技术领域
[0001] 本
发明属于轮对检修设备技术领域，更具体地，涉及一种自动对准装置及方法。
背景技术
[0002] 目前
铁路行业CRH3和谐号动车组轮对轴端压盖紧固
螺栓的多轴同时拧紧和装配作业，主要采用
水平小车式校验装置，该装置主要由底轮、
钢结构
机架、
扶手、模拟轴端和左右支腿组合而成。
[0003] 目前全国各地的动车段和动车运用所的检修装配车间，用于CRH3和谐号动车组轮对轴端压盖紧固螺栓的拧紧和装配作业模式主要有以下几种：(1)桁架滑轨+单根绳索悬吊多轴拧紧机。其实现方式是将多个拧紧轴简单机械的固定安装在一个
轴箱里，轴箱上面通过一根柔性的
钢丝绳或
弹簧平衡器悬吊，钢丝绳顶部固定在一个滑轨上，通过人工操作，可以实现左右滑动和前后摆动以及上下伸缩移动。(2)桁架滑轨+助
力机械臂式多轴拧紧机。其实现方式是将多个拧紧轴简单机械的固定安装在一个轴箱里，轴箱上面通过一个刚性的带
气缸或弹簧平衡器的助
力臂来固定，助力臂顶部通过机械
滑轮固定在桁架滑轨上，通过人工操作，可以实现前后左右滑动和上下移动。(3)龙
门框架+助力机械臂式多轴拧紧机。主体为龙门式结构，车间地面铺有滑轨，龙
门框架可以在滑轨上移动；将多个拧紧轴简单机械的固定安装在一个轴箱里，轴箱上面通过一个刚性的带气缸或弹簧平衡器的助力臂来固定，助力臂顶部通过机械滑轮固定在龙门桁架上，作业人员操作按钮可以控制龙门框架沿着地面滑轨方向移动，通过推拉助力臂，可以使多轴拧紧轴箱沿着前后方向移动。
[0004] 但是，以上几种作业模式现场使用过程中存在的问题如下：(1)桁架滑轨+单根绳索悬吊多轴拧紧机。
桁架结构会占据车间内顶部空间的
位置，会遮挡天车吊钩的行驶路径，导致一些大型的零件不能使用天车吊装，需要人工搬运，增加了工作量和劳动强度。拧紧轴箱通过钢丝绳柔性固定，依靠前后摆动和左右滑动进行人工对位，为不稳定结构，不能完全保证拧紧轴箱轴线和作业轮对孔轴线的平行度要求，最终会导致螺栓与
螺纹孔产生倾斜，影响装配
质量；多轴拧紧作业进给时需要人工向前推动轴箱，拧紧结束后需要人工将轴箱拉出，进给量和进给速度完全靠人工掌握，数据不
能量化，对作业人员依赖性大；摆动轴箱时产生阻力较大，增加了作业人员的工作量，时间久了劳动强度高。(2)桁架滑轨+助力机械臂式多轴拧紧机。桁架结构会占据车间内顶部空间的位置，会遮挡天车吊钩的行驶路径，导致一些大型的零件不能使用天车吊装，需要人工搬运，增加了工作量和劳动强度。使用多轴拧紧时需要人工滑动助力臂进行进给；对位时，需要作业人员目测
工件孔的
角度位置，然后手工转动轴箱到一定角度后进行对位，数据不能量化和存储，对作业人员的依赖性大，人工参与相对较高。(3)龙门框架+助力机械臂式多轴拧紧机。主体为龙门框架结构可以在地面轨道上滑动，虽然设备主体结构不会对天车吊钩的行驶路径造成遮挡，对车间内使用天车吊装影响不大，但是设备主体会占用一部分长度，减少车间
工作台上工件的摆放数量；作业人员除了人工移动拧紧轴箱助力臂之外，还要手持遥控器操作龙门滑轨沿着地面轨道移动，增加了工作量。使用多轴拧紧时需要人工滑动助力臂进行进给；对位时，需要作业人员目测工件孔的角度位置，然后手工转动轴箱到一定角度后进行对位，数据不能量化和存储，对作业人员的依赖性大，人工参与相对较高。
发明内容
[0005] 针对
现有技术的以上
缺陷或改进需求，本发明提供一种自动对准装置和方法，自动实现对多个轮对的
定位和拧紧作业，节省了人工推轮对运送零件和将轮对对位的作业步骤和时间，提高了作业效率。
[0006] 为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种自动对准装置，设于滑轨上，所述滑轨下方设有轮对运输线，该自动对准装置包括：
[0007] 轴箱固定
