一种扶梯驱动主轴智能制造系统及方法与流程

本发明属于自动扶梯零部件加工领域，特别涉及一种扶梯驱动主轴智能制造系统及方法。

背景技术：

自动扶梯是车站、商场、地铁等公共场所中必不可少的交通工具，它不仅极大地缓解繁忙的交通压力，而且能为社会带来极大的便捷。但随着自动扶梯数量日益增多，近年各地自动扶梯危险事故呈上升趋势。据统计，30％的扶梯安全事故是由于扶梯驱动系统中零件或部件的磨损，变形，失效甚至断裂导致。

扶梯驱动主轴是自动扶梯驱动系统的核心部件，它主要将来自曳引机的动力传递至两端梯级链轮，梯级链轮再带动梯级沿导轨运动，运输乘客。传统的扶梯驱动主轴使用铸造法兰轴和链轮螺纹连接装配，这种制造工艺不仅耗时，耗能，高污染，工人劳动强度大，而且耗材，增加产品重量及运行时的能耗。现在行业内已经开始采用空心管和链轮焊接的工艺，改进了传统的扶梯驱动主轴使用铸造法兰轴和链轮螺纹连接装配的方法，简化了工艺及机械加工中材料的浪费，同时避免了传统铸造工艺引起的污染问题。

然而，根据近几年的使用情况分析，焊接成形的扶梯驱动主轴存在三个主要问题：①由于焊接处残余应力的存在，扶梯在不同工况情况下及启停中，主轴与链轮焊接接头承受循环扭力载荷，长时间运行后造成疲劳失效，导致一边链轮与主轴脱落，失去动力，造成梯级塌陷；②主轴和链轮焊接处由于焊接变形，导致驱动链轮运行过程中端面跳动过大，造成梯级滚轮的剧烈磨损和梯级的振动，长时间运行后会造成零件的变形导致碰撞，塌陷。③空心管和链轮由于壁厚较薄，焊接熔深过大会引起焊穿，熔深过小会导致焊不透，焊接接头强度不够，因此焊接接头的熔深直接影响着扶梯驱动主轴的性能。然而现行业内对扶梯驱动主轴焊接接头处的焊接熔深控制一直是个难点。

扶梯行业内主要采用焊接后直接进行机械矫正(液压缸挤压)来修正链轮端面跳动，由于焊接残余应力的存在，对于一些焊接后变形较大的件，直接矫正会使焊接部位产生裂纹甚至断裂。有些厂家焊接后会对焊接部位进行去应力处理(热时效)。但由于热时效耗时相对较长，且高能耗，高污染，低效率，已不符合现代制造业可持续发展的要求。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出了一种扶梯驱动主轴智能制造系统及方法。本发明的技术方案是：集成焊接、时效、检测整形系统，以焊接残余应力，焊接变形及固有频率为关键检测和反馈信息，建立专家系统及其数据库，针对生产过程中可能出现的不同干扰因素引起的加工误差，进行实时的工艺调整。

一种扶梯驱动主轴智能制造系统，包括焊接系统、时效系统和检测整形系统；所述焊接系统、时效系统和检测整形系统的输出端均与主控系统的输入端连接；所述焊接系统将焊接残余应力信息反馈给主控系统；所述时效系统将固有频率信息反馈给主控系统；所述检测整形系统将焊接变形信息反馈给主控系统；所述主控系统输入的检测和反馈信息有：焊接残余应力、焊接变形及固有频率；并根据输入的检测与反馈信息建立专家系统及其数据库；

所述焊接系统中通过图像采集系统对焊接时实时焊缝成形情况进行采集，通过建立熔深与焊缝间隙和熔宽之间关系的数学模型，从而计算获得焊接熔深的实时数据，再经模糊pid算法调整焊接参数实时控制熔深，焊接完成后通过x射线衍射仪对其环形焊接接头焊趾处做应力检测，获得其焊趾处一周平均残余应力值，并将其反馈至主控系统；

所述时效系统通过扫频获得驱动主轴固有频率，自动确定最佳激振频率，根据检测获得的焊趾处残余应力平均值确定最佳振动时效激振力，对焊后驱动主轴进行均化和降低残余应力处理，时效完成后再次扫频获得其时效处理后固有频率，对其进行振动时效效果评价，判断是否需要补振处理；并将时效前和时效后固有频率数据反馈至主控系统；

