檢測技術(shù)在鐵道車輛行業(yè)上的應(yīng)用1

1、檢測技術(shù)在鐵道車輛行業(yè)上的應(yīng)用一、檢測技術(shù)在鐵道車輛行業(yè)上的應(yīng)用概述1、車輛運行檢測（1）地對車的檢測：5T技術(shù)TH：TA：TP：TF：TW：（2）車內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)檢測-客車車內(nèi)設(shè)備檢測軸溫報警器發(fā)電車視頻監(jiān)控、火災(zāi)自動報警配電柜觸頭溫度自動檢測空調(diào)電器自動檢測制動系統(tǒng)檢測2、車輛運用維修檢測站內(nèi)電控自動試風(fēng)系統(tǒng)列尾風(fēng)壓檢測脫軌器位置可靠性檢測車輛占線及位置定位檢測列檢職工站場作業(yè)位置自動定位自動試風(fēng)系統(tǒng)鞲鞴行程自動測量關(guān)門車檢測3、車輛定期維修檢測無損探傷超聲波探傷：車軸、輪輞、空心軸電磁探傷：車軸、其它車輛配件自動探傷，多角度多通道復(fù)合探傷：車軸長度位移測量輪對收支測量：自動測量機高精度尺

2、寸測量：軸徑測量、軸承內(nèi)徑測量、軸承配件測量大尺寸配件測量：彈簧高度、鉤尾框、側(cè)架、車鉤鉤舌、承載鞍、斜鍥等磨耗尺寸利用機器視覺代替人工樣板壓力檢測電控單車試驗器各類制動閥試驗臺位置定位檢測車輛位置檢測關(guān)鍵配件位置關(guān)鍵崗位作業(yè)人員位置電子標(biāo)簽、條碼配件信息配件管理電子標(biāo)簽車號標(biāo)簽關(guān)鍵配件條碼管理機器視覺及激光測量在車輛檢測中的應(yīng)用1、機器視覺機器視覺（Machine vision） 在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化

3、程度。而且機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。正是由于機器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動處理，也易于同設(shè)計信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，人們將機器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。 基本構(gòu)造一個典型的工業(yè)機器視覺系統(tǒng)包括：光源、鏡頭、相機（包括CCD 相機和COMS相機）、圖像處理單元（或圖像捕獲卡）、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊 / 輸入輸出單元等。 工作原理機器視覺檢測系統(tǒng)采用CCD照相機將被檢測的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號，圖像處理系統(tǒng)對這些信

4、號進行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置、長度，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個數(shù)、合格 / 不合格、有 / 無等，實現(xiàn)自動識別功能。 典型結(jié)構(gòu)   機器視覺LED光源一個典型的機器視覺系統(tǒng)包括以下五大塊： 照明照明是影響機器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。針對每個特定的應(yīng)用實例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達到最佳效果。常用的幾種光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實用化過程中急需要解決的問題。另一方面，環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量，所以可采用加防護屏的方法來減少環(huán)境光的影響。照

5、明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。其中，背向照明是被測物放在光源和攝像機之間，它的優(yōu)點是能獲得高對比度的圖像。前向照明是光源和攝像機位于被測物的同側(cè)，這種方式便于安裝。結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機拍攝要求與光源同步。 鏡頭 鏡頭選擇應(yīng)注意： 焦距目標(biāo)高度 影像高度 放大倍數(shù) 影像至目標(biāo)的距離 中心點 / 節(jié)點畸變 相機按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為：標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字相機和模擬相機等。要根據(jù)不同的實際應(yīng)用場合選不同的相機和高分辨率相機:線掃描CCD和面陣CCD；單色相機

6、和彩色相機。 圖像采集卡 圖像采集卡可以將圖像迅速地傳送到計算機存儲器進行處理。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等等。應(yīng)用領(lǐng)域 機器視覺的應(yīng)用主要有檢測和機器人視覺兩個方面： 1. 檢測：又可分為高精度定量檢測（例如顯微照片的細(xì)胞分類、機械零部件的尺寸和位置測量）和不用量器的定性或半定量檢測（例如產(chǎn)品的外觀檢查、裝配線上的零部件識別定位、缺陷性檢測與裝配完全性檢測）。 2. 機器人視覺：實現(xiàn)物體的智能識別和定位。 車輛檢測方面應(yīng)用實例1、TF貨車動態(tài)圖象檢測系統(tǒng)2、關(guān)門車自動檢測系統(tǒng)3、車軸軸號自動識別4、車輛裝載超高超限檢測5、踏面擦傷圖像檢測系統(tǒng)踏面視覺檢測系統(tǒng)由高

