車輛承載鞍檢測的結(jié)構(gòu)分析

王飛

摘要：承載鞍是貨車轉(zhuǎn)向架的重要部件，安裝在貨車輪對滾動軸承和轉(zhuǎn)向架側(cè)架導(dǎo)框之間，承擔(dān)貨車輪對軸承座的作用。本文從機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等方面建立了承載鞍3D檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛維修廠承載鞍檢修作業(yè)規(guī)程，并進行自動測量，并將合格品送至輸送線，不合格品送至廢料臺。本技術(shù)將可以拓展至車輛工程的各個領(lǐng)域，為提高車輛的運行安全提供保障。

關(guān)鍵詞：承載鞍;機器視覺;3D檢測;系統(tǒng)可靠性

0? 引言

承載鞍是鐵路貨車轉(zhuǎn)向架的重要部件，安裝在貨車輪對滾動軸承和轉(zhuǎn)向架側(cè)架導(dǎo)框之間，承擔(dān)貨車輪對軸承座的作用。若承載鞍磨耗過限，將嚴(yán)重影響貨車速度、載重量和安全性，因而，承載鞍磨耗檢測歷來是鐵路檢修部門的一項重要檢測工作。本文擬研究基于機器視覺的承載鞍3D檢測系統(tǒng)。本系統(tǒng)將根據(jù)車輛維修廠承載鞍檢修作業(yè)規(guī)程，對承載鞍各個關(guān)鍵部位進行拍照，并進行自動測量，并將合格品送至輸送線，不合格品送至廢料臺[1-4]。

1? 系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)主要由機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)組成。其中機械系統(tǒng)包括傳輸線、機械模組、暫存臺、檢測臺、備件臺和廢料臺等。其中電氣系統(tǒng)主要包括PLC控制系統(tǒng)、各種傳感器、各種檢測開關(guān)、伺服運動系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)、HMI等。其中機器人系統(tǒng)主要包括六軸機器人本體和機器人控制系統(tǒng)。其中視覺系統(tǒng)主要包括工業(yè)2D相機、工業(yè)3D相機和圖像分析處理系統(tǒng)[5-6]。

2? 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

①系統(tǒng)開發(fā)采用統(tǒng)一規(guī)劃、突出重點、分布設(shè)計的設(shè)計方法，盡可能的縮短系統(tǒng)開發(fā)周期;

②采用目前相對成熟的技術(shù)并執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)和鐵路系統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，遵循模塊獨立和接口開放的原則，并實現(xiàn)了數(shù)字字典標(biāo)準(zhǔn)化;

③軟件的使用應(yīng)盡量提供檢錯和容錯能力。

2.2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和其他智能設(shè)備組成（如圖1）。其中機械系統(tǒng)包括傳輸線、機械模組、暫存臺、檢測臺、備件臺和廢料臺等。其中電氣系統(tǒng)主要包括PLC控制系統(tǒng)、各種傳感器、各種檢測開關(guān)、伺服運動系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)、HMI等。其中視覺系統(tǒng)主要包括工業(yè)2D相機、工業(yè)3D相機和圖像分析處理系統(tǒng)[7-8]。

3? 機械系統(tǒng)

本檢測系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向架拆裝生產(chǎn)線相結(jié)合，在承載鞍傳輸線中段位置安裝本系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)布置如圖2所示，包括：上料助力臂、檢測上料傳輸線、三軸行架機械手、導(dǎo)正機構(gòu)、暫存工位、護欄、補料工位、換料裝置、檢測工位、檢測滑動模組、六軸檢測機器人、視覺遮光罩、下料輸送線、下料助力臂。

圖2中上料助力臂是輔助上料機構(gòu)（承載鞍較重，借用此機構(gòu)可以大大減輕工作人員勞動量），輔助人工將待檢承載鞍放置于上料傳輸線上，上料傳輸線負(fù)責(zé)傳輸待檢承載鞍，導(dǎo)正機構(gòu)負(fù)責(zé)擺正承載鞍的位置，三軸行架機械手負(fù)責(zé)將上料傳輸線上的承載鞍放置于暫存工位，換料裝置負(fù)責(zé)將暫存工位上的承載鞍頂起，并通過滑動模組將待檢承載鞍放置于檢測工位上，檢測機器人上裝有3D工業(yè)相機，負(fù)責(zé)對待檢承載鞍進行拍照，遮光罩的作用是降低外部環(huán)境對獲取圖像質(zhì)量的影響，補料工位上有兩個成品補料工位和一個不合格品暫存工位，其作用是在檢測出不合格品時對其暫存，并將一個成品補充至下料傳輸線。上料傳輸線與三軸行架機械手如圖3所示。

4? 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)PLC采用德國西門子公司生產(chǎn)的S7-1200系列PLC，該系列PLC具有集成的PROFINET接口、強大的集成工藝功能和靈活的可擴展性等特點，非常適合作為本次系統(tǒng)的主控PLC。系統(tǒng)初始啟動的時候，會先進行自檢，會對運動行程范圍內(nèi)各個工位進行檢測（包括主傳輸線、暫存平臺、換位裝置、補料工位、廢料工位等），保證每個工位滿足自動運行條件，如開機時候暫存平臺上應(yīng)無承載鞍，換位裝置各個氣缸應(yīng)位于初始位置，補料工位上應(yīng)有承載鞍，廢料工位上應(yīng)無承載鞍等，當(dāng)不滿足自動運行條件時候，給出相應(yīng)報警和提示。此系統(tǒng)自動適應(yīng)K2/K6承載鞍，會自動檢測傳輸線上的承載鞍，并將承載鞍型號傳輸給視覺檢測系統(tǒng)，視覺檢測系統(tǒng)根據(jù)待檢測承載鞍型號自動調(diào)整適應(yīng)檢測程序。電氣系統(tǒng)自動運行過程如圖4所示。

5? 結(jié)論

承載鞍3D檢測系統(tǒng)有效的實現(xiàn)了車輛維修廠承載鞍檢測作業(yè)完全自動化，同時系統(tǒng)取代人工檢測和機械接觸式檢測，避免人為檢測因素，降低操作者勞動強度的同時，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的自動管理，保證了后續(xù)的質(zhì)量統(tǒng)計和可追溯性，完成承載鞍實時、高精度、高準(zhǔn)確度、高質(zhì)量自動化、智能化檢測。同時，該檢測系統(tǒng)可以推廣到汽車工程領(lǐng)域的多個方面，具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]鐘勇.鐵路貨車承載鞍自動檢測機[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2005（02）.

[2]邾繼貴，謝洪波，張海峰.貨車承載鞍磨耗視覺自動檢測研究[J].中國機械工程，2005（03）.

[3]邾繼貴，張海峰，謝洪波.承載鞍在線視覺檢測系統(tǒng)[J].鐵道車輛，2003（10）.

[4]劉常青，彭翔，張宗華，胡小唐.基于逆反工程（RE）多數(shù)據(jù)點云的處理[J].工程圖學(xué)學(xué)報，2002（04）.

[5]沈鋼，趙祥華，傅佩喜.鐵路貨車承載鞍磨耗自動測試裝置的研制[J].鐵道車輛，2001（03）.

[6]許慶紅，鐘約先，由志福.投影柵相位法三維檢測的頻域相對解相技術(shù)[J].清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2000（04）.

[7]李中偉.基于數(shù)字光柵投影的結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)與系統(tǒng)研究[D].華中科技大學(xué)，2009.

[8]韋爭亮.基于彩色編碼的結(jié)構(gòu)光動態(tài)三維測量及重構(gòu)技術(shù)研究[D].清華大學(xué)，2009.