一种轨道板及其制备模具平面度的检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及轨道板生产制造领域，具体说是一种轨道板及其制备模具平面度的检测系统及方法。包括桁架以及设置在桁架上的待测件放置板、直角坐标机器人、基准标定平板和传感器组件；直角坐标机器人包括：机器人本体、直角三角块、X轴导轨及Y轴导轨；机器人本体与Y轴导轨滑动连接，X轴导轨有两条，且平行安装在桁架上；Y轴导轨两端通过滑块与X轴导轨滑动连接；直角三角块的直角面A与机器人本体底部铰接，直角三角块的直角面B与地面平行设置；基准标定平板平行于直角三角块的直角面B，且安装在桁架上；待测件放置板平行于基准标定平板；直角三角块上设有传感器组件。本发明专利技术能够分离出检测过程中导轨运行等基准误差，检测精度高。检测精度高。检测精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道板及其制备模具平面度的检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及轨道板生产制造领域，具体说是一种轨道板及其制备模具平面度的检测系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国高速铁路、城际铁路的大规模建设，轨道板生产及检测标准也得到了重大发展，其中轨道板平面度的技术指标直接关系到铁路列车运行安全性和旅客乘坐舒适性，而轨道板制备模具预张拉后的平面度是保证轨道板平面度主要因素，因此高精度测量轨道板及其张拉后的制备模具的平面度是保证铁路施工质量的重要能力保证。目前轨道板平面度要求≤1mm，轨道板模具平面度要求≤0.5mm。
[0003]对于大平面的测量方法包含间隙法、光轴法、液面法等直接法，以及自准直仪法等间接法，但都存在对测量基准面要求高的问题。目前轨道板检测方面比较具有代表性的是南方测绘提出的“CRTSⅢ型轨道板模具检测、调整及轨道板检测系统”，该检测系统是要用高精度带有自动伺服系统的全站仪以及数字水平仪以及其它工装对测量数据进行采集，并用软件实施计算偏差。该方法对于P5600轨道板理论测量精度约为0.6mm，试验测量重复精度约为0.2mm，此外测量工序繁琐、检测效率较低，并且对场地要求较高，因此该方法并不能较好的满足实际测量需求。
[0004]近年来，误差分离技术被广泛运用于形状误差的测量，其原理是采用多个传感器测头，按照一定的布置和走线对工件进行在线测量，并对传感器采样点数据进行相应处理，分离出测量基准误差和其他误差，得到被测平面真实形状误差。基于误差分离技术，设计一套简单高效的平面形状误差检测系统和检测方法成为解决轨道板及其制备模具平面度高精度测量的关键。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种轨道板及其制备模具平面度的检测系统及方法，实现对轨道板及其制备模具平面度误差在线检测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种轨道板及其制备模具平面度的检测系统，包括桁架以及设置在桁架上的待测件放置板、直角坐标机器人、基准标定平板和传感器组件；
[0007]其中，所述直角坐标机器人包括：机器人本体、直角三角块、X轴导轨及Y轴导轨；所述机器人本体与Y轴导轨滑动连接，所述X轴导轨有两条，且平行安装在桁架上；所述Y轴导轨两端通过滑块与X轴导轨滑动连接；所述直角三角块的直角面A与机器人本体底部铰接，直角三角块的直角面B与地面平行设置，所述机器人本体可以带动直角三角块在X导轨和Y导轨构成的活动区域内移动；
[0008]所述基准标定平板平行于直角三角块的直角面B，且通过支架安装在桁架上；所述待测件放置板平行于基准标定平板，且与支架底面铰接；所述直角三角块上设有传感器组
件。
[0009]所述传感器组件包括多个传感器，所述传感器为用于检测传感器至轨道板之间高度值的距离传感器。
[0010]所述距离传感器安装在直角三角块侧面上，任意两个相邻的两距离传感器的测距头之间的距离相同，使距离传感器的扫描步长与安装距离相同。
[0011]一种轨道板及其制备模具平面度的检测系统及方法，包括以下步骤：
[0012](1)机器人本体带动传感器组件(4)运动至基准标定平面(3)正上方，调节每个传感器测定的高度相同；
[0013](2)将待测轨道板运送至待测件放置板上；
[0014](3)机器人本体带动传感器组件(4)沿设定轨迹运动，将传感器组件实时测量的采样点数据，设初始位置X0＝0，Y0＝0为基准点，通过工控机进行误差分离，得到传感器测距头Z方向采样点的实际采样值Z；
[0015](4)设定被测平面为m行n列的网格状平面，设定坐标(i，j)为网格上的被测点，则传感器在被测平面上的误差分离后采样值为Z，即Z
ij
；建立传感器测距头Z方向的采样值与X轴和Y轴之间的数学函数，并将该数学函数转化为测距头Z方向的采样值的矩阵；
[0016](5)根据最小二乘法估计矩阵中的参数α，得到被测平面测量值Z
ij
的回归值对应的评定基准模型；根据传感器测距头Z方向采样点的采样值Z
ij
，结合x轴，y轴坐标值上传至工控机得到最小二乘平面方程；
[0017](6)通过最小二乘平面方程对评定基准模型进行拟合，得到各采样点的数据距离最小二乘平面的正方向及负方向距离最小二乘平面的距离；
[0018](7)根据正方向及负方向距离最小二乘平面的距离得到被测平面的平面度误差。
[0019]步骤(3)中，所述通过工控机进行误差分离，得到传感器测距头Z方向采样点的采样值Z，具体为：
