一種鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置及跟蹤定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置及跟蹤定位方法，鋼鋁復(fù)合接觸軌由一工字型導(dǎo)軌基材和一U型導(dǎo)軌蓋板鉚接組成，其包括鉚合結(jié)構(gòu)體、鉚合模具沖頭、視覺傳感器和主控制器。鉚合結(jié)構(gòu)體移動設(shè)置在鋼鋁復(fù)合接觸軌上；鉚合模具沖頭連接在鉚合結(jié)構(gòu)體的兩側(cè)，將工字型導(dǎo)軌基材和U型導(dǎo)軌蓋板在沖孔處相鉚接；視覺傳感器連接在鉚合結(jié)構(gòu)體的端部；主控制器，分別與視覺傳感器、鉚合結(jié)構(gòu)體和鉚合模具沖頭電連接，主控制器根據(jù)視覺傳感器識別到的壓痕的位置調(diào)整鉚合結(jié)構(gòu)體的位置以使鉚合模具沖頭的軸線與沖孔的軸線重合。本發(fā)明的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置及跟蹤定位方法，使鋼鋁復(fù)合接觸軌精確鉚合加工，作業(yè)速度快，產(chǎn)品合格率高。
【專利說明】一種鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置及跟蹤定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種跟蹤定位裝置及方法，特別是應(yīng)用于鋼鋁復(fù)合接觸軌的復(fù)合鉚合生產(chǎn)領(lǐng)域的跟蹤定位裝置及跟蹤定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在機械加工制造行業(yè)，鋼鋁復(fù)合接觸軌是一種新興的軌道材料。九十年代廣泛應(yīng)用以來，世界上已建成鋼鋁復(fù)合接觸軌運營線路1000多公里，遍布?xì)W洲、美洲、亞洲。鋼鋁復(fù)合接觸軌以傳輸電流大，重量輕，安裝方便而得到廣泛應(yīng)用，近幾年我國地鐵或城鐵也開始采用鋼鋁復(fù)合接觸軌。鋼鋁復(fù)合接觸軌由輕質(zhì)的導(dǎo)電鋁軌本體和非常耐磨的不銹鋼接觸面構(gòu)成。軌身由高強度耐腐蝕鋁合金擠壓而成。接觸面是連續(xù)的6mm厚的不銹鋼帶。不銹鋼帶同導(dǎo)電鋁軌機械復(fù)合，以確保它們之間的金屬結(jié)合，從而保證鋁和不銹鋼帶間的較小的接觸電阻。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用U型導(dǎo)軌蓋板的壓痕確認(rèn)工字型導(dǎo)軌蓋板的沖孔的位置，然后，通過驅(qū)動鉚合結(jié)構(gòu)體沿著鋼鋁復(fù)合接觸軌移動，使鉚合模具沖頭的各個沖頭的軸線與U型導(dǎo)軌蓋板的各個沖孔的軸線相互重合，然后完成隨后的鉚合加工。本發(fā)明的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，使鋼鋁復(fù)合接觸軌精確鉚合加工，作業(yè)速度快，產(chǎn)品合格率高。
[0004]本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠快速精確使鋼鋁復(fù)合接觸軌鉚合加工的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的提供一種鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，所述鋼鋁復(fù)合接觸軌由一工字型導(dǎo)軌基材和一 U型導(dǎo)軌蓋板鉚接組成，其中，所述U型導(dǎo)軌蓋板倒U字型連接在所述工字型導(dǎo)軌基材的頂部，所述U型導(dǎo)軌蓋板包括多個壓痕和與所述壓痕——對應(yīng)的多個沖孔，其中，還包括:
[0006]鉚合結(jié)構(gòu)體，移動設(shè)置在所述鋼鋁復(fù)合接觸軌上；
[0007]鉚合模具沖頭，連接在所述鉚合結(jié)構(gòu)體的兩側(cè)，將所述工字型導(dǎo)軌基材和所述U型導(dǎo)軌蓋板在所述沖孔處相鉚接；
[0008]視覺傳感器，連接在所述鉚合結(jié)構(gòu)體的端部；以及
[0009]主控制器，分別與所述視覺傳感器、所述鉚合結(jié)構(gòu)體和所述鉚合模具沖頭電連接，所述主控制器根據(jù)所述視覺傳感器識別到的所述壓痕的位置調(diào)整所述鉚合結(jié)構(gòu)體的位置以使所述鉚合模具沖頭的軸線與所述沖孔的軸線重合。
[0010]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其中，所述視覺傳感器具有視野中心線，所述視野中心線與所述鉚合模具沖頭的中心線的距離是相鄰二所述壓痕間距的整數(shù)倍。
[0011]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其中，所述整數(shù)為I至100中的任一整數(shù)。
[0012]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其中，所述視覺傳感器為兩個，分別連接在所述鉚合結(jié)構(gòu)體的兩端部。
[0013]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其中，所述視覺傳感器具有鏡頭軸線，所述鏡頭軸線垂直于或傾斜于所述U型導(dǎo)軌蓋板的頂面，傾斜時傾斜角度范圍為正負(fù)90度。
