一种基于机器人的钢轨端面倒棱打磨装置和系统的制作方法

本实用新型涉及机器人加工领域，尤其是一种基于机器人的钢轨端面倒棱打磨装置和系统。

背景技术：

钢轨端面毛刺打磨，其工作目的是去除钢轨加工后端面残留的毛刺、使端面边缘光滑易于后续继续加工。目前国内钢轨生产厂家多采用人工手持启动、电动打磨工具完成，由于人工对钢轨端面毛刺打磨工作强度大，工作环境恶劣，而且经过打磨的钢轨质量一致性差，效率低下，加工后的产品表面粗糙不均匀等问题。钢轨本身拥有较高重量，在生产线、输送线上很难保证其精确停止在指定工位上，传统机床打磨和机器人示教打磨方式在打磨钢轨时通用性较差。而且工业机器人打磨时不如人手灵活，采用机器人夹持打磨工具与工件表面钢性接触容易造成打磨工具的非正常损耗，或者对工件表面造成损伤。人工打磨工作量大、效率低，容易造成生产上的漏判和错误，并且暴露在粉尘工作环境对工作人员身体造成损害。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于机器人的钢轨端面倒棱打磨装置和系统。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种基于机器人的钢轨端面倒棱打磨装置，包括钢轨、支架、料口、打磨工位、传送机构和顶升机构，所述支架一侧设有料口，所述支架上设有传送机构和打磨工位，所述打磨工位下侧设有顶升机构，所述打磨工位对应位置处设有浮动打磨工具，所述浮动打磨工具上设有工业相机、激光位移传感器并通过连接件与多关节工业机器人相连接。

进一步地，所述传送机构包括从左向右运动的传送带。

进一步地，所述料口包括第一上料辊道、第二上料辊道和下料辊道。

进一步地，所述顶升机构上设有光电传感器，所述光电传感器采用l型设计，上升高度固定且可调整。

进一步地，所述浮动打磨工具包括浮动机构、主轴和打磨刀具。

进一步地，所述打磨刀具采用60°或90°的单或双刃硬质合金钢。

一种基于机器人的钢轨端面倒棱打磨系统，包括显示器、工控机、触摸屏、工业plc、传感器、网络集线器、机器人控制器和打磨装置，所述网络集线器分别与工业plc、触摸屏、机器人控制器、工业相机和工控机之间均通过以太网网络通讯电缆相互连接。

进一步地，所述光电传感器和激光位移传感器通过信号线与工业plc相连接。

进一步地，所述显示屏通过vga线与工控机相连接。

进一步地，所述打磨装置通过动力线和反馈线与机器人控制器相连接。

有益效果：

本实用新型提供的基于机器人的钢轨端面倒棱打磨装置和系统，通过对打磨装置的改进和系统的集成，解决了钢轨端面毛刺人工打磨工作量大、强度高，且容易造成生产错误、工件打磨一致性差的问题；同时也解决了钢轨不能精确停止在固定工位进行打磨，以及粉尘环境对工作人员造成损害的问题。

附图说明

图1为本实用新型打磨装置的结构示意图；

图2为本实用新型打磨装置的局部结构示意图；

图3为本实用新型打磨系统的连接关系示意图.

图中：1-钢轨、2-支架、3-料口31-第一上料辊道、32-第二上料辊道、33-下料辊道、4-打磨工位、5-传送机构、51-传送带、6-顶升机构、7-浮动打磨工具、8-工业相机、9-连接件、10-多关节工业机器人、11-光电传感器、12-显示器、13-工控机、14-触摸屏、15-工业plc、16-网络集线器、17-机器人控制器、18-打磨装置、19-以太网网络通讯电缆、20-信号线、21-vga线、22-激光位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本实用新型提出了一种基于机器人的钢轨端面倒棱打磨装置，所述打磨装置18包括：钢轨1、支架2、料口3、打磨工位4、传送机构5和顶升机构6，所述支架2一侧设有料口3，所述支架2上设有传送机构5和打磨工位4，所述打磨工位4下侧设有顶升机构6，所述打磨工位4对应位置处设有浮动打磨工具7，所述浮动打磨工具7上设有工业相机8和激光位移传感器22，所述浮动打磨工具7通过连接件9与多关节工业机器人10相连接。

所述传送机构5包括从左向右运动的传送带51，所述料口3包括第一上料辊道31、第二上料辊道32和下料辊道33，所述顶升机构6上设有光电传感器11，所述浮动打磨工具7包括浮动机构、主轴和打磨刀具，所述打磨刀具采用60°或90°的单/双刃硬质合金钢以适合不同牌号、硬度钢轨的打磨工艺要求。

本实用新型提出了一种基于机器人的钢轨端面倒棱打磨系统，包括显示器12、工控机13、触摸屏14、工业plc15、网络集线器16、机器人控制器17和打磨装置18，所述网络集线器16分别与工业plc15、触摸屏14、机器人控制器17、工业相机8和工控机13之间均通过以太网网络通讯电缆19相互连接。

所述传感器11通过信号线20与工业plc15相连接，所述显示屏12通过vga线21与工控机13相连接，所述打磨装置18通过动力线和反馈线与机器人控制器17相连接。

