挂接盘定位方法与挂接盘挂接方法与流程

1.本发明涉及轨道交通探伤技术领域，特别是涉及挂接盘定位方法与挂接盘挂接方法。


背景技术：

2.空心车轴是轨道交通机车车辆的关键运行部件，其运行状态直接关系到轨道交通机车车辆的运行安全。国家铁路集团规定，需定期对各类机车车辆空心车轴进行探伤检测，以保证机车车辆的安全运行。相关技术中，通常将机车车辆停放在动车运用所中，探伤人员在空心车轴上安装用于过渡连接空心车轴与空心车轴超声波探伤设备的适配器，然后操控移动空心车轴超声波探伤设备，将设备中的挂接盘与空心车轴上设置的适配器进行挂接，然后进行后续的探伤作业，通过现场查看与分析探伤设备显示的超声波图像来判定空心车轴是否合格。在上述过程中，将挂接盘准确的挂接至适配器是后续探伤作业的重要前提，然而，目前挂接盘挂接至适配器的定位方式无法较为准确地获得挂接盘与适配器的相对位置，可能会导致挂接失败，需要重复多次挂接。


技术实现要素：

3.基于此，本发明提出一种挂接盘定位方法，可以较为准确地获得挂接盘与适配器的相对位置，从而实现挂接盘能够自动、准确、快速的挂接至适配器，挂接效率得以提高。
4.挂接盘定位方法，包括如下步骤：
5.s120通过移动件带动距离测量件依次移动至至少三个位置，所述距离测量件分别于各个位置获取与适配器的端面的间距，各个位置限定出基准平面，以垂直于视觉定位件的定位面的方向为z方向，所述基准平面垂直于所述z方向，所述距离测量件的测量方向为所述z方向；
6.s200若于各个位置测得的间距不相等，根据在其中三个位置获取的间距，以及这三个位置限定出的三角形的边长计算所述基准平面与所述适配器的端面的夹角α；
7.s300通过所述移动件带动所述视觉定位件与所述距离测量件转动α，以使所述定位面平行于所述适配器的端面，且所述距离测量件的测量方向垂直于所述适配器的端面；
8.s400通过所述距离测量件获取与所述适配器的端面的间距；
9.s500通过所述视觉定位件获取所述适配器的端面的图像；
10.s600将s400、s500中获取的数据以及s200中获取的夹角α与挂接盘的位置数据进行比对，得到所述适配器与所述挂接盘的相对位置。
11.在其中一个实施例中，在s400与s500之间还包括s410：在s400中，若所述距离测量件获取的与所述适配器的端面的间距与预设间距不相等，通过所述移动件沿所述z方向移动所述距离测量件与所述视觉定位件，直至所述距离测量件获取的与所述适配器的端面的间距与所述预设间距相等。
12.在其中一个实施例中，在s120之前还包括s110：通过所述视觉定位件获取所述适
配器的端面的图像，以限定s120中所述距离测量件的运动范围。
13.在其中一个实施例中，s200中，三个位置限定出的所述三角形为等边三角形。
14.上述挂接盘定位方法，距离测量件在至少三个位置处测量与适配器的间距，距离测量件进行测距的各个位置限定出基准平面。以垂直于视觉定位件的定位面的方向为z方向，上述的基准平面需要垂直于z方向，即距离测量件进行测距的各个位置沿z方向的坐标相同；而距离测量件的测量方向沿z方向，即视觉定位件的朝向与距离测量件的朝向是相同的。在基准平面内存在x方向与y方向，x、y、z三个方向两两垂直。如果距离测量件在各个位置处测得的间距不相等，则说明视觉定位件与距离测量件并非正对适配器的端面，基准平面与适配器的端面之间存在夹角。如果存在夹角，则需要根据在其中三个位置获取的间距，以及这三个位置限定出的三角形的边长进行计算，得到基准平面与适配器的端面的夹角α。得知夹角α之后，便可以通过移动件带动视觉定位件与距离测量件转动α，使视觉定位件与距离测量件转动至正对适配器的端面，从而保证通过视觉定位件与距离测量件获取的数据是准确的，不会因存在夹角而产生偏差。然后通过视觉定位件获取适配器的端面的图像，从而得知配器端面在x方向与y方向的坐标；通过距离测量件获取与适配器端面的间距，从而得知适配器端面在z方向的坐标。由于挂接盘的位置数据已知，在得知配器端面在x、y、z三个方向的坐标后，结合前面得到的夹角α，即可得知挂接盘与适配器端面的相对位置，从而完成定位。在上述定位方法中，对进行定位的视觉定位件与距离测量件的朝向进行了调整，保证二者的朝向为正对适配器端面之后，才进行定位，可以排除因存在夹角而产生的定位误差，在获取相对位置时，除了考虑挂接盘与适配器端面在x、y、z三个方向的距离，还考虑了挂接盘与适配器端面的夹角，从而较为准确的得知挂接盘与适配器端面的相对位置，使挂接盘能够在定位结束后快速准确地挂接至适配器上，挂接效率得以提高。