[0014]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其中，所述主控制器與所述視覺傳感器通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線或模擬量數(shù)據(jù)傳輸線相連接。
[0015]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其中，所述工字型導(dǎo)軌基材是鋁制件，所述U型導(dǎo)軌蓋板是鋼制件。
[0016]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其中，所述視覺傳感器的底端與所述U型導(dǎo)軌蓋板的頂面的距離為0.01米至2米。
[0017]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其中，所述主控制器包括:
[0018]用于接收所述視覺傳感器測量得到的所述視野中心線與所述壓痕的中心線的距離值L2的信號接收單元；
[0019]用于存儲距離值L2的存儲單元；
[0020]用于根據(jù)距離值L2計算出所述鉚合結(jié)構(gòu)體和輸送鉚合模具沖頭與所述沖孔的偏差值L3，然后，根據(jù)現(xiàn)在的所述鉚合結(jié)構(gòu)體和所述鉚合模具沖頭的現(xiàn)有位置值加上偏差值L3，從而計算出所述鉚合結(jié)構(gòu)體和所述鉚合模具沖頭下一步前進(jìn)的目標(biāo)值的信號計算單元;
[0021]用于輸出偏差值L3或者所述鉚合結(jié)構(gòu)體和所述鉚合模具沖頭需移動目標(biāo)值的信號輸出單兀；
[0022]用于控制一結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動所述鉚合結(jié)構(gòu)體和所述鉚合模具沖頭移動偏差值L3或移動至目標(biāo)值的誤差修正單元。
[0023]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其中，所述鉚合模具沖頭安裝在所述鉚合結(jié)構(gòu)體兩側(cè)的槽孔中。
[0024]本發(fā)明還提供一種鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其中，包括如下步驟:
[0025]S100，將一 U型導(dǎo)軌蓋板倒U字型連接在一工字型導(dǎo)軌基材的頂部，一鉚合模具沖頭連接在鉚合結(jié)構(gòu)體上，鉚合結(jié)構(gòu)體移動設(shè)置在U型導(dǎo)軌蓋板和工字型導(dǎo)軌基材形成的鋼鋁復(fù)合接觸軌上，其中，U型導(dǎo)軌蓋板具有多個壓痕以及與壓痕一一對應(yīng)的多個沖孔，工字型導(dǎo)軌基材覆蓋多個沖孔；
[0026]S200，將視覺傳感器連接在鉚合結(jié)構(gòu)體上，視覺傳感器識別U型導(dǎo)軌蓋板的頂面的壓痕的位置并傳輸給主控制器；
[0027]S300，主控制器根據(jù)視覺傳感器識別的壓痕的位置調(diào)整鉚合結(jié)構(gòu)體的位置使鉚合模具沖頭的軸線與沖孔的軸線重合；
[0028]S400，鉚合模具沖頭打出，將工字型導(dǎo)軌基材和U型導(dǎo)軌蓋板相鉚接。
[0029]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其中，所述步驟S200還包括如下步驟:
[0030]將視覺傳感器的視野中心線與鉚合模具沖頭的中心線的距離設(shè)置為相鄰二壓痕間距的整數(shù)倍。
[0031]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其中，在所述步驟S300中，包括如下步驟:
[0032]S310，接收視覺傳感器測量得到的視覺傳感器的視野中心線與壓痕的中心線的距尚值L2 ；[0033]S330，根據(jù)距離值L2計算出鉚合結(jié)構(gòu)體和輸送鉚合模具沖頭與沖孔的偏差值L3，然后，根據(jù)現(xiàn)在的鉚合結(jié)構(gòu)體和鉚合模具沖頭的現(xiàn)有位置值加上偏差值L3，從而計算出鉚合結(jié)構(gòu)體和鉚合模具沖頭下一步前進(jìn)的目標(biāo)值；
[0034]S350,根據(jù)所述偏差值L3或者所述目標(biāo)值調(diào)整所述鉚合結(jié)構(gòu)體和所述鉚合模具沖頭的位置以使鉚合模具沖頭的軸線與沖孔的軸線重合。
[0035]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其中，在所述步驟S300中，于所述步驟S310與步驟S330之間具有如下步驟:
[0036]S320，存儲距離值L2。
[0037]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其中，在所述步驟S300中，于所述步驟S330與步驟S350之間具有如下步驟:
[0038]S340，輸出偏差值L3或者目標(biāo)值至一結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)。
[0039]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其中，所述步驟S200還包括如下步驟:
[0040]將兩個視覺傳感器分別設(shè)置在鉚合結(jié)構(gòu)體的兩端，共同對壓痕位置進(jìn)行測量。
[0041 ] 上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其中，所述步驟S320和所述步驟S330之間還包括步驟S325:
[0042]判斷兩個視覺傳感器回傳的壓痕位置數(shù)據(jù)是否為零，如果其中一只視覺傳感器回傳的壓痕位置數(shù)據(jù)為零，主控制器自動切換相關(guān)信號，采用另外一只視覺傳感器的上傳的非零值數(shù)據(jù)；如果兩只視覺傳感器的上傳數(shù)據(jù)皆為零值，系統(tǒng)暫停加工，發(fā)出聲光報警。
