激光技術在高速列車測量檢測中的應用思考

陳繼軍

【摘要】? ? 隨著制造、檢驗和測量一體化不斷深化，在高速列車生產線規(guī)劃中，各項工作要同步考慮，整體實施。高品質軌道交通車輛需要更高品質的測量技術，檢測技術手段會越來越多樣化。根據智能制造的要求與軌道交通車輛的制造特點，有越來越多的專業(yè)檢測技術和設備，自動化檢測方法將占據主流，傳統(tǒng)的手工檢測方式正逐漸被取代。檢驗的數據采集和結果判斷更多地依靠智能系統(tǒng)來代替人工報告和結論，實現統(tǒng)計分析和趨勢預測。而激光技術可以應用在測量檢測中，能夠提升測量檢測技術的水平和工程能力。本文探究了車輛關鍵零件空間安裝的三維激光投影測試技術、大跨距形位尺寸自動測量技術、復雜曲面構件三維激光掃描檢測技術和基于視覺成像的車輛制造關鍵工序質量狀態(tài)檢測技術，以期為高速列車測量檢測工作帶來新思路。

【關鍵詞】? ? 激光技術? ? 測量檢測? ? 高速列車? ? 自動測量? ? 應用分析

引言：

高速列車制造標準不斷提高，對列車的測量檢測也越來越嚴格，特別是部分關鍵零部件的監(jiān)測工作格外嚴格。但是目前，列車測量檢測工作仍然在應用鋼卷尺、直尺等工作監(jiān)測，這種檢測手段精度低，效率低，并且檢測人員的工作量大。監(jiān)測數據人工錄入，存儲和調取都存在困難。還有部分結構比較復雜，如一些曲面結構或狹窄的空間結構，不能用鋼卷尺測量。這會影響高速列車的生產制造工作，因此，我們需要應用新技術改革高速列車的測量檢測模式。

一、激光測量的技術特點

激光適用于遠距離的測量，激光測量技術在其他領域內已經有了應用實踐，實踐證明激光測量具有精度高、抗干擾性強、效率高等優(yōu)勢。激光測量主要依賴于儀器的精度，不像高速列車人工測量模式一樣受操作人員技術水平的影響，測量誤差小。因為激光具有高效能和高方向，所以只要在激光測量距儀的有效范圍內，激光技術就可以對對象進行精準測量，并與智能設備相連，測量數據也可以實時顯示。而且，激光頻率高，不需要通過巨大的天線發(fā)射信號，操作成本比較低。

二、激光技術在高速列車測量檢測中的應用分析

針對高速列車制造工程的特點和技術要求，本文探究了激光技術的應用，希望為解決高速列車測量工作的誤差大、效率低、智能化水平低等問題提供思路。

2.1三維激光投影探測技術

使用激光投影測試系統(tǒng)，連接信息系統(tǒng)，可以將測量的數據直接錄入到系統(tǒng)中。激光投影直接將現場設置的靶標點進行標記，通過遙控投影設備進行定位，并將測量對象的位置信息和系統(tǒng)中的數據模型進行匹配，進而精準判斷出車輛位置、零件位置信息，進而迅速完成零件的安裝、焊接工作。

激光投影設備通過跟蹤驗證列車的數據，進而完全取代人工劃線的方式，降低勞動強度。這種自動化的定位方式避免了人工定位的誤差，使得定位工作精度提高了，也能夠提高生產和安裝的效率。同時，數據的自動錄入和調取也使得測量工作信息化，推動列車生產和制造技術進一步改革。

2.2大空間、形位尺寸檢測技術

對于長度、平面度較大的儀器，鋼卷尺的測量精度太低，無法滿足檢測要求。光比測量系統(tǒng)可以對這些大跨距形位尺寸進行自動測量。光比測量系統(tǒng)攜帶一套具有高精度的電光式便攜坐標測量系統(tǒng)，具有三維空間檢測能力，能夠檢測角、線、面的數據信息。光比測量系統(tǒng)鏈接智能信息系統(tǒng)，自動記錄并顯示測量數據，一方面簡化了測量工作，另一方面可以記錄全面的數據，比如工藝信息、車輛信息、站點信息、設備信息、接口信息、狀態(tài)確定管理等。在光比測量系統(tǒng)的客戶端平臺上，實時顯示數據信息，并且實時將數據信息進行分析和統(tǒng)計。

目前，已開發(fā)出來的光比測量系統(tǒng)已經在列車生產流水線上開始應用，其配置了手持式Minipad，測量人員可以實時傳屏。應用光比測量系統(tǒng)，生產流水線上的檢測人員可以減少一半，同時線束混亂問題也能得到解決，測量效率也大大提升了，節(jié)約了測量準備時間。使用光比測量系統(tǒng)，列車的車高、車寬、對角線等數據都可以被測量出來。與傳統(tǒng)測量方式相比，光比測量系統(tǒng)具有明顯的綜合優(yōu)勢。

激光跟蹤儀可以迅速滿足大跨距尺寸測量的需要，主要通過一套自動化的激光測量系統(tǒng)，測量精度保證在微米級別。手持式測探儀器滿足多種用戶自定義功能，用探針自動識別功能提高精度，也可以自動測量反饋。