15.本发明还提出一种挂接盘挂接方法，包括上述的挂接盘定位方法，在s600之后还包括s700：所述移动件根据s600中得到的所述相对位置带动所述挂接盘移动与转动，直至挂接于所述适配器。
16.在其中一个实施例中，在s700中，通过设置于所述挂接盘或所述适配器的感应器感应所述挂接盘是否挂接到位。
17.在其中一个实施例中，所述挂接盘与所述移动件均安装于探伤设备，所述距离测量件与所述视觉定位件均安装于所述移动件，所述移动件独立于所述挂接盘以外设置。
18.在其中一个实施例中，所述移动件安装于探伤设备，所述挂接盘、所述距离测量件与所述视觉定位件均安装于所述移动件。
19.在其中一个实施例中，在s110之前还包括s010：探伤设备带动所述挂接盘运动至沿所述z方向的坐标到达预设范围内。
20.在其中一个实施例中，在s010与s110之间还包括s020：通过所述距离测量件获取与所述适配器的端面的间距，并与预设值进行比对；
21.若比对结果为二者差值在误差范围内，进行定位步骤；
22.若比对结果为二者差值不在误差范围内，所述探伤设备带动所述挂接盘运动，直至比对结果为二者差值在误差范围内。
23.上述挂接盘挂接方法，通过应用上述的挂接盘定位方法，提高了挂接过程中定位的准确度，使挂接盘能够在定位结束后快速准确地挂接至适配器上，挂接效率得以提高。
附图说明
24.图1为本发明一实施例中的探伤设备与机车的位置示意图；
25.图2为图1中探伤设备与移动件的结构示意图；
26.图3为基准平面a与适配器的端面b的位置示意图。
27.附图标记：
28.机车100、适配器110；
29.探伤设备200、挂接盘210、进给机构220；
30.移动件300；
31.距离测量件410、视觉定位件420。
具体实施方式
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”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”、“上”、“下”、“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。
38.参阅图1至图3，本发明一实施例提供的挂接盘定位方法包括如下步骤：
39.s120通过移动件300带动距离测量件410依次移动至至少三个位置，距离测量件410分别于各个位置获取与适配器110的端面b的间距，各个位置限定出基准平面a，以垂直于视觉定位件420的定位面的方向为z方向，基准平面a垂直于z方向，距离测量件410的测量方向为z方向；
40.s200若于各个位置测得的间距不相等，根据在其中三个位置获取的间距，以及这三个位置限定出的三角形的边长计算基准平面a与适配器110的端面b的夹角α；
41.s300通过移动件300带动视觉定位件420与距离测量件410转动α，以使定位面平行于适配器110的端面b，且距离测量件410的测量方向垂直于适配器110的端面b；
42.s400通过距离测量件410获取与适配器110的端面b的间距；
43.s500通过视觉定位件420获取适配器110的端面b的图像；
44.s600将s400、s500中获取的数据以及s200中获取的夹角α与挂接盘210的位置数据进行比对，得到适配器110与挂接盘210的相对位置。
45.具体地，移动件300可以为具有移动与转动自由度的机械臂，距离测量件410可以为激光传感器或测距仪等能够进行距离测量的部件，视觉定位件420可以为照相机或摄像机等具有拍摄功能的部件。视觉定位件420的定位面即为其拍摄镜头的端面。距离测量件410的测量方向即为发出的激光的方向，也就是垂直于激光发射部件端面的方向。若距离测量件410的测量方向垂直于视觉定位件420的定位面，则认为视觉定位件420的朝向与距离测量件410的朝向是相同的。