[0043]上述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其中，在所述步驟S350中，包括有如下步驟:
[0044]控制鉚合結(jié)構(gòu)體和鉚合模具沖頭在鉚合加工過程中沿一個方向移動。
[0045]本發(fā)明的有益功效在于，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中加工誤差等因素對鉚合定位精度的影響。通常鋼鋁復(fù)合接觸軌的長度為16M，即16000mm，U型導(dǎo)軌蓋板的壓痕間距為18mm左右。16M長的鋼鋁復(fù)合接觸軌共有壓痕16000/18個(大約889個)，U型導(dǎo)軌蓋板的壓痕及其沖孔在加工中會產(chǎn)生間距誤差，假如單個間距誤差為0.1mm和0.01mm，逐步累計到第889個壓痕和沖孔時,貝U累計誤差分別為88.9mm和8.89mm,可以看到，即使按照最小的加工誤差計算，誤差累計到最后一個壓痕和沖孔時，鉚合模具沖頭的軸線和U型導(dǎo)軌蓋板的壓痕和沖孔軸線偏差了將近8.89mm,而沖頭的直徑也就8_左右，如此大的累計誤差，使鉚合失去了原有的意義。因此及時通過U型導(dǎo)軌蓋板的壓痕校正鉚合結(jié)構(gòu)體和鉚合模具沖頭的位置，保證每次鉚合過程中鉚合模具沖頭的各個沖頭的軸線與U型導(dǎo)軌蓋板的各個沖孔的軸線重合，使得U型導(dǎo)軌蓋板壓痕和沖孔的加工誤差無法累計。
[0046]總之，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的U型導(dǎo)軌蓋板的壓痕和沖孔加工誤差逐漸積累的問題，提高了鋼鋁復(fù)合接觸軌的復(fù)合精度，能夠減少U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕和沖孔加工誤差的不利影響，同時技術(shù)先進(jìn)，定位精度高。方便維護(hù)、操作簡單、大幅度降低了人工強度，使得鋼鋁復(fù)合接觸軌鉚合工序自動化水平提高。
[0047]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0048]圖1為本發(fā)明的工作狀態(tài)示意圖；[0049]圖2為圖1的E處放大圖；
[0050]圖3為本發(fā)明的鉚合結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0051]圖4為本發(fā)明的鉚合前剖面示意圖；
[0052]圖5為本發(fā)明的鉚合后剖面示意圖；
[0053]圖6為本發(fā)明視覺傳感器測量原理圖(一)；
[0054]圖7為本發(fā)明視覺傳感器測量原理圖(二)；
[0055]圖8為本發(fā)明控制原理圖(一)；
[0056]圖9為本發(fā)明控制原理圖(二)；
[0057]圖10為本發(fā)明視覺傳感器測量原理圖(三)；
[0058]圖11為本發(fā)明的主控制器的模塊圖；
[0059]圖12為本發(fā)明的測量數(shù)據(jù)處理和傳遞的邏輯框圖。
[0060]其中，附圖標(biāo)記
[0061]I鉚合結(jié)構(gòu)體
[0062]2鉚合模具沖頭
[0063]3工字型導(dǎo)軌基材
[0064]4U型導(dǎo)軌蓋板
[0065]41 壓痕
[0066]42 沖孔
[0067]5視覺傳感器
[0068]8主控制器
[0069]81信號接收單元
[0070]82存儲單元
[0071]83信號計算單元
[0072]84信號輸出單元
[0073]85誤差修正單元
[0074]9結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)
[0075]LI壓痕間距
[0076]L2壓痕中心線與視覺傳感器視野中心線的偏差值(理想狀態(tài)下)
[0077]L3壓痕中心線與鉚合模具沖頭中線的偏差值
[0078]L5非理想狀態(tài)下最終計算值
[0079]L6視覺傳感器非理想狀態(tài)下的視野中心線與理想狀態(tài)下的視野中心線的偏差值
[0080]L7壓痕中心線與視覺傳感器視野中心線的實際偏差值(非理想狀態(tài)下)
[0081]A攝像頭視野
【具體實施方式】
[0082]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，以更進(jìn)一步了解本發(fā)明的目的、方案及功效，但并非作為本發(fā)明所附權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。
[0083]本發(fā)明的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，包括固定安裝的加工工件，加工的工件安裝在工作臺上，用工作臺的卡具予以固定，參閱圖1和圖2，加工工件為工字型導(dǎo)軌基材3和U型導(dǎo)軌蓋板4，其中，工字型導(dǎo)軌基材3為鋁質(zhì)件，U型導(dǎo)軌蓋板4為不銹鋼質(zhì)件；用于鉚合的鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2，鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2通過伺服電機沿著被加工工件(工字型導(dǎo)軌基材3和U型導(dǎo)軌蓋板4)移動，在特定位置(鉚合模具沖頭2的各個沖頭的軸線與U型導(dǎo)軌蓋板4的各個沖孔42的軸線重合)停止后，由液壓油缸驅(qū)動對稱布置的兩只鉚合模具沖頭2對加工工件(工字型導(dǎo)軌基材3和U型導(dǎo)軌蓋板4)進(jìn)行鉚合擠壓，將工字型導(dǎo)軌基材3的部分鋁材擠入U型導(dǎo)軌蓋板4的預(yù)制的沖孔中，完成鉚合工作。