支撑挂架，可与所述滑轨相连接；
[0008] 拧紧轴固定转箱，与所述轴箱固定支撑挂架相连接，且可相对所述轴箱固定支撑挂架转动；
[0009] 轴箱伺服驱动
电机，与所述轴箱固定支撑挂架相连接，可驱动所述拧紧轴固定转箱转动；
[0010] 拧紧轴轴箱实时摄像位置反馈模
块，与所述轴箱固定支撑挂架相连接，可拍摄置于所述滑轨下运动的轮对孔位图像；
[0011] 定位装置，与所述轴箱固定支撑挂架相连接；可采集所述轮对的位置信息；以及，[0012] 中央控制柜，其包括中央计算机和
信号收发处理器，所述轮对孔位信息及轮对的位置信息经所述信号收发处理器传输至所述中央计算机，所述中央计算机发出指令控制所述轴箱伺服
驱动电机动作，驱动所述拧紧轴固定转箱转动，实现拧紧轴固定转箱与轮对孔位的自动对准。
[0013] 进一步地，所述中央控制柜包括
伺服电机驱动器，该伺服电机驱动器一端与所述轴箱伺服驱动电机连接，另一端与所述中央计算机连接。
[0014] 进一步地，所述中央控制柜包括拧紧轴
控制器，该拧紧轴控制器一端与所述拧紧轴固定转箱连接，另一端与所述中央计算机连接。
[0015] 进一步地，所述中央控制柜包括EPOD数据同步器，用于多个拧紧轴控制器的数据同步，实现各个工件螺栓的多轴同步拧紧。
[0016] 进一步地，所述中央控制柜包括报警指示模块。
[0017] 进一步地，所述定位装置包括激光定位测距仪，该激光定位测距仪通过紧固螺钉和防松
垫圈固定在轴箱固定支撑挂架上。
[0018] 进一步地，所述拧紧轴固定转箱包括拧紧轴，所述拧紧轴通过限位轴肩和紧固螺钉以及防松垫圈与所述转箱固定连接，其可沿轴向伸缩。
[0019] 进一步地，所述拧紧轴可以为一个或多个，若多个所述拧紧轴不同时
接触所述轮对的孔位时，不接触的多个所述拧紧轴可沿轴向伸缩，使多个所述拧紧轴与所述轮对的孔位全接触。
[0020] 进一步地，拧紧轴固定转箱包括可伸缩拧紧轴前端组件，该可伸缩拧紧轴前端组件与各个拧紧轴通过定位销和过赢配合相连接。
[0021] 按照本发明的另一个方面，提供一种自动对准方法，包括如下步骤：
[0022] S1:拧紧轴箱上的激光测距仪开机，实时检测轴箱与工件的距离数据，并将数据时时传送给中央控制柜的信号收发处理器，经过处理后，将数据传递给中央计算机；
[0023] S2:中央计算机收到数据后，经过系统
软件的分析和计算，发出指令给信号收发处理器，信号收发处理器经过指令转化，将信号发送给视觉识别相机，视觉识别相机开始工作，扫描并拍摄轮对工件的螺栓孔位照片，并将照片时时传送给中央控制柜的信号收发处理器，经过处理后，将数据传递给中央计算机；
[0024] S3:中央计算机根据视觉识别相机拍摄到的照片的角度和
像素数据，分析并确定拧紧轴箱与轮对工件中心点的相对位置坐标值，经过分析和计算，得出伺服电机在坐标轴的在各个方向上的移动数据和拧紧轴箱相对轮对工件螺栓孔位置的转角数据；
[0025] S4:中央计算机将指令发送给伺服电机驱动器，伺服电机驱动器经过指令转化，将信号发送给系统给各个坐标轴的伺服驱动电机，电机动作开始，带动拧紧轴箱沿着各个坐标轴方向移动，使得拧紧轴箱的中
心轴线与轮对工件的中心轴箱重合并对齐；
[0026] S5:中央计算机将指令发送给伺服电机驱动器，伺服电机驱动器经过指令转化，将信号发送给系统给拧紧轴箱的转盘电机，转盘电机开始旋转，将拧紧轴的各个轴的轴线与要拧紧的各个螺栓孔位的轴线重合并对齐；
[0027] S6:工件进行拍照，并将照片回传至中央计算机；
[0028] S7:拧紧轴箱上的激光测距仪，检测拧紧轴箱与轮对工件轴线和孔位完全重合并对准状态下的拧紧轴箱与轮对工件的轴向距离，然后将数据回传至中央计算机；
