。此时移动滑动横梁10，将每一块型材用滚动压紧结构12压紧，压力由压紧气缸11提供，再用横向压紧组件1将型材横向压紧，直至型材相互对接。
在检测高度差及对接缝隙时，移动第一机械臂8将距离传感5、图像采集器6、高度调整装置7移至两块型材的对接区域，调整第二机械臂9在X、Z坐标轴的位置，使距离传感器5、图像采集器6与型材对接缝保持在设定高度，并处于对接缝的一端，调整高度调整装置7，使两个距离传感器相对高度一致，连续移动9在X坐标轴的位置，在移动过程中读取距离传感器5返回的数值并与设定值进行自动比对，确保高度差在要求范围内，通过观察图像采集器6返回的图像，检查对接是否有缝隙，并在1∶1图像上对缝隙进行测量。
下面结合具体分析对本发明作进一步描述。
本发明实施例提供的高速列车车体型材焊前预组装检测方法，通过距离传感器测量形位尺寸，如图3所示，
第一距离传感器5-1、第二距离传感器5-2的高度相同，测量距离分别为L1、L2；两块型材的高度差为L3，光脉冲在空气中的传播速度为V光(已知)，在L1处的发射、返回时间为S1(测得)，在L2处的发射、返回时间为S2(测得)，L3＝L1-L2＝S1×V光/2-S2×V光/2，；根据光脉冲反射原理来进行距离测量，距离传感器发射特别短的光脉冲，并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间间隔来计算与物体之间的距离。两个传感器1、2的高度相同，测量距离分别为L1、L2；两块型材的高度差为L3，光脉冲在空气中的传播速度为V光(已知)，在L1处的发射、返回时间为S1(测得)，在L2处的发射、返回时间为S2(测得)，L3＝L1-L2＝S1×V光/2-S2×V光/2，；
检测系统装有图像采集器，采集器可将检测区域的图像传输至显示器，由此观察型材间的对接是否有间隙，并对间隙进行测量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高速列车车体型材焊前预组装检测方法，其特征在于，所述高速列车车体型材焊前预组装检测方法包括：对两个高度相同的距离传感器从发射到被不同高度的型材反射回来的光脉冲时间进行测量；通过计算两个距离传感器的光脉冲时间差获得不同高度的型材之间的距离；计算公式为：
L3＝L1-L2＝S1×V光/2-S2×V光/2；
其中，L1、L2分别为第一距离传感器的测量距离、第二距离传感器的测量距离；L3为不同高度的型材的高度差；L1的发射、返回时间为S1；L2的发射、返回时间为S2，光脉冲在空气中的传播速度为V光。
2.如权利要求1所述的高速列车车体型材焊前预组装检测方法，其特征在于，获得不同高度的型材之间的距离后，通过图像采集器将检测区域的图像传输至显示器，判断不同高度的型材间的对接是否有间隙，并对间隙进行测量。
3.如权利要求1所述的高速列车车体型材焊前预组装检测方法，其特征在于，所述的高速列车车体型材焊前预组装检测方法具体包括：
将多块型材按照拼接顺序放在支架分总成上；支架分总成上的横向滑道、纵向滚轮装有主动动力装置，将多块型材进行自动拼接，拼接后利用夹紧分总成上的气缸在垂直方向及侧向压紧；
检测分总成上装有距离传感器，通过测得的距离差值，检测相邻型材之间的高度差；
检测分总成配有图像采集器，在检测高度差时，图像采集器将检测区域的图像传输至显示器，判断不同高度的型材间的对接是否有间隙，并对间隙进行测量。
4.一种如权利要求1所述高速列车车体型材焊前预组装检测方法的高速列车车体型材焊前预组装检测系统，其特征在于，所述高速列车车体型材焊前预组装检测系统设置有测量分总成；所述测量分总成包括测量端；所述测量端包括：距离传感器、图像采集器、高度调整装置；
距离传感器用于测量配对后不同高度的型材在连接处的高度差；
图像采集器将检测区域的图像传输至显示器，判断不同高度的型材间的对接是否有间隙，并对间隙进行测量；
高度调整装置调整两个距离传感器的相对位置，增加测量范围。
5.如权利要求4所述的高速列车车体型材焊前预组装检测系统，其特征在于，所述高速列车车体型材焊前预组装检测系统还设置有支架分总成及夹紧分总成；
所述支架分总成由横向滑道组件、纵向滚轮组件组成；
横向滑道组件由30个单独的滑道单元组成，每个滑道单元都配置有独立的动力设备，用于实现多个任意长度的型材在横向移动并相互对接；
纵向滚轮组件由30个单独的滚轮单元组成，每个滚轮单元都配置有独立的动力设备，用于进行升降及自转，实现多个任意长度的型材在垂直方向及纵向任意改变相对位置和对接；
夹紧分总成包括：横向压紧组件及垂直压紧组件，用于测量时对不同高度的型材位置的调整及固定。
6.如权利要求4所述的高速列车车体型材焊前预组装检测系统，其特征在于，所述测量分总成还设置有多个机械臂；用于沿X、Y、Z三个坐标轴方向移动，使测量端移动到预定位置。
7.如权利要求5所述的高速列车车体型材焊前预组装检测系统，其特征在于，
横向压紧组件由4个单独的单元组成，包括压紧气缸及前端挡板，在对接时用于调整不同高度的型材位置，在检测时用于固定不同高度的型材；
垂直压紧组件由6个单独的单元组成，包括滑动横梁、压紧气缸及滚动压紧结构；6个单独的压紧单元用于独立运动，运动方向可相同或相反，在对接后配合横向压紧组件调整不同高度的型材位置，在检测时固定不同高度的型材。
8.如权利要求4所述的高速列车车体型材焊前预组装检测系统，其特征在于，
所述高速列车车体型材焊前预组装检测系统还设置有底座，用于测量分总成、支架分总成及夹紧分总成的安装，包括导轨、传动部件及支撑组件，并承受型材及其他设备的重量。
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