鐵路貨車車輛輪軸信息自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的探討與分析

郭志洪

鐵路貨車車輛輪軸信息自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的探討與分析

郭志洪

（大秦鐵路股份有限公司湖東車輛段，山西 大同 037300）

鐵路貨車車輛軸端及軸承標(biāo)志板信息在輪軸檢修中存在無(wú)法識(shí)別或識(shí)別錯(cuò)誤的問題，直接影響輪軸檢修及車輛運(yùn)行安全。研制輪軸信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，可以識(shí)別軸端信息及識(shí)別標(biāo)志板信息，并可以將信息自動(dòng)上傳到服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)工序卡控、時(shí)間卡控等功能，控制輪軸出庫(kù)時(shí)的質(zhì)量，提高作業(yè)人員工作效率，降低不合格輪軸出現(xiàn)的概率。

車輛軸承；軸端；標(biāo)志板；自動(dòng)識(shí)別

1 引言

鐵路貨車車輛輪軸在檢修過(guò)程中，輪軸軸端上有相關(guān)信息，這些信息代表了車輛輪軸的編碼，安裝滾動(dòng)軸承的輪軸還有軸承標(biāo)志板，這些信息在車輛輪軸檢修過(guò)程中都需要人工識(shí)別核對(duì)，以確保每條輪軸檢修的有序管理。輪軸結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

1—車軸；2—車輪；3—軸承。

1.1 輪軸軸端車軸標(biāo)記

滾動(dòng)軸承車軸在車軸兩端面上，以軸端中心孔中心與軸端三個(gè)螺栓孔中心的假想線及其延長(zhǎng)線將軸端三等分，構(gòu)成三個(gè)扇區(qū)。

車軸標(biāo)記要按規(guī)定刻打在某一扇區(qū)內(nèi)，車軸鋼冶煉熔煉號(hào)，阿拉伯?dāng)?shù)字，比如931128，字體高7 mm。信息還包括鋼種漢語(yǔ)拼音標(biāo)記、鍛造單位代號(hào)、年月、軸號(hào)、軸型、超聲標(biāo)記。

1.2 滾動(dòng)軸承標(biāo)志板標(biāo)記

軸承的標(biāo)志板共分A、B、C、D四欄。

A欄：軸承首次裝用年月，等級(jí)軸承標(biāo)記，軸承制造（大修）單位代號(hào)，軸承分類代號(hào)。

B欄：輪對(duì)第一次組裝年月日，左，軸號(hào)。

C欄：軸承本次裝用年月日。

D欄：軸承本次裝用單位代號(hào)，一般檢修單位代號(hào)，一般檢修符號(hào)。

2 存在的問題

輪軸信息需要人工識(shí)別，車輛經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，有些軸端信息及軸承標(biāo)志板中標(biāo)記數(shù)字會(huì)有模糊或生銹，會(huì)造成無(wú)法識(shí)別或識(shí)別錯(cuò)誤，直接影響輪軸檢修流水線的作業(yè)效果。

在輪軸檢修流轉(zhuǎn)的過(guò)程中，每道工序的軸號(hào)和軸端信息都由工作人員抄寫，然后錄入到設(shè)備軟件中，并手工錄入HMIS系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)人工抄寫出錯(cuò)、人工填寫順序出錯(cuò)、人工錄入出錯(cuò)等問題，導(dǎo)致錄入HMIS系統(tǒng)的軸號(hào)信息與真實(shí)值不一致，降低了作業(yè)效率。

人工抄寫軸號(hào)和軸端信息，信息全部人工登記在51卡片上，占據(jù)了大量的人工時(shí)間，且抄寫軸號(hào)和軸端信息容易出錯(cuò)，造成核實(shí)困難。

3 研制目標(biāo)

研制輪軸信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，識(shí)別軸端信息包括車軸制造單位、軸型、軸號(hào)、車軸制造時(shí)間等，識(shí)別標(biāo)志板信息包括軸號(hào)、廠家代號(hào)、首次組裝時(shí)間等，并可以將識(shí)別信息自動(dòng)上傳到服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以通過(guò)軸號(hào)自動(dòng)查詢服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)信息。

ISO9001質(zhì)量體系理念在醫(yī)院干部保健管理中的應(yīng)用…………………… 蔡志玲 李冬晶姜鴻 等（4）569

輪軸檢修工序操作都會(huì)自動(dòng)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)，基于記錄信息實(shí)現(xiàn)檢修過(guò)程的工序卡控以及時(shí)間卡控，保證輪軸的檢修質(zhì)量。

