CN112595239A - 一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统，包括刻度标尺、检测装置、控制器和显示装置，检测装置包括本体、内部存储器、控制电路模块和若干个光路检测单元；沿刻度标尺的长度方向设有若干个均匀分布的长方形孔；本体设有一个U形槽，若干个光路检测单元等间距安装在U形槽相对的两个侧壁上，本体随移动平台移动时，刻度标尺始终位于U形槽内，且光路检测单元的数量比位于U形槽内的长方形孔的数量多1个，形成错位；控制器根据控制电路模块发送的微量位置变化信息计算绝对坐标数据，并控制显示装置对绝对坐标数据进行显示。本发明中的刻度标尺长度不受限制，为非接触式测量，没有磨损，且加工简单。

Description

一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统

技术领域

本发明涉及轨道车辆制造技术领域，特别是涉及一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统。

背景技术

机器人自动生产线常需要机器人采用行走轴移动位置，这个位置的精度通常会影响到作业精度，对生产过程有很大影响。目前喷涂机器人已经大范围应用在轨道车辆行业上，但机器人整体移动定位采用的依然是齿轮齿条或者滚珠丝杠定位，这种定位技术依托于设备本身的机械精度，在长行程、长时间运行及恶劣环境下定位精度差，远远满足不了喷涂机器人所需要的高精度定位。现阶段机器人行走轴通常采用移动导轨平台和位置检测系统的方法，常规位置检测系统有齿轮齿条带动编码器、红外线绝对式编码尺、磁感应标尺等方式。齿轮齿条方式采用齿轮齿条啮合的方式，对齿形表面清洁度要求高，且存在磨损影响精度等不足，喷涂过程的油漆会附着在齿轮齿条上，对定位精度造成影响；红外线绝对式编码尺采用绝对式编码，编码尺加工复杂且测量距离受限，读码器内部控制系统复杂，制造成本较高；磁感应标尺等方式受外界磁场影响大，感应标尺加工难度大且测量距离受限，内部控制系统复杂，并且铁磁物质会对定位造成影响，不便于安装在轨道车辆使用。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统，该定位系统加工简便，控制系统简单，可实现超远距离测量的高精度定位。本发明采用一种简单可靠的方案实现较高精度定位，采用非接触式测量，没有摩擦损耗，制造工艺简单，测量距离不受限制，且对安装环境要求不高，不易受电磁干扰和铁磁物质干扰。

一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统，包括刻度标尺、检测装置、控制器和显示装置，所述检测装置包括本体、内部存储器、控制电路模块和若干个光路检测单元，每一个所述光路检测单元包括一个光发射器和一个光接收器；

所述刻度标尺呈扁平状，沿所述刻度标尺的长度方向设有若干个均匀分布的长方形孔，且所述刻度标尺沿轨道车辆自动化涂装作业机器人的运动方向固定安装；

所述本体设有一个U形槽，若干个所述光路检测单元等间距安装在所述U形槽相对的两个侧壁上，所述本体与轨道车辆自动化涂装作业机器人的移动平台固定安装，所述本体随所述移动平台移动时，所述刻度标尺始终位于所述U形槽内，且所述光路检测单元的数量比位于所述U形槽内的长方形孔的数量多1个，形成错位；

所述控制电路模块根据各个所述光路检测单元的光路通断情况计算微量位置变化信息，将所述微量位置变化信息存储在所述内部存储器中，并将所述微量位置变化信息通过总线发送至所述控制器；

所述控制器根据所述微量位置变化信息计算轨道车辆自动化涂装作业机器人的位置的绝对坐标数据，并控制所述显示装置对所述绝对坐标数据进行显示。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明中的刻度标尺长度不受限制，可采用任意长度，也可任意拼接，刻度标尺每个小段均可互相代替；

(2)本发明的定位系统为非接触式测量，没有磨损，不需要特别严格的配合；

(3)本发明中的刻度标尺长方形孔均匀分布，尺寸和间距较大，加工简单；

(4)本发明的定位系统可以通过更换具有更多光路检测单元的检测装置实现更高精度测量，进一步提高位置检测精度，而无需更换刻度标尺，操作简单、成本低；

(5)本发明中的检测装置具有内部存储器，可实时存储位置数据，防止断电丢失位置数据。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统的另一个原理示意图；