所述检测整形系统利用激光扫描驱动主轴链轮端面跳动误差，并将跳动误差数据反馈至主控系统，主控系统自动根据跳动误差根据经验公式计算矫正量，同时检测整形系统根据跳动误差自动调整下一次的焊接速度参数，减小其焊接变形。

进一步的，所述检测整形系统中液压系统根据计算得到的矫正量自动执行挤压矫正，整形完成后采用x射线衍射仪对其环形焊接接头焊趾一周进行应力检测，获得其残余应力平均值，并将其反馈至主控系统，对下一次的振动时效参数进行调整。

进一步的，所述焊接系统具体步骤为：通过ccd图像采集系统对焊接时实时焊缝成形情况进行采集后，将采集得到的熔池图像进行预处理，然后对预处理后的熔池图像进行边缘检测，从而获取熔宽，计算出熔深偏差后通过模糊pid算法调整焊接参数实时控制熔深，检测是否焊接完成，若焊接未完成，重复上述步骤，若完成，通过x射线衍射仪对其环形焊接接头焊趾处做残余应力检测，获得焊接接头焊趾处一周平均残余应力值，通过主控系统接口反馈至主控系统。

进一步的，所述时效系统具体工作步骤为：利用振动时效装备，通过振前扫频，获得驱动主轴的固有频率，驱动主轴的固有频率通过主控系统接口传给主控系统，主控系统根据焊接系统采集到的焊接接头焊趾处一周平均残余应力及主轴的固有频率，确定振动参数，即最佳激振力，并把最佳激振力传给时效系统，利用最佳激振力对驱动主轴进行振动时效，待时效完成后再次扫描得到时效处理后驱动主轴固有频率，时效处理后的驱动主轴固有频率与标准固有频率进行比较，从而确定是否需要补振，若需要，重复振动时效，若不需要，把振后固有频率也传递给主控系统，并结束振动时效。

进一步的，所述检测整形系统具体工作步骤为：激光检测获得链轮端面跳动误差，并将链轮端面跳动误差通过主控系统接口传给主控系统，主控系统根据矫正量经验公式模型的到液压矫正量，进行液压矫正链轮端面跳动误差，液压矫正后，再通过激光检测获得矫正后的链轮端面跳动误差，看是否达到精度要求，若未达到规定的精度要求，则重复液压矫正，若达到规定的精度要求，怎通过x射线衍射仪对其环形焊接接头焊趾一周进行残余应力检测，并把信息反馈给主控系统。

扶梯驱动主轴智能制造系统的工作方法，包括如下步骤：

将驱动主轴和链轮安装至环焊机，将数个ccd摄像头正面分别对准即将焊接的驱动主轴链轮；

调整初始焊接参数后开始焊接，焊接完成后通过x射线衍射仪对环形焊接接头焊趾处做应力检测，获得其焊趾处一周平均残余应力值σ，并将其反馈至主控系统，卸下扶梯驱动主轴，将扶梯驱动主轴移至振动时效平台并夹紧；

开启扫频功能，获取其时效前固有频率，并将其发送至主控系统，取其固有频率的3/5为振动时效最佳振动频率，设置振荡力；

开启振动时效，一定时间后停止振动；再次开启扫频功能，获取其时效处理后的固有频率，振动时效系统将时效后的固有频率发送至主控系统，如果时效前固有频率f1与时效后固有频率f2差值小于5，则补振(5-f1+f2)min，卸下扶梯驱动主轴；

将扶梯驱动主轴安装至自动检测整形装置，检测装置通过激光扫描获取扶梯驱动主轴链轮端面的跳动误差m，将其反馈至主控系统，主控系统通过矫正量经验公式计算矫正量对端面进行挤压矫正，矫正完成后，激光扫描获取其端面跳动误差，判断其是否满足精度要求，如满足要求，进行下一道工序，如不满足要求，检测整形系统将重新对端面误差进行测量，并重新计算矫正量，液压缸对链轮端面实行挤压矫正；再次对驱动主轴环形焊接接头焊趾处进行应力检测，获得其一周平均残余应力值σ2，将其发送至主控系统，从而完成扶梯驱动主轴的智能制造。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.通过视觉系统实时监测焊接熔深，根据熔深偏差实时调整焊接参数控制熔深，避免驱动主轴焊接过程中焊穿或者未焊透的情况；

