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摘要：承载鞍是货车转向架的重要部件，安装在货车轮对滚动轴承和转向架侧架导框之间，承担货车轮对轴承座的作用。本文从机械系统、电气系统等方面建立了承载鞍3D检测系统，实现车辆维修厂承载鞍检修作业规程，并进行自动测量，并将合格品送至输送线，不合格品送至废料台。本技术将可以拓展至车辆工程的各个领域，为提高车辆的运行安全提供保障。
关键词：承载鞍;机器视觉;3D检测;系统可靠性
0 引言
承载鞍是铁路货车转向架的重要部件，安装在货车轮对滚动轴承和转向架侧架导框之间，承担货车轮对轴承座的作用。若承载鞍磨耗过限，将严重影响货车速度、载重量和安全性，因而，承载鞍磨耗检测历来是铁路检修部门的一项重要检测工作。本文拟研究基于机器视觉的承载鞍3D检测系统。本系统将根据车辆维修厂承载鞍检修作业规程，对承载鞍各个关键部位进行拍照，并进行自动测量，并将合格品送至输送线，不合格品送至废料台[1-4]。
1 系统框架
本系统主要由机械系统、电气系统、机器人系统、视觉系统组成。其中机械系统包括传输线、机械模组、暂存台、检测台、备件台和废料台等。其中电气系统主要包括PLC控制系统、各种传感器、各种检测开关、伺服运动系统、变频控制系统、HMI等。其中机器人系统主要包括六轴机器人本体和机器人控制系统。其中视觉系统主要包括工业2D相机、工业3D相机和图像分析处理系统[5-6]。
2 系统设计
2.1 设计原则
①系统开发采用统一规划、突出重点、分布设计的设计方法，尽可能的缩短系统开发周期;
②采用目前相对成熟的技术并执行国家标准和铁路系统的行业标准，遵循模块独立和接口开放的原则，并实现了数字字典标准化;
③软件的使用应尽量提供检错和容错能力。
2.2 系统组成
本系统主要由机械系统、电气系统和其他智能设备组成（如图1）。其中机械系统包括传输线、机械模組、暂存台、检测台、备件台和废料台等。其中电气系统主要包括PLC控制系统、各种传感器、各种检测开关、伺服运动系统、变频控制系统、HMI等。其中视觉系统主要包括工业2D相机、工业3D相机和图像分析处理系统[7-8]。
3 机械系统
本检测系统与转向架拆装生产线相结合，在承载鞍传输线中段位置安装本系统，其总体结构布置如图2所示，包括：上料助力臂、检测上料传输线、三轴行架机械手、导正机构、暂存工位、护栏、补料工位、换料装置、检测工位、检测滑动模组、六轴检测机器人、视觉遮光罩、下料输送线、下料助力臂。
图2中上料助力臂是辅助上料机构（承载鞍较重，借用此机构可以大大减轻工作人员劳动量），辅助人工将待检承载鞍放置于上料传输线上，上料传输线负责传输待检承载鞍，导正机构负责摆正承载鞍的位置，三轴行架机械手负责将上料传输线上的承载鞍放置于暂存工位，换料装置负责将暂存工位上的承载鞍顶起，并通过滑动模组将待检承载鞍放置于检测工位上，检测机器人上装有3D工业相机，负责对待检承载鞍进行拍照，遮光罩的作用是降低外部环境对获取图像质量的影响，补料工位上有两个成品补料工位和一个不合格品暂存工位，其作用是在检测出不合格品时对其暂存，并将一个成品补充至下料传输线。上料传输线与三轴行架机械手如图3所示。
4 电气系统
电气系统PLC采用德国西门子公司生产的S7-1200系列PLC，该系列PLC具有集成的PROFINET接口、强大的集成工艺功能和灵活的可扩展性等特点，非常适合作为本次系统的主控PLC。系统初始启动的时候，会先进行自检，会对运动行程范围内各个工位进行检测（包括主传输线、暂存平台、换位装置、补料工位、废料工位等），保证每个工位满足自动运行条件，如开机时候暂存平台上应无承载鞍，换位装置各个气缸应位于初始位置，补料工位上应有承载鞍，废料工位上应无承载鞍等，当不满足自动运行条件时候，给出相应报警和提示。此系统自动适应K2/K6承载鞍，会自动检测传输线上的承载鞍，并将承载鞍型号传输给视觉检测系统，视觉检测系统根据待检测承载鞍型号自动调整适应检测程序。电气系统自动运行过程如图4所示。
5 结论
承载鞍3D检测系统有效的实现了车辆维修厂承载鞍检测作业完全自动化，同时系统取代人工检测和机械接触式检测，避免人为检测因素，降低操作者劳动强度的同时，实现检测数据的自动管理，保证了后续的质量统计和可追溯性，完成承载鞍实时、高精度、高准确度、高质量自动化、智能化检测。同时，该检测系统可以推广到汽车工程领域的多个方面，具有良好的应用前景。
参考文献：
[1]钟勇.铁路货车承载鞍自动检测机[J].铁道技术监督，2005（02）.
[2]邾继贵，谢洪波，张海峰.货车承载鞍磨耗视觉自动检测研究[J].中国机械工程，2005（03）.
[3]邾继贵，张海峰，谢洪波.承载鞍在线视觉检测系统[J].铁道车辆，2003（10）.
[4]刘常青，彭翔，张宗华，胡小唐.基于逆反工程（RE）多数据点云的处理[J].工程图学学报，2002（04）.
[5]沈钢，赵祥华，傅佩喜.铁路货车承载鞍磨耗自动测试装置的研制[J].铁道车辆，2001（03）.
[6]许庆红，钟约先，由志福.投影栅相位法三维检测的频域相对解相技术[J].清华大学学报（自然科学版），2000（04）.