4 研制內(nèi)容

4.1 光源設(shè)計(jì)

針對(duì)軸端和標(biāo)志板端表面的不同特性，設(shè)計(jì)光源的打光方式也不同。比如軸端表面為不銹鋼表面，易反光，且表面無(wú)遮擋物，而標(biāo)志板表面字符為刻打，三角板上方存在三角扣板保護(hù)，導(dǎo)致遮擋光路。針對(duì)軸端和標(biāo)志板的不同特征設(shè)計(jì)了不同的光源，如圖2所示。

圖2 不同光源標(biāo)志板圖

4.2 數(shù)據(jù)傳輸

采集的圖像數(shù)據(jù)全部通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)椒?wù)器端進(jìn)行字符區(qū)域定位和智能識(shí)別，然后傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的客戶端確認(rèn)，如圖3所示。

圖3 標(biāo)志板和軸端信息識(shí)別效果圖

4.3 字符識(shí)別

基于采集的圖片進(jìn)行圖像字符區(qū)域的定位與字符識(shí)別，主要包括單個(gè)字符區(qū)域的定位和字符識(shí)別。

4.4 數(shù)據(jù)管理

所有軸端和標(biāo)志板的識(shí)別過(guò)程都是在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，并且識(shí)別信息自動(dòng)錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于統(tǒng)一管理和統(tǒng)計(jì)。

4.5 卡控功能

基于數(shù)據(jù)庫(kù)信息的工序卡控和時(shí)間卡控功能的實(shí)現(xiàn)和預(yù)警提醒。

4.6 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架

所有的檢測(cè)設(shè)備通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器端連接，從而方便布線和數(shù)據(jù)傳輸，各個(gè)工序的客戶端設(shè)備都傳輸?shù)椒?wù)器端處理，便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理等。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 硬件技術(shù)

系統(tǒng)硬件由采集模塊、定位觸發(fā)模塊、圖像顯示模塊、圖像識(shí)別服務(wù)器及軟件組成。其中，標(biāo)志采集模塊由工業(yè)檢測(cè)相機(jī)和鏡頭、工業(yè)補(bǔ)償光源、電源控制模塊等組成。定位觸發(fā)模塊由三點(diǎn)式平面確定裝置和控制硬件電路組成，圖像顯示模塊由工業(yè)液晶顯示屏和觸摸屏組成。

當(dāng)車輪經(jīng)過(guò)工序的檢測(cè)設(shè)備時(shí)，工作人員手持采集設(shè)備進(jìn)行圖像采集；手持采集設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將圖像信息傳輸至圖像識(shí)別服務(wù)器進(jìn)行識(shí)別和處理。

識(shí)別服務(wù)器把識(shí)別的軸端（標(biāo)志板信息）和圖像回傳到手持采集設(shè)備，供顯示和人工確認(rèn)；人工確認(rèn)后，手持采集設(shè)備自動(dòng)查詢HMIS系統(tǒng)，根據(jù)查詢結(jié)果如果該軸在當(dāng)前工位之前有沒有做的工序則進(jìn)行報(bào)警提示。

系統(tǒng)供電采用220 V交流電和鋰電池兩種供電方式。

5.2 字符識(shí)別技術(shù)

5.2.1 字符區(qū)域定位

粗定位步驟主要采用目標(biāo)定位、紋理定位法和顏色定位法疊加的方式，其中紋理定位法，通過(guò)尋找圖像邊緣的方法來(lái)定位軸端字符串位置，適合于光照偏弱、偏強(qiáng)或不均勻的情況；顏色定位通過(guò)顏色分類來(lái)找到軸端字符串位置，是很好的輔助定位手段。

5.2.2 字符區(qū)域精定位

精定位步驟主要采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的定位法結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位法，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)于軸端字符串傾斜和變形等情況有很好的定位效果。

5.2.3 字符分割

這里主要采用投影法和模板匹配法對(duì)字符和數(shù)字進(jìn)行有效的分割，整體字符的分割和識(shí)別效果如圖3所示。

5.3 軟件架構(gòu)

