CN110793477B - 一种车厢底架三维检测系统、在线调矫系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车厢底架三维检测系统、在线调矫系统及方法，检测龙门在调矫系统与车厢底架之间的区域中设置三维检测检测系统，三维检测系统包括检测龙门、龙门导轨、龙门行走装置、检测装置、心盘定位装置和控制台，检测装置通过检测龙门及其附件驱动，从而遍历整个车厢底架，采用上检测的方式测量车厢底架的各项外部尺寸特征；心盘定位装置不仅可以实现车厢底架心盘的定位，还可以检测心盘的相关特征，检测数据导入控制台，由控制台自动生成检测报告。通过该车厢底架三维检测系统能够进行车厢底架三维尺寸自动、高精度检测，并将结果实时反馈给调矫系统，引导调矫系统的工作。

Description

一种车厢底架三维检测系统、在线调矫系统及方法

技术领域

本发明属于轨道车辆性能测试技术领域，具体涉及一种车厢底架三维检测系统、在线调矫系统及方法。

背景技术

车厢底架是铁路货车车体中关键的大部件，它往往承受大部分车体和货物载荷。在铁路货车生产制造或运输货物过程中，底架经常由于受到生产工序中的应力积累或长时期载荷而发生变形，底架几何参数容易发生变化。所以无论在铁路货车新造，还是修理过程中，底架的典型特征，即底架长度、底架宽度、底架对角线差、心盘定距、心盘的横向间隙、旁承面与心盘面高度差、心盘水平度、中梁及侧梁在枕梁间的挠度、牵引梁翘垂、侧梁旁弯等十几项几何参数都需要测量，并需要根据各项几何参数的允许范围进行相应的矫正，以保证铁路货车的运用质量。

现有的车厢底架尺寸检测采用手工检测，一般需要两个人配合采用卷尺，并且人需要弯腰钻进底架下方进行尺寸检测。检查人员配置多，人工成本支出大，提高了产品的制造成本。手工检查尺寸，需要两个人的配合，卷尺测量的角度等因素，都可能影响测量的准确性。并且手工检测受检查员技能、心情、身体素质的影响较大，导致检查尺寸不稳定。

由于目前铁路货车车厢的底架采用人工检测，检测量大，所以一般都是采用抽检的方式进行，很难进行100％的全检。这种手工检测以及批量抽检的方式，不能保证每个车厢底架的关键尺寸均满足要求，这种抽检的方式使质量不合格现象频繁出现。

再者，由于检测系统需要对测量结果进行反馈，配合调矫系统(调矫系统包括了两个调矫龙门和多个调矫油缸，调矫油缸包括龙门上的调矫油缸，底架下方布置的可以纵向移动的矫正侧梁的4个上顶油缸，以及矫正中梁的2个上顶油缸，调矫油缸通过顶推，将挠度、翘曲等变形进行矫正)来使用，手工检查无法自动生成检测报告，需要花费大量的人力填写检测报告。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种车厢底架三维检测系统、在线调矫系统及方法，实现车厢底架三维尺寸的高精度测量，并将结果实时反馈给调矫系统，引导调矫系统的工作。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种车厢底架三维检测系统，包括检测龙门、龙门导轨、龙门行走装置、检测装置、心盘定位装置和控制台，其中：

