铁路货车车辆轮轴信息自动识别技术的探讨与分析

郭志洪

铁路货车车辆轮轴信息自动识别技术的探讨与分析

郭志洪

（大秦铁路股份有限公司湖东车辆段，山西 大同 037300）

铁路货车车辆轴端及轴承标志板信息在轮轴检修中存在无法识别或识别错误的问题，直接影响轮轴检修及车辆运行安全。研制轮轴信息自动识别系统，可以识别轴端信息及识别标志板信息，并可以将信息自动上传到服务器端数据库，通过程序实现工序卡控、时间卡控等功能，控制轮轴出库时的质量，提高作业人员工作效率，降低不合格轮轴出现的概率。

车辆轴承；轴端；标志板；自动识别

1 引言

铁路货车车辆轮轴在检修过程中，轮轴轴端上有相关信息，这些信息代表了车辆轮轴的编码，安装滚动轴承的轮轴还有轴承标志板，这些信息在车辆轮轴检修过程中都需要人工识别核对，以确保每条轮轴检修的有序管理。轮轴结构组成如图1所示。

1—车轴；2—车轮；3—轴承。

1.1 轮轴轴端车轴标记

滚动轴承车轴在车轴两端面上，以轴端中心孔中心与轴端三个螺栓孔中心的假想线及其延长线将轴端三等分，构成三个扇区。

车轴标记要按规定刻打在某一扇区内，车轴钢冶炼熔炼号，阿拉伯数字，比如931128，字体高7 mm。信息还包括钢种汉语拼音标记、锻造单位代号、年月、轴号、轴型、超声标记。

1.2 滚动轴承标志板标记

轴承的标志板共分A、B、C、D四栏。

A栏：轴承首次装用年月，等级轴承标记，轴承制造（大修）单位代号，轴承分类代号。

B栏：轮对第一次组装年月日，左，轴号。

C栏：轴承本次装用年月日。

D栏：轴承本次装用单位代号，一般检修单位代号，一般检修符号。

2 存在的问题

轮轴信息需要人工识别，车辆经过长时间运行，有些轴端信息及轴承标志板中标记数字会有模糊或生锈，会造成无法识别或识别错误，直接影响轮轴检修流水线的作业效果。

在轮轴检修流转的过程中，每道工序的轴号和轴端信息都由工作人员抄写，然后录入到设备软件中，并手工录入HMIS系统中，经常出现人工抄写出错、人工填写顺序出错、人工录入出错等问题，导致录入HMIS系统的轴号信息与真实值不一致，降低了作业效率。

人工抄写轴号和轴端信息，信息全部人工登记在51卡片上，占据了大量的人工时间，且抄写轴号和轴端信息容易出错，造成核实困难。

3 研制目标

研制轮轴信息自动识别系统，识别轴端信息包括车轴制造单位、轴型、轴号、车轴制造时间等，识别标志板信息包括轴号、厂家代号、首次组装时间等，并可以将识别信息自动上传到服务器端数据库，也可以通过轴号自动查询服务器端数据库信息。

ISO9001质量体系理念在医院干部保健管理中的应用…………………… 蔡志玲 李冬晶姜鸿 等（4）569

轮轴检修工序操作都会自动记录到数据库，基于记录信息实现检修过程的工序卡控以及时间卡控，保证轮轴的检修质量。

4 研制内容

4.1 光源设计

针对轴端和标志板端表面的不同特性，设计光源的打光方式也不同。比如轴端表面为不锈钢表面，易反光，且表面无遮挡物，而标志板表面字符为刻打，三角板上方存在三角扣板保护，导致遮挡光路。针对轴端和标志板的不同特征设计了不同的光源，如图2所示。

图2 不同光源标志板图

4.2 数据传输

采集的图像数据全部通过无线传输到服务器端进行字符区域定位和智能识别，然后传输到现场的客户端确认，如图3所示。

图3 标志板和轴端信息识别效果图

4.3 字符识别

基于采集的图片进行图像字符区域的定位与字符识别，主要包括单个字符区域的定位和字符识别。

4.4 数据管理

所有轴端和标志板的识别过程都是在服务器端实现，并且识别信息自动录入到数据库中，便于统一管理和统计。

4.5 卡控功能

基于数据库信息的工序卡控和时间卡控功能的实现和预警提醒。

4.6 系统网络架

所有的检测设备通过无线网络与服务器端连接，从而方便布线和数据传输，各个工序的客户端设备都传输到服务器端处理，便于数据的统一管理等。

5 关键技术

5.1 硬件技术

系统硬件由采集模块、定位触发模块、图像显示模块、图像识别服务器及软件组成。其中，标志采集模块由工业检测相机和镜头、工业补偿光源、电源控制模块等组成。定位触发模块由三点式平面确定装置和控制硬件电路组成，图像显示模块由工业液晶显示屏和触摸屏组成。

