一種基于傳感器技術的載體定位方法和定位裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于傳感器技術的載體定位方法和定位裝置，通過探頭載體兩側對稱安裝的傳感器以及高精度伺服旋轉機構，相對傳統自動化探頭載體定位裝置，可實現探頭載體(柔性)自動貼合至車輪踏面，具有適應車輪輪徑范圍廣，保障探頭載體貼合力度均勻，貼合壓力可調等優點。采用伺服系統，自動化程度高，可完全替代人工定位探頭載體方式進行車輪探傷作業，大大提高各型車輪探傷檢測效率，具有較高的經濟效益。采用高精度伺服電機，定位精度高，重復性好，確保探傷檢測的準確性。采用多軸伺服電機，可實現三維空間任意探頭姿態的調整，相對傳統自動化探頭載體定位裝置，能完全適應各型列車車底復雜空間環境，進行探頭定位。
【專利說明】
一種基于傳感器技術的載體定位方法和定位裝置
技術領域
[0001]本發明涉及列車車輪探傷技術領域，特別涉及一種基于傳感器技術的載體定位方法和定位裝置。
【背景技術】
[0002]“載體定位裝置”特指對當前開行的各型列車輪對進行探傷作業時，將各類探測探頭定位至上述輪對相應檢測位置的裝置。當前“載體定位裝置”主要應用有:人工放置探頭載體定位裝置、利用氣缸驅動或普通電機配合測距傳感器作為探頭載體定位動力源等自動化定位裝置。
[0003]但是，經過實踐發現，上述方式存在不足:上述方式均為開環控制系統，定位準確性不可靠。且在探頭載體接近車輪踏面后，采用硬性貼合的方式，導致貼合力度不均勻，貝占合壓力不易控制。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明提供了一種基于傳感器技術的載體定位方法，可實現探頭載體(柔性)自動貼合至車輪踏面，具有適應車輪輪徑范圍廣，保障探頭載體定位可靠、精度高、貼合力度均勻的優點。
[0005]本發明還提供了一種應用上述載體定位方法的定位裝置。
[0006]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0007]—種基于傳感器技術的載體定位方法，包括步驟:
[0008]S1、控制探頭載體由初始位置接近車輪踏面，并使所述探頭載體的探頭與所述車輪踏面對準；
[0009 ] S2、控制所述探頭載體貼合所述車輪踏面，包括步驟:
[0010]S21、控制所述探頭載體朝向所述車輪踏面靠近，直至其上的第一載體貼合到位傳感器或者第二載體貼合到位傳感器有到位信號反饋，即停止上述靠近;其中的所述第一載體貼合到位傳感器和所述第二載體貼合到位傳感器關于所述探頭載體的旋轉方向轉軸對稱設置；
[0011]S22、控制所述探頭載體朝向無到位信號反饋的傳感器轉動，直至所述步驟S21中無到位信號反饋的傳感器有到位信號反饋，同時反饋轉動角度Za;
[0012]S23、控制所述探頭載體朝向所述步驟S21中有到位信號反饋的傳感器轉動Za/2;
[0013]S24、控制所述探頭載體朝向所述車輪踏面進行貼合運動，直至兩個傳感器同時有到位信號反饋，即停止所述貼合運動，探頭貼合到位，定位過程結束。
[0014]優選的，在所述步驟SI中，所述接近和所述對準通過位于水平面內平行于軌道的X方向運動機構、垂直于軌道的Y方向運動機構和垂直于上述水平面沿豎直方向的Z方向運動機構實現。
[0015]優選的，在所述步驟SI中，還包括控制所述探頭載體旋轉，初步完成所述探頭載體中心與車輪軸心對準。
