论文部分内容阅读
摘 要：本文以智能热像检测系统在轨道客车制造领域的应用为切入点，首先介绍了红外热像检测技术的工作原理、国内外发展现状，重点介绍了其在轨道客车主机厂的实际应用情况，并通过其与传统检验方式的对比，展示了该系统的优势。
关键词：智能热像检测、轨道客车、无损检测
一.红外热像检测技术概述
红外热像检测是目前运用较为广泛的一种高效、精准的无损检测技术，通过外部施加的热或冷激励使被测物体内的异性结构以表面温度场变化的差异形式表现出来，从而达到缺陷部位的定性和定量分析。该技术最早应用于二战末期的军事侦察领域，因其本身具有快速高效、无需停运、无需取样、可进行无污染、非接触、大面积检测、以及直观成像等优点，而被作为当代无损检测技术应用于工业领域，如航空航天、船舶、轨道交通等领域。
二.该技术的国内、外发展现状
自20世纪以来，国际红外热像检测技术得到快速发展。20世纪90年代，美国无损检测协会和材料试验协会针对红外热成像技术制定了相应标准，并在《无损检测手册-红外与热检测分册》中描述了基于红外热像的无损检测技术在各个领域的运用。目前美国、德国、法国、加拿大等国已将红外热像技术广泛运用于航空航天复合材料构件内部缺陷及粘接质量的检测、蒙皮铆接质量检测等。近年来，红外热像技术与智能手机、无人机等设备充分融合，并在各个领域广泛使用，如美国Fluke和FLIR、德国Testo、国内武汉高德、浙江大立等企业。 国内的红外热像检测技术比欧美、俄罗斯等发达国家起步要晚，但经过十几年的发展，目前也取得较为显著的成果。中国特种设备研究院和武汉工程大学将红外热像技术运用于压力设备缺陷检验，已取得一系列的重要科研成果。西南交通大学、昆明物理研究所、北京航空材料研究院、北京理工大学、西北工业大学等将红外热像技术运用于航空航天夹层结构件的缺陷检测，取得了有效进展。在石油化工领域，相关科研人员将红外热像检测系统用于高温高压容器和管道的缺陷、保温层破损、以及内部液体流动情况的检测，均取得了大量实用成果。
三.智能热像检测系统的工作原理
智能热像检测系统的核心是红外热成像技术，其利用红外探测器上的光学镜头将从物体发出的红外能聚焦。其成像原理是利用红外探测系统将接收到的被测物体的红外辐射映射成灰度值，再转化为可视温度分布图（红外热像图）。探测器向传感器电子元件发送信息，以便进行图像处理。电子元件将探测器发来的数据转译成可在PC机查看的图像。红外热像检测技术是将红外图像转换成辐射图像，从而能够从图像中读出温度值。
四.智能热像技术在轨道客车行业的应用
为了避免动车组及城铁客车项目电气系统在装调、检修或售后阶段出现线缆虚接、错接和漏接等肉眼难以识别的质量缺陷，筆者所在公司自2017年下半年开始对电气类部件异常状态的检测手段开展调研、开发和测试。经过近2年的立项攻关，创新性的开发了基于安卓系统的智能热像检测系统并开始应用。主要应用情况概述如下：
（一）电气组装及接线质量检测
该系统对电气设备线缆虚接、漏接或短接等情况具有直观、准确的识别效用，可以快速检验出多类电气异常。为增强电气工序质量管控效果，特将该系统应用于厂内质量调试检验控制环节（形成质量检验记录），有效降低了部分电气安全事故发生的可能性。在实际应用过程中，先后于车间现场识别出9起接线类隐患，6起设备类（轴箱、蓄电池箱等）隐患，实际应用效果得到相关部门的好评。
（二）淋雨试验漏点检测
轨道车辆淋雨试验是用来验证轨道车辆防雨密封性能的一项重要试验项点。轨道车辆主机厂一般在车辆装配结束后对其进行车身淋雨试验，以此来验证车辆的防雨密封性能。目前，国内几乎所有轨道车辆主机厂完全依靠操作工人的肉眼和触觉进行淋雨后的漏点的识别。该识别方式不科学、效率低，准确性与作业人员的经验存在较大关系。而通过该智能热像检测系统，能够快速、准确、全面的得知整车淋雨漏点情况，通过在车身淋雨实验过程中采集的车内及车外的温变云图，能够非常快速和准确的捕捉到最小16平方毫米的漏点，及时发现，及时整改，保证车辆在出厂前密封性能得到有效控制。
