一种高铁构件快速检测系统的制作方法

本发明属于检测系统领域，尤其是一种高铁构件快速检测系统。

背景技术：

轨道交通装备是我国高端装备“走出去”的重要代表，也是《中国制造2025》中的重要内容。目前传统轨道交通构件制造一方面存在构件种类多、数量大的特点，另一方面轨道交通行业对构件产品质量检验要求严格，因而造成检验检测任务繁重。然而当前传统构件检测技术不仅劳动强度大、效率低，常常不能满足生产周期的需要，而且存在检测精度不可靠等薄弱环节，从而成为轨道交通制造业发展的瓶颈。

随着计算机软件技术和激光测量技术的发展，基于激光光源的非接触式测量技术在工业上正逐步被广泛应用。三维激光扫描技术采用非接触测量方法，可快速获取高精度、高密度实物表面采样点的坐标，建立物体的三维表面模型。由于其具有快速性、不接触性、穿透性、实时动态性、高密度、高精度等特性，将三维激光扫描技术运用于构件质量检测，可以极大的提高工作效率。因此开发实时性好、测量精度高、参数提取简单、通用性好的三维激光扫描构件检测系统，对工业自动化生产中与智能识别、检测等相关的应用具有重要意义。

技术实现要素：

为解决现有技术存在劳动强度大，效率低且检测精度不可靠的缺陷，本发明提供一种能够在线快速采集高铁构件表面三维点云数据，并且实时快速测量构件关键位置信息并进行检测的高铁构件快速检测系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种高铁构件快速检测系统，它包括根据高铁构件不同类型设置的若干并行的流水线和数据管理子系统，各条流水线将高铁构件信息经扫描、处理和分析后得出的计算结果汇总于数据管理子系统，并存储供调用；

每条流水线包括三维激光扫描子系统、点云预处理子系统和分析计算子系统；

三维激光扫描子系统快速采集加工后高铁构件表面点云数据；

点云预处理子系统将扫描得到的点云数据进行去噪、精简和重建处理；

分析计算子系统通过调用处理后的点云数据，并与设计值比较，分析是否符合限差要求。

进一步地，三维激光扫描子系统采用高精度三维激光扫描仪对高铁构件进行扫描，并将扫描获得的高铁构件表面点云数据保存在高铁构件库中。

更进一步地，高精度三维激光扫描仪为便携式激光测量臂，其扫描精度大于0.5mm。

更进一步地，便携式激光测量臂通过屏幕操作在测量过程中转动来实现完整的数据采集，并与机械手臂协同作业；所述机械手臂用于抓取零部件并采集零部件整体数据。

进一步地，点云预处理子系统将处理后的点云数据进行数据管理与数据分析。

进一步地，分析计算子系统通过调用点云预处理子系统处理后的点云数据和流水线配置信息，获取对应高铁构件算法进行计算，基于点云数据完成关键检测位置的数据量测，并与设计值比较，分析是否符合限差要求；将计算结果信息保存到txt文件，并根据计算结果生成流水号和检测结果，打印标签并自动贴到对应高铁构件上。

进一步地，数据管理子系统管理包括三维激光扫描信息、高铁构件零部件信息、高铁构件零部件模型信息、质量检测计算算法和高铁构件零部件激光扫描数据；按流水线存储数据，生成各条流水线上每个高铁构件的质量报表，并供实时调取和下载。

有益效果：

1.本发明是基于三维激光扫描技术，将计算机技术、网络技术、传感器技术、工业测量技术结合起来应用于轨道交通零部件制造为主的高铁构件智能化检测系统中。基于三维激光扫描技术，能够在线快速采集高铁构件表面点云数据，对点云进行处理可以实时获取高铁构件检测信息，与传统检测方法相比，减少了人力，大大提高了高铁构件检测工作的效率。

2.本发明通过数据管理子系统，可以实现对扫描仪、流水线、构件点云数据、计算算法和报表文件等进行管理，提高工作效率及办公自动化。

3.本发明适合于高铁构件的平面提取及圆柱面提取算法及测量值计算模型，有研究构件关键值测量数据与设计数据自动比对算法，提高了基于点云数据的量测及检测精度。

附图说明

图1为本发明组成示意图；

图2为本发明工作流程图；

图3为三维激光扫描子系统数据采集过程示意图；

图4为本发明分析计算子系统示意图；

图5为分析计算子系统工作流程图；

图6为本发明数据管理子系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明一种高铁构件快速检测系统，它是基于三维激光扫描技术与机械加工技术于一体的高铁构件加工数据智能化采集处理分析系统，如图1所示，它由根据高铁构件不同类型设置的n条并行的流水线与数据管理子系统2组成，各流水线的分析计算结果汇总于数据管理子系统2并存储可供调用。每条流水线由三维激光扫描子系统11、点云处理子系统12和分析计算子系统13组成，分别用于扫描、处理和分析构件信息。

如图2所示，为高铁构件快速检测系统的工作流程。三维激光扫描子系统11快速采集加工后高铁构件表面点云数据；点云预处理子系统12将扫描得到的构件点云数据进行去噪、精简和重建处理；分析计算子系统13通过调用处理后的构件点云数据计算，并与设计值比较，分析是否符合限差要求；数据管理子系统2对数据进行存储、处理和展示并生成质量检测报告。该系统具备实时在线对高铁构件进行检测的能力，将数据采集系统与数据处理系统集于一体，将数据的采集、传输、存储、处理分析和生成质量检测报告一体化，企业生产质检部门可以通过终端服务器控制获得检测数据，职能部门可随时调取质检报告，大大减少人力，提高生产效率。