[0016]優選的，所述步驟SI中的運動控制根據預設行程，或者位置傳感器的反饋信號。
[0017]優選的，在所述步驟S2中，所述第一載體貼合到位傳感器和所述第二載體貼合到位傳感器為距離傳感器或者力矩傳感器，能夠在距離小于預設值或者力矩大于預設值的情況下發出所述到位信號。
[0018]一種基于傳感器技術的定位裝置，包括:探頭載體、第一載體貼合到位傳感器、第二載體貼合到位傳感器、運動機構和控制模塊，其中的所述第一載體貼合到位傳感器和所述第二載體貼合到位傳感器關于所述探頭載體的旋轉方向轉軸對稱設置，所述控制模塊能夠通過運動機構控制所述探頭載體實現上述的定位方法。
[0019]優選的，所述運動機構包括:X向伺服運動機構、Z向伺服運動機構、Y向伺服運動機構；
[0020 ]所述X向伺服運動機構包括X方向伺服電機和X方向運動導軌；
[0021 ]所述Z向伺服運動機構包括Z方向伺服電機和Z方向運動導軌；
[0022]所述Y向伺服運動機構包括Y方向伺服電機和Y方向運動導軌；
[0023]所述Z方向運動導軌垂直安裝在所述X方向運動導軌的滑塊上，所述Y方向運動導軌垂直安裝在所述Z方向運動導軌的滑塊上，所述Y方向運動導軌垂直于所述X方向運動導軌和所述Z方向運動導軌所在的平面;所述探頭載體安裝在所述Y方向運動導軌上。
[0024]優選的，還包括在Y方向上的旋轉運動機構；
[0025]所述旋轉運動機構包括旋轉方向伺服電機和旋轉方向轉軸，所述旋轉方向轉軸的軸向沿所述Y方向運動導軌的滑動方向設置;所述旋轉方向轉軸的第一端能夠由所述旋轉方向伺服電機驅動旋轉，所述旋轉方向轉軸的第二端用于安裝所述探頭載體。
[0026]從上述的技術方案可以看出，本發明提供的基于傳感器技術的載體定位方法和定位裝置，通過探頭載體兩側對稱安裝的傳感器，相對傳統自動化探頭載體定位裝置，可實現探頭載體(柔性)自動貼合至車輪踏面，適應車輪輪徑范圍廣，保障探頭載體定位可靠、精度高、貼合力度均勻的優點。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為本發明實施例提供的載體定位裝置的結構示意圖。
[0029]其中，I為探頭載體，2為X方向伺服電機，3為X方向運動導軌，4為Z方向伺服電機，5為方向運動導軌，6為Y方向伺服電機，7為Y方向運動導軌，8為旋轉方向伺服電機，9為旋轉方向轉軸，10為第一載體貼合到位傳感器，11為第二載體貼合到位傳感器。
【具體實施方式】
[0030]本發明公開了一種基于傳感器技術的載體定位方法和定位裝置，可實現探頭載體(柔性)自動貼合至車輪踏面，具有適應車輪輪徑范圍廣，保障探頭載體定位可靠、精度高、貼合力度均勻的優點。
[0031]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0032]請參閱圖1，圖1為本發明實施例提供的載體定位裝置的結構示意圖。
[0033]本發明實施例提供的基于傳感器技術的載體定位方法，其核心改進點在于，包括步驟:
[0034]S1、控制探頭載體I由初始位置接近車輪踏面，并使探頭載體I的探頭與車輪踏面對準;其中的探頭載體I即車輪探傷所使用的各型探頭組合裝置，實現對車輪進行無損探傷數據采集;探頭為無損檢測用探頭；
[0035]S2、控制探頭載體I貼合車輪踏面，包括步驟:
