陳繼軍

【摘要】? ? 隨著制造、檢驗(yàn)和測量一體化不斷深化，在高速列車生產(chǎn)線規(guī)劃中，各項(xiàng)工作要同步考慮，整體實(shí)施。高品質(zhì)軌道交通車輛需要更高品質(zhì)的測量技術(shù)，檢測技術(shù)手段會越來越多樣化。根據(jù)智能制造的要求與軌道交通車輛的制造特點(diǎn)，有越來越多的專業(yè)檢測技術(shù)和設(shè)備，自動化檢測方法將占據(jù)主流，傳統(tǒng)的手工檢測方式正逐漸被取代。檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集和結(jié)果判斷更多地依靠智能系統(tǒng)來代替人工報(bào)告和結(jié)論，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析和趨勢預(yù)測。而激光技術(shù)可以應(yīng)用在測量檢測中，能夠提升測量檢測技術(shù)的水平和工程能力。本文探究了車輛關(guān)鍵零件空間安裝的三維激光投影測試技術(shù)、大跨距形位尺寸自動測量技術(shù)、復(fù)雜曲面構(gòu)件三維激光掃描檢測技術(shù)和基于視覺成像的車輛制造關(guān)鍵工序質(zhì)量狀態(tài)檢測技術(shù)，以期為高速列車測量檢測工作帶來新思路。

【關(guān)鍵詞】? ? 激光技術(shù)? ? 測量檢測? ? 高速列車? ? 自動測量? ? 應(yīng)用分析

引言：

高速列車制造標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，對列車的測量檢測也越來越嚴(yán)格，特別是部分關(guān)鍵零部件的監(jiān)測工作格外嚴(yán)格。但是目前，列車測量檢測工作仍然在應(yīng)用鋼卷尺、直尺等工作監(jiān)測，這種檢測手段精度低，效率低，并且檢測人員的工作量大。監(jiān)測數(shù)據(jù)人工錄入，存儲和調(diào)取都存在困難。還有部分結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如一些曲面結(jié)構(gòu)或狹窄的空間結(jié)構(gòu)，不能用鋼卷尺測量。這會影響高速列車的生產(chǎn)制造工作，因此，我們需要應(yīng)用新技術(shù)改革高速列車的測量檢測模式。

一、激光測量的技術(shù)特點(diǎn)

激光適用于遠(yuǎn)距離的測量，激光測量技術(shù)在其他領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)有了應(yīng)用實(shí)踐，實(shí)踐證明激光測量具有精度高、抗干擾性強(qiáng)、效率高等優(yōu)勢。激光測量主要依賴于儀器的精度，不像高速列車人工測量模式一樣受操作人員技術(shù)水平的影響，測量誤差小。因?yàn)榧す饩哂懈咝芎透叻较?，所以只要在激光測量距儀的有效范圍內(nèi)，激光技術(shù)就可以對對象進(jìn)行精準(zhǔn)測量，并與智能設(shè)備相連，測量數(shù)據(jù)也可以實(shí)時顯示。而且，激光頻率高，不需要通過巨大的天線發(fā)射信號，操作成本比較低。

二、激光技術(shù)在高速列車測量檢測中的應(yīng)用分析

針對高速列車制造工程的特點(diǎn)和技術(shù)要求，本文探究了激光技術(shù)的應(yīng)用，希望為解決高速列車測量工作的誤差大、效率低、智能化水平低等問題提供思路。

2.1三維激光投影探測技術(shù)

使用激光投影測試系統(tǒng)，連接信息系統(tǒng)，可以將測量的數(shù)據(jù)直接錄入到系統(tǒng)中。激光投影直接將現(xiàn)場設(shè)置的靶標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，通過遙控投影設(shè)備進(jìn)行定位，并將測量對象的位置信息和系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行匹配，進(jìn)而精準(zhǔn)判斷出車輛位置、零件位置信息，進(jìn)而迅速完成零件的安裝、焊接工作。

激光投影設(shè)備通過跟蹤驗(yàn)證列車的數(shù)據(jù)，進(jìn)而完全取代人工劃線的方式，降低勞動強(qiáng)度。這種自動化的定位方式避免了人工定位的誤差，使得定位工作精度提高了，也能夠提高生產(chǎn)和安裝的效率。同時，數(shù)據(jù)的自動錄入和調(diào)取也使得測量工作信息化，推動列車生產(chǎn)和制造技術(shù)進(jìn)一步改革。

