焊接铁路导轨的方法和系统技术方案

通过采用具有机器人机构的电弧焊枪，在相邻第一和第二铁路导轨的相对端壁之间窄间隙中沉积熔融金属垂直间隔焊层而自动填充所述间隙的方法和系统，包括：构成特定间隙的数据阵列，所述阵列组成一系列形成所述焊枪的理想化前进的位置以便以由多个位置构成的垂直间隔焊层填充所述间隙，由所述数据阵列输出关于特定位置的数据；处理与采用所述机器人执行程序的所述输出数据相关的所述焊接参数；接着，输出关于在所述系列点中下一个位置的新固定数据；处理与采用所述所述机器人执行程序的所述新数据相关的所述焊接参数；以及重复所述输出和处理动作直到处理了关于特定焊层的所述数据阵列中的所述位置。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接导轨间隔端的方法和系统，特别涉及通过采用电弧焊接法焊接两间隔铁路导轨的方法和系统。现有技术多年来，在通过采用焊接法填充间隔导轨端壁之间间隙来连接间隔铁路导轨中投入了大量工作。本申请的受让人有专利Morlock 5,773,779和Morlock 5,877,468，这里将其合并作为参考文献以说明背景信息。这些专利涉及用于连接两间隔导轨端部的电弧焊接方法和系统，该导轨利用导轨平轨底之间的垫板使得根部焊道或第一焊道沉积在一部分垫板上或作为一部分垫板。这两个专利公开整个焊接法，包括一系列垂直焊层，该垂直焊层在包含填充端导轨之间间隙的金属的焊道上方。不需要重复焊接过程的细节，在该过程中电弧焊枪沿产生一系列垂直设置沉积金属焊层的路径移动。机器人机构通过使焊枪沿着理想路径行走的一般机器人程序来移动焊枪。该路径在形成间隙的相邻导轨的轨底、轨腰和轨顶之间变化。而且合并的参考文献是系列号为356,837、申请日为1999年7月19日的在先的悬而未决申请。该在先申请公开了在连接两间隔铁路导轨中使用的根部焊道的焊接过程，其中通过由机器人机构移动焊枪而形成根部焊道。软件程序使焊枪沿理想路径行走，该路径由在根部焊道沉积中发生的焊接事件控制。本申请根本目的在于被填充焊缝或间隙的下轨底中的第一垂直焊层。本专利技术实现由在先的悬而未决申请中公开的方法，并根据与控制机器人软件程序的运动平行或同时操作的后台计算机程序进行完全填充间隙的焊接过程。如果要在该区域成功使用电弧焊接过程，则必须准确和迅速地将熔融金属填充到靠近第一和第二铁路导轨的相对端壁之间的窄间隙内。为实现上述目的，该技术形成了通过机器人机构在间隙中来回移动电弧焊枪的原理。在过去，电弧焊枪的移动由机器人机构通过采用使用低级语言的执行软件程序来控制。通过在理想路径中移动焊枪并以程序语言记录该运动以便在填充下一导轨焊缝时重复该运动来产生该程序。产生的用于控制机器人机构运动的计算机软件程序会导致有缺陷的焊接过程，需要操作者频繁注意。当通过在间隙中移动焊枪并通过软件程序定期存储该运动而产生执行程序时，在现场使用该程序来焊接焊缝会带来一定困难。导轨之间由一个焊缝到下一焊缝的间隙是不均匀而且任一焊缝都不是理想的。在现场间隙通过用旋转切割轮切去一个导轨端部接着切去另一导轨端部而形成。这些导轨接着定位以达到规定的间隙。这些通过低精确过程对粗切割导轨定位，两端面不必平行。以上用于移动电弧焊枪以填充间隙的程序已经确定并基于这些端壁的理想定位和精确间距。因此，在现场的间隔导轨之间的机器人控制和机器人焊接从一个间隙到下一间隙不能获的普遍成功。过去的限制是计算机软件程序的使用，该程序基于焊枪在理想的但却是想象的间隙中的理想运动。希望理想间隙接近电弧焊接过程中填充的实际间隙。不成功的填充操作产生不合格焊缝。在现场不同意这样做的理由是经常使火车绕行以避开正在填充焊缝的施工区。这是不能接受的，并且要对不能成功执行的用于填充间隔导轨之间焊缝的计算机控制机器人机构进行调整。端壁的间距不总是相同的；因此，理想焊枪运动的使用不能总是成功提供令人满意的焊缝。
技术实现思路
本专利技术涉及编程基本原理的改进，其中通过使用控制电弧焊枪的独特方法使一般与机器人运动控制相关的低级语言或软件程序与后台高级语言如KAREL同时使用。本专利技术包括产生固定数据文件或文本文件，其包括一系列构成用于填充导轨之间间隙的整个焊接过程的位置。该文本文件或数据阵列象一个电子表格，其中一系列位置以一种方式固定设置在数据阵列中，该方式是使每个位置由一组坐标限定，这些坐标专门表示焊枪在焊接过程中所处的位置。每个固定位置信息包括焊接参数，如电压、行进速度或在与某个位置相关的移动结束时的延迟。当焊枪沿预选路径向着已知的下一个位置移动时执行这些参数。当走完该路径并且焊枪准备执行下一位置时，输出并执行关于下一位置的信息，以便通过电弧焊枪处理一系列单独位置而构成整个填充过程。