（三）轨道客车空调、管道和暖气通风口堵塞检测
轨道客车空调机组采用毛细管作为节流装置，毛细管孔径小，容易产生“冰堵”、造成列车行驶过程中空调故障。管道及暖气通风口工作时与空气直接接触，在散热通风的同时也会带入空气中的杂质、灰尘等颗粒物，久而久之就会堵住管道，导致热量积聚在管道中，影响风机的散热与通风。针对这三种设备的堵塞情况，其产生的结果都是导致局部位置温度的升高。我公司于2019年10月尝试应用该热像检测系统进行以上异常情况的检测，使检查员可以更方便、准确地排查出故障所在，提高了检查质量及效率，保证了整车的工业化品质。
（四）高铁轴承、轮轴、电机发热异常检测
目前，随着高铁车速的提高，车轴及电机温升问题也愈发引起人们的关注。加强对其温升的监控显得至关重要。当轮轴的温度达到120℃及以上时，轴温报警器便开始报警，提示工作人员采取相应措施，否则将损害轴承强度及刹车片性能，导致事故发生。列车的轮轴安装不当和超负荷运转时，与轴瓦摩擦会产生大量的热量，严重时会使整个车轴发热变红，以致车轴断裂，造成翻车事故。智能热像检测系统可通过非接触式检测达到及时发现轮轴及电机过热情况，及时预警，避免事故发生。
（五）采购件质量检测
该检测系统除在装配阶段得到应用，在采购件首检期间也会经常应用。其中最具代表性的产品当属司机头挡风玻璃。
轨道客车挡风玻璃为了防霜、防雾，一般多采用电加热玻璃，通电后能使玻璃发热升温，避免玻璃形成霜雾，保证驾驶员视线不受遮挡。其发热原理是在夹层玻璃中间膜内预埋极细的钨丝或铜丝等金属电热丝，或在玻璃内表面涂透明导电膜，通电后使玻璃受热。
但是，供应商所供挡风玻璃偶尔存在电热丝断路，导电膜局部不导通情况。此时，我公司采用该智能热像检测系统，对挡风玻璃加热丝或导电膜进行质量检验，防止电热玻璃因电热丝断路不工作，或受热不均导致玻璃炸裂等事故。
参考文献：
李俊山，杨威，张雄美，著. 红外图像处理、分析与融合[M]. 北京： 北 京科学出版社， 2009.
张剑， 齐暑华. 红外热成像技术在复合材料无损检测中的应用现状[J]. 工程塑料应用， 2015， 43（11）： 122-126.
关键词：智能热像检测、轨道客车、无损检测
一.红外热像检测技术概述
红外热像检测是目前运用较为广泛的一种高效、精准的无损检测技术，通过外部施加的热或冷激励使被测物体内的异性结构以表面温度场变化的差异形式表现出来，从而达到缺陷部位的定性和定量分析。该技术最早应用于二战末期的军事侦察领域，因其本身具有快速高效、无需停运、无需取样、可进行无污染、非接触、大面积检测、以及直观成像等优点，而被作为当代无损检测技术应用于工业领域，如航空航天、船舶、轨道交通等领域。
二.该技术的国内、外发展现状
自20世纪以来，国际红外热像检测技术得到快速发展。20世纪90年代，美国无损检测协会和材料试验协会针对红外热成像技术制定了相应标准，并在《无损检测手册-红外与热检测分册》中描述了基于红外热像的无损检测技术在各个领域的运用。目前美国、德国、法国、加拿大等国已将红外热像技术广泛运用于航空航天复合材料构件内部缺陷及粘接质量的检测、蒙皮铆接质量检测等。近年来，红外热像技术与智能手机、无人机等设备充分融合，并在各个领域广泛使用，如美国Fluke和FLIR、德国Testo、国内武汉高德、浙江大立等企业。 国内的红外热像检测技术比欧美、俄罗斯等发达国家起步要晚，但经过十几年的发展，目前也取得较为显著的成果。中国特种设备研究院和武汉工程大学将红外热像技术运用于压力设备缺陷检验，已取得一系列的重要科研成果。西南交通大学、昆明物理研究所、北京航空材料研究院、北京理工大学、西北工业大学等将红外热像技术运用于航空航天夹层结构件的缺陷检测，取得了有效进展。在石油化工领域，相关科研人员将红外热像检测系统用于高温高压容器和管道的缺陷、保温层破损、以及内部液体流动情况的检测，均取得了大量实用成果。
三.智能热像检测系统的工作原理