2.利用专用振动时效设备，通过扫频获得驱动主轴固有频率，自动确定最佳激振频率，对焊后驱动主轴进行均化和降低残余应力处理；

3.利用专用自动检测整形装置，利用激光扫描端面跳动误差，系统根据跳动误差及矫正量经验公式确定矫正量，液压系统自动执行挤压矫正，实现扶梯驱动主轴的端面跳动的自动检测和修正；

4.采用了振动时效、视觉检测、激光扫描等技术，替代了传统高能耗、高污染、低效率的工艺。以焊接残余应力，焊接变形及固有频率为关键检测和反馈信息，建立专家系统及其数据库，针对生产过程中可能出现的不同干扰因素引起的加工误差，进行实时的工艺调整，形成能够自适应调整优化工艺参数，分析，判断，决策的智能制造系统。

附图说明

图1为自动焊接系统的流程框图；

图2为振动时效系统的流程框图；

图3为检测整形系统的流程框图；

图4为扶梯驱动主轴智能制造系统的原理图。

具体实施方式

一种扶梯驱动主轴智能制造系统，包括焊接系统、时效系统和检测整形系统；所述接系统、时效系统和检测整形系统的输出端均与主控系统的输入端连接；所述焊接系统将焊接残余应力信息反馈给主控系统；所述时效系统将固有频率信息反馈给主控系统；所述检测整形系统将焊接变形信息反馈给主控系统；所述主控系统输入的检测和反馈信息有：焊接残余应力、焊接变形及固有频率；并根据输入的检测与反馈信息建立专家系统及其数据库；

所述焊接系统中通过图像采集系统对焊接时实时焊缝成形情况进行采集，通过建立熔深与焊缝间隙和熔宽之间关系的数学模型，从而计算获得焊接熔深的实时数据，再经模糊pid算法调整焊接参数实时控制熔深，焊接完成后通过x射线衍射仪对其环形焊接接头焊趾处做应力检测，获得其焊趾处一周平均残余应力值，并将其反馈至主控系统；

所述时效系统通过扫频获得驱动主轴固有频率，自动确定最佳激振频率，根据检测获得的焊趾处残余应力平均值确定最佳振动时效激振力，对焊后驱动主轴进行均化和降低残余应力处理，时效完成后再次扫频获得其时效处理后固有频率，对其进行振动时效效果评价，判断是否需要补振处理；并将时效前和时效后固有频率数据反馈至主控系统；

所述检测整形系统利用激光扫描驱动主轴链轮端面跳动误差，并将跳动误差数据反馈至主控系统，主控系统自动根据跳动误差根据经验公式计算矫正量，同时检测整形系统根据跳动误差自动调整下一次的焊接速度参数，减小其焊接变形。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

结合附图1、2、3和4，一种扶梯驱动主轴智能制造系统，包括焊接系统，时效系统、检测整形系统；

所述焊接系统，即在环焊机上加装视觉系统，在焊接时实时检测焊缝正面的成形情况,通过熔深与焊缝间隙和熔宽之间关系的数学模型，计算获得焊接熔深的实时数据，再经模糊pid算法调整焊接电流实时控制熔深，焊接完成后通过x射线衍射仪对其环形焊接接头焊趾处做应力检测，获得其焊趾处一周平均残余应力值，并将其反馈至主控系统；

所述时效系统，即利用振动时效设备，通过扫频获得驱动主轴固有频率，自动确定最佳激振频率，根据检测获得的焊趾处残余应力平均值确定其最佳振动时效激振力，对焊后驱动主轴进行均化和降低残余应力处理，时效完成后再次扫频获得其时效处理后固有频率，对其进行振动时效效果评价，判断是否需要补振处理；并将时效前和时效后固有频率数据反馈至主控系统，优化和调整振动时效的工艺参数；

所述检测整形系统，利用激光扫描驱动主轴链轮端面跳动误差，并将跳动误差数据反馈至主控系统，主控系统自动根据跳动误差根据经验公式计算矫正量，同时系统根据跳动误差自动调整下一次的焊接速度参数，减小其焊机变形；液压系统根据计算得到的矫正量自动执行挤压矫正，整形完成后采用x射线衍射仪对其环形焊接接头焊趾一周进行应力检测，获得其残余应力平均值，并将其反馈至主控系统，对下一次的振动时效参数进行调整；

