承载鞍检测系统审查材料Word下载.docx

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2011年3月

1系统概述

承载鞍光学检测系统是应用计算机技术、自动控制技术、图像采集处理技术并引进科学的测量方法和系统化的开发方法，为铁路货车段修提供高效率，高精度，高自动化，高可靠性检测手段，替代传统人工检测，提高检测质量和效率，确保铁路货车运行安全与检修质量的自动化检测系统。

该系统采用结构光三维测量技术其具有高检测精度、高检测效率和高点云分辨率等特点，其原理是向被测物体投射一组特定光强的光栅图像并使用摄像机拍摄经被测物体表面调制而变形的光栅图像；

然后用拍摄的光栅图像根据相位计算方法得到光栅图像的绝对相位值；

最后根据预先标定的系统参数或相位-高度映射关系从绝对相位值计算出被测物体表面的三维点云数据，该

技术相对于手工量具测量和顶杆接触式测量相比具有检测效率高、磨损量评估全面且准确等优势，确保了铁路货车高速、重载、安全运行。

该系统在机械方面引入高自动化的设计理念并采用检测流水控制技术，该部分由流水线、末端升降机、升降转台等组成，流水线长约六米，采用上、下层结构，上层传送工件，下层回收工装板，流水线链速采用变频调速驱动，流水速度可调；

末端升降机用来衔接上、下层流水线，达到工件输送、空板回收的目的；

升降转台采用伺服电机驱动滚珠丝杆实现精密升降，系统工作时转台旋转四次，每次旋转90°

，旋转一次光学系统拍摄一次保证工件四个面都能拍摄到，该机械组成有效的降低人工劳动强度、提高作业效率。

2系统组成

图2.1系统组成图

2.1测量系统

测量系统分上、下测量系统，分别由两台CCD摄像机（大恒DH-SV1420FM）及一台DLP投影仪（奥图码HD70S）组成，相机镜头采用Computar的8mm镜头，相机与投影仪分辨率分别为1400X1024和1280x720，上、下系统与水平面成30°

至40°

角，使相机与投影仪在拍摄工件水平面时有足够的视角，为保证测量精度左、右相机基线距离为250-260mm。

2.2机械传动系统

2.3控制系统

本套系统包括检测主控和传动控制两部分。

传动控制完成对传送驱动装置的控制，包括电路和气路的控制，由PLC程序控制。

检测主控完成对系统的图像采集、测量数据处理、与其它控制装置通信等，由计算机完成。

其中PLC与计算机之间采用可靠性较高的工业以太网通信，实现传感器与上位监控机之间的数据通信。

一．控制系统结构

图一控制系统结构图

图二伺服系统结构图

系统主要部件介绍如下：

可编程程序控制器（西门子PLC）：

系统的智能控制核心单元，负责系统的工艺运行控制、故障检测报警、伺服控制、气路控制、气路故障检测、工艺要求的各种联锁控制，实时报警等。

气路控制（气缸、磁钢传感器和电磁阀）：

气路包括，1个上件区升降气缸、1个下件区升降气缸，6个定位气缸，10个电磁阀。

在升降气缸上装有2个磁钢传感器，在定位气缸前面都安装有行程开关，PLC通过对磁钢传感器和行程开关的采样处理来实现气路精确控制。

转台升降控制（伺服系统）：

采用台达ADS-AB交流伺服驱动和台达交流伺服电机，并通过高精密滚珠丝杠和导轨系统来实现转台的精密升降。

保证了系统升降重复定位精度高到0.01mm。

如图二

传动控制（变频器和电机）：

采用变频驱动鼠笼异步电机传动流水线方式，流水线速度可根据自行需要调节。

二控制系统的功能

系统控制可分为工件装载区、工件检测区、工件取件区。

工件装载区：

工件装载到工装板后，踩下送件脚踏，工件被传送到上层流水线。

工件检测区：

工件到达检测区后，PLC向计算机发送拍图命令开始检测工件。

工件取件区：

检测完成的工件，被传送到取件区后，踩下取件脚踏工装板传送到下层流水线。

图三自动控制流程图

三设备使用与操作

3.1.1设备上电

（1）先将设备总电源开关打开；

（2）打开气阀，给设备供气；

3.1.2设备断电

（1）按下停机按钮此时报警灯常亮（设备进入停机状态），当设备停机到位后报警灯熄灭（设备停机完成）；

（2）设备停机完成后，关闭计算机，最后关闭设备总电源开关；

（3）设备断电结束。

3.1.3设备急停

（1）在发生意外或紧急情况时应迅速地就近按下急停按钮，切断动力电源，设备会立即停止，避免发生更严重的损坏。

（2）在打开急停按钮之前，必须排除一些不正常的因素

3.1.4手动运行操作

第一步打开总电源开关；

第二步等待计算机和PLC装备就绪后，点击软件的回归原点按钮（必须回归原点后才能开始后面的动作）；

第三步等待升降转台回归原点后在根据需要进行其他动作。

第四步操作完成后，按下停机按钮设备自动恢复到停机位。

第五步操停机到位后，关闭设备电源。

*手动运行操作注意事项：

1.若检测位有工件，转台上升前必须加磁，下降前必须退磁。

2.手动运行时必须回归原点后才能开始后面的动作，如果在手动操作过程中操作人员进行了急停，断电等操作，在下次进行手动操作时必须再次回归原点，否则升降转台会产生误动作。