[0036]S21、控制探頭載體I朝向車輪踏面靠近，直至其上的第一載體貼合到位傳感器10或者第二載體貼合到位傳感器11有到位信號反饋(即貼合到位)，則停止上述靠近;其中的第一載體貼合到位傳感器10和第二載體貼合到位傳感器11關于探頭載體I的旋轉方向轉軸9對稱設置(載體貼合到位傳感器下面簡稱為傳感器)；
[0037]S22、控制探頭載體I朝向無到位信號反饋的傳感器轉動，直至步驟S21中無到位信號反饋的傳感器有到位信號反饋，同時反饋轉動角度Za;比如在步驟S21中當第一載體貼合到位傳感器10有到位信號反饋而傳感器11無到位信號反饋，旋轉方向伺服電機8將順時針轉動(在圖1中為帶動探頭載體I沿逆時針轉動，即朝向第二載體貼合到位傳感器11)，直至到位傳感器11有到位信號(此時傳感器10沒有到位信號)，同時旋轉方向伺服電機8反饋轉動角度Za;
[0038]S23、控制探頭載體I朝向步驟S21中有到位信號反饋的傳感器轉動Za/2;然后旋轉方向伺服電機8將逆時針轉動Za/2(在圖1中為帶動探頭載體I沿順時針轉動，即朝向第一載體貼合到位傳感器10)，即可實現探頭載體I中心與車輪軸心對中；同理第二載體貼合到位傳感器11有到位信號反饋傳感器10無到位信號反饋，步驟S22、S23原理一致；
[0039]S24、控制探頭載體I朝向車輪踏面進行貼合運動，直至兩個傳感器同時有到位信號反饋，即停止所述貼合運動，探頭貼合到位，定位過程結束。
[0040]從上述的技術方案可以看出，本發明實施例提供的基于傳感器技術的載體定位方法，通過探頭載體兩側對稱安裝的傳感器，相對傳統自動化探頭載體定位裝置，可實現探頭載體(柔性)自動貼合至車輪踏面，適應車輪輪徑范圍廣，保障探頭載體定位可靠、精度高、貼合力度均勻，貼合壓力可調等優點。
[0041 ]在本方案提供的具體實施例中，在步驟SI中，接近和對準通過位于水平面內平行于軌道的X方向運動機構、垂直于軌道的Y方向運動機構和垂直于上述水平面沿豎直方向的Z方向運動機構實現;可實現三維空間任意探頭姿態的調整，相對傳統自動化探頭載體定位裝置，能完全適應各型車底復雜空間環境，進行探頭定位。
[0042]為了進一步優化上述的技術方案，在步驟SI中，還包括控制探頭載體I旋轉，初步完成探頭載體I中心與車輪軸心對準，以提高載體定位方法的效率和精度。
[0043]作為優選，步驟SI中的運動控制是根據預設行程，這些預設行程是根據待測輪對之間的距離、車輪的高度和輪徑等實際情況確定的；或者根據位置傳感器的反饋信號進行自動判斷。
[0044]本發明實施例提供的基于傳感器技術的載體定位方法，在步驟S2中，第一載體貼合到位傳感器10和第二載體貼合到位傳感器11為距離傳感器或者力矩傳感器，能夠在距離小于預設值或者力矩大于預設值的情況下發出到位信號，即基于距離或者力矩反饋信號自適應探頭貼合距離。傳感器的距離預設值和力矩預設值由本領域技術人員根據實際需要確定，在此并不做具體的限定。
[0045]下面結合具體工作過程對本方案做進一步介紹:
[0046]I)首先根據不同類型的車底空間情況，X方向的運動機構(2、3)根據預設好的行程向前或向后調整探頭載體I在X方向的空間位置，避開車底空間在X方向的干涉物體；
[0047]2)Z方向的運動機構(4、5)根據預設好的行程，精確向上移動至指定位置，可避開車底空間在Z方向的干涉物體；
[0048]3)然后Y方向的運動機構(6、7)根據獲取到的車輪Y向空間位置信息，自動調整伸出行程，使探頭載體I在Y方向與車輪踏面的探傷所需的指定位置；
[0049]4)旋轉方向的運動機構(8、9)根據不同檢測輪徑的車輪按預設好的旋轉角度進行探頭載體I旋轉，初步完成探頭載體I中心與車輪軸心對準；
