一种铁路钩舌智能修复专机的制作方法

本发明涉及专机技术领域，具体是涉及一种铁路钩舌智能修复专机。

背景技术：

近年来，铁路经历了六次大提速，随着“高铁走出去”的战略的推出，高铁事业可谓迅猛发展，在国际上取得了不菲的成绩，而提速后如何使列车更加安全高速地运行，政府和铁路部门高度重视，同时，各部件的维修量极具增加，也成为需要面临的问题。铁路车辆提速引发的问题已经越来越多，列车上磨损部位出现了磨损过快的问题，尤其是车厢之间的挂钩钩舌、制动梁等活动部位，由于磨损过快，容易造成列车脱钩、刹车失灵，甚至脱轨等重大事故。

钩舌是列车安全运行的关键部位之一，为了降低成本，大部分钩舌的使用不是一次性的，在磨损部位需要进行焊接修复。

目前，铁路列车易损件的修复大部分采用手动的方式，效率低，质量差，已经不能够满足铁路列车提速的发展需求，而且，采用手工修复，质量控制完全由工人的经验决定，需要的劳动力成本居高不下。

现有专利00226356.4公开了一种铁路钩舌带极自动埋弧焊机机头，解决了带极埋弧堆焊机头在狭小空间内焊接的技术难题，使带极埋弧堆焊技术得以在铁路车钩钩舌堆焊修理中应用，但由于采用的焊丝直径粗，热输入量大，导致焊接后的机械加工余量大，浪费焊材、 工人和工时，并且，不能精确控制堆焊层厚度和堆焊的位置，导致焊后需要手工修补没有焊接到的位置，影响焊接质量，焊后要用无齿锯切开成单个钩舌，切割时噪音和灰尘弥漫整个车间，严重的环境污染。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种钩舌的“s”面、冲击台和拉伸台的结合焊接修复、铣削成型为一体的铁路钩舌智能修复专机。

本发明具体技术方案如下：

本发明的铁路钩舌智能修复专机，包括底座、立柱、滑轨、钩舌定位架、焊接组件、铣削组件和控制系统，所述滑轨通过立柱安装在底座上，所述钩舌定位架设置在底座下部，所述钩舌定位架设置在底座下部，并从底座上穿装而出用于钩舌的固定，

所述焊接组件包括焊枪、结构光传感器和焊枪调节机构，所述结构光传感器设置在焊枪上，所述焊枪调节机构包括电动微调机构、第一横梁、第一十字滑架以及第一驱动电机，所述第一十字滑架通过第一横梁安装在所述滑轨上，所述焊枪通过电动微调机构安装在第一十字滑架上，并通过第一驱动电机的驱动实现上下、左右和前后的运动，

所述铣削组件包括铣削机头和铣削调节机构，所述铣削调节机构包括第二横梁、第二十字滑架以及第二驱动电机，所述第二十字滑架通过第二横梁安装在所述滑轨上，并通过第二驱动电机的驱动实现上下、左右和前后的运动；所述控制系统分别与焊接组件和铣削组件相连。

作为本发明的进一步改进，所述钩舌定位架上设置有若干钩舌定位销，所述底座具有容纳所述钩舌定位销穿过的安装孔，且在安装孔 上方设置有与钩舌定位销配合的钩舌衬垫，所述钩舌衬垫一侧设置有顶丝。

作为本发明的进一步改进，所述焊接组件还包括自动送丝机、等离子电源和送粉系统，所述自动送丝机安装在滑轨上。

作为本发明的进一步改进，所述焊接组件和铣削组件还分别包括上落料机构，所述上落料机构包括传送带和上落料机械手，所述传送带设置在底座一侧，所述上落料机械手设置在底座上，可用于转运传送带和钩舌定位架上的钩舌。

