(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210973752.0 (22)申请日 2022.08.15 (66)本国优先权数据 202210930360.6 2022.08.03 CN (71)申请人 朱勇更 地址 100081 北京市海淀区大柳树路2号院 北三楼52 2室 申请人 尤瑞林　吴玉堂　朱华　谢玉春　 新泰房桥轨枕有限公司 　 北京乐宇科贸有限责任公司 　 南京波长光电科技股份有限公司 (72)发明人 朱勇更　尤瑞林　吴玉堂　朱华　 谢玉春　宋善超　王梦　高金珠　 宁娜　王勇　(74)专利代理 机构 南京中律知识产权代理事务 所(普通合伙) 32341 专利代理师 李建芳 (51)Int.Cl. B23K 26/38(2014.01) B23K 26/14(2014.01) B23K 26/70(2014.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种轨枕激光断筋系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种轨枕激光断筋系统及方 法， 系统包括支撑板、 防撞机构、 激光切割头、 支 撑台、 输送机、 机器人、 控制柜、 气源装置和冷水 装置。 本发明轨枕激光断筋系统， 采用自动化机 器人运动技术， 选用大功率光纤激光器QBH， 配以 专门设计的激光切割头， 利用3D视觉定位系统， 可自动实现轨枕钢筋的精准切割， 为非接触切 割， 因热影 响区小而不会对轨枕端钢筋与混凝土 间的握裹力产生不利影 响， 从而保证了轨枕产品 寿命； 具有切割速度快、 切缝窄、 切缝边缘垂直度 好、 切边光滑； 噪声低、 能耗低， 安全性高等优点； 激光切割头体积小， 灵活性好， 具有自动识别定 位， 激光输出功率稳定； 防撞机构具有高精准的 定位复位效果， 且缓冲区较 长， 缓冲范围大。 权利要求书2页 说明书8页 附图7页 CN 115383322 A 2022.11.25 CN 115383322 A 1.一种轨枕激光断筋系统， 其特征在于： 包括支撑板、 防撞机构、 激光切割头、 支撑台、 输送机、 机器人、 控制柜、 气源 装置和冷水装置； 支撑板包括竖板和侧板， 侧板的数量为两块， 两块侧板相对、 且平行地设置在竖板的左 右两侧； 两块侧板底部内侧设有相对设置、 且沿竖直方向设置的导轨， 导轨底部的两侧板之 间设有下限位板， 导轨顶部的两侧板之间设有上限位板； 防撞机构包括第一转接板、 第二转接板、 第三转接板、 第一弹性件、 第二弹性件和第一 位置传感器； 第一转接板的两侧分别与支撑板上两块侧板底部内侧 导轨滑动配合， 第一转 接板可沿导轨上下移动； 第一 弹性件的一端连接第一转接板的顶部、 另一端连接下限位板； 第一转接板背向竖板的一面为安装面， 第一转接板、 第二转接板和 第三转接板依次相接， 其 中， 第二转接板与第一转接板的安装面相接， 第一转接板和 第二转接板之 间固定配合， 第二 转接板和第三转接板之间活动配合， 第二弹性件一端连接第三转接板、 另一端穿过第二转 接板后连接第一转接板的安装面； 第一位置传感器安装在下限位板上、 用于检测第一转接 板的位置； 激光切割头包括喷嘴、 准直与聚焦光学组件、 光纤激光器QBH、 支架和3D视觉相机； 喷嘴 一端为连接端、 另一端为输出端， 喷嘴连接端、 准直与聚焦光学组件和光纤激光器QBH沿轴 向顺次相 接； 喷嘴从连接端到输出端为直径渐缩的细长锥形管结构， 喷嘴轴向长度不小于 26cm； 喷嘴的连接端外侧设有气管接头； 准直与聚焦光学 组件的壳体上设有冷水腔， 冷水腔 上设有进、 出水管接头； 3D 视觉相机通过支架 安装在光纤激光器QBH外侧壁； 光纤激光器QBH 外侧壁安装在防撞机构的第三 转接板上； 支撑台架设在输送机上方， 支撑台下方的输送机侧面设有第二位置传感器， 机器人的 底座安装在支撑台上， 机器人的操作端与防撞机构的第二 转接板连接； 控制柜、 气源装置和冷水装置均置于支撑台上， 机器人、 气源装置、 冷水装置、 第一位置 传感器和3D视觉相 机均与控制柜连接、 并受控制柜控制； 气源装置通过气管与喷嘴上 的气 管接头连通； 冷水装置通过水管与准直与聚焦光学组件上的进、 出水管接头连通、 形成循 环。 