本发明中三维激光扫描子系统11包括控制台、高精度三维激光扫描仪(便携式激光测量臂111)、操作台及机械手臂112。高精度三维激光扫描仪主要由激光发射器、接收器、时间计数器、马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板、微电脑和软件等组成。由于高铁构件在量测过程中不能随意移动，存在遮挡；并且零部件制造工厂区域狭小，容易产生扫描死角，这样就限制了利用地面三脚架的三维激光扫描仪的使用，无法对获得完整的零部件(特别是结构复杂的工业零件)激光扫描数据。因此，本发明中三维激光扫描子系统11采用便携式激光测量臂111，便携式激光测量臂111操作简单，可通过屏幕操作实现测量过程中灵活转动，保证完整的数据采集。安设一个机械手臂112，用于抓取零部件，有利于零部件整体数据的采集。控制台中的计算机控制流水线上高铁构件运输，控制便携式激光测量臂111扫描，控制机械手臂112工作。操作台主要承载被扫描的高铁构件。

如图3所示，为数据采集过程示意图。在采集数据前首先对便携式激光测量臂111和机械手臂112进行设备校准。控制系统控制操作台上高铁构件，根据控制台上的高铁构件类型设置需要检测的关键位置参数，设置后期检测算法中的参数，调取高铁构件库中该类构件关键检测位置的设计值；同时控制系统控制便携式激光测量臂111扫描，控制机械手臂112工作，来进行数据采集。控制系统控制输出扫描的高铁构件点云数据，高铁构件关键位置的设计值，采集设备的选择。

如图4所示的分析计算子系统13是本系统的核心子系统。该子系统以c/s架构设计，主要负责通过高铁构件平面提取及圆柱面提取算法及测量值计算模型，量测出构件关键检测位置的数值；通过计算算法，计算测量值与设计值之间的差值，并将检测结果存储于数据库。如图4中所示系统设置功能，包括流水线设置、扫描构件设置、构件扫描路径设置、检测结果文件保存设置和检测系统参数设置。流水线设置：分析计算子系统13属于哪条流水线，关键检测位置数值量测比对后，保存数据时，区分对应的流水线信息，并与对应激光扫描设备绑定；扫描构件设置：分析当前计算子系统对应的高铁构件信息，从而选择出对应的计算算法，对于该高铁构件的特征值进行量测计算；构件扫描路径设置：选择三维激光扫描预处理后，分析计算子系统13轮询时，会查找对应文件夹下的所有高铁构件点云文件，启动多线程进行计算：检测结果文件保存设置：分析计算子系统13计算出对应高铁构件的特征性信息后，会将数据保存在本地对应的txt文件中；检测系统参数设置：设置不同类型的高铁构件在应用量测算法及比对算法中的参数。分析计算子系统13计算检测完成后，将在对应路径下，保存检测结果信息，保存方式采用txt文本格式，每天保存一个文件，文件命名规则按照年月日命名即可。分析计算子系统13扫描对应文件夹后，计算检测完成后，将在分析计算子系统13客户端界面上展示检测结果列表，提供工作人员查看。计算检测完成后，立即生成对应检测流水号和检测结果，并进行自动打印，由流水线自动将打印的标贴贴到对应高铁构件上。后续由数据管理子系统2导出对应结果后，可提供有问题高铁构件的标志。

如图5所示，为分析计算子系统13的工作流程。首先获取对应构件信息、流水线配置信息，然后获取对应构件计算算法进行计算，然后将计算结果信息保存到txt文件，还包括流水线信息、特征值信息、构件信息，然后组装对应计算结果保存到mysql数据库，然后将缓存的3d图像文件保存到mongodb数据库，然后根据检测计算结果生成流水号和检测结果，通过打印机打印并控制流水线将标签自动粘贴到对应构件上，最后从缓存目录中删除对应3d图像文件。

如图6所示，为以c/s架构设计的数据管理子系统2，包括三维激光扫描仪设备管理、高铁构件零部件管理、高铁构件零部件模型管理、质量检测计算算法管理、高铁构件零部件三维激光数据管理、高铁构件零部件关键检测数据管理和报表文件管理。三维激光扫描仪设备管理：主要负责管理系统中使用到的三维激光扫描设备信息，包含设备的增删改查功能，并将对应设备绑定到流水线中；高铁构件零部件管理：主要维护系统检测的高铁构件信息，以及对应高铁构件的cad设计图信息，包含高铁构件的增删改查功能；高铁构件零部件模型管理：主要通过高铁构件零部件的cad设计图，标记对应的特征检测值和对应设计标准值，对应检测值具有查询、新增、删除的功能，并绑定对应计算算法；质量检测计算算法管理：对系统中各高铁构件零部件的计算算法进行维护，包含增删改查功能；高铁构件零部件三维激光数据管理：对系统中检测的激光扫描数据文件进行查询，可单独展示对应的激光扫描数据，并调用对应算法进行计算测量；高铁构件零部件关键检测数据管理：主要包含各个高铁构件的对应特征值的采集值进行查询并展示，并能提供表格导出下载功能；报表文件管理：主要负责报表的生成和下载功能，按照对应报表模板格式，结合对应构件特征采集值，导出对应的报表。

对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。