郭志洪

鐵路貨車車輛輪軸信息自動識別技術(shù)的探討與分析

郭志洪

（大秦鐵路股份有限公司湖東車輛段，山西 大同 037300）

鐵路貨車車輛軸端及軸承標志板信息在輪軸檢修中存在無法識別或識別錯誤的問題，直接影響輪軸檢修及車輛運行安全。研制輪軸信息自動識別系統(tǒng)，可以識別軸端信息及識別標志板信息，并可以將信息自動上傳到服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫，通過程序?qū)崿F(xiàn)工序卡控、時間卡控等功能，控制輪軸出庫時的質(zhì)量，提高作業(yè)人員工作效率，降低不合格輪軸出現(xiàn)的概率。

車輛軸承；軸端；標志板；自動識別

1 引言

鐵路貨車車輛輪軸在檢修過程中，輪軸軸端上有相關(guān)信息，這些信息代表了車輛輪軸的編碼，安裝滾動軸承的輪軸還有軸承標志板，這些信息在車輛輪軸檢修過程中都需要人工識別核對，以確保每條輪軸檢修的有序管理。輪軸結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

1—車軸；2—車輪；3—軸承。

1.1 輪軸軸端車軸標記

滾動軸承車軸在車軸兩端面上，以軸端中心孔中心與軸端三個螺栓孔中心的假想線及其延長線將軸端三等分，構(gòu)成三個扇區(qū)。

車軸標記要按規(guī)定刻打在某一扇區(qū)內(nèi)，車軸鋼冶煉熔煉號，阿拉伯數(shù)字，比如931128，字體高7 mm。信息還包括鋼種漢語拼音標記、鍛造單位代號、年月、軸號、軸型、超聲標記。

1.2 滾動軸承標志板標記

軸承的標志板共分A、B、C、D四欄。

A欄：軸承首次裝用年月，等級軸承標記，軸承制造（大修）單位代號，軸承分類代號。

B欄：輪對第一次組裝年月日，左，軸號。

C欄：軸承本次裝用年月日。

D欄：軸承本次裝用單位代號，一般檢修單位代號，一般檢修符號。

2 存在的問題

輪軸信息需要人工識別，車輛經(jīng)過長時間運行，有些軸端信息及軸承標志板中標記數(shù)字會有模糊或生銹，會造成無法識別或識別錯誤，直接影響輪軸檢修流水線的作業(yè)效果。

在輪軸檢修流轉(zhuǎn)的過程中，每道工序的軸號和軸端信息都由工作人員抄寫，然后錄入到設(shè)備軟件中，并手工錄入HMIS系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)人工抄寫出錯、人工填寫順序出錯、人工錄入出錯等問題，導致錄入HMIS系統(tǒng)的軸號信息與真實值不一致，降低了作業(yè)效率。

人工抄寫軸號和軸端信息，信息全部人工登記在51卡片上，占據(jù)了大量的人工時間，且抄寫軸號和軸端信息容易出錯，造成核實困難。

3 研制目標

研制輪軸信息自動識別系統(tǒng)，識別軸端信息包括車軸制造單位、軸型、軸號、車軸制造時間等，識別標志板信息包括軸號、廠家代號、首次組裝時間等，并可以將識別信息自動上傳到服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫，也可以通過軸號自動查詢服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫信息。

ISO9001質(zhì)量體系理念在醫(yī)院干部保健管理中的應(yīng)用…………………… 蔡志玲 李冬晶姜鴻 等（4）569

輪軸檢修工序操作都會自動記錄到數(shù)據(jù)庫，基于記錄信息實現(xiàn)檢修過程的工序卡控以及時間卡控，保證輪軸的檢修質(zhì)量。

4 研制內(nèi)容

4.1 光源設(shè)計

針對軸端和標志板端表面的不同特性，設(shè)計光源的打光方式也不同。比如軸端表面為不銹鋼表面，易反光，且表面無遮擋物，而標志板表面字符為刻打，三角板上方存在三角扣板保護，導致遮擋光路。針對軸端和標志板的不同特征設(shè)計了不同的光源，如圖2所示。

圖2 不同光源標志板圖

4.2 數(shù)據(jù)傳輸

采集的圖像數(shù)據(jù)全部通過無線傳輸?shù)椒?wù)器端進行字符區(qū)域定位和智能識別，然后傳輸?shù)浆F(xiàn)場的客戶端確認，如圖3所示。

圖3 標志板和軸端信息識別效果圖

4.3 字符識別

基于采集的圖片進行圖像字符區(qū)域的定位與字符識別，主要包括單個字符區(qū)域的定位和字符識別。

4.4 數(shù)據(jù)管理

所有軸端和標志板的識別過程都是在服務(wù)器端實現(xiàn)，并且識別信息自動錄入到數(shù)據(jù)庫中，便于統(tǒng)一管理和統(tǒng)計。

4.5 卡控功能

基于數(shù)據(jù)庫信息的工序卡控和時間卡控功能的實現(xiàn)和預警提醒。

4.6 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架

所有的檢測設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器端連接，從而方便布線和數(shù)據(jù)傳輸，各個工序的客戶端設(shè)備都傳輸?shù)椒?wù)器端處理，便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理等。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 硬件技術(shù)

