一种铝合金车体接口的精准定位与深度检测装置及方法

技术领域

本发明涉及铝合金车体技术领域，尤其涉及一种铝合金车体接口的精准定位与深度检测装置及方法。

背景技术

随着铁路运输速度的提高，不仅要求铁路车体具有良好的空气动力学特性，而且要求所使用的车体自身重量轻，因此，多采用铝合金材料作为制作铁路车体的材料。铝合金材料具有强度高、重量轻、耐腐蚀、外观平整度好以及易于制造出符合空气动力学要求的复杂曲面的特点，由于铝合金车体材料在高度铁路车辆制造上具有其他材料不可比拟的特性，因此世界各国在铁路车辆生产中大量使用铝合金材料。

目前常见的轨道车辆铝合金车体，包括底架、车顶、侧墙和端墙，在铝合金车体的顶部和侧墙均设置锁紧装置，而锁紧装置在安装过程中，在不改变加工件的前提下需要对干涉位置进行切割，形成安装槽体，并在槽体内焊接连接板，将安装支架通过连接板设置在车体上，以便于锁紧装置通过安装支架安装在车体的顶部和侧墙的接口处。

然而槽体的位置一般是人工通过手工测绘定位，其定位精度不够，导致装配偏移量增大，而较大的偏移量不易后期调整，会使锁紧装置中锁钩在锁紧过程中出现不能完全锁紧的现象，从而造成接口处产生间隙，严重影响车体整体承受气动载荷的能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种铝合金车体接口的精准定位与深度检测装置及方法，有效解决背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种铝合金车体接口的精准定位与深度检测装置，包括：

激光标定组件，沿车体的长度方向可移动设置在车体内部，包括沿车体宽度方向位于同一垂直截面内的第一标定模块和第二标定模块，用于对车体顶壁和侧墙上所处接口位置的多个加工点位进行位置标定；

深度检测组件，设置在车体的端墙外侧，包括量块、第一工业摄像机和第二工业摄像机，所述量块设置在已切割的加工点位内，所述第一工业摄像机和所述第二工业摄像机分别与车体顶壁和侧墙上的待测加工点位一一对应设置，以对加工点位的深度进行检测；

其中，在所述深度检测组件上对应第一标定模块设有接触板，所述第一标定模块感应所述接触板的距离，以标定加工点位在车体长度方向的第一方向位置，所述第二标定模块用于标定加工点位在垂直截面内的第二方向位置。

进一步地，所述激光标定组件还包括底板、固定架和驱动组件；

所述底板固定在车体底架上，所述驱动组件设置在所述底板上，所述固定架设置在所述驱动组件上方；

所述驱动组件包括第一伺服电机、传动件和滑动件，所述传动件和所述滑动件沿车体长度方向平行设置，并固定在所述底板和所述固定架之间；

其中，所述第一标定模块设置在所述固定架的侧壁上，所述第二标定模块设置在所述固定架的顶部，所述第一伺服电机通过所述传动件驱动所述固定架沿车体长度方向往复移动。

进一步地，所述第一标定模块包括第一激光位移传感器；

所述第一激光位移传感器设置在所述固定架的侧壁上，其发射端朝向所述深度检测组件的方向并与所述接触板对应设置。

进一步地，所述传动件包括齿轮和齿条；

所述齿条固定在所述底板上，所述第一伺服电机垂直固定在所述固定架上，且向下伸出所述固定架的驱动杆端部连接所述齿轮，所述齿轮与所述齿条相啮合。

进一步地，在所述固定架的顶部设置有用于安装所述第二标定模块的调节支架，且所述调节支架朝向所述第二标定模块的一侧设有第一安装槽；

所述第二标定模块包括：

第二伺服电机，设置在所述固定架的容纳槽内，所述第二伺服电机的驱动杆与所述调节支架连接，用于驱动所述调节支架围绕第一转轴转动；

转动架，设置在所述第一安装槽内，并在所述转动架上方开设有第二安装槽；

第二激光位移传感器，设置在所述第二安装槽内；

步进电机，设置在所述调节支架的一侧，用于驱动所述转动架围绕第二转轴转动，且所述第一转轴与所述第二转轴垂直设置。

进一步地，所述第二标定模块还包括齿轮传动组，包括第一驱动齿轮和第二传动齿轮；

所述第二传动齿轮设置在所述转动架的一端部转轴伸出所述调节支架侧壁的轴段上，所述第一驱动齿轮设置在所述步进电机的驱动端，且所述第一驱动齿轮与所述第二传动齿轮相啮合。