该系统工作时包括如下步骤：

步骤1：工业plc15通过光电传感器11获取钢轨1到位信号，从而通过激光位移传感器22测量得到钢轨1所处打磨工位4，引导打磨装置18夹持工业相机8到该打磨工位4固定拍照位置获得钢轨1底部图像，使用工控机13内的机器视觉软件对图像进行钢轨1识别、分析并计算钢轨1端面位于多关节工业机器人10空间坐标系下的位置及角度。

步骤2：机器视觉软件通过步骤1中所获取的钢轨1端面位置，引导多关节工业机器人10夹持工业相机8对钢轨1端面进行图像采集，使用机器视觉软件对端面图像进行分析从而获得钢轨1端面的轮廓信息及毛刺、夹杂物等信息。从而排除夹杂物干扰，分离出毛刺信息，依据钢轨1端面的轮廓数据结合加工刀具的加工点设置，计算出加工轨迹，并将连续的加工轨迹离散成规定数目的空间的离散点。

步骤3：多关节工业机器人10获得步骤2中离散点数据后，依照打磨程序设定，夹持浮动打磨工具7对钢轨1端面进行毛刺打磨。具有轴向、径向顺从功能浮动打磨工具7贴合钢轨1加工面完成打磨工作。

进一步地，步骤1中，光电传感器11通过信号线连接至工业plc15，激光位移传感器22通过模拟量传输模块将位移信息传递至工业plc15。工业plc15、机器人控制器17、工业相机8和工控机13之间通过以太网网络通讯电缆19连接，并通过网络集线器16进行数据交换。工业相机8的防护气缸打开由工业plc15控制，通过中间继电器驱动气动电磁阀完成。

进一步地，步骤1中，在机器视觉软件中提前对工业相机8及镜头进行内部标定工作，以消除镜头畸变，透视效果对视觉识别测量的影响；内标定采用7×7黑色实心圆形标准标定板进行标定，标定数据存入标定文件用于图像处理。在机器视觉软件中提前将工业相机8坐标系与机器人空间坐标系进行外标定，即将钢轨1在相机坐标系内的像素坐标及像素数值转化为机器人的空间坐标点位置及数值。实际通过机器人示教tcp至标定板特征点得到机器人坐标系空间点数据，并通过机器视觉软件获取此时标定板在相机坐标系内的像素坐标数据，进行数学建模，从而完成外标定工作。

进一步地，步骤1中，机器视觉软件对钢轨1底面识别，将获取的轨底图像与预先对钢轨1底面进行的图像建模进行匹配，匹配结果由可以设定的图像灰度范围、图像面积范围、模板图像比例范围、图像旋转角度范围及模板识别数量进行限制。在准确识别到钢轨1底部后，对匹配的图像进行分析，使用选区测量、膨胀开运算平滑边缘消除误差，识别并标识出轨底端面所在直线，轨底左右两侧所在直线；获取三条直线所呈交点，并由此计算出钢轨1端面中点在相机坐标系下的像素位置；最后将此转化为机器人坐标系下的钢轨x、y位置及rz角度。同时对钢轨1底部宽度进行测量以消除异常模板识别错误和异常工件造成的模板识别错误。

进一步地，在步骤2中，机器视觉软件将对步骤1中获得的钢轨1的x、y位置及rz角度数据转换后发送给所述机器人控制器17，并由多关节工业机器人10夹持工业相机8运动至垂直于钢轨1端面的相对位置，此位置以钢轨1端面与轨底相交直线的中点，即轨底端面中点为圆心建立机器人工件坐标系，并以此作为相机拍照位置转换的依据，从而保持每根钢轨1拍照位置的一致性，消除相机拍照位置造成的空间定位误差。

进一步地，步骤2中，获取钢轨1端面图像，进行二值化提取钢轨端面特征图像，并通过进行建模匹配以消除异常工件对识别造成的错误；匹配合格的特征图像进行平滑处理，剔除夹杂物消除毛刺影响；建立以轨底中点为坐标系原点，沿着轨底向左方向为x+方向，向轨顶方向且垂直于x方向为z+方向的坐标系。

按照给定的加工刀具的轴向进给量对图像进行膨胀，使图像向外膨胀的所占据的空间与轴向刀具进给量相吻合，获取膨胀后的图像的边缘轮廓线，并将其离散为规定数量范围内的点的集合，并按照x-z坐标系赋予各点坐标值，并写入相应机器人控制器17数组变量中。

进一步地，步骤3中，浮动打磨工具7由浮动机构、电力驱动加工主轴、打磨刀具构成，其中浮动机构包含四向轴向弹簧、四向轴向气缸、径向弹簧组成，具有自动回正能力，可以通过调整气缸内气体压力线性调整打磨工具的轴向力，具有轴向顺从、径向顺从能力使刀具更好贴合钢轨加工面。

进一步地，步骤3中，电驱动主轴支持远程控制模式，具有启动停止、正反转切换，多种调速模式，转速反馈、负载力矩反馈、警告及故障输出功能，针对不同牌号、硬度钢轨设定不同的打磨工艺。

对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。