系統(tǒng)硬件由采集模塊、定位觸發(fā)模塊、圖像顯示模塊、圖像識別服務(wù)器及軟件組成。其中，標志采集模塊由工業(yè)檢測相機和鏡頭、工業(yè)補償光源、電源控制模塊等組成。定位觸發(fā)模塊由三點式平面確定裝置和控制硬件電路組成，圖像顯示模塊由工業(yè)液晶顯示屏和觸摸屏組成。

當車輪經(jīng)過工序的檢測設(shè)備時，工作人員手持采集設(shè)備進行圖像采集；手持采集設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)將圖像信息傳輸至圖像識別服務(wù)器進行識別和處理。

識別服務(wù)器把識別的軸端（標志板信息）和圖像回傳到手持采集設(shè)備，供顯示和人工確認；人工確認后，手持采集設(shè)備自動查詢HMIS系統(tǒng)，根據(jù)查詢結(jié)果如果該軸在當前工位之前有沒有做的工序則進行報警提示。

系統(tǒng)供電采用220 V交流電和鋰電池兩種供電方式。

5.2 字符識別技術(shù)

5.2.1 字符區(qū)域定位

粗定位步驟主要采用目標定位、紋理定位法和顏色定位法疊加的方式，其中紋理定位法，通過尋找圖像邊緣的方法來定位軸端字符串位置，適合于光照偏弱、偏強或不均勻的情況；顏色定位通過顏色分類來找到軸端字符串位置，是很好的輔助定位手段。

5.2.2 字符區(qū)域精定位

精定位步驟主要采用數(shù)學形態(tài)學的定位法結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位法，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對于軸端字符串傾斜和變形等情況有很好的定位效果。

5.2.3 字符分割

這里主要采用投影法和模板匹配法對字符和數(shù)字進行有效的分割，整體字符的分割和識別效果如圖3所示。

5.3 軟件架構(gòu)

系統(tǒng)終端可以接入識別服務(wù)器，進行實時監(jiān)控生產(chǎn)線的每個檢測工位的工作情況、輪軸經(jīng)過的路徑、實時調(diào)取每個檢測工位的檢測結(jié)果，并可以實時給檢測系統(tǒng)發(fā)送指令，用于動態(tài)配置。主界面中每個檢測工位中顯示當前需要檢測的輪軸數(shù)量，如果出現(xiàn)報警情況（例如：檢測工位序號不符合要求，檢測時間不符合要求），則也會進行實時提示并報警，點擊每個檢測工位可以查詢檢測歷史的詳細信息。

5.4 結(jié)構(gòu)組成

5.4.1 識別控制端

輪軸信息手持機具有高清拍照、自動識別功能。

5.4.2 登錄

在控制系統(tǒng)雙擊“相機軟件”圖標，進入用戶登錄界面，選擇用戶名（默認為“壓裝區(qū)_軸頸測量工位”），輸入正確的登錄密碼，雙擊“登錄”按鈕登錄，工控機方面雙擊“相機軟件”圖標（IPC.exe），開啟工控機軟件。

5.4.3 拍照

將手持機對準軸端（或標志板），并適度用力向前壓緊，待“運行狀態(tài)燈”變?yōu)榫G燈（初始為紅燈）時，即三個微動按鍵全部接通，此時再按下拍照鍵，環(huán)形燈和相機同時被觸發(fā)，同時“運行狀態(tài)燈”出現(xiàn)綠燈閃爍，此時拍照完成，如圖4所示。

5.4.4 上傳系統(tǒng)

圖片經(jīng)過處理后，服務(wù)器將軸號截圖及數(shù)據(jù)返回到工控機，此時數(shù)據(jù)自動填充到工控機客戶端右側(cè)的數(shù)據(jù)列表（包括壓裝單位/壓裝年月/軸號/型號等），作業(yè)人員根據(jù)圖像上記載的信息，核對右框中對應(yīng)的信息，確認無誤后，最終上傳該信息到服務(wù)器。

圖4 拍攝圖片對準軸端觸發(fā)相機拍攝

6 效果

鐵路貨車車輛輪軸信息自動識別技術(shù)解決了輪軸檢修數(shù)據(jù)抄錄問題，實現(xiàn)了工序卡控、時間卡控等功能，可控制車輪出庫時的質(zhì)量。整個檢修場所無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，所有工序的軸端信息和檢修信息可以實時記錄，無需人工抄寫和錄入，便于質(zhì)量卡控和管理記錄。

可以控制車輛段檢修車間車輪的出庫質(zhì)量，由于該系統(tǒng)將所有軸號和檢修信息記錄到數(shù)據(jù)庫中，所有的信息可供時間卡控和工序卡控調(diào)用，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。

無需人工錄入軸號信息等，在一定程度上提高了作業(yè)人員工作效率，并且在壓裝和關(guān)蓋工序進行信息提醒，降低不合格車輪出現(xiàn)的概率。

提高了輪軸檢修流水線的工作效率，利用軸端識別儀采集軸端圖片自動識別軸端信息和之前手動抄錄軸號，錄入系統(tǒng)，工時縮短42%，每天可提高產(chǎn)量23%。

［1］中國鐵路總公司.鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則［M］.北京：中國鐵道出版社，2016.

［2］黃毅，陳雷.鐵路貨車檢修技術(shù)［M］.北京：中國鐵道出版社，2010.

U279

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.032

2095－6835（2019）20－0078－02

郭志洪（1975—），高級工程師，主任，研究方向為重載車輛。

〔編輯：張思楠〕