2.如权利要求1所述的轨枕激光断筋系统， 其特征在于： 竖板的顶部设有C形缺口， 光纤 激光器QBH上光纤接 头的光纤、 气管和水 管均收集在C形缺口内。 3.如权利要求1或2所述的轨枕激光断筋系统， 其特征在于： 第二转接板和第三转接板 接触面的周边通过相互配合的球面凹槽和球面凸起活动配合； 第一转接板、 第二转接板和 第三转接板沿水平方向依次相接， 第二转接板和 第三转接板接触面的中心 通过相互配合的 斜面凹槽、 斜 面凸起活动配合。 4.如权利要求3所述的轨枕激光断筋系统， 其特征在于： 第 二转接板 中心和第 三转接板 中心之间还通过相互匹配的磁铁和铁块相互吸合。 5.如权利要求1或2所述的轨枕激光断筋系统， 其特征在于： 第二转接板和第三转接板 上均设有弹性连接孔， 第二弹性件一端连接在第三转接板上 的弹性连接孔内、 另一端穿过 第二转接板的弹性连接后连接第一转接板的安装面； 第一弹性件和第二弹性件均为拉簧； 第一弹性件有相对设置的两根； 第二弹性件有相对设置的两根。 6.如权利要求1或2所述的轨枕激光断筋系统， 其特征在于： 喷嘴连接端最大外径为10 ～25mm； 喷嘴所用材质为紫铜； 光纤激光器QBH为波长<1.07微米、 功率大于2000W的连续光权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115383322 A 2纤激光器QBH 。 7.如权利 要求1或2所述的轨枕激光断筋系统， 其特征在于： 喷嘴轴向长度为30～40cm， 喷嘴输出端外径为3～5mm， 喷嘴输出端内径为1.3～2mm； 气管接头为L形管， 气管接头的一 端连接在喷 嘴的连接端外侧、 另一端 背向喷嘴的输出端。 8.如权利要求1或2所述的轨枕激光断筋系统， 其特征在于： 气源装置为气体冷干机； 冷 水装置双温冷水机； 机器人为6轴机器人。 9.如权利要求1或2所述的轨枕激光断筋系统， 其特征在于： 轨枕激光断筋系统运用3D 视觉系统， 自动识别轨枕、 实现工件找正定位， 并自主完成自动化切割作业； 3D视觉系统包括视 觉处理模块、 3D视 觉控制器和激光切割头上的3D视 觉相机； 3D视觉相机通过网络与安装在控制柜中的3D视觉控制器相连， 视觉处理模块安装于3D 视觉控制器中； 3D视觉相机在预设的起点位置获得工件图像信息， 通过网络传输至3D视觉控制器， 通 过视觉处理模块匹配工件特征和计算工件位置； 3D视觉控制器根据工件特征和位置信息发 送控制指令至安装在控制柜中的机器人控制器； 机器人根据控制指令运行， 完成定位和预 定加工轨迹； 机器人完成预定动作后发送状态至3D视觉控制器， 同时运行到预设的起点位 置。 10.一种轨枕激光断筋方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 1)轨枕传送： 待输送机的滚轴传送机构将轨枕送到支撑台前900～960毫米的位置， 输 送机侧面的第二位置传感器接收到轨枕到达预定位置、 并送出信号给安装在控制柜中的控 制器， 控制器中断滚轴传送、 等待轨枕激光断筋系统工作； 2)识别工件， 计算轨枕位置： 3D视觉相机在机器人的带动下， 运行到起点位置， 3D视觉 相机获取工件图像， 并将图像信息传输至3D视觉控制器， 视觉处理模块根据内部预设的工 件特征与实时获得的3D数据进 行特征比对匹配， 识别暴露钢筋的狭缝， 自动识别工件， 计算 判定工件个数， 计算工件的位置， 实现工件中心位置的确定； 3)钢筋位置及姿态获得与切割:3D视觉控制器根据2)识别工件 的位置， 发送指令至安 装在控制柜中的机器人控制器； 机器人控制器控制机器人运行到工件位置正上方预设距离 再次拍照， 获得工件钢筋3D数据， 3D数据通过网线传输到3D 视觉控制器， 通过视觉处理模块 对钢筋3D数据的运算， 计算工件的位置及姿态， 实现工件位置姿态的最 终确定， 3D 视觉控制 器根据工件特征和工件位置姿态信息发送控制指 令至安装在控制柜中的机器人控制器， 控 制机器人进行轨迹寻位切割， 切割过程中， 气源装置和冷水装置分别为激光头提供干燥切 割用气和循环冷却用水。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115383322 A 3