[0084]如圖2所示，U型導(dǎo)軌蓋板4上在鉚合之前加工有沖孔42和壓痕41，沖孔42和壓痕41有嚴(yán)格的尺寸位置關(guān)系，在鉚合加工階段，U型導(dǎo)軌蓋板4的沖孔42被工字型導(dǎo)軌基材3所覆蓋，因此沖孔42不可見。確認(rèn)U型導(dǎo)軌蓋板4沖孔42位置的唯一方法是通過U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41，只有在確認(rèn)U型導(dǎo)軌蓋板4沖孔42具體位置的情況下，驅(qū)動鉚合結(jié)構(gòu)體I移動，使鉚合模具沖頭2的各個沖頭的軸線與U型導(dǎo)軌蓋板4的各個沖孔42的軸線重合，鉚合模具沖頭2在鉚合過程中才能將工字型導(dǎo)軌基材3的部分鋁材擠入U型導(dǎo)軌蓋板4的沖孔42中，完成鉚合工作。如果不能確認(rèn)U型導(dǎo)軌蓋板4的沖孔42位置，鉚合模具沖頭2的各個沖頭的軸線與U型導(dǎo)軌蓋板4的各個沖孔42的軸線不能完全重合或者部分重合，鉚合模具沖頭2則不能將工字型導(dǎo)軌基材3的部分鋁材正確擠入U型導(dǎo)軌蓋板4的沖孔42中，無法完成鉚合工作。因此，對U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41自動識別定位、驅(qū)動鉚合結(jié)構(gòu)體I移動，使得鉚合模具沖頭2的各個沖頭的軸線與U型導(dǎo)軌蓋板4的各個沖孔42的軸線重合，成為本發(fā)明的核心問題。本發(fā)明通過視覺傳感器5和主控制器8解決這一問題。
[0085]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述:
[0086]參見圖1及圖2，視覺傳感器5位于U型導(dǎo)軌蓋板4的上方，測量U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41位置。
[0087]圖2顯示了 U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41 (矩形)和沖孔42 (圓孔)的相互位置關(guān)系，壓痕41和沖孔42的中心線是重合的，本發(fā)明僅以此為例，當(dāng)然，壓痕和沖孔有其他確定的尺寸關(guān)系，即以壓痕的位置能夠確定相對應(yīng)的沖孔的位置亦可。壓痕41的作用就是顯示和標(biāo)定沖孔42的位置，因為在U型導(dǎo)軌蓋板4與工字型導(dǎo)軌基材3鉚合過程中及其過程之后，U型導(dǎo)軌蓋板4的沖孔42被工字型導(dǎo)軌基材3遮擋，一直處于不可見的狀態(tài)(參見圖2)，U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41成為標(biāo)定U型導(dǎo)軌蓋板4的沖孔42位置的唯一手段。
[0088]圖3是鉚合結(jié)構(gòu)剖面示意圖，包括:鉚合結(jié)構(gòu)體1、鉚合模具沖頭2、工字型導(dǎo)軌基材3、U型導(dǎo)軌蓋板4。圖4是局部放大圖，顯示了鉚合前加工工件(工字型導(dǎo)軌基材3和U型導(dǎo)軌蓋板4)和鉚合模具沖頭2的相互位置。圖5也是局部放大圖，顯示了鉚合后加工工件(工字型導(dǎo)軌基材3和U型導(dǎo)軌蓋板4)的變形之后的狀態(tài)，通過示意圖可以看到工字型導(dǎo)軌基材3的外側(cè)被壓出與沖頭直徑相同的圓形壓痕，同時工字型導(dǎo)軌基材3的一部分鋁材被擠入U型導(dǎo)軌蓋板4的沖孔42中，完成鉚合工作。
[0089]圖6是本發(fā)明的視覺傳感器5的測量原理示意圖1。通常U型導(dǎo)軌蓋板4壓痕41間距為Ll=ISmm左右(本文為以后計算方便以Ll=ISmm為準(zhǔn)，但是并不代表其他尺寸可以超出本裝置所代表原理范圍)，鉚合模具沖頭2上以中心線C3為界，兩側(cè)分別布置8個左右的小沖頭，小沖頭的間距等于U型導(dǎo)軌蓋板4的相鄰兩壓痕41間距LI。視覺傳感器5安裝在鉚合結(jié)構(gòu)體I上，視覺傳感器5具有攝像頭視野A及視野中心線Cl，視覺傳感器5的視野中心線Cl與鉚合模具沖頭2的中心線C3的距離為NXL1，即視覺傳感器5的視野中心線Cl與鉚合模具沖頭2的中心線C3的距離為U型導(dǎo)軌蓋板4壓痕41的間距LI的整數(shù)倍，通常N值取值范圍10到30之間，最廣泛可在I至100之間。本文為計算方便，N值取20，視覺傳感器5的視野中心線Cl與鉚合模具沖頭2的中心線C3距離為360mm。
[0090]如圖6所示，視覺傳感器5的視野中心線Cl與鉚合模具沖頭2的中心線C3的距離為U型導(dǎo)軌蓋板4壓痕41間距LI的整數(shù)倍的情況下，只要視覺傳感器5的視野內(nèi)，U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41的中心線C2與視覺傳感器5的視野中心線Cl重合，則鉚合模具沖頭2的中心線C3與U型導(dǎo)軌蓋板4的沖孔42的中心線重合。U型導(dǎo)軌蓋板4的壓合間距在加工中會有加工誤差，在0.0lmm到0.1mm之間，以N (N取值20)個壓痕41計算累計誤差為:
0.2mm到2mm。最大誤差僅為2mm,與沖頭直徑8mm相比,這個誤差是可以接受的,而且這個誤差值不會累計，即在16M工件范圍內(nèi)，鉚合模具沖頭2與U型導(dǎo)軌蓋板4壓痕41的最大誤差不會超過2mm。比較前文分析的沒有采用本裝置的極端情況下累計誤差最大為88.9mm。