进一步地，所述深度检测组件还包括：

安装框架，包括底座、顶梁及设置在所述底座和所述顶梁之间的两支柱；

第一调整组件，设置在所述安装框架的顶梁上，以使所述第一工业摄像机沿截面方向水平移动，对车体顶部的加工点位深度进行检测；

第二调整组件，设置在所述安装框架的一支柱上，以使所述第二工业摄像机沿垂直方向移动，对车体侧墙的加工点位深度进行检测。

进一步地，所述第一调整组件和所述第二调整组件均包括线性驱动件和传感器支架；

所述线性驱动件包括第三伺服电机和滚珠丝杆，所述传感器支架设置在所述滚珠丝杆上，所述第三伺服电机驱动所述传感器支架沿所述滚珠丝杆的轴线方向往复移动；

其中，在平行于所述传感器支架的滑动方向设有导向组件，所述导向组件固定设置在所述安装框架上，所述传感器支架设置在所述导向组件上。

进一步地，所述传感器支架包括第一连接支架和第二连接支架；

所述第一连接支架和所述第二连接支架平行于传动方向的两侧边相对延伸出两个第一边沿和两个第二边沿，两个所述第一边沿设置在两个所述第二边沿之间，形成容纳所述滚珠丝杆上螺母的腔体；

且在所述第一连接支架的端部向上延伸出第一安装沿，所述螺母固定在所述第一安装沿上；

所述第二连接支架靠近车体一侧的所述第二边沿向上延伸出第二安装沿，所述第一工业摄像机/或所述第二工业摄像机设置在所述第二安装沿上。

本发明还提供了一种铝合金车体接口的精准定位与深度检测方法，采用所述的铝合金车体接口的精准定位与深度检测装置，包括以下步骤：

将激光标定组件设置在车体内部，深度检测组件设置在车体一端的端墙外侧，并沿车体的长度方向使接触板与第一标定模块对齐设置；

根据图纸获得加工点位的距离参数和角度参数，通过第一标定模块感应接触板的距离，依据距离参数来调整激光标定组件在车体内的位置，以标定加工点位在车体长度方向上的第一方向位置，再依据角度参数使第二标定模块对位于车体顶壁和侧墙上的加工点位进行第二方向位置的精准标定；

在精准标定加工点位后，用相应的切割装置将加工点位处多余的部分切掉；

最后，在切割完成后的点位处放置相应的量块，并通过第一工业摄像机和第二工业相机对加工点位进行图像采集，通过判断量块凸出距离来判断切割部位的深度是否符合安装要求，若检测出深度符合，则继续对下一加工点位进行精准标定，否则切割位置进行继续打磨，直至检测合格为止。

本发明的有益效果为：本发明通过第一标定模块和第二标定模块的设置，能够精准确定车体顶壁和侧墙位于接口处的加工点位，有效减少了安装调试时间，提高了现场装配效率，并通过深度检测装置对切割后加工点位的深度进行检测，保证了各加工点位内支架的安装定位精度，有效避免接口处拼接间隙过大，并保证了拼缝外表面的平整，进一步保证了车体整体承受气动载荷的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中铝合金车体接口的精准定位与深度检测装置的结构示意图；

图2为图1的A处局部放大图；

图3为图1的B处局部放大图；

图4为本发明实施例中第一激光位移传感器在第一方向位置的检测示意图；

图5为本发明实施例中第二激光位移传感器在第二方向位置的检测示意图；

图6为本发明实施例中量块的放置示意图；

图7为本发明实施例中激光标定组件的结构示意图；

图8为本发明实施例中深度检测组件的结构示意图；

图9为本发明实施例中第一调整组件的结构示意图。

附图标记：10、激光标定组件；11、第一标定模块；111、第一激光位移传感器；12a、第一转轴；12b、第二转轴；12、第二标定模块；121、第二伺服电机；122、转动架；123、第二激光位移传感器；124、步进电机；125、齿轮传动组；13、底板；14、固定架；15、驱动组件；151、第一伺服电机；152、传动件；153、滑动件；16、调节支架；20、深度检测组件；21、量块；22、第一工业摄像机；23、第二工业摄像机；24、接触板；25、安装框架；26、第一调整组件；27、第二调整组件；261、线性驱动件；262、传感器支架；262a、第一连接支架；262b、第二连接支架；263、导向组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图9所示的铝合金车体接口的精准定位与深度检测装置，包括：激光标定组件10和深度检测组件20；