7、速攝像機及輔助光源構(gòu)成。 依轉(zhuǎn)向架情況，沿軌兩側(cè)雙向，在一個輪對完整展開面上合理布置，保證攝像機完整拍攝踏面情況。機器視覺系統(tǒng)對輪對踏面進行拍攝，對存在踏面故障的輪對圖像識別提取，使得檢測結(jié)果更為直觀 2、激光位移傳感器測量激光位移傳感器可精確非接觸測量被測物體的位置、位移等變化，主要應(yīng)用于檢測物的位移、厚度、振動、距離、直徑等幾何量的測量。 按照測量原理,激光位移傳感器原理分為激光三角測量法和激光回波分析法,激光三角測量法一般適用于高精度、短距離的測量，而激光回波分析法則用于遠(yuǎn)距離測量。激光器激光器是能發(fā)射激光的裝置。按工作介質(zhì)分，激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器和染料激光器

8、4大類。近來還發(fā)展了自由電子激光器，大功率激光器通常都是脈沖式輸出。   由于激光器具備的種種突出特點，因而被很快運用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫(yī)療、軍事等各方面，并在許多領(lǐng)域引起了革命性的突破。激光在軍事上除用于通信、夜視、預(yù)警、測距等方面外，多種激光武器和激光制導(dǎo)武器也已經(jīng)投入實用。 激光三角測量法原理激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據(jù)這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計算出傳感器和被

9、測物體之間的距離。 同時，光束在接收元件的位置通過模擬和數(shù)字電路處理，并通過微處理器分析，計算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號。如果使用開關(guān)量輸出，則在設(shè)定的窗口內(nèi)導(dǎo)通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關(guān)量輸出可獨立設(shè)置檢測窗口。 采取三角測量法的激光位移傳感器最高線性度可達1um，分辨率更是可達到0.1um的水平。比如ZLDS100類型的傳感器，它可以達到0.01%高分辨率，0.1%高線性度，9.4KHz高響應(yīng)，適應(yīng)惡劣環(huán)境。激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性

10、相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據(jù)這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計算出傳感器和被測物體之間的距離。 同時，光束在接收元件的位置通過模擬和數(shù)字電路處理，并通過微處理器分析，計算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號。如果使用開關(guān)量輸出，則在設(shè)定的窗口內(nèi)導(dǎo)通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關(guān)量輸出可獨立設(shè)置檢測窗口。 采取三角測量法的激光位移傳感器最高線性度可達1um，分辨率更是可達到0.1um的水平。比如ZLDS100類型的傳感器，它可以達到0.01%高分辨率，0.1%高線性度，9.4KHz高響應(yīng)，適應(yīng)惡劣環(huán)境。 激光回波分析法激光

11、位移傳感器采用回波分析原理來測量距離以達到一定程度的精度。傳感器內(nèi)部是由處理器單元、回波處理單元、激光發(fā)射器、激光接收器等部分組成。激光位移傳感器通過激光發(fā)射器每秒發(fā)射一百萬個激光脈沖到檢測物并返回至接收器，處理器計算激光脈沖遇到檢測物并返回至接收器所需的時間，以此計算出距離值，該輸出值是將上千次的測量結(jié)果進行的平均輸出。即所謂的脈沖時間法測量的。激光回波分析法適合于長距離檢測，但測量精度相對于激光三角測量法要低。與其他位移傳感器比較電渦流位移傳感器分辨率：電渦流傳感器的分辨率最高也可達到0.1um，與激光位移傳感器基本相當(dāng) 線性度：電渦流傳感器的線性度一般較低，為量程的1%左右，高端激光位移