2.2大空間、形位尺寸檢測技術(shù)

對于長度、平面度較大的儀器，鋼卷尺的測量精度太低，無法滿足檢測要求。光比測量系統(tǒng)可以對這些大跨距形位尺寸進(jìn)行自動測量。光比測量系統(tǒng)攜帶一套具有高精度的電光式便攜坐標(biāo)測量系統(tǒng)，具有三維空間檢測能力，能夠檢測角、線、面的數(shù)據(jù)信息。光比測量系統(tǒng)鏈接智能信息系統(tǒng)，自動記錄并顯示測量數(shù)據(jù)，一方面簡化了測量工作，另一方面可以記錄全面的數(shù)據(jù)，比如工藝信息、車輛信息、站點(diǎn)信息、設(shè)備信息、接口信息、狀態(tài)確定管理等。在光比測量系統(tǒng)的客戶端平臺上，實(shí)時顯示數(shù)據(jù)信息，并且實(shí)時將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。

目前，已開發(fā)出來的光比測量系統(tǒng)已經(jīng)在列車生產(chǎn)流水線上開始應(yīng)用，其配置了手持式Minipad，測量人員可以實(shí)時傳屏。應(yīng)用光比測量系統(tǒng)，生產(chǎn)流水線上的檢測人員可以減少一半，同時線束混亂問題也能得到解決，測量效率也大大提升了，節(jié)約了測量準(zhǔn)備時間。使用光比測量系統(tǒng)，列車的車高、車寬、對角線等數(shù)據(jù)都可以被測量出來。與傳統(tǒng)測量方式相比，光比測量系統(tǒng)具有明顯的綜合優(yōu)勢。

激光跟蹤儀可以迅速滿足大跨距尺寸測量的需要，主要通過一套自動化的激光測量系統(tǒng)，測量精度保證在微米級別。手持式測探儀器滿足多種用戶自定義功能，用探針自動識別功能提高精度，也可以自動測量反饋。

在測量大跨度列車車體尺寸時，需要進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換、定位等工作。其中，列車結(jié)構(gòu)比較特殊性，很多位置不方便測量。因此，在激光跟蹤儀基礎(chǔ)上，開發(fā)一些特殊裝置設(shè)備，如直角定位測量基座、撓度測量工具、測量桿等是非常必要的。這些輔助檢測裝置可以大大提高測量速度，擴(kuò)大測量空間。輔助測量裝置能自動轉(zhuǎn)換測量空間，將測量點(diǎn)建立成精確的測量基準(zhǔn)面，充分利用激光跟蹤儀的高精度空間測量優(yōu)勢。

2.3三維激光掃描檢測技術(shù)

在一些復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)上，如司機(jī)室的前窗、側(cè)窗、車燈等位置，傳統(tǒng)的測量方式是通過制作專用的曲面測量設(shè)備，每個位置都需要專門的測量設(shè)備，設(shè)備之間無法通用。因此，檢測成本很高。而同時這些測量設(shè)備一旦磨損會影響使用，必須更換。這進(jìn)一步增加了測試成本。而應(yīng)用激光掃描儀和跟蹤儀，制作數(shù)字模型開檢驗(yàn)復(fù)雜的曲面空間可以節(jié)約成本。同時，數(shù)字模型不會存在磨損問題，因此，檢測精度也相對較高，這明顯提高現(xiàn)場檢測能力，提高檢測效率，降低檢測成本。

激光掃描測試是以非接觸的方式進(jìn)行的，檢測人員手持或者固定檢測設(shè)備，掃描儀自動采集數(shù)據(jù)信息，以點(diǎn)匯面，獲得云點(diǎn)圖。激光掃描儀應(yīng)用于生產(chǎn)流水線上，提高檢測效率，同時優(yōu)化生產(chǎn)和組織工藝，解決磨損、蓋板開合、線束一體化和空間狹窄等問題。

將三維激光掃描儀與三維模型進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)三維激光掃描儀的優(yōu)點(diǎn)，它可以迅速獲取司機(jī)室的尺寸和位置信息，通過三維激光建模，將位置和尺寸信息拼接在一起，將所有的司機(jī)室數(shù)據(jù)都整合在一個坐標(biāo)系中，迅速精準(zhǔn)地展示司機(jī)室的尺寸和位置信息，快速指導(dǎo)安裝調(diào)修工作。

