王飛

摘要：承載鞍是貨車轉向架的重要部件，安裝在貨車輪對滾動軸承和轉向架側架導框之間，承擔貨車輪對軸承座的作用。本文從機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等方面建立了承載鞍3D檢測系統(tǒng)，實現車輛維修廠承載鞍檢修作業(yè)規(guī)程，并進行自動測量，并將合格品送至輸送線，不合格品送至廢料臺。本技術將可以拓展至車輛工程的各個領域，為提高車輛的運行安全提供保障。

關鍵詞：承載鞍;機器視覺;3D檢測;系統(tǒng)可靠性

0? 引言

承載鞍是鐵路貨車轉向架的重要部件，安裝在貨車輪對滾動軸承和轉向架側架導框之間，承擔貨車輪對軸承座的作用。若承載鞍磨耗過限，將嚴重影響貨車速度、載重量和安全性，因而，承載鞍磨耗檢測歷來是鐵路檢修部門的一項重要檢測工作。本文擬研究基于機器視覺的承載鞍3D檢測系統(tǒng)。本系統(tǒng)將根據車輛維修廠承載鞍檢修作業(yè)規(guī)程，對承載鞍各個關鍵部位進行拍照，并進行自動測量，并將合格品送至輸送線，不合格品送至廢料臺[1-4]。

1? 系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)主要由機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)組成。其中機械系統(tǒng)包括傳輸線、機械模組、暫存臺、檢測臺、備件臺和廢料臺等。其中電氣系統(tǒng)主要包括PLC控制系統(tǒng)、各種傳感器、各種檢測開關、伺服運動系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)、HMI等。其中機器人系統(tǒng)主要包括六軸機器人本體和機器人控制系統(tǒng)。其中視覺系統(tǒng)主要包括工業(yè)2D相機、工業(yè)3D相機和圖像分析處理系統(tǒng)[5-6]。

2? 系統(tǒng)設計

2.1 設計原則

①系統(tǒng)開發(fā)采用統(tǒng)一規(guī)劃、突出重點、分布設計的設計方法，盡可能的縮短系統(tǒng)開發(fā)周期;

②采用目前相對成熟的技術并執(zhí)行國家標準和鐵路系統(tǒng)的行業(yè)標準，遵循模塊獨立和接口開放的原則，并實現了數字字典標準化;

③軟件的使用應盡量提供檢錯和容錯能力。

2.2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和其他智能設備組成（如圖1）。其中機械系統(tǒng)包括傳輸線、機械模組、暫存臺、檢測臺、備件臺和廢料臺等。其中電氣系統(tǒng)主要包括PLC控制系統(tǒng)、各種傳感器、各種檢測開關、伺服運動系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)、HMI等。其中視覺系統(tǒng)主要包括工業(yè)2D相機、工業(yè)3D相機和圖像分析處理系統(tǒng)[7-8]。

3? 機械系統(tǒng)

本檢測系統(tǒng)與轉向架拆裝生產線相結合，在承載鞍傳輸線中段位置安裝本系統(tǒng)，其總體結構布置如圖2所示，包括：上料助力臂、檢測上料傳輸線、三軸行架機械手、導正機構、暫存工位、護欄、補料工位、換料裝置、檢測工位、檢測滑動模組、六軸檢測機器人、視覺遮光罩、下料輸送線、下料助力臂。

圖2中上料助力臂是輔助上料機構（承載鞍較重，借用此機構可以大大減輕工作人員勞動量），輔助人工將待檢承載鞍放置于上料傳輸線上，上料傳輸線負責傳輸待檢承載鞍，導正機構負責擺正承載鞍的位置，三軸行架機械手負責將上料傳輸線上的承載鞍放置于暫存工位，換料裝置負責將暫存工位上的承載鞍頂起，并通過滑動模組將待檢承載鞍放置于檢測工位上，檢測機器人上裝有3D工業(yè)相機，負責對待檢承載鞍進行拍照，遮光罩的作用是降低外部環(huán)境對獲取圖像質量的影響，補料工位上有兩個成品補料工位和一個不合格品暫存工位，其作用是在檢測出不合格品時對其暫存，并將一個成品補充至下料傳輸線。上料傳輸線與三軸行架機械手如圖3所示。

4? 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)PLC采用德國西門子公司生產的S7-1200系列PLC，該系列PLC具有集成的PROFINET接口、強大的集成工藝功能和靈活的可擴展性等特點，非常適合作為本次系統(tǒng)的主控PLC。系統(tǒng)初始啟動的時候，會先進行自檢，會對運動行程范圍內各個工位進行檢測（包括主傳輸線、暫存平臺、換位裝置、補料工位、廢料工位等），保證每個工位滿足自動運行條件，如開機時候暫存平臺上應無承載鞍，換位裝置各個氣缸應位于初始位置，補料工位上應有承載鞍，廢料工位上應無承載鞍等，當不滿足自動運行條件時候，給出相應報警和提示。此系統(tǒng)自動適應K2/K6承載鞍，會自動檢測傳輸線上的承載鞍，并將承載鞍型號傳輸給視覺檢測系統(tǒng)，視覺檢測系統(tǒng)根據待檢測承載鞍型號自動調整適應檢測程序。電氣系統(tǒng)自動運行過程如圖4所示。

5? 結論

承載鞍3D檢測系統(tǒng)有效的實現了車輛維修廠承載鞍檢測作業(yè)完全自動化，同時系統(tǒng)取代人工檢測和機械接觸式檢測，避免人為檢測因素，降低操作者勞動強度的同時，實現檢測數據的自動管理，保證了后續(xù)的質量統(tǒng)計和可追溯性，完成承載鞍實時、高精度、高準確度、高質量自動化、智能化檢測。同時，該檢測系統(tǒng)可以推廣到汽車工程領域的多個方面，具有良好的應用前景。

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