智能热像检测系统的核心是红外热成像技术，其利用红外探测器上的光学镜头将从物体发出的红外能聚焦。其成像原理是利用红外探测系统将接收到的被测物体的红外辐射映射成灰度值，再转化为可视温度分布图（红外热像图）。探测器向传感器电子元件发送信息，以便进行图像处理。电子元件将探测器发来的数据转译成可在PC机查看的图像。红外热像检测技术是将红外图像转换成辐射图像，从而能够从图像中读出温度值。
四.智能热像技术在轨道客车行业的应用
为了避免动车组及城铁客车项目电气系统在装调、检修或售后阶段出现线缆虚接、错接和漏接等肉眼难以识别的质量缺陷，筆者所在公司自2017年下半年开始对电气类部件异常状态的检测手段开展调研、开发和测试。经过近2年的立项攻关，创新性的开发了基于安卓系统的智能热像检测系统并开始应用。主要应用情况概述如下：
（一）电气组装及接线质量检测
该系统对电气设备线缆虚接、漏接或短接等情况具有直观、准确的识别效用，可以快速检验出多类电气异常。为增强电气工序质量管控效果，特将该系统应用于厂内质量调试检验控制环节（形成质量检验记录），有效降低了部分电气安全事故发生的可能性。在实际应用过程中，先后于车间现场识别出9起接线类隐患，6起设备类（轴箱、蓄电池箱等）隐患，实际应用效果得到相关部门的好评。
（二）淋雨试验漏点检测
轨道车辆淋雨试验是用来验证轨道车辆防雨密封性能的一项重要试验项点。轨道车辆主机厂一般在车辆装配结束后对其进行车身淋雨试验，以此来验证车辆的防雨密封性能。目前，国内几乎所有轨道车辆主机厂完全依靠操作工人的肉眼和触觉进行淋雨后的漏点的识别。该识别方式不科学、效率低，准确性与作业人员的经验存在较大关系。而通过该智能热像检测系统，能够快速、准确、全面的得知整车淋雨漏点情况，通过在车身淋雨实验过程中采集的车内及车外的温变云图，能够非常快速和准确的捕捉到最小16平方毫米的漏点，及时发现，及时整改，保证车辆在出厂前密封性能得到有效控制。
（三）轨道客车空调、管道和暖气通风口堵塞检测
轨道客车空调机组采用毛细管作为节流装置，毛细管孔径小，容易产生“冰堵”、造成列车行驶过程中空调故障。管道及暖气通风口工作时与空气直接接触，在散热通风的同时也会带入空气中的杂质、灰尘等颗粒物，久而久之就会堵住管道，导致热量积聚在管道中，影响风机的散热与通风。针对这三种设备的堵塞情况，其产生的结果都是导致局部位置温度的升高。我公司于2019年10月尝试应用该热像检测系统进行以上异常情况的检测，使检查员可以更方便、准确地排查出故障所在，提高了检查质量及效率，保证了整车的工业化品质。
（四）高铁轴承、轮轴、电机发热异常检测
目前，随着高铁车速的提高，车轴及电机温升问题也愈发引起人们的关注。加强对其温升的监控显得至关重要。当轮轴的温度达到120℃及以上时，轴温报警器便开始报警，提示工作人员采取相应措施，否则将损害轴承强度及刹车片性能，导致事故发生。列车的轮轴安装不当和超负荷运转时，与轴瓦摩擦会产生大量的热量，严重时会使整个车轴发热变红，以致车轴断裂，造成翻车事故。智能热像检测系统可通过非接触式检测达到及时发现轮轴及电机过热情况，及时预警，避免事故发生。
（五）采购件质量检测
该检测系统除在装配阶段得到应用，在采购件首检期间也会经常应用。其中最具代表性的产品当属司机头挡风玻璃。
轨道客车挡风玻璃为了防霜、防雾，一般多采用电加热玻璃，通电后能使玻璃发热升温，避免玻璃形成霜雾，保证驾驶员视线不受遮挡。其发热原理是在夹层玻璃中间膜内预埋极细的钨丝或铜丝等金属电热丝，或在玻璃内表面涂透明导电膜，通电后使玻璃受热。
但是，供应商所供挡风玻璃偶尔存在电热丝断路，导电膜局部不导通情况。此时，我公司采用该智能热像检测系统，对挡风玻璃加热丝或导电膜进行质量检验，防止电热玻璃因电热丝断路不工作，或受热不均导致玻璃炸裂等事故。
参考文献：
李俊山，杨威，张雄美，著. 红外图像处理、分析与融合[M]. 北京： 北 京科学出版社， 2009.
张剑， 齐暑华. 红外热成像技术在复合材料无损检测中的应用现状[J]. 工程塑料应用， 2015， 43（11）： 122-126.