图3为初始位置下刻度标尺和光接收器的对应关系示意图；

图4为光接收器从初始位置向左移1个单位后的对应关系示意图；

图5为光接收器从初始位置向右移1个单位后的对应关系示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

在其中一个实施例中，如图1和图2所示，本发明提供一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统，该定位系统包括刻度标尺、检测装置、控制器和显示装置，其中检测装置包括本体、内部存储器、控制电路模块和若干个光路检测单元，每一个光路检测单元包括一个光发射器和一个用于接收该光发射器发射的光的光接收器。检测装置中的控制电路模块通过总线与控制器通信，检测装置带有电缆，其中包括电源线、总线等。可选地，光发射器为红外光发射器，光接收器为红外光接收器。

具体地，在本实施例中，刻度标尺呈扁平状，其材质可以为金属，沿刻度标尺的长度方向设有若干个均匀分布的长方形孔；刻度标尺沿轨道车辆自动化涂装作业机器人的运动方向固定安装，在实际安装过程中，可以根据运动轨迹直线安装或弧形/弯曲安装。

本体设有一个U形槽，若干个光路检测单元等间距安装在U形槽相对的两个侧壁上，即每一个光路检测单元的光发射器安装在其中一个侧壁上，对应的光接收器则安装在另一个侧壁上，并且光发射器与光接收器的位置相对应，以保证光发射器所发射的光能够被对应的光接收器检测到，一个光发射器与其正对的光接收器组成一个光路，利用光路的通断可以检测刻度标尺上的刻度即长方形孔。

本体与轨道车辆自动化涂装作业机器人的移动平台固定安装，当移动平台运动时，本体随移动平台一起移动，本体在移动过程中，刻度标尺始终位于U形槽内，保证刻度标尺处于光路中的合适位置，以确保光接收器能检测到对应的光发射器所发射的光，并且光路检测单元的数量比位于U形槽内的长方形孔的数量多1个，形成错位。当机器人的移动平台移动时，检测装置随移动平台在刻度标尺上移动，当光路和长方形孔正对时，光路导通，光接收器能够检测到对应的光发射器所发射的光；当光路和长方形孔不对应时，光路被遮挡，光接收器检测不到对应的光发射器所发射的光，因此通过光路的导通与否，可以检测到本体经过的长方形孔的数量，再由多对光路检测精确位置，进而确定本体的位置变化信息，即检测到机器人的位置变化信息，实现精确定位。

控制电路模块根据各个光路检测单元的光路通断情况计算微量位置变化信息，并将微量位置变化信息存储在内部存储器中，保证设备断电后再启动不会丢失位置数据，并且控制电路模块还将微量位置变化信息通过总线发送至控制器。

控制器根据微量位置变化信息计算轨道车辆自动化涂装作业机器人的位置的绝对坐标数据，并控制显示装置对绝对坐标数据进行显示，其中显示装置可以采用显示屏或者数码管。

刻度标尺上均匀分布的长方形孔形成光栅，U形槽内部有均匀的光路，光路间距略小于长方形孔间距，光路照射在光栅上，当U形槽移动时，光路的通断可以检测出移动经过的光栅格数，进而计算出移动的距离，多对光路同时对光栅检测，得到高精度的位置数据。光路越多越密集，检测的位置数据越精确。刻度标尺上均匀分布的长方形孔以及光路间距的实际尺寸由所需精度而定。

传统光栅位置检测装置多采用一个光路进行测量，可以实现检测位置，但是此时的检测精度由长方形孔刻度密集程度决定，即长方形孔越密集则精度越高，但是太小的长方形孔难以加工，也容易堵塞，使得检测位置的精度难以提高。而当采用多对光路时，刻度标尺可以用较大的长方形孔，长方形孔之间的间距也可以变大，从而降低制造成本，此时长方形孔刻度只用来粗定位，精确定位由多对光路组成的第二标尺实现。位置检测原理类似于游标卡尺，游标卡尺由普通刻度和小刻度组成，能在主尺1mm刻度的基础上实现0.02mm甚至更高的精度。此位置检测装置的刻度尺为主刻度，多条光路形成第二标尺，能对大刻度进行细分，实现高精度测量。