当车轮经过工序的检测设备时，工作人员手持采集设备进行图像采集；手持采集设备通过网络将图像信息传输至图像识别服务器进行识别和处理。

识别服务器把识别的轴端（标志板信息）和图像回传到手持采集设备，供显示和人工确认；人工确认后，手持采集设备自动查询HMIS系统，根据查询结果如果该轴在当前工位之前有没有做的工序则进行报警提示。

系统供电采用220 V交流电和锂电池两种供电方式。

5.2 字符识别技术

5.2.1 字符区域定位

粗定位步骤主要采用目标定位、纹理定位法和颜色定位法叠加的方式，其中纹理定位法，通过寻找图像边缘的方法来定位轴端字符串位置，适合于光照偏弱、偏强或不均匀的情况；颜色定位通过颜色分类来找到轴端字符串位置，是很好的辅助定位手段。

5.2.2 字符区域精定位

精定位步骤主要采用数学形态学的定位法结合神经网络定位法，其中神经网络方法对于轴端字符串倾斜和变形等情况有很好的定位效果。

5.2.3 字符分割

这里主要采用投影法和模板匹配法对字符和数字进行有效的分割，整体字符的分割和识别效果如图3所示。

5.3 软件架构

系统终端可以接入识别服务器，进行实时监控生产线的每个检测工位的工作情况、轮轴经过的路径、实时调取每个检测工位的检测结果，并可以实时给检测系统发送指令，用于动态配置。主界面中每个检测工位中显示当前需要检测的轮轴数量，如果出现报警情况（例如：检测工位序号不符合要求，检测时间不符合要求），则也会进行实时提示并报警，点击每个检测工位可以查询检测历史的详细信息。

5.4 结构组成

5.4.1 识别控制端

轮轴信息手持机具有高清拍照、自动识别功能。

5.4.2 登录

在控制系统双击“相机软件”图标，进入用户登录界面，选择用户名（默认为“压装区_轴颈测量工位”），输入正确的登录密码，双击“登录”按钮登录，工控机方面双击“相机软件”图标（IPC.exe），开启工控机软件。

5.4.3 拍照

将手持机对准轴端（或标志板），并适度用力向前压紧，待“运行状态灯”变为绿灯（初始为红灯）时，即三个微动按键全部接通，此时再按下拍照键，环形灯和相机同时被触发，同时“运行状态灯”出现绿灯闪烁，此时拍照完成，如图4所示。

5.4.4 上传系统

图片经过处理后，服务器将轴号截图及数据返回到工控机，此时数据自动填充到工控机客户端右侧的数据列表（包括压装单位/压装年月/轴号/型号等），作业人员根据图像上记载的信息，核对右框中对应的信息，确认无误后，最终上传该信息到服务器。

图4 拍摄图片对准轴端触发相机拍摄

6 效果

铁路货车车辆轮轴信息自动识别技术解决了轮轴检修数据抄录问题，实现了工序卡控、时间卡控等功能，可控制车轮出库时的质量。整个检修场所无线网络全覆盖，所有工序的轴端信息和检修信息可以实时记录，无需人工抄写和录入，便于质量卡控和管理记录。

可以控制车辆段检修车间车轮的出库质量，由于该系统将所有轴号和检修信息记录到数据库中，所有的信息可供时间卡控和工序卡控调用，保证系统的稳定可靠性。

无需人工录入轴号信息等，在一定程度上提高了作业人员工作效率，并且在压装和关盖工序进行信息提醒，降低不合格车轮出现的概率。

提高了轮轴检修流水线的工作效率，利用轴端识别仪采集轴端图片自动识别轴端信息和之前手动抄录轴号，录入系统，工时缩短42%，每天可提高产量23%。

［1］中国铁路总公司.铁路货车轮轴组装检修及管理规则［M］.北京：中国铁道出版社，2016.

［2］黄毅，陈雷.铁路货车检修技术［M］.北京：中国铁道出版社，2010.

U279

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.032

2095－6835（2019）20－0078－02

郭志洪（1975—），高级工程师，主任，研究方向为重载车辆。

〔编辑：张思楠〕