2.4高級視覺成像技術(shù)，提高檢測技術(shù)質(zhì)量

隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，激光檢測也可以結(jié)合工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，完成自動識別和掃買哦工作。工業(yè)機(jī)器人搭載激光檢測設(shè)備，根據(jù)導(dǎo)航無軌行走，及時定位位置信息，構(gòu)建區(qū)域地圖。這就進(jìn)一步節(jié)省了人工，工業(yè)機(jī)器人不間斷24小時進(jìn)行導(dǎo)航執(zhí)行任務(wù)，執(zhí)行很多高危測量作業(yè)。

例如，研制了一種基于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的裙板自動檢測與圖像存儲系統(tǒng)，使其應(yīng)用于列車生產(chǎn)組裝流水線上，進(jìn)行自動檢測，替換了人工列檢方式，流水線上也不再有檢驗(yàn)員，減輕了人員的工作強(qiáng)度，提高了檢測的效率和質(zhì)量。系統(tǒng)自動收集數(shù)據(jù)，分析和識別圖像，發(fā)現(xiàn)很多人眼無法識別的問題和故障。如果在采集圖像中出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會自動定位和報(bào)警，進(jìn)而工作人員很方便地查看。

工業(yè)機(jī)器人的視覺系統(tǒng)使用激光導(dǎo)航、3D掃描和圖像識別技術(shù)，視覺系統(tǒng)非常發(fā)達(dá)，大仙問題可以迅速響應(yīng)?？伸`活擴(kuò)展識別和掃描功能，實(shí)現(xiàn)了列車機(jī)組裙座底板裝配狀態(tài)的自動化和圖形化檢測的工程應(yīng)用。

在人機(jī)交互界面上，裙底板部件的數(shù)據(jù)清晰地展示出來。因?yàn)閿?shù)據(jù)庫中存有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型，所以系統(tǒng)可以對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動識別，通過獲取平穩(wěn)的影像信息顯示出來，以提高檢測工作的效率。

三、激光檢測的關(guān)鍵問題

激光檢測技術(shù)具有其他檢測技術(shù)無可比擬的優(yōu)越性，但是也存在一些問題。比如，一些激光檢測設(shè)備無法根據(jù)檢測對象的變化而迅速調(diào)整，并影響它的使用。例如，當(dāng)車身變形時，由于激光檢測設(shè)備是以目標(biāo)點(diǎn)和特征標(biāo)記點(diǎn)的方式投影和測量的，而車體發(fā)生變形，會使得激光投影儀本來的數(shù)據(jù)模型與車體的尺寸、位置不相符，進(jìn)而影響測量精度。

再者，由于列車車體較長，空間結(jié)構(gòu)大，而工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展尚不成熟，所以所以在檢測時仍然需要人工操作激光設(shè)備，自動化檢測程度不足。部分檢測工作仍然依賴于操作人員的技術(shù)能力，比如在采集司機(jī)室這種曲面較多的空間時，因?yàn)閽呙鑳x設(shè)定的掃描點(diǎn)過多，所以當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)站時，整體掃描出現(xiàn)困難，需要操作人員選取電影的區(qū)域特征，擬合數(shù)據(jù)，對操作人員的技術(shù)能力和操作經(jīng)驗(yàn)要求比較高。

最后，激光檢測設(shè)備購買成本、養(yǎng)護(hù)成本都比較高。激光探測設(shè)備價格昂貴，精度高，投資成本高。由于車間環(huán)境惡劣，金屬材料飛塵進(jìn)入設(shè)備孔隙，容易造成設(shè)備故障，如果有部件損壞，不僅維修費(fèi)用高，周期還較長。

四、結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、移動技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)和大數(shù)據(jù)分析等新技術(shù)將給列車制造和測試帶來巨大改革。作為一項(xiàng)新的測繪技術(shù)，激光技術(shù)在未來將進(jìn)一步發(fā)展，它應(yīng)用于列車檢測工作中，測量對象的三維圖像數(shù)據(jù)能夠快速、高效地獲取，使測繪技術(shù)人員突破傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，進(jìn)行新的數(shù)據(jù)挖掘和研究。

激光測圖技術(shù)作為一種新的測量方法，與傳統(tǒng)的測量方法相比具有無可比擬的優(yōu)勢。在未來，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的生產(chǎn)和制造將成為軌道交通裝備制造業(yè)的發(fā)展方向。未來軌道交通檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢將是專業(yè)化、自動化、智能化、集成化和信息化。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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