激光标定组件10沿车体的长度方向可移动设置在车体内部，包括沿车体宽度方向位于同一垂直截面内的第一标定模块11和第二标定模块12，用于对车体顶壁和侧墙上所处接口位置的多个加工点位进行位置标定；

深度检测组件20设置在车体的端墙外侧，包括量块21、第一工业摄像机22和第二工业摄像机23，量块21设置在已切割的加工点位内，第一工业摄像机22和第二工业摄像机23分别与车体顶壁和侧墙上的待测加工点位一一对应设置，以对加工点位的深度进行检测；

其中，在深度检测组件20上对应第一标定模块11设有接触板24，第一标定模块11感应接触板24的距离，以标定加工点位在车体长度方向的第一方向位置，第二标定模块12用于标定加工点位在垂直截面内的第二方向位置。其中第一方向位置是指沿车体长度方向的距离位置，第二方向位置是指车体宽度方向所在截面内的角度位置。

本发明优选实施例的具体实施过程为：首先根据图纸上加工点位的距离位置参数，使第一标定模块11沿车体长度方向移动，通过感应接触杆的相对距离，从而对加工点位的第一方向位置进行距离标定，其次在加工点位所在第一方向位置标定完成后，第二标定模块12根据图纸上加工点位所在角度位置参数，使第二标定模块12转动相应角度，以对所在第一方向位置内所处同一截面的车体顶壁和侧墙上存在的多个加工点位进行第二方向位置的角度标定，最后对精准标定后加工点位进行切割，并将量块21放进切割后的槽内，再通过第一工业摄像机22和第二工业摄像机23对量块21凸出部分进行图像采集，以检测加工点位的深度是否符合要求，若深度不符合要求，则继续进行打磨，直至检测合格为止，若深度符合要求，则继续对下一加工点位进行位置标定。本发明通过第一标定模块11和第二标定模块12的设置，能够精准确定车体顶壁和侧墙位于接口处的加工点位，有效减少了安装调试时间，提高了现场装配效率，并通过深度检测装置对切割后加工点位的深度进行检测，保证了各加工点位内支架的安装定位精度，有效避免接口处拼接间隙过大，并保证了拼缝外表面的平整，进一步保证了车体整体承受气动载荷的能力。

本发明优选实施例中，激光标定组件10还包括底板13、固定架14和驱动组件15；底板13固定在车体底架上，驱动组件15设置在底板13上，固定架14设置在驱动组件15上方；驱动组件15包括第一伺服电机151、传动件152和滑动件153，传动件152和滑动件153沿车体长度方向平行设置并固定在底板13和固定架14之间；其中，第一标定模块11设置在固定架14的侧壁上，第二标定模块12设置在固定架14的顶部，第一伺服电机151通过传动件152驱动固定架14沿车体长度方向往复移动。

优选地，滑动件153采用导轨滑块结构，对移动的固定架14起到稳定导向作用，并在激光标定组件10安装至车体底架时，将底板13和滑动件153与导轨采用等长设置，并沿车体长度方向分为多段固定，使其在安装之前能够实现预组装，节省了现场组装时间，提高了安装效率。

作为上述实施例的优选，第一标定模块11包括第一激光位移传感器111；第一激光位移传感器111设置在固定架14的侧壁上，其发射端朝向深度检测组件20的方向并与接触板24对应设置，使光点投射在接触板24上，以测量加工点位移动距离。

其中第一激光位移传感器111在标定第一方向位置的具体步骤为：根据图纸上加工点位的位置参数L，将位置参数L传递给第一标定模块11，参照第一激光位移传感器111对接触板24的测距，第一伺服电机151通过传动件152控制固定架14运动至所需的点位，而在确定第一个点位后，剩余点位的移动距离都是参照第一个点位的位置来实现定位，通过设定同一定位基准点，能够避免激光测量时各点位之间出现的累计定位误差，保证了各点位的位置精准度。

本发明中检测装置需要沿车体长度方向实现长距离直线传输，考虑跨距因素，因此，传动件包括齿轮和齿条；齿条固定在底板13上，第一伺服电机151垂直固定在固定架14上，且向下伸出固定架14的驱动杆端部连接齿轮，齿轮与齿条相啮合，采用齿条结构，便于齿条无限接长，且实现高速运转同时不影响齿条精度，有效保证传动的稳定性和精度。