在測量大跨度列車車體尺寸時，需要進行基準轉換、定位等工作。其中，列車結構比較特殊性，很多位置不方便測量。因此，在激光跟蹤儀基礎上，開發(fā)一些特殊裝置設備，如直角定位測量基座、撓度測量工具、測量桿等是非常必要的。這些輔助檢測裝置可以大大提高測量速度，擴大測量空間。輔助測量裝置能自動轉換測量空間，將測量點建立成精確的測量基準面，充分利用激光跟蹤儀的高精度空間測量優(yōu)勢。

2.3三維激光掃描檢測技術

在一些復雜的曲面結構上，如司機室的前窗、側窗、車燈等位置，傳統(tǒng)的測量方式是通過制作專用的曲面測量設備，每個位置都需要專門的測量設備，設備之間無法通用。因此，檢測成本很高。而同時這些測量設備一旦磨損會影響使用，必須更換。這進一步增加了測試成本。而應用激光掃描儀和跟蹤儀，制作數字模型開檢驗復雜的曲面空間可以節(jié)約成本。同時，數字模型不會存在磨損問題，因此，檢測精度也相對較高，這明顯提高現場檢測能力，提高檢測效率，降低檢測成本。

激光掃描測試是以非接觸的方式進行的，檢測人員手持或者固定檢測設備，掃描儀自動采集數據信息，以點匯面，獲得云點圖。激光掃描儀應用于生產流水線上，提高檢測效率，同時優(yōu)化生產和組織工藝，解決磨損、蓋板開合、線束一體化和空間狹窄等問題。

將三維激光掃描儀與三維模型進行對比，可以發(fā)現三維激光掃描儀的優(yōu)點，它可以迅速獲取司機室的尺寸和位置信息，通過三維激光建模，將位置和尺寸信息拼接在一起，將所有的司機室數據都整合在一個坐標系中，迅速精準地展示司機室的尺寸和位置信息，快速指導安裝調修工作。

2.4高級視覺成像技術，提高檢測技術質量

隨著工業(yè)機器人技術的發(fā)展，激光檢測也可以結合工業(yè)機器人技術，完成自動識別和掃買哦工作。工業(yè)機器人搭載激光檢測設備，根據導航無軌行走，及時定位位置信息，構建區(qū)域地圖。這就進一步節(jié)省了人工，工業(yè)機器人不間斷24小時進行導航執(zhí)行任務，執(zhí)行很多高危測量作業(yè)。

例如，研制了一種基于工業(yè)機器人技術的裙板自動檢測與圖像存儲系統(tǒng)，使其應用于列車生產組裝流水線上，進行自動檢測，替換了人工列檢方式，流水線上也不再有檢驗員，減輕了人員的工作強度，提高了檢測的效率和質量。系統(tǒng)自動收集數據，分析和識別圖像，發(fā)現很多人眼無法識別的問題和故障。如果在采集圖像中出現異常，系統(tǒng)會自動定位和報警，進而工作人員很方便地查看。

工業(yè)機器人的視覺系統(tǒng)使用激光導航、3D掃描和圖像識別技術，視覺系統(tǒng)非常發(fā)達，大仙問題可以迅速響應。可靈活擴展識別和掃描功能，實現了列車機組裙座底板裝配狀態(tài)的自動化和圖形化檢測的工程應用。

在人機交互界面上，裙底板部件的數據清晰地展示出來。因為數據庫中存有標準的數據模型，所以系統(tǒng)可以對測量的數據進行自動識別，通過獲取平穩(wěn)的影像信息顯示出來，以提高檢測工作的效率。

三、激光檢測的關鍵問題

激光檢測技術具有其他檢測技術無可比擬的優(yōu)越性，但是也存在一些問題。比如，一些激光檢測設備無法根據檢測對象的變化而迅速調整，并影響它的使用。例如，當車身變形時，由于激光檢測設備是以目標點和特征標記點的方式投影和測量的，而車體發(fā)生變形，會使得激光投影儀本來的數據模型與車體的尺寸、位置不相符，進而影響測量精度。

再者，由于列車車體較長，空間結構大，而工業(yè)機器人技術發(fā)展尚不成熟，所以所以在檢測時仍然需要人工操作激光設備，自動化檢測程度不足。部分檢測工作仍然依賴于操作人員的技術能力，比如在采集司機室這種曲面較多的空間時，因為掃描儀設定的掃描點過多，所以當出現轉站時，整體掃描出現困難，需要操作人員選取電影的區(qū)域特征，擬合數據，對操作人員的技術能力和操作經驗要求比較高。

最后，激光檢測設備購買成本、養(yǎng)護成本都比較高。激光探測設備價格昂貴，精度高，投資成本高。由于車間環(huán)境惡劣，金屬材料飛塵進入設備孔隙，容易造成設備故障，如果有部件損壞，不僅維修費用高，周期還較長。

四、結束語

隨著科學技術的不斷進步，工業(yè)物聯網、云計算、人工智能、移動技術、虛擬現實和大數據分析等新技術將給列車制造和測試帶來巨大改革。作為一項新的測繪技術，激光技術在未來將進一步發(fā)展，它應用于列車檢測工作中，測量對象的三維圖像數據能夠快速、高效地獲取，使測繪技術人員突破傳統(tǒng)的數據處理方法，進行新的數據挖掘和研究。

激光測圖技術作為一種新的測量方法，與傳統(tǒng)的測量方法相比具有無可比擬的優(yōu)勢。在未來，實現全數字化的生產和制造將成為軌道交通裝備制造業(yè)的發(fā)展方向。未來軌道交通檢測技術的發(fā)展趨勢將是專業(yè)化、自動化、智能化、集成化和信息化。

參? 考? 文? 獻

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