[0050]5)X方向的運動機構(2、3)攜帶探頭載體I自動向車輪踏面進行貼合運動，直至載體貼合到位傳感器1或11有信號反饋(S卩貼合到位)，即停止X方向的運動機構運動；
[0051]6)當第一載體貼合到位傳感器10有信號反饋而傳感器11無信號反饋，旋轉方向伺服電機8將順時針轉動(在圖1中為帶動探頭載體I沿逆時針轉動)，直至到位傳感器11有信號(此時傳感器10沒有信號)，同時旋轉方向伺服電機8反饋轉動角度Za;
[0052 ] 7)然后旋轉方向伺服電機8將逆時針轉動Z a/2 (在圖1中為帶動探頭載體I沿順時針轉動)，即可實現探頭載體I中心與車輪軸心對中；同理第二載體貼合到位傳感器11有信號反饋傳感器10無信號反饋，步驟6)、7)原理一致；
[0053]8)最后再次通過X方向的運動機構(2、3)攜帶探頭載體自動向車輪踏面進行貼合運動，直至載體貼合到位傳感器10、11同時有信號反饋(即兩端均貼合到位)，即停止X方向的運動機構運動，探頭貼合到位，定位過程結束。
[0054]本發明實施例還提供了一種基于傳感器技術的定位裝置，其核心改進點在于，包括:探頭載體1、第一載體貼合到位傳感器10、第二載體貼合到位傳感器11、運動機構和控制模塊，其中的第一載體貼合到位傳感器10和第二載體貼合到位傳感器11關于探頭載體I的旋轉方向轉軸9對稱設置，該控制模塊能夠通過運動機構控制探頭載體I實現上述的定位方法，包括在步驟SI中控制探頭載體I的接近和對準，在步驟S21中的靠近和接收信號反饋后的停止，在步驟S22中的轉動和記錄反饋轉動角度Za，在步驟S23中的轉動角度大小Za/2，在步驟S24中貼合運動和接收信號反饋后的停止。
[0055]在本方案提供的具體實施例中，運動機構包括:X向伺服運動機構、Z向伺服運動機構和Y向伺服運動機構，以實現探頭載體I任意姿態的調整；
[0056]X向伺服運動機構包括X方向伺服電機2和X方向運動導軌3 ；
[0057]Z向伺服運動機構包括Z方向伺服電機4和Z方向運動導軌5;
[0058]Y向伺服運動機構包括Y方向伺服電機6和Y方向運動導軌7 ；
[0059]Z方向運動導軌5垂直安裝在X方向運動導軌3的滑塊上，Y方向運動導軌7垂直安裝在Z方向運動導軌5的滑塊上，Y方向運動導軌7垂直于X方向運動導軌3和Z方向運動導軌5所在的平面;探頭載體I安裝在Y方向運動導軌7上；
[0060]通過控制X方向伺服電機2轉動，利用高精度編碼器信號反饋位置信息，精確控制X方向運動導軌3的滑動距離，可實現探頭載體I在X方向的精確定位;通過控制Z方向伺服電機4轉動，利用高精度編碼器信號反饋位置信息，精確控制Z方向運動導軌5的滑動距離，可實現探頭載體I在Z方向的精確定位;通過控制Y方向伺服電機6轉動，利用高精度編碼器信號反饋位置信息，精確控制Y方向運動導軌7的滑動距離，可實現探頭載體I在Y方向的精確定位;進一步的，定位誤差>.0.5mm。
[0061]為了進一步優化上述的技術方案，本發明實施例提供的載體定位裝置，還包括在Y方向上的旋轉運動機構，以實現探頭載體I任意姿態的調整；
[0062]該旋轉運動機構包括旋轉方向伺服電機8和旋轉方向轉軸9，旋轉方向轉軸9的軸向沿Y方向運動導軌7的滑動方向設置;旋轉方向轉軸9的第一端能夠由旋轉方向伺服電機8驅動旋轉，旋轉方向轉軸9的第二端用于安裝探頭載體I ；通過控制旋轉方向伺服電機8轉動，利用高精度編碼器信號反饋位置信息，精確控制轉軸9的轉動角度，可實現探頭載體I在Y方向上的轉動360°精確定位;進一步的，定位誤差>.0.5mm ；