[0029] S8:中央计算机接收到视觉识别相机和激光测距仪的反馈信号后，对当前的轴箱的状态和坐标数据进行处理和计算，发出指令，将数据发送给带动拧紧轴箱朝着轮对工件轴向移动的伺服电机，带动拧紧轴箱朝着轮对工件方向移动；
[0030] S9:激光测距仪将拧紧轴线到工件的距离数据时时动态检测后，回传给中央计算机；
[0031] S10:当中央计算机检测到拧紧轴箱即将接近轮对工件螺栓时，发出指令给拧紧轴控制器和EPOD数据同步器；
[0032] S11:拧紧轴控制器驱动各个拧紧轴运行寻帽程序，自适应找到各个即将被拧紧螺栓的螺帽；
[0033] S12:EPOD数据同步器工作，驱动各个拧紧轴同时旋转，完成对各个工件螺栓的多轴同步拧紧；
[0034] S13:拧紧轴控制器检测到拧紧轴完成拧紧动作后，将拧紧数据和螺栓转角以及拧紧力矩进行采集，然后将数据信息回传给中央计算机；
[0035] S14:中央计算机收到数据，进行分析和处理，然后发指令给拧紧轴控制器和伺服电机控制器，驱动拧紧轴反转和系统坐标轴伺服电机旋转使拧紧轴箱后退，完成对轮对工件拧紧后拧紧轴箱的自动退回作业。
[0036] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0037] 1.本发明的自动对准装置，通过采用激光定位
传感器技术、视觉及
图像识别处理技术并与伺服电机控制技术、蜗轮
蜗杆导轨等相结合，自动完成了对轮对工件连接孔
姿态不同时的拧紧轴箱姿态和角度的自适应调节和轴向自动进给及螺栓拧紧和自动退回归零作业，节省了人工操作拧紧轴箱对位、进给和拧紧的步骤和时间，提高了作业效率。
[0038] 2.本发明的自动对准方法，实现了轮对工件的自动对准和拧紧，并且将作业过程中的物料配送数据、工件作业数据和设备各个部件模块儿协同动作的数据进行量化和采集，并上传提交至
服务器，为后续智慧车间和数字化工厂的筹建和运营提供了数据支撑。
附图说明
[0039] 图1为本发明
实施例提供的自动对准装置等轴测结构图；
[0040] 图2为本发明实施例提供的自动对准装置正视图；
[0041] 图3为本发明实施例提供的自动对准装置俯视图；
[0042] 图4为本发明实施例提供的自动对准装置控制原理图；
[0043] 图5为本发明实施例提供的一种系统架构的示意图。
[0044] 在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为1-轴箱固定支撑挂架；2-拧紧轴固定转箱；3-轴箱伺服驱动电机；4-拧紧轴；5-轴箱实时摄像位置反馈模块；6-可伸缩拧紧轴前端组件；7-激光定位测距仪。
具体实施方式
[0045] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0046] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0047] 本发明实施例提供一种自动对准装置，如图1-3所示，包括：
[0048] 轴箱固定支撑挂架1、拧紧轴固定转箱2、轴箱伺服驱动电机3、拧紧轴轴箱实时摄像位置反馈模块5、可伸缩拧紧轴前端组件6及激光定位测距仪7。
[0049] 进一步地，轴箱固定支撑挂架1通过紧固螺钉和防松垫圈与系统滑轨相连接；
[0050] 进一步地，拧紧轴固定转箱2通过转盘
轴承和轴箱固定支撑挂架1相连接，拧紧轴固定转箱2可以相对轴箱固定支撑挂架1沿着周向旋转；
[0051] 进一步地，轴箱伺服驱动电机3通过紧固螺栓和防松垫圈固定在轴箱固定支撑挂架1上，轴箱伺服驱动电机3的电机
输出轴与拧紧轴固定转箱2通过
花键连接，两者相对静止；
[0052] 进一步地，拧紧轴4通过限位轴肩和紧固螺钉以及防松垫圈与拧紧轴固定转箱2固定；轴箱伺服驱动电机3的输出轴旋转时，可以带动拧紧轴固定转箱2和拧紧轴4相对轴箱固定支撑挂架1而转动；