本发明提供的定位系统，其检测精度与刻度标尺上相邻的长方形孔之间的间距以及检测装置上光路检测单元的数量相关，具体地，检测精度ε的计算公式为：

ε＝±A/(B-1)

其中，A为刻度标尺上两个相邻的长方形孔之间的间距，B为光路检测单元的数量。根据检测精度的计算公式可知，可以通过减小长方形孔之间的间距或增加光路检测单元的数量来提高定位系统的检测精度。

下面结合具体的实施方式对本发明定位系统的工作原理及高定位精度进行说明。

如图3-图5所示，假设光路检测单元的数量为11个，刻度标尺上的刻度间距即长方形孔之间的间隔为10mm，光路检测单元之间的光路的间距为9mm，即10个光路间距等于刻度标尺上9个刻度长。为便于分析，假设光路和刻度方孔都很窄，在如图3所示的初始位置下，此时只有两个正对位置，即光路1正对刻度1，光路11正对刻度10；光接收器移动时，图中的对应关系会被破坏，当光接收器从初始位置向左移动1个单位，即向左移动1mm时，光路10会正对刻度9，如图4所示；同理，当光接收器从初始位置向右移动1个单位，即向右移动1mm时，光路2会正对刻度2，如图5所示。由此可知，只有光接收器移动小于±1mm才不会被检测出来，本发明实现在采用同一刻度标尺的情况下把检测精度从±5mm提高到±1mm。当只采用一个光路，易知位置检测精度为±5mm，因为光路在两个刻度之间的10mm范围内移动时都不能检测到刻度，只有当移动距离大于等于±5mm才会确保被检测出来。而当采用11条光路组成的小刻度标尺时，精度可以提高到±1mm，如果采用更密集的光路，或缩短刻度标尺上相邻长方形孔即刻度标尺相邻刻度的距离，则精度可以进一步提高，因此只需更换光接收器就可以实现不同精度，高精度也可以。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统，其特征在于，包括刻度标尺、检测装置、控制器和显示装置，所述检测装置包括本体、内部存储器、控制电路模块和若干个光路检测单元，每一个所述光路检测单元包括一个光发射器和一个光接收器；

所述刻度标尺呈扁平状，沿所述刻度标尺的长度方向设有若干个均匀分布的长方形孔，且所述刻度标尺沿轨道车辆自动化涂装作业机器人的运动方向固定安装；

所述本体设有一个U形槽，若干个所述光路检测单元等间距安装在所述U形槽相对的两个侧壁上，所述本体与轨道车辆自动化涂装作业机器人的移动平台固定安装，所述本体随所述移动平台移动时，所述刻度标尺始终位于所述U形槽内，且所述光路检测单元的数量比位于所述U形槽内的长方形孔的数量多1个，形成错位；

所述控制电路模块根据各个所述光路检测单元的光路通断情况计算微量位置变化信息，将所述微量位置变化信息存储在所述内部存储器中，并将所述微量位置变化信息通过总线发送至所述控制器；

所述控制器根据所述微量位置变化信息计算轨道车辆自动化涂装作业机器人的位置的绝对坐标数据，并控制所述显示装置对所述绝对坐标数据进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统，其特征在于，所述定位系统的检测精度ε的计算公式为：

ε＝±A/(B-1)

其中，A为两个相邻的所述长方形孔之间的间距，B为所述光路检测单元的数量。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统，其特征在于，

所述光路检测单元的数量为11个。

4.根据权利要求3所述的一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统，其特征在于，

两个相邻的所述光路检测单元之间的光路间距为9mm，两个相邻的所述长方形孔之间的间距为10mm。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统，其特征在于，

所述光发射器为红外光发射器，所述光接收器为红外光接收器。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统，其特征在于，

所述显示装置为显示屏或者数码管。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于轨道车辆自动化涂装作业的定位系统，其特征在于，

所述刻度标尺的材质为金属。

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