46.本实施例中，距离测量件410被移动件300带动至至少三个位置处测量与适配器110的间距，距离测量件410进行测距的各个位置限定出基准平面a。以垂直于视觉定位件420的定位面的方向为z方向，上述基准平面a需要垂直于z方向，即距离测量件410进行测距的各个位置沿z方向的坐标相同；而距离测量件410的测量方向沿z方向，即视觉定位件420的朝向与距离测量件410的朝向是相同的。在基准平面a内存在x方向与y方向，x、y、z三个方向两两垂直。如果距离测量件410在各个位置处测得的间距不相等，则说明视觉定位件420与距离测量件410并非正对适配器110的端面b，基准平面a与适配器110的端面b之间存在夹角。如果存在夹角，则需要根据在其中三个位置(分别为a位置、b位置、c位置)获取的间距，以及这三个位置限定出的三角形abc的边长进行计算，得到基准平面a与适配器110的端面b的夹角α。得知夹角α之后，便可以通过移动件300带动视觉定位件420与距离测量件410转动α，使视觉定位件420与距离测量件410转动至正对适配器110的端面b，从而保证通过视觉定位件420与距离测量件410获取的数据是准确的，不会因存在夹角而产生偏差。然后通过视觉定位件420获取适配器110的端面b的图像，从而得知适配器110的端面在x方向与y方向的坐标；通过距离测量件410获取与适配器110端面的间距，从而得知适配器110的端面在z方向的坐标。由于挂接盘210相对于移动件300的位置已知，即挂接盘210在移动件300的坐标系中的位置数据已知，在得知适配器110的端面在x、y、z三个方向的坐标后，结合前面得到的夹角α，即可得知挂接盘210与适配器110端面的相对位置，从而完成定位。在上述定位方法中，对进行定位的视觉定位件420与距离测量件410的朝向进行了调整，保证二者的朝向为正对适配器110端面之后，才进行定位，可以排除因存在夹角而产生的定位误差，在获取相对位置时，除了考虑挂接盘210与适配器110端面在x、y、z三个方向的距离，还考虑了挂接
盘210与适配器110端面的夹角α，从而较为准确的得知挂接盘210与适配器110端面的相对位置，使挂接盘210能够在定位结束后快速准确地挂接至适配器110上，挂接效率得以提高。
47.在上述实施例中指出，若距离测量件410在各个位置处测得的间距不相等，则说明视觉定位件420与距离测量件410并非正对适配器110的端面b，基准平面a与适配器110的端面b之间存在夹角。反之，若距离测量件410在各个位置处测得的间距相等，则说明视觉定位件420与距离测量件410正对适配器110的端面b，基准平面a与适配器110的端面b平行。此时，直接使用常规的定位方式，通过视觉定位件420拍摄获取适配器110的端面b的图像，处理器从中提取适配器110的端面b在x方向与y方向的位置，并根据距离测量件410测得的间距提取适配器110的端面b在z方向的位置，与挂接盘210的位置比对即可得到二者相对位置。
48.在s120中，通过移动件300带动距离测量件410依次移动至至少三个位置，距离测量件410分别于各个位置获取与适配器110的端面b的间距，各个位置限定出基准平面a。由于三个点可以限定出一个平面，因此距离测量件410至少需要在三个位置进行测量，才能获得基准平面a，在下述各实施例中，将以三个位置为例进行说明。当然，距离测量件410在移动件300带动下移动至三个以上的位置亦可，例如，通过移动件300带动距离测量件410依次移动至四个位置，在这四个位置中，任选三个位置限定出基准平面a。当然，无论移动至几个位置，需要保证这些位置沿z方向的数值不变，才能使其限定出的基准平面a垂直于z方向，也即基准平面a平行于视觉定位件420的定位面。因此，可以认为距离测量件410在移动件300带动下在xy平面内移动至至少三个位置并进行测距。
49.在s200中，若在各个位置测得的间距不相等，根据在其中三个位置获取的间距，以及这三个位置限定出的三角形的边长计算基准平面a与适配器110的端面b的夹角α。具体地，在图3中，做出辅助线a’b’、b’c’、a’c’，以围成三角形a’b’c’，三角形a’b’c’与三角形abc平行且全等，aa’垂直于三角形abc所限定出的基准平面a。则基准平面a与适配器110的端面b的夹角即为三角形a’b’c’与适配器110的端面b的夹角。由于距离测量件410被移动件300驱动而依次移动至a、b、c三个位置，因此，处理器读取移动件300的运动轨迹的数据即可得知每次移动的长度，即三角形abc中的三条边的边长，从而得知三角形a’b’c’的三条边的边长。当三角形的三条边已知，根据余弦定理，可以计算得出∠c’b’a’，该角度的正弦值与边c’b’长度的乘积即为高线c’d的长度。用s200中距离测量件410在位置c获取的间距cc”的长度与在位置b获取的间距bb’相减，即可得到c’c”的长度。在三角形dc’c”中，根据c’c”的长度与c’d的长度的比值可以计算出∠c’b’a’的正切值，从而求得∠c’b’a’即α的大小。