[0063]兩個載體貼合到位傳感器關于旋轉方向轉軸9對稱設置。
[0064]本方案的載體定位裝置采用伺服系統，自動化程度高，可完全替代人工定位探頭載體方式進行車輪探傷作業，大大提高各型車輪探傷檢測效率，具有較高的經濟效益;采用高精度伺服電機，定位精度高，重復性好，確保探傷檢測的準確性;采用多軸伺服電機，可實現三維空間任意探頭姿態的調整，相對傳統自動化探頭載體定位裝置，能完全適應各型車底復雜空間環境，進行探頭定位。
[0065]載體貼合到位傳感器通訊連接于X向伺服運動機構、Z向伺服運動機構、Y向伺服運動機構和/或旋轉運動機構，能夠在探頭載體I貼緊至車輪踏面時，提供一個到位反饋信號，以便于在探頭載體I接近目標位置后進行最后的微調。控制模塊和運動機構中的各組成部分均通訊連接。
[0066]調節載體貼合到位傳感器10和11的安裝位置，可提供一個可調節的貼合距離、探頭壓縮力度反饋。在本方案提供的具體實施例中，旋轉方向轉軸9的第二端連接于探頭載體I的中間位置;兩個載體貼合到位傳感器對稱設置在探頭載體I的兩端。
[0067]綜上所述，本發明實施例提供了一種基于多軸伺服系統和傳感器技術的車輪探傷載體定位方法和定位裝置，其定位裝置包含:探頭載體1、X方向伺服電機2、X方向運動導軌
3、Z方向伺服電機4、Z方向運動導軌5、Y方向伺服電機6、Y方向運動導軌7、旋轉方向伺服電機8、旋轉方向轉軸9、載體貼合到位傳感器10和11，以上所述部件組成一個四軸伺服系統載體定位裝置；
[0068]其與傳統的載體定位裝置相比，具有的主要優點包括:
[0069](I)采用伺服系統，自動化程度高，可完全替代人工定位探頭載體方式進行車輪探傷作業，大大提高各型車輪探傷檢測效率，具有較高的經濟效益。
[0070](2)采用高精度伺服電機，定位精度高，重復性好，確保探傷檢測的準確性。
[0071](3)采用多軸伺服電機，可實現三維空間任意探頭姿態的調整，相對傳統自動化探頭載體定位裝置，能完全適應各型車底復雜空間環境，進行探頭定位。
[0072](4)通過探頭載體兩側對稱安裝的傳感器以及高精度伺服旋轉機構，相對傳統自動化探頭載體定位裝置，可實現探頭載體(柔性)自動貼合至車輪踏面，具有適應車輪輪徑范圍廣，保障探頭載體定位可靠、精度高、貼合力度均勻，貼合壓力可調等優點。
[0073](5)伺服電機具有力矩反饋信號，相對傳統自動化探頭載體定位裝置，多軸伺服系統的載體定位裝置可在探頭載體定位過程中，在三維空間范圍內，具備碰撞力矩保護，保障探頭載體發生意外碰撞干涉物后，能及時停止運動，降低危害。
[0074]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0075]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種基于傳感器技術的載體定位方法，其特征在于，包括步驟: 51、控制探頭載體(I)由初始位置接近車輪踏面，并使所述探頭載體(I)的探頭與所述車輪踏面對準； 52、控制所述探頭載體(I)貼合所述車輪踏面，包括步驟: 521、控制所述探頭載體(I)朝向所述車輪踏面靠近，直至其上的第一載體貼合到位傳感器(10)或者第二載體貼合到位傳感器(I