[0091]圖7是本發(fā)明的視覺傳感器5的測量原理示意圖(二)，鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2作為一個整體由結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)9驅(qū)動(如圖8和圖9所示)，結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)9例如可為伺服電機，在下一個鉚合工作位置之前停下來，如圖所示，這時視覺傳感器5視野的中心線與U型導(dǎo)軌蓋板4壓痕41的中心線還有一段距離L2值，這個L2值在測量之前是不確定的，同時鉚合模具沖頭2的中心線C3與U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41和沖孔42的中心線C2也有一段距離L3值，從圖中所示及其前文分析，L2值等于L3值。視覺傳感器5測量視野中U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41的中心線C2與視覺傳感器5的視野中心線Cl的距離值，即L2值后，通過上傳L2值，由主控制器8經(jīng)過處理，結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)9驅(qū)動鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2 —同繼續(xù)移動L2值，即L3值，移動之后，L3值為零，即鉚合模具沖頭2的各個沖頭的軸線與U型導(dǎo)軌蓋板4的各個沖孔42的軸線重合，情況與圖6相同。然后，鉚合模具沖頭2在沖頭驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動下，對加工工件(工字型導(dǎo)軌基材3和U型導(dǎo)軌蓋板4)鉚合，工字型導(dǎo)軌基材3的部分鋁材正確擠入U型導(dǎo)軌蓋板4的沖孔42中，完成鉚合工作。其中，沖頭驅(qū)動機構(gòu)例如可為液壓油缸。至此，實現(xiàn)了通過識別U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41對隱蔽的U型導(dǎo)軌蓋板4沖孔42進(jìn)行精確定位的目的。
[0092]需要說明的是，實際的安裝位置不可能完全達(dá)到理想值，會與理論安裝值有微小的誤差，這個靜差值可以通過主控制器8予以補償，因此視覺傳感器5的視野中心線Cl與鉚合模具沖頭2的中心線C3的距離不是U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41間距LI的整數(shù)倍，也不會影響本裝置原理發(fā)揮作用，與本裝置的基本原理也不會產(chǎn)生矛盾。如圖10所示，非理想狀態(tài)下的安裝的視覺傳感器5的視野中心線Cl’與理想狀態(tài)視覺傳感器5的視野中心線Cl會有一個較小的L6偏差，即實際的視覺傳感器5的視野中心線Cl’與鉚合模具沖頭2的中心線C3的實際安裝距離為(NXL1-L6)，L6是靜值且可以實際測量。視覺傳感器5對壓痕41的測量時獲取的壓痕41的中心線C2與視覺傳感器5的視野中心線Cl的值為L7，通過主控制器8的計算可以得出L5=L7-L6，從圖中可知，L2=L5，從而得到結(jié)論，即使視覺傳感器5安裝位置不能達(dá)到理想狀態(tài)，仍然可以獲得L2值。
[0093]本發(fā)明中，視覺傳感器5具有鏡頭軸線，鏡頭軸線垂直或傾斜于U型導(dǎo)軌蓋板4的頂面，傾斜時傾斜角度范圍為正負(fù)90度。即視覺傳感器5的鏡頭軸線處于一個與導(dǎo)軌蓋板4的頂面垂直的半圓面內(nèi)均可達(dá)到檢測U型導(dǎo)軌蓋板4上壓痕41的目的。
[0094]圖8是本發(fā)明的控制原理圖(一)。視覺傳感器5用于測量U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41 ;用于數(shù)據(jù)處理的主控制器8，主控制器8與視覺傳感器5通過數(shù)據(jù)總線連接；用于驅(qū)動鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2沿加工工件移動的結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)9，由主控制器8控制。
[0095]視覺傳感器5測量視野中心線Cl與U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41的中心線C2的距離值，即L2值后，通過上傳L2值，由主控制器8經(jīng)過處理，通過結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)9驅(qū)動鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2 —同繼續(xù)移動L2值，即L3值，移動之后，L3值為零，即鉚合模具沖頭2的各個沖頭的軸線與U型導(dǎo)軌蓋板4的各個沖孔42的軸線重合，情況與圖6相同。然后，鉚合模具沖頭2在液壓油缸驅(qū)動下，對加工工件(工字型導(dǎo)軌基材3和U型導(dǎo)軌蓋板
4)鉚合，工字型導(dǎo)軌基材3的部分鋁材正確擠入U型導(dǎo)軌蓋板4的沖孔42中，完成鉚合工作。
[0096]圖9是本發(fā)明的控制原理圖(二)。用于數(shù)據(jù)處理的主控制器8與視覺傳感器5通過模擬數(shù)據(jù)傳輸線的方式連接。視覺傳感器5上傳的數(shù)據(jù)通過模擬量傳遞給主控制器8。其他工作方式與圖8的現(xiàn)場總線傳輸方式相同。