50.优选地，在一些实施例中，s200中，三个位置限定出的三角形为等边三角形。即三角形a’b’c’与三角形abc均为等边三角形。因此，在计算高线c’d的长度时，可以直接得知∠c’b’a’大小为60
°
，无需通过余弦定理，计算过程更加简便，计算速度更快，定位效率更高。
51.优选地，在一些实施例中，在s400与s500之间还包括s410：在s400中，若距离测量件410获取的与适配器110的端面b的间距与预设间距不相等，通过移动件300沿z方向移动距离测量件410与视觉定位件420，直至距离测量件410获取的与适配器110的端面b的间距与预设间距相等。具体地，预设间距为提前设定的一个最佳间距，在预设间距下，视觉定位件420可以获得最佳拍摄视野，在最佳拍摄视野下进行拍摄时，回传图像的清晰度与准确度均更优，有利于提高定位精度。因此，当通过移动件300带动视觉定位件420与距离测量件
410转动α，使视觉定位件420与距离测量件410转动至正对适配器110的端面b后，再次通过距离测量件410测距，若测得的间距与预设间距不相等，通过移动件300带动视觉定位件420与距离测量件410沿z方向移动，移动距离即为测得的间距与预设间距的差值。通过该步骤，可以保证s500中视觉定位件420拍摄时获得最佳拍摄视野，从而提高定位精度。
52.优选地，在一些实施例中，在s120之前还包括s110：通过视觉定位件420获取适配器110的端面b的图像，以限定s120中距离测量件410的运动范围。具体地，在在s120之前，先通过视觉定位件420获取适配器110的端面b的图像，处理器从中提取适配器110的端面的中心孔在x方向与y方向的坐标，基于此大致确定适配器110的端面在xy平面内的位置，从而划定出距离测量件410移动至a、b、c三个位置的大致范围，保证距离测量件410在a、b、c三个位置时沿z方向的正投影能够位于适配器110的端面范围内，从而保证距离测量件410在a、b、c三个位置发出的激光能够打在适配器110的端面范围内，即保证了距离测量件410在a、b、c三个位置均能够成功测得间距。若通过比对得知距离测量件410与适配器110的端面的中心孔在x方向与y方向的距离较远，则在通过移动件300带动距离测量件410移动时，可以使距离测量件410的三个测距点在x方向与y方向上尽量靠近适配器110的端面的中心孔，以免无法成功测距。
53.在一些实施例中，挂接盘挂接方法包括上述任意一个实施例中的挂接盘定位方法，且在s600之后还包括s700：移动件300根据s600中得到的相对位置带动挂接盘210移动与转动，直至挂接于适配器110。具体地，当根据前述的定位方法获得适配器110与挂接盘210的相对位置后，即可通过移动件300带动挂接盘210朝适配器110移动与转动，直至挂接盘210的端面中心孔对准适配器110的端面中心孔，并完成挂接。由于在挂接之前进行定位时，对进行定位的视觉定位件420与距离测量件410的朝向进行了调整，保证二者的朝向为正对适配器110端面之后，才进行定位，可以排除因存在夹角而产生的定位误差，在获取相对位置时，除了考虑挂接盘210与适配器110端面在x、y、z三个方向的距离，还考虑了挂接盘210与适配器110端面的夹角α，从而较为准确的得知挂接盘210与适配器110端面的相对位置，因此，挂接盘210能够在定位结束后快速准确地挂接至适配器110上，挂接效率得以提高。
54.优选地，在一些实施例中，在s700中，通过设置于挂接盘210或适配器110的感应器感应挂接盘210是否挂接到位。若感应器检测异常，则说明挂接失败，操作人员检查原因，排除故障后重新进行挂接。具体地，可以在挂接盘210的端面附近设置接近传感器，通过该接近传感器判断挂接盘210是否挂接到位。或者，也可以在适配器110的端面附近设置接近传感器。
