激光技术在高速列车测量检测中的应用思考

陈继军

【摘要】    随着制造、检验和测量一体化不断深化，在高速列车生产线规划中，各项工作要同步考虑，整体实施。高品质轨道交通车辆需要更高品质的测量技术，检测技术手段会越来越多样化。根据智能制造的要求与轨道交通车辆的制造特点，有越来越多的专业检测技术和设备，自动化检测方法将占据主流，传统的手工检测方式正逐渐被取代。检验的数据采集和结果判断更多地依靠智能系统来代替人工报告和结论，实现统计分析和趋势预测。而激光技术可以应用在测量检测中，能够提升测量检测技术的水平和工程能力。本文探究了车辆关键零件空间安装的三维激光投影测试技术、大跨距形位尺寸自动测量技术、复杂曲面构件三维激光扫描检测技术和基于视觉成像的车辆制造关键工序质量状态检测技术，以期为高速列车测量检测工作带来新思路。

【关键词】    激光技术    测量检测    高速列车    自动测量    应用分析

引言：

高速列车制造标准不断提高，对列车的测量检测也越来越严格，特别是部分关键零部件的监测工作格外严格。但是目前，列车测量检测工作仍然在应用钢卷尺、直尺等工作监测，这种检测手段精度低，效率低，并且检测人员的工作量大。监测数据人工录入，存储和调取都存在困难。还有部分结构比较复杂，如一些曲面结构或狭窄的空间结构，不能用钢卷尺测量。这会影响高速列车的生产制造工作，因此，我们需要应用新技术改革高速列车的测量检测模式。

一、激光测量的技术特点

激光适用于远距离的测量，激光测量技术在其他领域内已经有了应用实践，实践证明激光测量具有精度高、抗干扰性强、效率高等优势。激光测量主要依赖于仪器的精度，不像高速列车人工测量模式一样受操作人员技术水平的影响，测量误差小。因为激光具有高效能和高方向，所以只要在激光测量距仪的有效范围内，激光技术就可以对对象进行精准测量，并与智能设备相连，测量数据也可以实时显示。而且，激光频率高，不需要通过巨大的天线发射信号，操作成本比较低。

二、激光技术在高速列车测量检测中的应用分析

针对高速列车制造工程的特点和技术要求，本文探究了激光技术的应用，希望为解决高速列车测量工作的误差大、效率低、智能化水平低等问题提供思路。

2.1三维激光投影探测技术

使用激光投影测试系统，连接信息系统，可以将测量的数据直接录入到系统中。激光投影直接将现场设置的靶标点进行标记，通过遥控投影设备进行定位，并将测量对象的位置信息和系统中的数据模型进行匹配，进而精准判断出车辆位置、零件位置信息，进而迅速完成零件的安装、焊接工作。

激光投影设备通过跟踪验证列车的数据，进而完全取代人工划线的方式，降低劳动强度。这种自动化的定位方式避免了人工定位的误差，使得定位工作精度提高了，也能够提高生产和安装的效率。同时，数据的自动录入和调取也使得测量工作信息化，推动列车生产和制造技术进一步改革。

2.2大空间、形位尺寸检测技术

对于长度、平面度较大的仪器，钢卷尺的测量精度太低，无法满足检测要求。光比测量系统可以对这些大跨距形位尺寸进行自动测量。光比测量系统携带一套具有高精度的电光式便携坐标测量系统，具有三维空间检测能力，能够检测角、线、面的数据信息。光比测量系统链接智能信息系统，自动记录并显示测量数据，一方面简化了測量工作，另一方面可以记录全面的数据，比如工艺信息、车辆信息、站点信息、设备信息、接口信息、状态确定管理等。在光比测量系统的客户端平台上，实时显示数据信息，并且实时将数据信息进行分析和统计。

目前，已开发出来的光比测量系统已经在列车生产流水线上开始应用，其配置了手持式Minipad，测量人员可以实时传屏。应用光比测量系统，生产流水线上的检测人员可以减少一半，同时线束混乱问题也能得到解决，测量效率也大大提升了，节约了测量准备时间。使用光比测量系统，列车的车高、车宽、对角线等数据都可以被测量出来。与传统测量方式相比，光比测量系统具有明显的综合优势。

激光跟踪仪可以迅速满足大跨距尺寸测量的需要，主要通过一套自动化的激光测量系统，测量精度保证在微米级别。手持式测探仪器满足多种用户自定义功能，用探针自动识别功能提高精度，也可以自动测量反馈。

在测量大跨度列车车体尺寸时，需要进行基准转换、定位等工作。其中，列车结构比较特殊性，很多位置不方便测量。因此，在激光跟踪仪基础上，开发一些特殊装置设备，如直角定位测量基座、挠度测量工具、测量杆等是非常必要的。这些辅助检测装置可以大大提高测量速度，扩大测量空间。辅助测量装置能自动转换测量空间，将测量点建立成精确的测量基准面，充分利用激光跟踪仪的高精度空间测量优势。