[0097]圖11是本發(fā)明的主控制器的模塊圖，圖12是本發(fā)明的測量數(shù)據(jù)處理和傳遞的邏輯框圖。用于修正鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2的定位偏差的主控制器8，分別與視覺傳感器5連接，主控制器8可通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線(參見圖8)或模擬量(參見圖9)連接視覺傳感器5。本實施例中，主控制器8包括:
[0098](I)用于接收視覺傳感器5測量得到的視野中心線Cl與U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41的中心線C2的距離值L2的信號接收單元81 ；
[0099](2)用于存儲視覺傳感器5的視野中心線Cl與U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41的中心線C2的距離值L2的存儲單元82 ；
[0100](3)用于根據(jù)距離值L2計算出鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2與U型導(dǎo)軌蓋板4的沖孔42的偏差值L3，然后，根據(jù)現(xiàn)在的鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2的現(xiàn)有位置值加上偏差值L3，從而計算出鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2下一步前進(jìn)的目標(biāo)值的信號計算單元83 ；
[0101]具體地，如圖7所示,鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2中心線距離壓痕41中心線還有一段距離，即偏差值L3，這時，鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2的位置就是現(xiàn)有位置值X0,當(dāng)獲取到L3值后，主控制器8驅(qū)動結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)9帶動鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2 —同運動，使得鉚合模具沖頭2的中心線與壓痕41中心線重合，這個重合位置就是目標(biāo)值XI，X1=X0+L3,即鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2的現(xiàn)有位置值XO加上L3值得到鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2下一步前進(jìn)的目標(biāo)值XI，將目標(biāo)值Xl傳輸給結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)9,結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)9帶動鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2移動到目標(biāo)值XI,使得鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2中心線與壓痕41中心線重合，為鉚合工序做好了準(zhǔn)備，實現(xiàn)了鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2對壓痕41的位置跟蹤。從理論上講L2值和L3值相等，但是在現(xiàn)場總線或者模擬量的傳輸及其處理過程中，數(shù)值的具體形式和格式都在各階段發(fā)生變化，例如最初的L2值為像素值，后期的L3值則以毫米(或者其他單位，如微米等)為單位，因此在從視覺傳感器5獲得的L2值，到最后用于驅(qū)動伺服電機運動的鉚合模具沖頭2與U型導(dǎo)軌蓋板4沖孔42偏差值L3，主控制器8中要對這些數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換和運算處理，即計算處理；
[0102](4)用于輸出偏差值L3或者鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2需移動目標(biāo)值的信號輸出單兀84 ；
[0103](5)用于控制結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)9驅(qū)動鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2移動偏差值L3或驅(qū)動鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2移動至目標(biāo)值的誤差修正單元85。
[0104]其中，信號接收單元81、存儲單元82、信號計算單元83、信號輸出單元84與誤差修正單元85依次電連接。
[0105]本發(fā)明主要用于實現(xiàn)對鋼鋁復(fù)合接觸軌的鉚合加工過程中鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2對U型導(dǎo)軌蓋板4沖孔42位置的跟蹤定位，保證U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41間距和沖孔42間距有一定誤差的情況下，鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2能夠?qū)型導(dǎo)軌蓋板4沖孔42定位跟蹤，具有跟蹤定位精確、無磨損、提高鋼鋁復(fù)合接觸軌復(fù)合生產(chǎn)自動化水平、提高生產(chǎn)效率。