3.若运行中出现异常情况要及时按下急停按扭，待故障解决后再行运行。

3.1.4自动运行操作。

第一步打开电源开关；

第二步等待计算机和PLC装备就绪后按下启动按钮（设备自动恢复启动状态）；

第三步往上件区平台放未检测工件，踩下上件区脚踏开关，工件自动送到上层流行线。

第四步设备自动完成传送和检测。

第五步工件传送到下件区平台后，卸下以检测工件。

第六步工件卸下后，踩下件区脚踏，下件区平台下降并自动把工装板传送到下层流水线

第七步操作完成后按下停机按钮设备自动恢复到停机位。

第八步停机到位后，关闭设备电源。

*自动运行操作注意事项：

若运行中出现异常情况要及时按下急停按扭，待故障解决后再行运行。

控制系统的自动控制流程

四环境要求

设备工作环境应避免振动、烟尘等危害，应远离磁场、矿区、地震频发区等。

车间使用电焊机至少要在距电气柜8米以外且电焊机不得与机床电源共网。

工作环境温度要求为0℃～50℃，相对湿度在30%～95%范围内（无冷凝水）。

设备的运输和存放环境应避免雨淋、潮湿、倾斜、鼠害、坑洼地等危害，并保证通风良好，运输和存放环境温度在-10℃～+40℃范围内，相对湿度不大于80%。

时间不超过24小时的运输和存放，允许环境温度不超过70℃。

禁止长时间露天存放。

确因各种原因需暂时存放的，除应符合上述要求外，还应随时检查存放地情况和包装状态，以确保设备不受损伤。

2.4软件编制

系统软件结构如图2.4.1所示，所采用的开发平台为VisualStudioC++.Net2010，软件的功能模块包括参数标定、图像采集、相伴解调、立体重构和误差分析五个部分。

其中的核心模块是相位解调模块，其算法的流程图如图2.4.2所示。

图2.4.1检测软件流程图

主要算法流程如下图：

图2.4.2相位解调算法流程图

3系统工作原理

结构光三维测量系统可快速的获取零件的密集、完整的三维点云数据，如图3.1所示，承载鞍零件需要检测的磨损面较多，主要包括鞍面弧面、顶面、鞍面、推力挡肩面、导框内侧面和导框底面。

这些磨损面均匀的分布于零件测四个侧面，因此只依靠单一的结构光测量系统很难一次测量所有的磨损面，并且如推力挡肩面和导框内侧面，很难利用单一的视觉系统从一个方向同时测量两个相互平行的面。

图3.1

针对以上检测难点系统以结构光测量技术为基础，并采用两套结构光系统从上、下两个方位测量相互平行的磨损面，如图3.2所示，同时被测件放置于可360°

旋转工作台上，测量时旋转工作台旋转四次（每次旋转90°

）便可测量承载鞍的所有磨损面。

图3.2

系统检测步骤如下：

1）首先通过流水传输线将承载鞍输送至旋转工作台上，旋转台上升至检测位（第一工位），然后上、下系统依次进行测量导框底面和导框内侧面的数据，该面测量完成后可以通过测得的点云数据拟合出导框底面平面和导框内侧面平面，并分析导框内侧面磨耗量；

2）旋转台在俯视方向逆时针旋转约90°

至第二工位，上、下系统

测量承载鞍顶面三维数据，以鞍面圆弧面与导框底面作为基准拟

合出基准平面，并分析顶面的磨耗量；

3）旋转台旋转至第三工位，系统测量另一侧导框底面和导框内侧

面的三维数据（与第一工位相对应），然后拟合并分析该侧面内侧

面和导框底面磨耗；

4）旋转台旋转至第四工位，系统测量鞍面和推力挡肩面的三维数

据，并通过密集的点云数据拟合出鞍面圆弧面的直径和推力挡肩

间的距离，从而分析其磨耗量，此时完成所有磨耗面的三维测量，

令旋转台转到初始原位（第一工位）。

在计算机计算磨耗的过程中，测量软件对三维数据进行必要的预处理（如去噪、平滑、提取有效区域等），并根据高密度数据拟合出被测面的几何尺寸，从而准确的评估承载鞍关键尺寸的磨损量。

4系统参数

尺寸：

长X宽X高=8000X1700X1800mm；

重量：

900Kg；

电源：

AC220V50Hz；

气源压力：

>

8.0MPa；

工作温度 

0 

～50℃；

工作湿度 

20％～ 

80％；

检测误差：

±

0.1mm；

相机分辨率：

1400X1024；

投影分辨率：

1280x720；

投影尺寸：

31.96-349.7英吋；

投影距离：

1.2-12m；