将记录在数据阵列的电子表格格式中的每个位置分配给用于焊接过程的沉积金属的特定垂直焊层。连续执行多个位置以产生一层填充金属。在对应特定位置的一个焊接循环完成时，高级后台软件程序检测和判定焊接过程的垂直高度或z坐标。如果检测的z坐标不对应来自电子表格中要循环的下一个位置，则修正所处理的下一位置的z坐标。实际上，存储的z坐标由检测的z坐标取代。在焊接过程中，沉积连续焊层。如果没有完全填充，则要重复这些焊层中的一些焊层。如果所处理位置是在必须被填充的熔融金属特定焊层的末端，则将电弧焊枪的z坐标或高度与特定焊层的已知高度比较。当该焊层已经完成时，处理下一焊层。如果没有完成该焊层，则重复构成该短焊层的位置。因此，逐一的处理指定给金属焊层的固定系列的焊接步骤，然后测量焊枪的垂直高度以判定是否要处理下一焊层。输出一系列固定存储焊接步骤的过程由焊枪的特定定位来标志，已经证明所处理焊层是成功的。在某些焊接步骤之后，根据焊枪的实际高度进行调整。因此，本专利技术的一个方面是电子表格型固定数据阵列或文本文件的应用，该文件具有数据，该数据可以输出作为一个位置接着另一位置，每个位置构成焊枪的定位以及当焊枪移动时填充的特定焊层。采用低级机器人执行软件程序完成作为单独位置的每个焊接步骤。同时，使用高级程序检测焊枪的垂直位置，以便产生表示焊枪实际垂直高度的数字信息。在给定焊接步骤开始时，可以用高度或z坐标修正焊枪位置。产生焊接理想间隙的数据阵列，该间隙几何形状在现场是得不到。因此，根据本专利技术另一方面，采用高级计算机程序软件语言产生“用户帧(user frame)”，该“用户帧”是表示所焊接间隔导轨的实际端壁的基准平面。该基准平面构成要填充的窄间隙。根据本专利技术这一方面，由焊枪带动的触针或其它已知机构装置移动到选择的端壁上的点。读取和记录机器人的启动位置和所选择的第一点之间的关系作为第一点的x、y和z坐标。然后，通过将触针移动到第二位置以测量x坐标。通过由触针选择第三点来确定x、y平面。端壁表面的三个分隔点形成由后台软件程序计算的基准平面。基准平面是表示端壁表面实际平面的“用户帧”。在另一端壁上执行同样的过程，以便计算两端壁中每一个的用户帧或基准平面。这些端壁可以不平行，垂直或水平。通过计算实际端壁的基准平面，形成实际间隙。由后台程序计算两基准平面中间的平面。该中间用户帧与每个端壁平面等距离。当使用本专利技术时，产生在现场处理的特定间隙数据阵列或文本文件。该固定数据包括大量具有坐标的单独位置，这些坐标基于产生的基准平面或“用户帧”的间距或位置关系。存储在数据阵列中的每个位置与填充过程中所沉积熔融金属的预选垂直焊层相关。该固定数据阵列的新颖之处在于，在每个填充过程前，关于在现场计算的基准平面来对焊枪位置进行定位。因此，在现场，通过触针和采用后台软件程序来判定实际端壁的基准平面。因此，根据所填充的实际间隙而不是根据用于产生固定数据阵列的理想间隙的理论间隙，由KAREL程序产生的基准平面形成焊枪任何时候的实际位置。当处理由数据阵列中的某个位置形成的焊接循环时，检测焊枪的高度。实际z坐标用于由位置形成的焊接过程。当处理给定熔融金属焊层中最后的焊接步骤或位置时，检测的焊枪高度用于判定是否已经填充了焊层。如果还没有填充该焊层，则该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过采用具有机器人机构的电弧焊枪在相邻第一和第二铁路导轨的相对端壁之间窄间隙中沉积熔融金属垂直间隔焊层而自动填充所述间隙的方法，所述机器人机构以由低级机器人执行程序控制的模式从一个空间位置向下一空间位置移动所述焊枪，所述方法包括：（ ａ）构成特定间隙的数据阵列，所述阵列组成一系列形成所述焊枪的理想化前进的位置以便以由多个位置构成的垂直间隔焊层填充所述间隙，所述的每个固定位置至少由４个坐标识别，包括（１）至少ｘ、ｙ和ｚ、（２）焊层，而所述位置是其一部分以及（３）当所述焊枪向着下一个位置移动时要执行的焊接参数；（ｂ）由所述数据阵列输出关于特定位置的数据；（ｃ）采用所述机器人执行程序处理与所述输出数据相关的所述焊接参数；（ｄ）接着，输出关于在所述一系列点中下一个位置的新固定数据；（ｅ）采用所述所 述机器人执行程序处理与所述新数据相关的所述焊接参数；以及（ｆ）重复所述输出和处理动作直到处理了关于特定焊层的所述数据阵列中的所述位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔J莫罗克，詹姆斯W穆马，
申请(专利权)人：林肯环球公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]