作为本发明的进一步改进，所述控制系统由控制柜、操作盒和四轴伺服电机组成。

作为本发明的进一步改进，所述控制柜包括PLC和人机界面，所述PLC上设有两个控制卡，分别用于控制第一驱动电机和第二驱动电机的运动，以及两个上落料机构。

作为本发明的进一步改进，所述PLC内设有：

信号输出模块：用于接收结构光传感器检测的钩舌缺损表面的三维几何信息，并传输给比较模块；

比较模块：将接收的三维几何信息与PLC内存储的钩舌标准三维几何信息进行比较，并将比较结果发送给判断模块；

判断模块：根据接收的比较结果判断钩舌的缺损部位，并将缺损部位的三维几何信息发送给建模模块；

建模模块：根据接收的缺损部位的三维几何信息，建立钩舌缺损曲面的三维模型，并发送给模型比较模块；

模型比较模块：将接收的钩舌缺损曲面的三维模型于PLC存储的原始模型进行比较，建立缺损模型，并将缺损模型发送给分层模块；

分层模块：对接收的缺损模型进行分层切片处理，形成层片轮廓，将发送给堆积模块；

堆积模块：对接收的层片轮廓进行等离子焊接再制造的路径规划和焊接参数规划，形成焊接再制造路径和焊接参数，并将焊接再制造路径和焊接参数发送给焊接组件。

本发明所提供的铁路钩舌智能修复专机，实用性强、智能化程度高、效率高，集焊接修复、铣削成形于一身，省掉焊接修复完成后，还要再到下一道工序钩舌仿型铣钩舌专用铣床上加工的工序，使焊好的工件能够连续修复过程，一次成型，满足焊接钩舌的“S”面、冲击台和拉伸台更加光洁平滑，加工余量极小，节省材料和人力，节约焊材70％以上，降低了维修成本，实现了铁路车辆钩舌捡测与再制造，并大大提高了钩舌修复的柔性化与智能化水平。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为实施例1的铁路钩舌智能修复专机的结构示意图；

图2为实施例2的钩舌定位架的结构示意图；

图3为实施例2的铁路钩舌智能修复专机的结构示意图；

图4为实施例3所述的上落料机构的结构示意图；

图5为实施例3的铁路钩舌智能修复专机的结构示意图；

图6为实施例4所述的控制系统的PLC的流程图；

其中：1、底座，2、立柱，3、滑轨，4、钩舌定位架，5、焊接组件，6、铣削组件，7、上落料机构，9、PLC，41、钩舌定位销，42、钩舌衬垫，43、顶丝，51、焊枪，52、结构光传感器，53、焊枪调节机构，61、铣削机头，62、铣削调节机构，71、传送带，72、上落料机械手，531、电动微调机构，532、第一横梁，533、第一十字滑架，534、第一驱动电机，621、第二横梁，622、第二十字滑架，623、第二驱动电机，91、信号输出模块，92、比较模块，93、判断模块，94、建模模块，95、模型比较模，96、分层模块，97、堆积模块。

具体实施方式

实施例1

本发明提供一种铁路钩舌智能修复专机，如图1所示，该铁路钩舌智能修复专机，包括底座1、立柱2、滑轨3、钩舌定位架4、焊接组件5、铣削组件6和控制系统，滑轨3通过立柱2安装在底座1上，钩舌定位架4设置在底座1下部，钩舌定位架4设置在底座1下部，并从底座1上穿装而出用于钩舌的固定，；

焊接组件5包括焊枪51、结构光传感器52和焊枪调节机构53，结构光传感器52设置在焊枪51上，焊枪调节机构53包括电动微调机构531、第一横梁532、第一十字滑架533以及第一驱动电机534，第一十字滑架533通过第一横梁532安装在滑轨3上，焊枪51通过电动微调机构531安装在第一十字滑架533上，并通过第一驱动电机534的驱动实现上下、左右和前后的运动；

铣削组件6包括铣削机头61和铣削调节机构62，铣削调节机构62包括第二横梁621、第二十字滑架622以及第二驱动电机623，第二十字滑架622通过第二横梁621安装在滑轨3上，并通过第二驱动电 机623的驱动实现上下、左右和前后的运动；控制系统分别与焊接组件5和铣削组件6相连。

其中，控制系统的第一信号输出端与焊枪51的信号输入端相连接以调节焊枪51的电弧电压，其第二信号输出端与焊枪调节机构53的信号输入端相连接以调节焊枪51的空间位置，其第三信号输出端与铣削机头61的信号输入端相连接以调节铣削机头61的转速，其第四信号输出端与铣削调节机构62的信号输入端相连接以调节铣削机头61的空间位置，结构光传感器52的信号输出端连接在控制系统7的信号输入端上以传递获取的钩舌缺损表面的三维几何信息。

本发明的铁路钩舌智能修复专机，实用性强、智能化程度高、效率高，集焊接修复、铣削成形于一身，钩舌加工余量很小，表面很光滑，节约焊材70％以上。

实施例2

本发明提供一种铁路钩舌智能修复专机，该铁路钩舌智能修复专机与实施例1不同的是，如图2至图3所示，钩舌定位架4上设置有若干钩舌定位销41，底座1具有容纳钩舌定位销41穿过的安装孔，且在安装孔上方设置有与钩舌定位销41配合的钩舌衬垫42，钩舌衬垫42一侧设置有顶丝43。

实施例3

本发明提供一种铁路钩舌智能修复专机，该铁路钩舌智能修复专机与实施例2不同的是，焊接组件5还包括自动送丝机、等离子电源和送粉系统，自动送丝机安装在滑轨3上。

如图4至图5所示，焊接组件5和铣削组件6还分别包括上落料机构7，上落料机构7包括传送带71和上落料机械手72，传送带71 设置在底座1一侧，上落料机械手72设置在底座1上，可用于转运传送带71和钩舌定位架4上的钩舌。

