一种轨道车辆外墙涂装自动打磨系统技术领域
本发明涉及轨道车辆外墙喷漆前自动化打磨技术领域，特别是涉及一种轨道车辆
外墙涂装自动打磨系统。
背景技术
随着经济的发展和技术的革新，机器人自动打磨技术广泛应用于工厂和企业生产
的各个发面，近些年来轨道车辆也得到了飞速的发展，但是由于轨道车辆外墙巨大，表面不
平整，由于车辆外墙所要求得平整度较高，国内对于轨道车辆外墙打磨的工作模式还局限
于流水线式的人工打磨。人工打磨在轨道车辆外墙的打磨过程中存在着很大的弊端，首先
粉尘和噪音会对工人的身心健康造成极大的影响，其次人工打磨大大降低了打磨的效率，
拉长了打磨的时间，而且人工打磨过的外墙瑕疵较多，这些瑕疵会对外墙的涂装造成很大
的影响，从而影响整个轨道车辆的实际性能和外观整洁度。所有这些弊端在一定程度上大
大降低了工厂和企业的生产效率，增加了生产成本，而机器人自动打磨技术的应用可以很
好的解决以上问题。在现阶段的车辆外墙打磨过程中存在三个影响打磨好坏的关键因素，
一是打磨外墙普遍采用人工打磨，二是车辆外墙位姿误差，三是车辆外墙平整度误差。人工
打磨的缺点显而易见，机器人在进行车辆外墙打磨前，所要打磨的车辆外墙放置到拖车板
上时一定存在位置偏差，再加上每个拖车高度不一定相同，靠人力很难去调整，那么在接下
来的车辆外墙打磨过程中外墙的位姿偏差势必会影响到整个打磨的质量。也就是说打磨机
器人的机械手位置以及打磨路径都是确定的，都是按照设定好的程序来执行打磨工作，如
果所打磨的车辆外墙位姿没有调整好，那么有的地方会出现打磨少了或者根本没有打磨，
外墙这块会凸出来，打磨多了外墙这块会凹进去。所以在轨道车辆外墙打磨前对于外墙位
姿的调节是非常有必要的，这样不仅可以提高打磨机器人的打磨效率，还可以进一步提高
整个外墙的打磨质量。外墙位姿调整完后，由于轨道车辆外墙是由很多块板料焊接而成，焊
接完成后的焊缝间留有很多焊点，而且外墙也凹凸不平，为了去除板料间的焊点和改善凹
凸不平现象，一般在涂装前向外墙刮涂腻子粉。尽管刮涂腻子粉能够改善外墙表面的凹痕，
但是对于大平面的轨道车辆外墙而言，其平整性还是不容乐观，这会对随后的机器人打磨
外墙作业造成很大影响，因为打磨机器人都是按照设定好的力度进行打磨，外墙平整性差
会出现该打磨的焊点没有打磨掉，外墙凸的地方也没有打磨平整，还有刮涂完腻子粉的地
方打磨的很少或者根本没有打磨，造成这块相比其它部分较粗糙。所以在轨道车辆外墙刮
涂完腻子粉后，有必要进行外墙平整度检测，外墙平整度检测的目的是为了外墙经过打磨
机器人的打磨后其平面的宏观凹凸高度相对理想平面得到改善，也就是使打磨完的外墙变
得平整没有凹凸高度差。通过对整个外墙表面进行平整度检测后，检测分析出的数据会通
过终端对打磨机器人机械手进行控制，打磨机器人会根据数据结果对误差小的地方少打
磨，误差大的地方多打磨，最后可以提高整个车辆外墙的平整度。
发明内容
为了提高轨道车辆外墙打磨精度，缩短外墙打磨时间，改善工人工作条件，也为了
外墙打磨后的涂装等作业。本发明采用机器人打磨车辆外墙代替人工打磨，通过采用机器
人打磨代替手工打磨，并且对轨道车辆外墙位姿进行调节和的整个外墙进行平整度检测，
从根本解决由于外墙位姿偏差和外墙表面的凹凸不平造成的机器人打磨误差，相比人工打
磨不仅提高了车辆外墙打磨的效率和质量，降低了打磨成本，改善了打磨环境，而且为整个
外墙打磨后的涂装工序提供了良好的条件。
技术方案
一种轨道车辆外墙涂装自动打磨系统，其特征在于：包括打磨系统、车辆外墙位姿
调节系统和车辆外墙平整度检测装置三个主要部分；其中，所述打磨系统，包括支架、横梁、
打磨机器人轨道和打磨机器人；所述支架安装在平台上，用以支撑横梁；所述横梁安装在支
架上，用以安装打磨机器人轨道；所述打磨机器人轨固定在横梁上，所述打磨机器人倒立安