所述扶梯驱动主轴智能制造系统，即集成以上焊接、时效、检测整形系统，以环形焊接接头焊趾处一周平均残余应力，焊接变形及固有频率为关键检测和反馈信息，建立专家系统及其数据库，针对生产过程中各工序出现的不同干扰因素引起的加工误差，对其他工序进行实时的工艺调整，并记录在数据库，系统会根据数据库数据进行统计分析，作出以下调整：①根据上一次端面跳动误差的检测结果调整焊接速度参数，具体为当端面跳动m大于0.8时，焊接速度v调整为(0.4+m)rpm，最大值为1.5rpm；②根据焊接后获得的环形焊接接头焊趾处一周平均残余应力值σ(单位为mpa)，确定振动时效的激振力为(5+σ/10)kn；③根据时效前固有频率f1和时效后固有频率f2的差值(单位为hz)，判断其是否需要补振，如果差值小于5，则补振(5-f1+f2)min；④整形结束后第二次测得的环形焊接接头焊趾处一周平均残余应力σ2如果大于60mpa，则对下一次振动时效激振力在原有基础上再增加((σ2-60)/10)kn，如果σ2小于40mpa，则对下一次振动时效激振力在原有基础上再减少((40-σ2)/10)kn。

一种扶梯驱动主轴智能制造方法，即利用以上系统完成扶梯驱动主轴的焊接、时效、检测整形工艺，实现其智能制造。具体包括以下步骤：

s1.将驱动主轴和链轮安装至环焊机，将4个ccd摄像头正面分别对准4个即将焊接的部位；

s2.调整初始焊接参数第一道焊：焊接电压24.8v，焊接电流245a，焊接速度为(m+0.4)rpm，其中m上一次端面跳动误差的检测结果，第二道焊：焊接电压24.8v，焊接电流235a，焊接速度(m+0.4)rpm，第三道焊：焊接电压24.8v，焊接电流245a，焊接速度(m+0.4)rpm；总焊接高度a6；

s3.开始焊接，视觉系统开始实时检测焊缝熔宽，系统根据熔宽实时计算出焊接熔深，根据熔深偏差实时调整电流参数，第一道焊电流调整范围为235a～255a，第二道焊电流调整范围225a～245a，第三道焊电流调整范围为235a～255a；

s4.焊接完成，通过x射线衍射仪对其环形焊接接头焊趾处做应力检测，获得其焊趾处一周平均残余应力值σ，并将其反馈至主控系统，卸下扶梯驱动主轴，将扶梯驱动主轴移至振动时效平台并夹紧；

s5.开启扫频功能，获取其时效前固有频率，并将其发送至主控系统，取其固有频率的3/5为振动时效最佳振动频率，这里最佳振动频率的优选值为6300～6600rpm，即105hz～110hz，设定激振力(5+σ/10)kn，其中，σ为焊趾处一周平均残余应力值；

s6.开启振动时效，5分钟后结束振动；

s7.再次开启扫频功能，获取其时效处理后的固有频率，振动时效系统将时效后的固有频率发送至主控系统，如果时效前固有频率f1与时效后固有频率f2差值小于5，则补振(5-f1+f2)min，卸下扶梯驱动主轴；

s8.将扶梯驱动主轴安装至自动检测整形装置，检测装置通过激光扫描获取扶梯驱动主轴链轮端面的跳动误差m，将其反馈至主控系统，主控系统通过矫正量经验公式计算矫正量对端面进行挤压矫正；

s9.矫正完成后，激光扫描获取其端面跳动误差，判断其是否满足精度要求，如满足要求，进行下一道工序，如不满足要求，检测整形系统将重新对端面误差进行测量，并重新计算矫正量，液压缸对端面实行挤压矫正；

s10.重复s9，直至其端面跳动误差满足精度要求；

s11.再次对驱动主轴环形焊接接头焊趾处进行应力检测，获得其一周平均残余应力值σ2，将其发送至主控系统，如果σ2大于60mpa，则对下一次振动时效激振力在原有基础上再增加((σ2-60)/10)kn，如果σ2小于40mpa，则对下一次振动时效激振力在原有基础上再减少((40-σ2)/10)kn；

s12.完成扶梯驱动主轴的智能制造。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。