关键词：智能扫描，轨道交通装备，检验技术
随着轨道交通装备制造业的发展，轨道交能装备车辆的结构型式也日趋多样化、复杂化，产品定制层级更加高端，用户期望在保证车辆安全性的同时，对车辆工业品质的要求愈发严苛。传统的生产与检验方式已不能满足当前市场形势和企业发展需求，利用现代化检验技术提高生产效率、保证产品质量，已成为主机厂关注的焦点。
一．智能扫描技术概述
智能扫描技术又被称为实景复制技术，是集光、机、电和计算机技术于一体的智能化、可视化高新技术。按其工作方式不同，主要分为接触式和非接触式。本文所用扫描系统主要为相位式和跟踪式扫描系统。其中跟踪式扫描系统测量精度可达0.03mm，操作温度-10℃～+45℃，IP53防水防尘等级，在作业性能与适用性能方面该系统均具有较强的优势。
因其在检验特性方面具有诸多优良特性，近年来不仅在逆向工程、测绘工程等领域有着广泛应用，在轨道客车制造行业也逐渐开始得到应用和开发。
二．智能扫描系统的应用
1.标准轨检测
轨道装备车辆出厂前，须经过落车调整、称重试验等试验环节。车辆检测项点要基于一个“准确基准”，测调工作须在指定校准的轨道上完成，其轨道参数的检验与校准将直接决定试验活动的准确性及车辆运营的安全性。依据《标准轨距铁路轨距尺(TB/T 1924-2008)》和《标准轨距铁路轨距尺(JJG 219-2008)》要求，我国路轨状态检定的尺寸参数主要包括：轨距、水平度、超高度。
对于标准轨的检测，传统的检测方法主要是依靠机械式轨距尺，由于受轨距尺自身种类型式、人员水平等因素的影响，在检测精度及效率方面均存在不足。目前机械式轨距尺的超高示值仅能实现±1.3mm的允许误差要求，说明其在技术手段上存在较大瓶颈。此外，以往轨道扭曲(俗称“三角坑")的测量方法，是通过水平度与超高度的测量值间接获取，这种计量方法会带来一定误差。
利用智能扫描系统可以快速、准确地将标准轨的点云进行采集。如30米长的标准轨，利用相位式智能扫描仪进行3站式扫描，合计时间约25分钟。通过系统自带标靶球，可将各站扫描的点云进行自动拼接。对于所采集标准轨点云，检验人员可以进行细致、准确的分析和判定，基本可以实现检定数据“无死角”。
2.落车调整检测
落车调整作为车辆装配过程的末道工序，是车体部分与走行单元连接的关键工序。过程中须对车辆数据进行严格监控和记录，以确定各接口是否达到合理、稳定的连接状态。调整工作的主要指导依据来源于上述测量数据，其偏差值会与落车调整质量形成线性关系，对车辆运营的健康与安全状态具有重大影响。
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通常，落车调整检测项点主要包括：一系簧四角高度、二系空气簧高度、车体倾斜量、地板面高度等。针对这些检测项点，前期主要依靠钢板尺、塞尺、尺杆、铅坠完成检测，尚未全面引进现代化测量系统，测量结果会受到人员状态（水平）、实际工况等因素的影响和制约，进而影响落车调整精度。如测量地板面高度等参数时，常常要借助尺杆作为“尺寸延伸线”进行测量，这种看似成熟的测量方法很不严谨。
在市场形势、质量意识等因素的驱动下，各轨道装备车辆生产商尝试将智能扫描检测系统应用于落车调整。在实际应用期间，发现其大大降低了人力消耗、时间成本，测量精度也从过去的毫米级提升到如今的微米级。
3.异形大部件检测
轨道装备车辆司机头由较多异形部件拼装组成，在异形部件相互配合时，经常出现弧形不匹配情况（如：挡风玻璃与司机头罩等），严重影响车辆工业品质和生产节奏。而传统的检验多采用弧形样板、尺杆等特制工具，对于异形部件的板面翘曲、配合不良等问题，较难完成尺寸测量及缺陷识别，在测量精度、检测效率方面也存在局限性。
智能扫描系统的介入，改变了以往的生产与检验模式。对于各类形位尺寸、装配尺寸及装配特征可实现快速、准确的“地毯式”检验。如某相位式智能扫描仪10米内的均方根误差为0.2mm，数据获取最大速率近200万点/秒，单站平均扫描时间约3分钟。用其进行城铁司机头的扫描，一般在15分钟内便可完成司机头所有尺寸和特征的摄取。在点云采集完成后，便可实现测量、分析及试配工作。这样既保证了数据分析的质量，又提高了工作效率。
4.安装环境检测
在轨道客车零部件装配过程中，常需要对安装环境进行检验和识别。如：车下设备吊装须检验车下吊装横梁的平整度；车钩安装须检验车钩安装座的表面质量。类似的检验案例还有很多，以往的检测手段主要是依靠尺杆、塞尺完成，存在较大的固有误差，对工艺指导和质量检验常构成负面影响。
针对安装环境的检测，智能扫描系统同样可以高效、精准胜任。其不但可以检测安装面的平面度，对于部分车体安装面的腐蚀坑也可精准检测。对于接口数量较多、结构复杂的安装环境，还可以起到前期预判的作用。
5.影像化管理
车辆制造关键、安全工序须进行影像化管理。以往采集工具主要依靠摄影机、摄像机，在影像文件查阅方面一直处于被动式观察。
采用智能扫描系统，上述点云数据可作为电子履历的重要组成部分，方便管理，实现主动式查询和测量，方便问题分析与追溯。同时，部分智能扫描系统带有全景影像拍摄功能，借助于VR技术可实现扫描数据的沉浸式观察与分析。
三．应用成果与实际意义
该技术在我公司应用以来，已取得了多项科研成果。尤为典型的应用当属标准轨与落车调整检测，相对传统的肉眼检测，该技术能够快速、准确的摄取轨道与车辆数据并辅以智能分析，为车辆安全运营提供了坚实的保障。此外，在异形大部件检验方面，该技术也发挥了不可替代的作用。相对传统检测手段，在人力消耗、工作效率、检验精度等方面均有大幅度提升。不但保证了装配过程的产品一致性，也促进了车辆工业化品质的提升。
参考文献：
【1】郑德华,雷伟刚 地面三维激光影像扫描测量技术[J] 铁路航测,2003.3
论文作者:张汝鹏
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/12
标签：轨距论文; 车辆论文; 测量论文; 智能论文; 轨道论文; 技术论文; 系统论文; 《科学与技术》2019年第15期论文;