装在打磨机器人轨道上；所述车辆外墙位姿调节系统，包括测距部分和调节定位装置；所述
测距部分包括三个规格相同的激光测距传感器和显示屏，传感器采用短距离激光位移传感
器；三个规格相同的激光测距传感器中的两个布置在平台内侧边缘的两槽口中，第三个布
置在两轨枕中间，显示屏与激光测距传感器相连；所述调节定位装置是一个独立的装置，安
装在拖车两端正下方的轨枕上，包括举升液压缸、横移液压缸、两个接头、支座、底座；举升
液压缸安装在底座上；横移液压缸安装在支座上，同时与底座相连；两个接头分别布置在举
升液压缸和横移液压缸上；底座安装在支座上面，底座下面通过滑道与横移液压缸焊接相
连，底座上面与举升液压缸焊接相连，同时底座与支座之间经横移滑道可以相对滑动。所述
车辆外墙平整检测装置，包括外墙检测门、检测门轨道和选用二维激光扫描传感器；所述外
墙检测们安装在检测门轨道上；所述选用二维激光扫描传感器安装在检测门内侧。
本发明所具有的有益效果：一种轨道车辆外墙涂装自动打磨系统，采用打磨机器
人，通过自动化的打磨系统、车辆外墙位姿调节系统和车辆外墙平整度检测装置，可以完全
避免在轨道车辆外墙打磨过程中打磨粉尘和打磨噪音对工人身体的伤害，而且可以解决人
工打磨中所面临的车辆外墙位姿调节困难，操作过程复杂，调节精度低，打磨效率低，成本
投入大，涂装作业效果差以及外墙平整度无法检测等问题。根据轨道车辆外墙打磨所面临
的打磨问题和调整检测等方面的技术问题，轨道车辆外墙涂装自动打磨可以实现轨道车辆
外墙的位姿调节操作，提高外墙表面的打磨平整度，从而提高整个外墙的打磨精度，为涂装
作业做好准备。
附图说明
图1为本发明的调节定位装置示意透视图；
图2为本发明的调节定位装置示意剖视图；
图3为本发明的外墙涂装自动打磨系统示意布置透视图；
图4为本发明的外墙涂装自动打磨系统示意布置半剖图；
图5为本发明的二维激光扫描传感器扫描外墙示意原理图。
举升液压缸1、横移液压缸2、顶托3、接头4和5、支座6、底座7、横移滑道8、横移腔9、
拖车10、车辆外墙11、测距口12、激光测距传感器13、14和15、槽口16和17、调节定位装置18
和19、打磨机器人轨道20、打磨机机器人21、平台22、轨道23、车轮24、轨枕25、二维激光扫描
传感器26、27和28、外墙检测门29、检测门轨道30和31、半导体激光发生器32、透镜33、扫描
轮廓线34、镜片35、二维CMOS阵列36、信号处理器37、信号输出端38、支架39、横梁40
具体实施方式
现结合附图详细说明本发明结构的实施方式：
一种轨道车辆外墙涂装自动打磨系统，其特征在于：包括打磨系统、车辆外墙位姿
调节系统和车辆外墙平整度检测装置三个主要部分；其中，所述打磨系统，包括支架、横梁、
打磨机器人轨道和打磨机器人；所述车辆外墙位姿调节系统，包括测距部分和调节定位装
置；所述车辆外墙平整检测装置，包括外墙检测门、检测门轨道和选用二维激光扫描传感
器。首先打磨机器人21倒立安装在打磨机器人轨道20上，这样不会影响打磨机器人21的打
磨作业，更重要的是可以节省地面空间挪作他用。轨道车辆车辆外墙11随拖车10经车辆轨
道23到达平台22的预定位置后，三个规格相同的激光测距传感器13、14和15用来检测自身
与打磨车辆外墙之间的距离，采用的是短距离激光位移传感器。激光测距传感器13和14处
在同一水平线上且布置在平台22内侧边缘，此时两传感器从槽口16和17慢慢升起后用来测
量车辆外墙11与自身的距离，传感器15布置在两轨枕25中间，经测距口12来测量轨枕25到
车辆外墙11的距离。因为打磨机器人的机械手位置和打磨路径都是确定的，所以两激光测
距传感器13、14和轨枕25到车辆外墙11的距离是一个定值。
经过三传感器测距后，所测数值会显示在与传感器相连的三个显示屏上，显示屏