[0106]為了正確使用本發(fā)明，對其一實施例的使用方法詳細(xì)說明如下:
[0107]I)首先鉚合結(jié)構(gòu)體I與鉚合模具沖頭2組裝成一體；
[0108]2)視覺傳感器5安裝在鉚合結(jié)構(gòu)體I ;
[0109]3)視覺傳感器5與主控制器現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線連接或者通過模擬量傳輸信號；
[0110]4)較佳地，共有2只視覺傳感器5，除了加工工件的兩端局部區(qū)域以外，在2只視覺傳感器5同時覆蓋的重疊區(qū)域內(nèi)，共同對U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41位置進(jìn)行測量，如果某只視覺傳感器5回傳的壓痕41位置數(shù)據(jù)為零，就意味著這只視覺傳感器5沒有搜索到加工工件上的壓痕41，上傳的零值數(shù)據(jù)也就沒有任何意義。系統(tǒng)通過對上傳數(shù)據(jù)異常的種種判斷，自動切換相關(guān)信號，即對零值的視覺傳感器5上傳數(shù)據(jù)不予采用，采用另外一只視覺傳感器5的上傳的非零值數(shù)據(jù)，從而提高測量過程的可靠性和穩(wěn)定性；如果兩只視覺傳感器5的上傳數(shù)據(jù)皆為零值，系統(tǒng)就會暫停加工，發(fā)出聲光報警，提示操作人員人工處理，保證系統(tǒng)加工不會失控及生產(chǎn)出不合格的產(chǎn)品；
[0111]5)視覺傳感器5與鉚合模具沖頭2中心線的距離為U型導(dǎo)軌蓋板4壓痕41間距的整數(shù)倍(是最佳條件之一，但是不是必須條件);
[0112]6)視覺傳感器5的調(diào)試和設(shè)置；
[0113]7)鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2在鉚合加工過程中移動方向必須始終保持一致，不允許反向移動，否則伺服電機等驅(qū)動系統(tǒng)的齒隙/間隙會造成返程誤差，引起不必要的誤差；
[0114]本發(fā)明解決了以往U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41和沖孔42加工誤差較大時，鋼鋁復(fù)合接觸軌的復(fù)合加工難以進(jìn)行的問題，該發(fā)明能夠保證鉚合結(jié)構(gòu)體I和鉚合模具沖頭2對U型導(dǎo)軌蓋板4的壓痕41和沖孔42的高精度定位的要求，而且定位穩(wěn)定準(zhǔn)確、誤差不累計、操作簡單、生產(chǎn)效率高、方便維護(hù)。該方法提升自動化水平，提高工作效率，使用和維護(hù)方便，更適合于在鋼鋁復(fù)合接觸軌加工行業(yè)中使用。
[0115]本發(fā)明的視覺傳感器是近年來逐漸廣泛使用的傳感器，門類繁多，功能多樣，有一體式的，有分體式的，有獨立運行的，有需要外掛計算機才能工作的，有測量位移的，有對顏色進(jìn)行判斷的，有識別數(shù)字和字母的。本案例中所使用的視覺傳感器是這類傳感器中功能居中的一種，同時，需要進(jìn)行位移測量的壓痕41是一種形狀較為簡單的一種，因此，用視覺傳感器測量壓痕41沒有技術(shù)上的問題，而且可以選用的視覺傳感器的種類和品牌較多。
[0116]當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，所述鋼鋁復(fù)合接觸軌由一工字型導(dǎo)軌基材和一U型導(dǎo)軌蓋板鉚接組成，其中，所述U型導(dǎo)軌蓋板倒U字型連接在所述工字型導(dǎo)軌基材的頂部，所述U型導(dǎo)軌蓋板包括多個壓痕和與所述壓痕一一對應(yīng)的多個沖孔，其特征在于，還包括: 鉚合結(jié)構(gòu)體，移動設(shè)置在所述鋼鋁復(fù)合接觸軌上； 鉚合模具沖頭，連接在所述鉚合結(jié)構(gòu)體的兩側(cè)，將所述工字型導(dǎo)軌基材和所述U型導(dǎo)軌蓋板在所述沖孔處相鉚接； 視覺傳感器，連接在所述鉚合結(jié)構(gòu)體的端部；以及 主控制器，分別與所述視覺傳感器、所述鉚合結(jié)構(gòu)體和所述鉚合模具沖頭電連接，所述主控制器根據(jù)所述視覺傳感器識別到的所述壓痕的位置調(diào)整所述鉚合結(jié)構(gòu)體的位置以使所述鉚合模具沖頭的軸線與所述沖孔的軸線重合。
2.根 據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其特征在于，所述視覺傳感器具有視野中心線，所述視野中心線與所述鉚合模具沖頭的中心線的距離是相鄰二所述壓痕間距的整數(shù)倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其特征在于，所述整數(shù)為I至100中的任一整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其特征在于，所述視覺傳感器為兩個，分別連接在所述鉚合結(jié)構(gòu)體的兩端部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其特征在于，所述視覺傳感器具有鏡頭軸線，所述鏡頭軸線垂直于或傾斜于所述U型導(dǎo)軌蓋板的頂面，傾斜時傾斜角度范圍為正負(fù)90度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其特征在于，所述主控制器與所述視覺傳感器通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線或模擬量數(shù)據(jù)傳輸線相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其特征在于，所述工字型導(dǎo)軌基材是鋁制件，所述U型導(dǎo)軌蓋板是鋼制件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其特征在于，所述視覺傳感器的底端與所述U型導(dǎo)軌蓋板的頂面的距離為0.01米至2米。