实施例4

本发明提供一种铁路钩舌智能修复专机，该铁路钩舌智能修复专机与实施例3不同的是，如图6所示，控制系统由控制柜、操作盒和四轴伺服电机组成,控制柜包括PLC9和人机界面，PLC9上设有两个控制卡，分别用于控制第一驱动电机和第二驱动电机的运动，以及两个上落料机构7。其中，PLC9内设有：

信号输出模块91：用于接收结构光传感器52检测的钩舌缺损表面的三维几何信息，并传输给比较模块92；

比较模块92：将接收的三维几何信息与PLC9内存储的钩舌标准三维几何信息进行比较，并将比较结果发送给判断模块93；

判断模块93：根据接收的比较结果判断钩舌的缺损部位，并将缺损部位的三维几何信息发送给建模模块94；

建模模块94：根据接收的缺损部位的三维几何信息，建立钩舌缺损曲面的三维模型，并发送给模型比较模块95；

模型比较模块95：将接收的钩舌缺损曲面的三维模型于PLC存储的原始模型进行比较，建立缺损模型，并将缺损模型发送给分层模块96；

分层模块96：对接收的缺损模型进行分层切片处理，形成层片轮廓，将发送给堆积模块97；

堆积模块97：对接收的层片轮廓进行等离子焊接再制造的路径规划和焊接参数规划，形成焊接再制造路径和焊接参数，并将焊接再制造路径和焊接参数发送给焊接组件5。

其中，传感器采用两个，分别通过模拟和数字IO口进入到PLC中。

本发明的铁路钩舌智能修复专机的焊接修复的设计思路如下：

首先利用上落料机构将沉重的钩舌放置在装有钩舌定位架的水平底座上，根据铁路车厢钩舌修复工艺的顺序排列，首先要完成焊接专机电弧熔覆任务规划软件系统的设计，即在钩舌“S”面焊接工作区内通过编制的软件数据库命令生成初始状态到目标状态的焊接专机动作序列，可达的焊枪运动轨迹和最佳的焊枪姿态，以及与之相匹配的焊接参数和控制程序，从而实现对焊接规划过程的自动仿真与优化。

焊接修复的任务规划可归结为焊接专机领域的问题求解技术、包含路径规划和参数规划两部分，路径规划的涵义主要是指人工智能末端焊枪轨迹的规划。焊枪轨迹的生成是将钩舌“S”面的一条焊缝的焊接任务进行划分后，得到的一个关于焊枪运动的子任务，可用焊枪轨迹序列{Pi}(i＝1,2,3,n)来表示。通过选择和调正人工智能稳中有降运动关节，得到一组合适的相容关节解序列J＝{A1,A2,A3}，在满足关节空间的限制和约束条件下提高人工智能的空间可达性和走动平稳性，完成焊缝上“S”型焊道的焊枪轨迹序列。

铁路钩舌焊接电弧参数规划主要是指对焊接工艺过程中各种质量控制参数的设计与确定。本发明的铁路钩舌智能修复专机建立的参数规划模型结构是基于神经网络、模糊推理，以及专家系统等理论上。根据该模型的结构和输入输出关系，由预先获取的焊缝特征点数据可以生成参数规划模型所要求的输入参数和目标参数，通过软件数据库命令规划器后，即可得到施焊时相应的焊接规范参数。

本发明的铁路钩舌智能修复专机的焊枪的姿态和焊接参数的紧密结合，对钩舌焊修质量是致关重要的。一方面在人工智能路径规划中的焊枪姿态决定了施焊时的行走角和工作角、人工智能末端执行器及 摆动器的运动速度也决定了焊接速度，而行走角，工作角，焊接速度等都是焊接参数的重要内容；另一方面，从焊接工艺和焊接质量控制角度来讲，焊接速度，焊枪行走角度参数的调正，必须在人工智能运动路径规划中得以实现。

根据对被焊钩舌的感知，焊接规划及焊缝信息的传感，焊接专机电弧熔覆智能化系统就能实现对各种复杂空间曲线焊缝的实时跟踪控制。钩舌“S”立柱面的焊接修复就是在这种智能化跟踪系统下完成的。

本发明的铁路钩舌智能修复专机设计安装了焊接动态过程实时智能控制器。焊接工艺动态过程是一个受多种因素影响的复杂过程，尤其是在弧焊动态过程中对焊接熔池尺寸(即熔宽、熔深、熔透及成型等焊接质量)的实时控制，是人工智能电弧熔覆系统的关键核心技术。

本发明的铁路钩舌智能修复专机将前述模糊逻辑、人工神经网络、专家推理等人工智能技术综合起来并通过软件数据库指令运用于人工智能系统焊接动态过程控制器的设计中。

本发明的铁路钩舌智能修复专机将焊接任务规划、各种传感系统、人工智能轨迹控制以及焊接动态过程，质量智能控制器组成的复杂系统，经相应的系统优化设计结构与系统管理技术于一身，构成了本发明的铁路钩舌智能修复专机。

以上实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。