系統(tǒng)終端可以接入識(shí)別服務(wù)器，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)線的每個(gè)檢測(cè)工位的工作情況、輪軸經(jīng)過(guò)的路徑、實(shí)時(shí)調(diào)取每個(gè)檢測(cè)工位的檢測(cè)結(jié)果，并可以實(shí)時(shí)給檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送指令，用于動(dòng)態(tài)配置。主界面中每個(gè)檢測(cè)工位中顯示當(dāng)前需要檢測(cè)的輪軸數(shù)量，如果出現(xiàn)報(bào)警情況（例如：檢測(cè)工位序號(hào)不符合要求，檢測(cè)時(shí)間不符合要求），則也會(huì)進(jìn)行實(shí)時(shí)提示并報(bào)警，點(diǎn)擊每個(gè)檢測(cè)工位可以查詢檢測(cè)歷史的詳細(xì)信息。

5.4 結(jié)構(gòu)組成

5.4.1 識(shí)別控制端

輪軸信息手持機(jī)具有高清拍照、自動(dòng)識(shí)別功能。

5.4.2 登錄

在控制系統(tǒng)雙擊“相機(jī)軟件”圖標(biāo)，進(jìn)入用戶登錄界面，選擇用戶名（默認(rèn)為“壓裝區(qū)_軸頸測(cè)量工位”），輸入正確的登錄密碼，雙擊“登錄”按鈕登錄，工控機(jī)方面雙擊“相機(jī)軟件”圖標(biāo)（IPC.exe），開啟工控機(jī)軟件。

5.4.3 拍照

將手持機(jī)對(duì)準(zhǔn)軸端（或標(biāo)志板），并適度用力向前壓緊，待“運(yùn)行狀態(tài)燈”變?yōu)榫G燈（初始為紅燈）時(shí)，即三個(gè)微動(dòng)按鍵全部接通，此時(shí)再按下拍照鍵，環(huán)形燈和相機(jī)同時(shí)被觸發(fā)，同時(shí)“運(yùn)行狀態(tài)燈”出現(xiàn)綠燈閃爍，此時(shí)拍照完成，如圖4所示。

5.4.4 上傳系統(tǒng)

圖片經(jīng)過(guò)處理后，服務(wù)器將軸號(hào)截圖及數(shù)據(jù)返回到工控機(jī)，此時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)填充到工控機(jī)客戶端右側(cè)的數(shù)據(jù)列表（包括壓裝單位/壓裝年月/軸號(hào)/型號(hào)等），作業(yè)人員根據(jù)圖像上記載的信息，核對(duì)右框中對(duì)應(yīng)的信息，確認(rèn)無(wú)誤后，最終上傳該信息到服務(wù)器。

圖4 拍攝圖片對(duì)準(zhǔn)軸端觸發(fā)相機(jī)拍攝

6 效果

鐵路貨車車輛輪軸信息自動(dòng)識(shí)別技術(shù)解決了輪軸檢修數(shù)據(jù)抄錄問題，實(shí)現(xiàn)了工序卡控、時(shí)間卡控等功能，可控制車輪出庫(kù)時(shí)的質(zhì)量。整個(gè)檢修場(chǎng)所無(wú)線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，所有工序的軸端信息和檢修信息可以實(shí)時(shí)記錄，無(wú)需人工抄寫和錄入，便于質(zhì)量卡控和管理記錄。

可以控制車輛段檢修車間車輪的出庫(kù)質(zhì)量，由于該系統(tǒng)將所有軸號(hào)和檢修信息記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，所有的信息可供時(shí)間卡控和工序卡控調(diào)用，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。

無(wú)需人工錄入軸號(hào)信息等，在一定程度上提高了作業(yè)人員工作效率，并且在壓裝和關(guān)蓋工序進(jìn)行信息提醒，降低不合格車輪出現(xiàn)的概率。

提高了輪軸檢修流水線的工作效率，利用軸端識(shí)別儀采集軸端圖片自動(dòng)識(shí)別軸端信息和之前手動(dòng)抄錄軸號(hào)，錄入系統(tǒng)，工時(shí)縮短42%，每天可提高產(chǎn)量23%。

［1］中國(guó)鐵路總公司.鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2016.

［2］黃毅，陳雷.鐵路貨車檢修技術(shù)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

U279

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.032

2095－6835（2019）20－0078－02

郭志洪（1975—），高級(jí)工程師，主任，研究方向?yàn)橹剌d車輛。

〔編輯：張思楠〕