[7]李中伟.基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究[D].华中科技大学，2009.
[8]韦争亮.基于彩色编码的结构光动态三维测量及重构技术研究[D].清华大学，2009.
关键词：承载鞍;机器视觉;3D检测;系统可靠性
0 引言
承载鞍是铁路货车转向架的重要部件，安装在货车轮对滚动轴承和转向架侧架导框之间，承担货车轮对轴承座的作用。若承载鞍磨耗过限，将严重影响货车速度、载重量和安全性，因而，承载鞍磨耗检测历来是铁路检修部门的一项重要检测工作。本文拟研究基于机器视觉的承载鞍3D检测系统。本系统将根据车辆维修厂承载鞍检修作业规程，对承载鞍各个关键部位进行拍照，并进行自动测量，并将合格品送至输送线，不合格品送至废料台[1-4]。
1 系统框架
本系统主要由机械系统、电气系统、机器人系统、视觉系统组成。其中机械系统包括传输线、机械模组、暂存台、检测台、备件台和废料台等。其中电气系统主要包括PLC控制系统、各种传感器、各种检测开关、伺服运动系统、变频控制系统、HMI等。其中机器人系统主要包括六轴机器人本体和机器人控制系统。其中视觉系统主要包括工业2D相机、工业3D相机和图像分析处理系统[5-6]。
2 系统设计
2.1 设计原则
①系统开发采用统一规划、突出重点、分布设计的设计方法，尽可能的缩短系统开发周期;
②采用目前相对成熟的技术并执行国家标准和铁路系统的行业标准，遵循模块独立和接口开放的原则，并实现了数字字典标准化;
③软件的使用应尽量提供检错和容错能力。
2.2 系统组成
本系统主要由机械系统、电气系统和其他智能设备组成（如图1）。其中机械系统包括传输线、机械模組、暂存台、检测台、备件台和废料台等。其中电气系统主要包括PLC控制系统、各种传感器、各种检测开关、伺服运动系统、变频控制系统、HMI等。其中视觉系统主要包括工业2D相机、工业3D相机和图像分析处理系统[7-8]。
3 机械系统
本检测系统与转向架拆装生产线相结合，在承载鞍传输线中段位置安装本系统，其总体结构布置如图2所示，包括：上料助力臂、检测上料传输线、三轴行架机械手、导正机构、暂存工位、护栏、补料工位、换料装置、检测工位、检测滑动模组、六轴检测机器人、视觉遮光罩、下料输送线、下料助力臂。
图2中上料助力臂是辅助上料机构（承载鞍较重，借用此机构可以大大减轻工作人员劳动量），辅助人工将待检承载鞍放置于上料传输线上，上料传输线负责传输待检承载鞍，导正机构负责摆正承载鞍的位置，三轴行架机械手负责将上料传输线上的承载鞍放置于暂存工位，换料装置负责将暂存工位上的承载鞍顶起，并通过滑动模组将待检承载鞍放置于检测工位上，检测机器人上装有3D工业相机，负责对待检承载鞍进行拍照，遮光罩的作用是降低外部环境对获取图像质量的影响，补料工位上有两个成品补料工位和一个不合格品暂存工位，其作用是在检测出不合格品时对其暂存，并将一个成品补充至下料传输线。上料传输线与三轴行架机械手如图3所示。
4 电气系统
电气系统PLC采用德国西门子公司生产的S7-1200系列PLC，该系列PLC具有集成的PROFINET接口、强大的集成工艺功能和灵活的可扩展性等特点，非常适合作为本次系统的主控PLC。系统初始启动的时候，会先进行自检，会对运动行程范围内各个工位进行检测（包括主传输线、暂存平台、换位装置、补料工位、废料工位等），保证每个工位满足自动运行条件，如开机时候暂存平台上应无承载鞍，换位装置各个气缸应位于初始位置，补料工位上应有承载鞍，废料工位上应无承载鞍等，当不满足自动运行条件时候，给出相应报警和提示。此系统自动适应K2/K6承载鞍，会自动检测传输线上的承载鞍，并将承载鞍型号传输给视觉检测系统，视觉检测系统根据待检测承载鞍型号自动调整适应检测程序。电气系统自动运行过程如图4所示。
5 结论
承载鞍3D检测系统有效的实现了车辆维修厂承载鞍检测作业完全自动化，同时系统取代人工检测和机械接触式检测，避免人为检测因素，降低操作者劳动强度的同时，实现检测数据的自动管理，保证了后续的质量统计和可追溯性，完成承载鞍实时、高精度、高准确度、高质量自动化、智能化检测。同时，该检测系统可以推广到汽车工程领域的多个方面，具有良好的应用前景。
参考文献：
[1]钟勇.铁路货车承载鞍自动检测机[J].铁道技术监督，2005（02）.
[2]邾继贵，谢洪波，张海峰.货车承载鞍磨耗视觉自动检测研究[J].中国机械工程，2005（03）.
[3]邾继贵，张海峰，谢洪波.承载鞍在线视觉检测系统[J].铁道车辆，2003（10）.
[4]刘常青，彭翔，张宗华，胡小唐.基于逆反工程（RE）多数据点云的处理[J].工程图学学报，2002（04）.
[5]沈钢，赵祥华，傅佩喜.铁路货车承载鞍磨耗自动测试装置的研制[J].铁道车辆，2001（03）.
[6]许庆红，钟约先，由志福.投影栅相位法三维检测的频域相对解相技术[J].清华大学学报（自然科学版），2000（04）.
[7]李中伟.基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究[D].华中科技大学，2009.
[8]韦争亮.基于彩色编码的结构光动态三维测量及重构技术研究[D].清华大学，2009.