[0053] 进一步地，轴箱实时摄像位置反馈模块6通过紧固螺钉和防松垫圈固定在轴箱固定支撑挂架1上；
[0054] 进一步地，激光定位测距仪7通过紧固螺钉和防松垫圈固定在轴箱固定支撑挂架1上。
[0055] 进一步地，可伸缩拧紧轴前端组件6与各个拧紧轴通过定位销和过赢配合相连接。
[0056] 进一步地，可伸缩拧紧轴前端组件6安装在各个拧紧轴前端输出轴上后，在与工件接触时如果多个拧紧轴不是同时接触被拧紧的螺栓时，可以沿着轴向伸缩，保证各个拧紧轴与所有螺栓同时接触后同时拧紧；
[0057] 进一步地，伺服电机接受到系统的反馈信号后，发生旋转，可以带动拧紧轴固定转箱2和拧紧轴4相对轴箱固定支撑挂架1进行补偿角度的转动，完成自适应转角调节。
[0058] 本发明实施例提供的的自动对准装置，通过采用激光定位传感器技术、视觉及图像识别处理技术并与伺服电机控制技术等相结合，自动完成了对轮对工件连接孔姿态不同时的拧紧轴箱姿态和角度的自适应调节和轴向自动进给及螺栓拧紧和自动退回归零作业，节省了人工操作拧紧轴箱对位、进给和拧紧的步骤和时间，提高了作业效率。
[0059] 图5示例性的示出了本发明实施例所适用的一种系统架构，该系统架构可以服务器100，该服务器100可以包括处理器110、通信
接口120和
存储器130。
[0060] 其中，
通信接口120用于终端设备进行通信，收发终端设备传输的信息，实现通信。
[0061] 处理器110是服务器100的控制中心，利用各种接口和路线连接整个服务器100的各个部分，通过运行或执行存储在存储器130内的软件程序/或模块，以及调用存储在存储器130内的数据，执行服务器100的各种功能和处理数据。可选地，处理器110可以包括一个或多个处理单元。
[0062] 存储器130可用于存储软件程序以及模块，处理器110通过运行存储在存储器130的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及
数据处理。存储器130可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储
操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据业务处理所创建的数据等。此外，存储器130可以包括高速
随机存取存储器，还可以包括
非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0063] 需要说明的是，上述图5所示的结构仅是一种自动对准方法示例，本发明实施例对此不做限定。
[0064] 根据图4所示的自动对准装置的控制原理图，本发明实施例提供一种自动对准方法，包括如下步骤：
[0065] S1:拧紧轴箱上的激光测距仪开机，实时检测轴箱与工件的距离数据，并将数据时时传送给中央控制柜的信号收发处理器，经过处理后，将数据传递给中央计算机；
[0066] S2:中央计算机收到数据后，经过
系统软件的分析和计算，发出指令给信号收发处理器，信号收发处理器经过指令转化，将信号发送给视觉识别相机，视觉识别相机开始工作，扫描并拍摄轮对工件的螺栓孔位照片，并将照片时时传送给中央控制柜的信号收发处理器，经过处理后，将数据传递给中央计算机；
[0067] S3:中央计算机根据视觉识别相机拍摄到的照片的角度和像素数据，分析并确定拧紧轴箱与轮对工件中心点的相对位置坐标值，经过分析和计算，得出伺服电机在坐标轴的在各个方向上的移动数据和拧紧轴箱相对轮对工件螺栓孔位置的转角数据；
[0068] S4:中央计算机将指令发送给伺服电机驱动器，伺服电机驱动器经过指令转化，将信号发送给系统给各个坐标轴的伺服驱动电机，电机动作开始，带动拧紧轴箱沿着各个坐标轴方向移动，使得拧紧轴箱的中心轴线与轮对工件的中心轴箱重合并对齐；