I)有到位信號反饋，即停止上述靠近;其中的所述第一載體貼合到位傳感器(10)和所述第二載體貼合到位傳感器(11)關于所述探頭載體(I)的旋轉方向轉軸(9)對稱設置； 522、控制所述探頭載體(I)朝向無到位信號反饋的傳感器轉動，直至所述步驟S21中無到位信號反饋的傳感器有到位信號反饋，同時反饋轉動角度Za; 523、控制所述探頭載體(I)朝向所述步驟S21中有到位信號反饋的傳感器轉動Za/2; 524、控制所述探頭載體(I)朝向所述車輪踏面進行貼合運動，直至兩個傳感器同時有到位信號反饋，即停止所述貼合運動，探頭貼合到位，定位過程結束。2.根據權利要求1所述的基于傳感器技術的載體定位方法，其特征在于，在所述步驟SI中，所述接近和所述對準通過位于水平面內平行于軌道的X方向運動機構、垂直于軌道的Y方向運動機構和垂直于上述水平面沿豎直方向的Z方向運動機構實現。3.根據權利要求2所述的基于傳感器技術的載體定位方法，其特征在于，在所述步驟SI中，還包括控制所述探頭載體(I)旋轉，初步完成所述探頭載體(I)中心與車輪軸心對準。4.根據權利要求1所述的基于傳感器技術的載體定位方法，其特征在于，所述步驟SI中的運動控制根據預設行程，或者位置傳感器的反饋信號。5.根據權利要求1所述的基于傳感器技術的載體定位方法，其特征在于，在所述步驟S2中，所述第一載體貼合到位傳感器(10)和所述第二載體貼合到位傳感器(11)為距離傳感器或者力矩傳感器，能夠在距離小于預設值或者力矩大于預設值的情況下發出所述到位信號。6.一種基于傳感器技術的定位裝置，其特征在于，包括:探頭載體(I)、第一載體貼合到位傳感器(10)、第二載體貼合到位傳感器(11)、運動機構和控制模塊，其中的所述第一載體貼合到位傳感器(10)和所述第二載體貼合到位傳感器(11)關于所述探頭載體(I)的旋轉方向轉軸(9)對稱設置，所述控制模塊能夠通過運動機構控制所述探頭載體(I)實現如權利要求1-5任意一項所述的定位方法。7.根據權利要求6所述的基于傳感器技術的定位裝置，其特征在于，所述運動機構包括:X向伺服運動機構、Z向伺服運動機構、Y向伺服運動機構； 所述X向伺服運動機構包括X方向伺服電機(2)和X方向運動導軌(3); 所述Z向伺服運動機構包括Z方向伺服電機(4)和Z方向運動導軌(5).’ 所述Y向伺服運動機構包括Y方向伺服電機(6)和Y方向運動導軌(7); 所述Z方向運動導軌(5)垂直安裝在所述X方向運動導軌(3)的滑塊上，所述Y方向運動導軌(7)垂直安裝在所述Z方向運動導軌(5)的滑塊上，所述Y方向運動導軌(7)垂直于所述X方向運動導軌(3)和所述Z方向運動導軌(5)所在的平面;所述探頭載體(I)安裝在所述Y方向運動導軌(7)上。8.根據權利要求7所述的基于傳感器技術的定位裝置，其特征在于，還包括在Y方向上的旋轉運動機構； 所述旋轉運動機構包括旋轉方向伺服電機(8)和所述旋轉方向轉軸(9)，所述旋轉方向轉軸(9)的軸向沿所述Y方向運動導軌(7)的滑動方向設置;所述旋轉方向轉軸(9)的第一端能夠由所述旋轉方向伺服電機(8)驅動旋轉，所述旋轉方向轉軸(9)的第二端用于安裝所述探頭載體(I)。
【文檔編號】G01D11/30GK106092174SQ201610720942
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月24日
【發明人】高曉蓉, 張渝, 王黎, 趙全軻, 王澤勇, 彭建平, 楊凱, 彭朝勇, 廖小籠, 溫健鐘, 羅勇軍
【申請人】北京主導時代科技有限公司