本发明优选实施例中，在固定架14的顶部设置有用于安装第二标定模块12的调节支架16，且调节支架16朝向第二标定模块12的一侧设有第一安装槽；第二标定模块12包括第二伺服电机121、转动架122、第二激光位移传感器123和步进电机124，第二伺服电机121设置在固定架14的容纳槽内，第二伺服电机121的驱动杆与调节支架16连接，用于驱动调节支架16围绕第一转轴12a转动，转动架122设置在第一安装槽内，并在转动架122上方开设有第二安装槽，第二激光位移传感器123设置在第二安装槽内；步进电机124设置在调节支架16的一侧，用于驱动转动架122围绕第二转轴12b转动，且第一转轴12a与第二转轴12b垂直设置。

通过第二激光位移传感器123对每个位置所对应的切口点位进行详细标定，具体地，步进电机124接收点位的角度参数α后，通过转动架122带动第二激光位移传感器123进行角度旋转，旋转至对应的角度参数α，其激光测距打出的激光点可以精准定位车体顶壁和侧墙上的加工点位，并对该加工点位进行标定加工，采用相应的切割装置将多余的部分切掉，以便于车体接口处安装支架的定位安装。

作为上述实施例的优选，第二标定模块12还包括齿轮传动组125，包括第一驱动齿轮和第二传动齿轮；第二传动齿轮设置在转动架122的一端部转轴伸出调节支架16侧壁的轴段上，第一驱动齿轮设置在步进电机124的驱动端，且第一驱动齿轮与第二传动齿轮相啮合，保证了转动角度的精准度。

本发明优选实施例中，深度检测组件20包括：安装框架25、第一调整组件26和第二调整组件27；安装框架25包括底座、顶梁及设置在底座和顶梁之间的两支柱；第一调整组件26设置在安装框架25的顶梁上，以使第一工业摄像机22沿截面方向水平移动，对车体顶部的加工点位深度进行检测；第二调整组件27设置在安装框架25的一支柱上，以使第二工业摄像机23沿垂直方向移动，对车体侧墙的加工点位深度进行检测。

具体地，第一调整组件26和第二调整组件27均包括线性驱动件261和传感器支架262；线性驱动件261包括第三伺服电机和滚珠丝杆，传感器支架262设置在滚珠丝杆上，第三伺服电机驱动传感器支架262沿滚珠丝杆的轴线方向往复移动；其中，在平行于传感器支架262的滑动方向设有导向组件263，导向组件263固定设置在安装框架25上，传感器支架262设置在导向组件263上，导向组件263采用导轨滑块结构，以避免传感器支架262在传动过程中出现角度偏移，有效保证了图像采集的精准度，提高了检测精度。

在上述实施例基础上，传感器支架262包括第一连接支架262a和第二连接支架262b；第一连接支架262a和第二连接支架262b平行于传动方向的两侧边相对延伸出两个第一边沿和两个第二边沿，两个第一边沿设置在两个第二边沿之间，形成容纳滚珠丝杆上螺母的腔体；且在第一连接支架262a的端部向上延伸出第一安装沿，螺母固定在第一安装沿上；第二连接支架262b靠近车体一侧的第二边沿向上延伸出第二安装沿，第一工业摄像机22/或第二工业摄像机23设置在第二安装沿上。

本发明还提供了一种铝合金车体接口的精准定位与深度检测方法，采用铝合金车体接口的精准定位与深度检测装置，包括以下步骤：

将激光标定组件10设置在车体内部，深度检测组件20设置在车体一端的端墙外侧，并沿车体的长度方向使接触板24与第一标定模块11对齐设置；

根据图纸获得加工点位的距离参数和角度参数，通过第一标定模块11感应接触板24的距离，依据距离参数来调整激光标定组件10在车体内的位置，以标定加工点位在车体长度方向上的第一方向位置，再依据角度参数使第二标定模块12对位于车体顶壁和侧墙上的加工点位进行第二方向位置的精准标定；

在精准标定加工点位后，用相应的切割装置将加工点位处多余的部分切掉；

最后，在切割完成后的点位处放置相应的量块21，并通过第一工业摄像机22和第二工业相机对加工点位进行图像采集，通过判断量块21凸出距离来判断切割部位的深度是否符合安装要求，若检测出深度符合，则继续对下一加工点位进行精准标定，否则切割位置进行继续打磨，直至检测合格为止。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。