2.3三维激光扫描检测技术

在一些复杂的曲面结构上，如司机室的前窗、侧窗、车灯等位置，传统的测量方式是通过制作专用的曲面测量设备，每个位置都需要专门的测量设备，设备之间无法通用。因此，检测成本很高。而同时这些测量设备一旦磨损会影响使用，必须更换。这进一步增加了测试成本。而应用激光扫描仪和跟踪仪，制作数字模型开检验复杂的曲面空间可以节约成本。同时，数字模型不会存在磨损问题，因此，检测精度也相对较高，这明显提高现场检测能力，提高检测效率，降低检测成本。

激光扫描测试是以非接触的方式进行的，检测人员手持或者固定检测设备，扫描仪自动采集数据信息，以点汇面，获得云点图。激光扫描仪应用于生产流水线上，提高检测效率，同时优化生产和组织工艺，解决磨损、盖板开合、线束一体化和空间狭窄等问题。

将三维激光扫描仪与三维模型进行对比，可以发现三维激光扫描仪的优点，它可以迅速获取司机室的尺寸和位置信息，通过三维激光建模，将位置和尺寸信息拼接在一起，将所有的司机室数据都整合在一个坐标系中，迅速精准地展示司机室的尺寸和位置信息，快速指导安装调修工作。

2.4高级视觉成像技术，提高检测技术质量

随着工业机器人技术的发展，激光检测也可以结合工业机器人技术，完成自动识别和扫买哦工作。工业机器人搭载激光检测设备，根据导航无轨行走，及时定位位置信息，构建区域地图。这就进一步节省了人工，工业机器人不间断24小时进行导航执行任务，执行很多高危测量作业。

例如，研制了一种基于工业机器人技术的裙板自动检测与图像存储系统，使其应用于列车生产组装流水线上，进行自动检测，替换了人工列检方式，流水线上也不再有检验员，减轻了人员的工作强度，提高了检测的效率和质量。系统自动收集数据，分析和识别图像，发现很多人眼无法识别的问题和故障。如果在采集图像中出现异常，系统会自动定位和报警，进而工作人员很方便地查看。

工业机器人的视觉系统使用激光导航、3D扫描和图像识别技术，视觉系统非常发达，大仙问题可以迅速响应。可灵活扩展识别和扫描功能，实现了列车机组裙座底板装配状态的自动化和图形化检测的工程应用。

在人机交互界面上，裙底板部件的数据清晰地展示出来。因为数据库中存有标准的数据模型，所以系统可以对测量的数据进行自动识别，通过获取平稳的影像信息显示出来，以提高检测工作的效率。

三、激光检测的关键问题

激光检测技术具有其他检测技术无可比拟的优越性，但是也存在一些问题。比如，一些激光检测设备无法根据检测对象的变化而迅速调整，并影响它的使用。例如，当车身变形时，由于激光检测设备是以目标点和特征标记点的方式投影和测量的，而车体发生变形，会使得激光投影仪本来的数据模型与车体的尺寸、位置不相符，进而影响测量精度。

再者，由于列车车体较长，空间结构大，而工业机器人技术发展尚不成熟，所以所以在检测时仍然需要人工操作激光设备，自动化检测程度不足。部分检测工作仍然依赖于操作人员的技术能力，比如在采集司机室这种曲面较多的空间时，因为扫描仪设定的扫描点过多，所以当出现转站时，整体扫描出现困难，需要操作人员选取电影的区域特征，拟合数据，对操作人员的技术能力和操作经验要求比较高。

最后，激光检测设备购买成本、养护成本都比较高。激光探测设备價格昂贵，精度高，投资成本高。由于车间环境恶劣，金属材料飞尘进入设备孔隙，容易造成设备故障，如果有部件损坏，不仅维修费用高，周期还较长。

四、结束语

随着科学技术的不断进步，工业物联网、云计算、人工智能、移动技术、虚拟现实和大数据分析等新技术将给列车制造和测试带来巨大改革。作为一项新的测绘技术，激光技术在未来将进一步发展，它应用于列车检测工作中，测量对象的三维图像数据能够快速、高效地获取，使测绘技术人员突破传统的数据处理方法，进行新的数据挖掘和研究。

激光测图技术作为一种新的测量方法，与传统的测量方法相比具有无可比拟的优势。在未来，实现全数字化的生产和制造将成为轨道交通装备制造业的发展方向。未来轨道交通检测技术的发展趋势将是专业化、自动化、智能化、集成化和信息化。

参  考  文  献

[1]单清群，孙福庆，石国德.三维测量技术在高速列车的检测应用[J].机车车辆工艺，2021（03）：4-6.

[2]张征方，蒋杰，甘韦韦，卢学云，赵旭峰.一种面向中低速磁浮列车的新型速度测量系统及其算法[J].控制与信息技术，2020（05）：12-16+34.

[3]郭双全.基于雷达测量数据的列车运行前方障碍物检测方法研究[D].兰州交通大学，2020.

[4]刘志明，缪龙秀，李强，杨云.磁弹性法在测量高速客车车轴表面残余应力中的应用[J].北方交通大学学报，1996（04）：80-83.