[0020]误差分离分析如下：设四个传感器A，B，C，D在位置i处测得数值为S
Ai
，S
Bi
，S
Ci
，S
Di
，测量时，设初始位置X0＝0，Y0＝0，(X0，Y0)为网格点中的基准点，作为基准点，通过移动导轨位置对工件扫描一次同时分离出被测平面直线误差和导轨直线运动误差，具体误差分离如下：
[0021]被测平面误差X
i
的误差分离表达式为：
[0022]或
[0023]导轨直线运动误差Y
i
的误差分离表达式为：
[0024]或
[0025]其中，X
i
是导轨运动到位置i时与初始点的差值；Y
i
为被测工件在位置i时与初始位置的差值；k为测量组件总计移动次数。
[0026]所述步骤(4)，具体包括以下步骤：
[0027]1)将被测平面分为m行n列各边相等的网格，令处于网格上的点为被测点(i，j)，其中i＝1，2，
…
，m；j＝1，2，
…
，n；(i，j)表示测量的当前行和列；
[0028]2)距离传感器经误差分离后忽略距离传感器初始位置偏差，记传感器在被测面的矩形网格上的第i行第j列的采样值为Z
ij
；
[0029]所述经误差分离后忽略距离传感器初始位置偏差，得到的采样值Z
ij
即为直线维度的Y
i
在m行n列二维空间中的表示，对于直角三角块同一侧面的两个传感器，距离传感器A、距离传感器B与采样值Z
ij
的关系如下：
[0030][0031]其中，m，n分别为设置网格的行数和列数，S
Aij
为距离传感器A在第i行第j列的测量数值，S
Bij
为距离传感器B在第i行第j列的测量数值；
[0032]3)将传感器测距头Z方向的高度值看作函数的因变量，x和y是函数的两个自变量，则建立数学函数为：
[0033]Z
ij
＝AX
ij
+BY
ij
+C
ꢀꢀꢀ
(4)
[0034]其中：i＝1，2，
…
，m；j＝1，2，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道板及其制备模具平面度的检测系统，其特征在于，包括桁架(1)以及设置在桁架(1)上的待测件放置板、直角坐标机器人(2)、基准标定平板(3)和传感器组件(4)；其中，所述直角坐标机器人(2)包括：机器人本体、直角三角块、X轴导轨及Y轴导轨；所述机器人本体与Y轴导轨滑动连接，所述X轴导轨有两条，且平行安装在桁架上；所述Y轴导轨两端通过滑块与X轴导轨滑动连接；所述直角三角块的直角面A与机器人本体底部铰接，直角三角块的直角面B与地面平行设置，所述机器人本体可以带动直角三角块在X导轨和Y导轨构成的活动区域内移动；所述基准标定平板(3)平行于直角三角块的直角面B，且通过支架安装在桁架(1)上；所述待测件放置板平行于基准标定平板(3)，且与支架底面铰接；所述直角三角块上设有传感器组件(4)。2.根据权利要求1所述的一种轨道板及其制备模具平面度的检测系统，其特征在于，所述传感器组件包括多个传感器，所述传感器为用于检测传感器至轨道板之间高度值的距离传感器。3.根据权利要求2所述的一种轨道板及其制备模具平面度的检测系统，其特征在于，所述距离传感器安装在直角三角块侧面上，任意两个相邻的两距离传感器的测距头之间的距离相同，使距离传感器的扫描步长与安装距离相同。4.一种轨道板及其制备模具平面度的检测系统及方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)机器人本体带动传感器组件(4)运动至基准标定平面(3)正上方，调节每个传感器测定的高度相同；(2)将待测轨道板运送至待测件放置板上；(3)机器人本体带动传感器组件(4)沿设定轨迹运动，将传感器组件实时测量的采样点数据，设初始位置X0＝0，Y0＝0为基准点，通过工控机进行误差分离，得到传感器测距头Z方向采样点的实际采样值Z；(4)设定被测平面为m行n列的网格状平面，设定坐标(i，j)为网格上的被测点，则传感器在被测平面上的误差分离后采样值为Z，即Z
ij
；建立传感器测距头Z方向的采样值与X轴和Y轴之间的数学函数，并将该数学函数转化为测距头Z方向的采样值的矩阵；(5)根据最小二乘法估计矩阵中的参数α，得到被测平面测量值Z
ij
的回归值对应的评定基准模型；根据传感器测距头Z方向采样点的采样值Z
ij
，结合x轴，y轴坐标值上传至工控机得到最小二乘平面方程；(6)通过最小二乘平面方程对评定基准模型进行拟合，得到各采样点的数据距离最小二乘平面的正方向及负方向距离最小二乘平面的距离；(7)根据正方向及负方向距离最小二乘平面的距离得到被测平面的平面度误差。5.根据权利要求4所述的一种轨道板及其制备模具平面度的检测方法，其特征在于，步骤(3)中，所述通过工控机进行误差分离，得到传感器测距头Z方向采样点的采样值Z，具体为：误差分离分析如下：设四个传感器A，B，C，D在位置i处测得数值为S
Ai
，S
Bi
，S
Ci
，S
Di
，测量时，设初始位置X0＝0，Y0＝0，(X0，Y0)为网格点中的基准点，作为基准点，通过移动导轨位置对工件扫描一次同时分离出被测平面直线误差和导轨直线运动误差，具体误差分离如下：被测平面误差X
i
的误差分离表达式为：
导轨直线运动误差Y
i
的误差分离表达式为：其中，X
i
是导轨运动到位置i时与初始点的差值；Y
i
为被测工件在位置i时与初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜志超，辛丽，李泽阳，王常辉，王诗宇，窦冬洋，张强，
申请(专利权)人：沈阳中科数控技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：