[0069] S5:中央计算机将指令发送给伺服电机驱动器，伺服电机驱动器经过指令转化，将信号发送给系统给拧紧轴箱的转盘电机，转盘电机开始旋转，将拧紧轴的各个轴的轴线与要拧紧的各个螺栓孔位的轴线重合并对齐；
[0070] S6:工件进行拍照，并将照片回传至中央计算机；
[0071] S7:拧紧轴箱上的激光测距仪，检测拧紧轴箱与轮对工件轴线和孔位完全重合并对准状态下的拧紧轴箱与轮对工件的轴向距离，然后将数据回传至中央计算机；
[0072] S8:中央计算机接收到视觉识别相机和激光测距仪的反馈信号后，对当前的轴箱的状态和坐标数据进行处理和计算，发出指令，将数据发送给带动拧紧轴箱朝着轮对工件轴向移动的伺服电机，带动拧紧轴箱朝着轮对工件方向移动；
[0073] S9:激光测距仪将拧紧轴线到工件的距离数据时时动态检测后，回传给中央计算机；
[0074] S10:当中央计算机检测到拧紧轴箱即将接近轮对工件螺栓时，发出指令给拧紧轴控制器和EPOD数据同步器；
[0075] S11:拧紧轴控制器驱动各个拧紧轴运行寻帽程序，自适应找到各个即将被拧紧螺栓的螺帽；
[0076] S12:EPOD数据同步器(法国
马头动力工具公司产品)工作，驱动各个拧紧轴同时旋转，完成对各个工件螺栓的多轴同步拧紧；
[0077] S13:拧紧轴控制器检测到拧紧轴完成拧紧动作后，将拧紧数据和螺栓转角以及拧紧力矩进行采集，然后将数据信息回传给中央计算机；
[0078] S14:中央计算机收到数据，进行分析和处理，然后发指令给拧紧轴控制器和伺服电机控制器，驱动拧紧轴反转和系统坐标轴伺服电机旋转使拧紧轴箱后退，完成对轮对工件拧紧后拧紧轴箱的自动退回作业。
[0079] 本发明实施例提供的自动对准方法，实现了轮对工件的自动对准和拧紧，并且将作业过程中的物料配送数据、工件作业数据和设备各个部件模块儿协同动作的数据进行量化和采集，并上传提交至服务器，为后续智慧车间和数字化工厂的筹建和运营提供了数据支撑。
[0080] 基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括：
[0081] 存储器，用于存储程序指令；
[0082] 处理器，用于调用存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行上述自动对准的方法。
[0083] 基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种计算机可读非易失性存储介质，包括计算机可读指令，当计算机读取并执行计算机可读指令时，使得计算机执行上述自动对准的方法。
[0084] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和
计算机程序产品的
流程图和/或方
框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中
指定的功能的装置。
[0085] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0086] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0087] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附
权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0088] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