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其特征在于，所述主控制器包括: 用于接收所述視覺傳感器測量得到的所述視野中心線與所述壓痕的中心線的距離值L2的信號接收單元； 用于存儲距離值L2的存儲單元； 用于根據(jù)距離值L2計算出所述鉚合結(jié)構(gòu)體和輸送鉚合模具沖頭與所述沖孔的偏差值L3，然后，根據(jù)現(xiàn)在的所述鉚合結(jié)構(gòu)體和所述鉚合模具沖頭的現(xiàn)有位置值加上偏差值L3，從而計算出所述鉚合結(jié)構(gòu)體和所述鉚合模具沖頭下一步前進(jìn)的目標(biāo)值的信號計算單元； 用于輸出偏差值L3或者所述鉚合結(jié)構(gòu)體和所述鉚合模具沖頭需移動目標(biāo)值的信號輸出單元； 用于控制一結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動所述鉚合結(jié)構(gòu)體和所述鉚合模具沖頭移動偏差值L3或移動至目標(biāo)值的誤差修正單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位裝置，其特征在于，所述鉚合模具沖頭安裝在所述鉚合結(jié)構(gòu)體兩側(cè)的槽孔中。
11.一種鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其特征在于，包括如下步驟: S100，將一 U型導(dǎo)軌蓋板倒U字型連接在一工字型導(dǎo)軌基材的頂部，一鉚合模具沖頭連接在鉚合結(jié)構(gòu)體上，鉚合結(jié)構(gòu)體移動設(shè)置在U型導(dǎo)軌蓋板和工字型導(dǎo)軌基材形成的鋼鋁復(fù)合接觸軌上，其中，U型導(dǎo)軌蓋板具有多個壓痕以及與壓痕一一對應(yīng)的多個沖孔； S200，將視覺傳感器連接在鉚合結(jié)構(gòu)體上，視覺傳感器識別U型導(dǎo)軌蓋板的頂面的壓痕的位置并傳輸給主控制器； S300，主控制器根據(jù)視覺傳感器識別的壓痕的位置調(diào)整鉚合結(jié)構(gòu)體的位置使鉚合模具沖頭的軸線與沖孔的軸線重合； S400，鉚合模具沖頭打出，將工字型導(dǎo)軌基材和U型導(dǎo)軌蓋板相鉚接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其特征在于，所述步驟S200還包括如下步驟: 將視覺傳感器的視野中心線與鉚合模具沖頭的中心線的距離設(shè)置為相鄰二壓痕間距的整數(shù)倍。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其特征在于，在所述步驟S300中，包括如下步驟: S310，接收視覺傳感器測量得到的視覺傳感器的視野中心線與壓痕的中心線的距離值L2 ； S330，根據(jù)距離值L2計算出鉚合結(jié)構(gòu)體和輸送鉚合模具沖頭與沖孔的偏差值L3，然后，根據(jù)現(xiàn)在的鉚合結(jié)構(gòu)體和鉚合模具沖頭的現(xiàn)有位置值加上偏差值L3，從而計算出鉚合結(jié)構(gòu)體和鉚合模具沖頭下一步前進(jìn)的目標(biāo)值； S350,根據(jù)所述偏差值L3或者所述目標(biāo)值調(diào)整所述鉚合結(jié)構(gòu)體和所述鉚合模具沖頭的位置以使鉚合模具沖頭的軸線與沖孔的軸線重合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其特征在于，在所述步驟S300中，于所述步驟S310與步驟S330之間具有如下步驟: S320，存儲距離值L2。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其特征在于，在所述步驟S300中，于所述步驟S330與步驟S350之間具有如下步驟: S340，輸出偏差值L3或者目標(biāo)值至一結(jié)構(gòu)體驅(qū)動機構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其特征在于，所述步驟S200還包括如下步驟: 將兩個視覺傳感器分別設(shè)置在鉚合結(jié)構(gòu)體的兩端，共同對壓痕位置進(jìn)行測量。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其特征在于，所述步驟S320和所述步驟S330之間還包括步驟S325: 判斷兩個視覺傳感器回傳的壓痕位置數(shù)據(jù)是否為零，如果其中一只視覺傳感器回傳的壓痕位置數(shù)據(jù)為零，主控制器自動切換相關(guān)信號，采用另外一只視覺傳感器的上傳的非零值數(shù)據(jù)；如果兩只視覺傳感器的上傳數(shù)據(jù)皆為零值，系統(tǒng)暫停加工，發(fā)出聲光報警。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋼鋁復(fù)合接觸軌跟蹤定位方法，其特征在于，在所述步驟S350中，包括有如下步驟:控制鉚合結(jié)構(gòu)體和鉚合模 具沖頭在鉚合加工過程中沿一個方向移動。
【文檔編號】B21D43/00GK103909161SQ201410117203
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】左世慧, 劉華中, 張金枝, 周春臨 申請人:北京機械工業(yè)自動化研究所