車輛承載鞍檢測(cè)的結(jié)構(gòu)分析

王飛

摘要：承載鞍是貨車轉(zhuǎn)向架的重要部件，安裝在貨車輪對(duì)滾動(dòng)軸承和轉(zhuǎn)向架側(cè)架導(dǎo)框之間，承擔(dān)貨車輪對(duì)軸承座的作用。本文從機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等方面建立了承載鞍3D檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛維修廠承載鞍檢修作業(yè)規(guī)程，并進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并將合格品送至輸送線，不合格品送至廢料臺(tái)。本技術(shù)將可以拓展至車輛工程的各個(gè)領(lǐng)域，為提高車輛的運(yùn)行安全提供保障。

關(guān)鍵詞：承載鞍;機(jī)器視覺;3D檢測(cè);系統(tǒng)可靠性

0? 引言

承載鞍是鐵路貨車轉(zhuǎn)向架的重要部件，安裝在貨車輪對(duì)滾動(dòng)軸承和轉(zhuǎn)向架側(cè)架導(dǎo)框之間，承擔(dān)貨車輪對(duì)軸承座的作用。若承載鞍磨耗過限，將嚴(yán)重影響貨車速度、載重量和安全性，因而，承載鞍磨耗檢測(cè)歷來是鐵路檢修部門的一項(xiàng)重要檢測(cè)工作。本文擬研究基于機(jī)器視覺的承載鞍3D檢測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)將根據(jù)車輛維修廠承載鞍檢修作業(yè)規(guī)程，對(duì)承載鞍各個(gè)關(guān)鍵部位進(jìn)行拍照，并進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并將合格品送至輸送線，不合格品送至廢料臺(tái)[1-4]。

1? 系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)主要由機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)組成。其中機(jī)械系統(tǒng)包括傳輸線、機(jī)械模組、暫存臺(tái)、檢測(cè)臺(tái)、備件臺(tái)和廢料臺(tái)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(cè)開關(guān)、伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)、HMI等。其中機(jī)器人系統(tǒng)主要包括六軸機(jī)器人本體和機(jī)器人控制系統(tǒng)。其中視覺系統(tǒng)主要包括工業(yè)2D相機(jī)、工業(yè)3D相機(jī)和圖像分析處理系統(tǒng)[5-6]。

2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

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

②采用目前相對(duì)成熟的技術(shù)并執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和鐵路系統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，遵循模塊獨(dú)立和接口開放的原則，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字字典標(biāo)準(zhǔn)化;

③軟件的使用應(yīng)盡量提供檢錯(cuò)和容錯(cuò)能力。

2.2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和其他智能設(shè)備組成（如圖1）。其中機(jī)械系統(tǒng)包括傳輸線、機(jī)械模組、暫存臺(tái)、檢測(cè)臺(tái)、備件臺(tái)和廢料臺(tái)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(cè)開關(guān)、伺服運(yùn)動(dòng)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(jī)、工業(yè)3D相機(jī)和圖像分析處理系統(tǒng)[7-8]。

3? 機(jī)械系統(tǒng)

本檢測(cè)系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向架拆裝生產(chǎn)線相結(jié)合，在承載鞍傳輸線中段位置安裝本系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)布置如圖2所示，包括：上料助力臂、檢測(cè)上料傳輸線、三軸行架機(jī)械手、導(dǎo)正機(jī)構(gòu)、暫存工位、護(hù)欄、補(bǔ)料工位、換料裝置、檢測(cè)工位、檢測(cè)滑動(dòng)模組、六軸檢測(cè)機(jī)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(jī)構(gòu)（承載鞍較重，借用此機(jī)構(gòu)可以大大減輕工作人員勞動(dòng)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(fù)責(zé)傳輸待檢承載鞍，導(dǎo)正機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)擺正承載鞍的位置，三軸行架機(jī)械手負(fù)責(zé)將上料傳輸線上的承載鞍放置于暫存工位，換料裝置負(fù)責(zé)將暫存工位上的承載鞍頂起，并通過滑動(dòng)模組將待檢承載鞍放置于檢測(cè)工位上，檢測(cè)機(jī)器人上裝有3D工業(yè)相機(jī)，負(fù)責(zé)對(duì)待檢承載鞍進(jìn)行拍照，遮光罩的作用是降低外部環(huán)境對(duì)獲取圖像質(zhì)量的影響，補(bǔ)料工位上有兩個(gè)成品補(bǔ)料工位和一個(gè)不合格品暫存工位，其作用是在檢測(cè)出不合格品時(shí)對(duì)其暫存，并將一個(gè)成品補(bǔ)充至下料傳輸線。上料傳輸線與三軸行架機(jī)械手如圖3所示。

4? 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)PLC采用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的S7-1200系列PLC，該系列PLC具有集成的PROFINET接口、強(qiáng)大的集成工藝功能和靈活的可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，非常適合作為本次系統(tǒng)的主控PLC。系統(tǒng)初始啟動(dòng)的時(shí)候，會(huì)先進(jìn)行自檢，會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)行程范圍內(nèi)各個(gè)工位進(jìn)行檢測(cè)（包括主傳輸線、暫存平臺(tái)、換位裝置、補(bǔ)料工位、廢料工位等），保證每個(gè)工位滿足自動(dòng)運(yùn)行條件，如開機(jī)時(shí)候暫存平臺(tái)上應(yīng)無承載鞍，換位裝置各個(gè)氣缸應(yīng)位于初始位置，補(bǔ)料工位上應(yīng)有承載鞍，廢料工位上應(yīng)無承載鞍等，當(dāng)不滿足自動(dòng)運(yùn)行條件時(shí)候，給出相應(yīng)報(bào)警和提示。此系統(tǒng)自動(dòng)適應(yīng)K2/K6承載鞍，會(huì)自動(dòng)檢測(cè)傳輸線上的承載鞍，并將承載鞍型號(hào)傳輸給視覺檢測(cè)系統(tǒng)，視覺檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)待檢測(cè)承載鞍型號(hào)自動(dòng)調(diào)整適應(yīng)檢測(cè)程序。電氣系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行過程如圖4所示。

5? 結(jié)論

承載鞍3D檢測(cè)系統(tǒng)有效的實(shí)現(xiàn)了車輛維修廠承載鞍檢測(cè)作業(yè)完全自動(dòng)化，同時(shí)系統(tǒng)取代人工檢測(cè)和機(jī)械接觸式檢測(cè)，避免人為檢測(cè)因素，降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)管理，保證了后續(xù)的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)和可追溯性，完成承載鞍實(shí)時(shí)、高精度、高準(zhǔn)確度、高質(zhì)量自動(dòng)化、智能化檢測(cè)。同時(shí)，該檢測(cè)系統(tǒng)可以推廣到汽車工程領(lǐng)域的多個(gè)方面，具有良好的應(yīng)用前景。

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