用来显示传感器所测的数据。当显示屏显示的数值与所设距离定值存在偏差时，调节定位
装置18和19将开始工作，调节定位装置是一个独立的装置，安装在拖车10两端正下方的轨
枕25上，它的实际高度要低于车轮24轴的最低位置。首先调节定位装置接头4和5与液压管
路连接对油缸加压，调节定位装置18和19根据所设距离定值，通过安装在底座7上的举升液
压缸1(底座7与举升液压缸1焊接相连)经托定3举起拖车10调节车辆外墙11的纵向偏差，直
到与传感器15相连的显示屏显示距离数值与所设距离定值相同为止。
横移液压缸2与底座7相连，底座7用于安装举升液压缸1，并且与横移液压缸2相连
直接安装在支座6上，支座6为整个调节定位装置起到支撑作用，支座6和底座7之间经横移
滑道8可以相对滑动，底座7和举升液压缸1通过焊接相连，所以横移液压缸2在横移腔9中移
动会带动整个拖车10和车辆外墙11左右移动，从而根据传感器13和14所连显示屏显示的距
离数值与所设距离定值偏差自动调节好车辆外墙的横向偏差。经过自动调节三激光测距传
感器13、14和15与其所连的显示屏距离数值与所设距离定值相同后，车辆外墙11将处于打
磨机器人21打磨的最佳位置，然后安装在机器人轨道20上的打磨机器人21开始打磨准备工
作，此时车辆外墙位姿调节完毕。
二维激光扫描传感器26、27和28中的两个相互对称安装在外墙检测门29两侧面内
侧，第三个安装在外墙检测门29上面内侧，也就是安装在外墙检测门29上部最中间位置(二
维激光扫描传感器布置数量根据扫描精度而定)。由于轨道车辆外墙巨大，一般采点式的激
光传感器扫描费时费力，这里选用的二维激光扫描传感器是基于光学三角测量原理来扫描
外墙，其最主要的特点是扫描量程大，不需要需控制器，直接网口输出(也可选模拟输出)，
扫描测量不受色彩、表面材质或离散光线所影响，而且二维激光扫描传感器具有同步输入
端，可使多个传感器同步工作。二维激光扫描传感器26、27和28在进行车辆外墙11扫描作业
时，半导体激光发生器32发出光线，经过透镜33形成平面光幕，同时在车辆外墙11上形成一
条扫描轮廓线34(轮廓线长度就是传感器的扫描量程)，光线经过车辆外墙11反射投影到二
维CMOS阵列36上，此时车辆外墙11外轮廓经过信号处理器37分析处理后从信号输出端38输
出。
外墙检测门29安装在外墙检测轨道30和31上，其两侧和上面都是平直的，两转角
处为平滑弯曲状态，外墙检测门29的大小根据三个激光扫描传感器的扫描范围而定，在车
辆外墙11穿过外墙检测门29时，能够保证扫范围描覆盖整个车辆外墙11，而且截面宽度也
要能够保证传感器的安装。车辆外墙位姿调整后，外墙检测门29沿检测门轨道30和31匀速
移动，检测门轨道30和31与平台22平齐，是外墙检测门29的工作路径，当外墙检测门29与车
辆外墙11前端对齐时，二维激光扫描传感器26、27和28开始对外墙进行扫描检测作业，当检
测门29与车辆外墙11后端对齐时，二维激光扫描传感器26、27和28停止对外墙的扫描检测
作业，至此扫描检测作业完成，检测门29将自动复位。通过对车辆外墙11的轮廓扫描检测，
可以很快的测量出整个外墙的平整度，所测的数据进过分析处理后输出控制信号，控制安
装在打磨机器人轨道20上的两台打磨机器人21开始打磨作业。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定
本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在
不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，则应当
视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。