12、傳感器則一般為0.1% 測量條件：電渦流傳感器要求被測體為導(dǎo)體而且非導(dǎo)磁，即不導(dǎo)磁的導(dǎo)體，例如鋁、銅等。鐵則不行。激光位移傳感器則對無論被測體是否導(dǎo)磁、是否導(dǎo)電都能測。 電容位移傳感器電容式位移傳感器精度非常高，遠(yuǎn)高于激光位移傳感器，但是電容位移傳感器的量程很小一般小于1mm，激光位移傳感器的量程最大可做到2m。車輛檢測方面應(yīng)用實例軸承內(nèi)徑測量儀軸承內(nèi)徑測量儀采用激光位移傳感器作為核心測量部件，用來高精度地測量軸承內(nèi)徑，達到精確匹配軸頸的要求。要將對圓形內(nèi)徑的測量轉(zhuǎn)換為線性測量，需要一套穩(wěn)定定位機構(gòu)實現(xiàn)。T型自動定心結(jié)構(gòu)采用高硬度、高穩(wěn)定材料構(gòu)成，以確保長期穩(wěn)定使用。T型結(jié)構(gòu)和激光位移傳感器緊

13、密貼合，通過校正，保證激光線是T型橫梁的垂直平分線。系統(tǒng)通過T型部件與圓形密貼時的幾何關(guān)系和力學(xué)關(guān)系，確保激光位移傳感器發(fā)射的激光線過軸承垂向截面（即圓）的圓心，可將軸承內(nèi)徑測量轉(zhuǎn)換為傳感器和待測軸承距離的測量，通過特定公式，可得出內(nèi)徑數(shù)值。結(jié)合工藝要求，系統(tǒng)綜合誤差可保證低于5微米。3、光截圖測量光截圖測量是機器視覺的一個利用線激光結(jié)構(gòu)光檢測的一個特例，該方法也稱為結(jié)構(gòu)光圖象檢測。將線激光器和CCD結(jié)合在一起制作，通過特制CCD二值化自動取值的方法，可制作成二維或稱2D激光位移傳感器。原理當(dāng)線激光發(fā)生器與相機位置固定時，我們得出相機上的每個像素點與線激光平面存在一一對應(yīng)的映射關(guān)系。使用激光器

14、的目的是將成像上的其他反射光成像點與激光成像點通過簡單的二值化處理就完全區(qū)別開來，也就是說，除了激光反射光能夠成像外，其它反射光均不能成像。激光平面對應(yīng)的空間物理位置可通過事先的標(biāo)定器確切的知道，通過對標(biāo)定器的成像，經(jīng)過標(biāo)定運算，得出相機相素點與激光平面確切的對應(yīng)關(guān)系公式。當(dāng)實際測量時，將光截圖中每個激光成像點代入標(biāo)定公式，即可得出光截圖中每個激光點的空間位置，進而完成測量。結(jié)構(gòu)組成線激光發(fā)生器、面陣相機、鏡頭、圖象采集卡、圖象識別軟件、標(biāo)定器和標(biāo)定軟件。車輛檢測方面應(yīng)用實例1、車輪尺寸動態(tài)檢測系統(tǒng)輪輞檢測光學(xué)測量機構(gòu)示意 輪緣檢測光學(xué)測量機構(gòu)示意輪緣圖像 軟件數(shù)據(jù)分析并比對標(biāo)準(zhǔn)曲線斜楔自動檢

15、測方面應(yīng)用實例斜楔是轉(zhuǎn)向架中的主要零件之一，具有減震（靠斜楔主磨面與側(cè)架立柱磨耗板間的摩擦來實現(xiàn)）和正位（靠斜楔磨耗面的閉鎖力保持轉(zhuǎn)向架的正方向）兩個作用。對保證轉(zhuǎn)向架安全、正常工作具有重要作用。在實際運用過程中，斜楔磨耗大，而當(dāng)前的斜楔檢測是人工運用樣板比對的方式進行，因此采用光截圖法檢測斜楔具體效率高、準(zhǔn)確性高的特點。運用流水線的方式，待測斜楔依次通過布置好的光學(xué)系統(tǒng)，快速高準(zhǔn)確性地完成檢測。斜楔檢測光學(xué)系統(tǒng)由線性激光器及相機布置而成，其相互關(guān)系如圖所示，可根據(jù)激光輪廓線還原斜楔磨損面，進而模板比對，對超限斜楔進行自動分揀。承載鞍自動檢測系統(tǒng)應(yīng)用實例承載鞍自動檢測系統(tǒng)綜合運用光截圖技術(shù)和機器視覺技術(shù)，對承載鞍進行全面檢測。1、鞍面磨耗檢測原理承載鞍鞍面檢測要求的精度很高，且位于承載鞍的內(nèi)部，為保證足夠的測量精度，需要支撐導(dǎo)軌和激光傳感器組件共同完