55.在一些实施例中，挂接盘210与移动件300均安装于探伤设备200，距离测量件410与视觉定位件420均安装于移动件300，移动件300独立于挂接盘210以外设置。具体地，将距离测量件410与视觉定位件420均安装于移动件300的运动关节的末端，且二者的安装朝向相同，在s300中，移动件300可以同时带动二者转动至正对适配器110端面b，定位效率更高。在s700中，移动件300通过抓取进给机构220，实现对安装于进给机构220的挂接盘210的抓取。移动件300带动进给机构220运动时，挂接盘210随之同步运动。当然，若不考虑定位效率等因素，距离测量件410与视觉定位件420也可以不安装于移动件300，距离测量件410与视觉定位件420可以分别放置于探伤设备200上两处位置，保证二者放置时的朝向相同即可。
在s300中，移动件300可以先抓取并带动距离测量件410转动，将其释放后，再抓取并带动视觉定位件420转动。
56.在另一些实施例中，移动件300安装于探伤设备200，挂接盘210、距离测量件410与视觉定位件420均安装于移动件300。具体地，用于安装于挂接盘210的进给机构220安装于移动件300的运动关节的末端；距离测量件410与视觉定位件420也安装于移动件300的运动关节的末端，且二者的安装朝向相同。如此，在s600之后，可以直接进行s700，即定位结束后，可以直接通过移动件300带动进给机构220运动，从而将安装于进给机构220的挂接盘210挂接至适配器110，省去了通过移动件300抓取进给机构220这一步骤，能进一步提高挂接效率。附图中示出的为前一实施例的方式，下面各实施例将仍以前一实施例为基准进行介绍。
57.在一些实施例中，在s110之前还包括s010：探伤设备200带动挂接盘210运动至沿z方向的坐标到达预设范围内。具体地，在进行挂接之前，探伤设备200距离机车100可能较远，因此，需要先通过探伤设备200带动挂接盘210靠近适配器110至较近的范围，以使得移动件300带动挂接盘210运动的路径较短，对于移动件300的要求更低。具体地，探伤设备200的主体部分为avg(automated guided vehicle)自动导引运输车。在设备运用现场地面铺设磁条，并建立机车车辆运用所的电子地图，存储于处理器和avg自动导引运输车。处理器根据待检测的空心车轴的位置和布局，向avg自动导引运输车下发行走路线任务。承载有挂接盘210与探伤杆等部件的avg自动导引运输车根据行走路线任务，行走至待检测的空心车轴附近。然后此处的移动件300的末端关节伸出，并进行一系列定位步骤。
58.在一些实施例中，在s010与s110之间还包括s020：通过距离测量件410获取与适配器110的端面b的间距，并与预设值进行比对；
59.若比对结果为二者差值在误差范围内，进行定位步骤；
60.若比对结果为二者差值不在误差范围内，探伤设备200带动挂接盘210运动，直至比对结果为二者差值在误差范围内。
61.具体地，如前所述，探伤设备200的主体部分为avg自动导引运输车，其运动时可能存在一定的误差，因此，当其运动到位后，通过距离测量件410先进行测距，并与预设值进行对比。若二者差值在误差范围内，则说明误差较小，无需调整位置也不会对后续的定位与挂接过程造成过大影响；若二者差值超出误差范围，则说明误差较大，需要通过整个探伤设备200的主体部分(即avg自动导引运输车)带动其中的探伤模块(包括挂接盘210、进给机构220与探伤杆等部件)再次运动，直至差值位于误差范围内，从而提高后续的定位精度，保证准确无误的挂接。
62.当挂接盘210挂接至适配器110后，通过进给机构220驱动探伤杆等部件伸出，对空心车轴进行探伤检测。
63.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
64.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护
范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。