所述龙门导轨铺装于检测工位的地面上；

所述龙门行走装置设置于所述检测龙门的底部，驱动所述检测龙门在所述龙门导轨上移动；

所述检测装置设置于所述检测龙门上；

所述心盘定位装置设置于检测工位的地面上，且位于所述龙门导轨的两根轨道之间；所述心盘定位装置包括底座、旁承检测定位台、机器视觉设备和测距传感器，其中：

所述底座安装于所述检测工位的地面上，所述底座的顶部平面为心盘定位面，所述心盘定位面的中部开设有视孔；

所述机器视觉设备安装于所述底座中，且所述机器视觉设备对准所述视孔；

所述旁承检测定位台的顶部平面为旁承检测定位面，所述旁承检测定位面位于所述心盘定位面的旁侧，且与所述心盘定位面平行；

所述测距传感器设置于所述旁承检测定位面上；

所述控制台分别与所述龙门行走装置、所述检测装置、所述机器视觉设备、所述测距传感器电性连接。

优选的，所述心盘定位面的边缘设置有2个以上定位块，所述2个以上定位块分布于所述视孔的不同方位侧。

优选的，所述检测装置包括检测设备以及驱动所述检测设备移动的六自由度机械臂。

优选的，所述检测龙门包括横梁及其两侧的立柱，所述横梁上安装有横向移动机构，所述检测装置通过所述横向移动机构驱动，沿所述横梁移动。

优选的，所述车厢底架三维检测系统还包括运输系统，所述运输系统包括运输车；

所述运输车包括车架，底架传输支撑面，以及安装于所述底架上的车轮、车轮驱动机构、升降油缸和控制所述升降油缸动作的液压站，所述底架传输支撑面设置于所述升降油缸的活塞顶部。

优选的，所述车轮为轨道车轮，所述运输系统还包括与所述轨道车轮相匹配的运输轨道。

优选的，所述车厢底架三维检测系统还包括心盘纵向推紧装置，所述心盘纵向推紧装置安装于所述底座上，且所述心盘纵向推紧装置的可动部分抵紧所述车厢底架的心盘。

优选的，所述控制台分别与所述车轮驱动机构，所述心盘纵向推紧装置，以及所述液压站中的电动液压元件电性连接。

优选的，所述检测工位的地面上沿所述龙门导轨轴向延伸的T型槽，所述心盘定位装置的底座可拆卸地安装于所述T型槽中。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种基于上述车厢底架三维检测系统的车厢底架三维检测方法，包括如下步骤：

(1)将所述车厢底架运输至所述检测工位，并将所述车厢底架放置在所述心盘定位装置上，所述车厢底架的心盘搁置在所述心盘定位面上；

(2)通过所述机器视觉设备对所述心盘的位置进行拍摄，根据拍摄的图像建立三维基准坐标系；所述三维基准坐标系的XOY平面为所述心盘定位面所在平面，原点为所述心盘的孔心在所述心盘定位面上的投影；

(3)所述三维基准坐标系建立后，通过所述机器视觉设备检测所述车厢底架的心盘定距以及心盘的横向间隙，通过所述测距传感器检测所述车厢底架的旁承的下平面与所述心盘的下平面的高度差；所述检测装置按照预设的轨迹，采用上检测的方法测量所述车厢底架的其他典型特征。

进一步地，在所述步骤(1)将所述车厢底架运输至所述检测工位之前，所述车厢底架三维检测方法还包括如下步骤：

通过标定零件矫正所述车厢底架三维检测系统，所述标定零件包含所述车厢底架的设计典型特征。

进一步地，所述通过标定零件矫正所述车厢底架三维检测系统，包括：

a)将所述标定零件放置在所述心盘定位装置上，保证所述心盘的下平面与所述心盘定位面有效贴合；

b)通过所述机器视觉设备检测所述标定零件的心盘定距以及心盘的横向间隙，通过检测装置测量所述标定零件的其他典型特征；

c)对比所述标定零件的实际典型特征与步骤b)得到的实测典型特征，获得所述实测典型特征中各项参数与所述实际典型特征中对应项的差值，若所述差值在设定阈值范围内，则判定所述车厢底架三维检测系统可正常使用；若所述差值超出设定阈值，则对所述车厢底架三维检测系统进行补偿矫正。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种车厢底架在线调矫系统，包括调矫龙门、调矫油缸和上述车厢底架三维检测系统；其中：

所述调矫油缸安装于所述调矫龙门或者所述检测工位的地面上，所述调矫油缸通过液压回路控制而动作；

所述车厢底架三维检测系统中：

所述检测龙门设置于所述调矫龙门与所述车厢底架之间的区域中；

所述控制台与所述液压回路中的电动液压元件电性连接。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种基于上述车厢底架在线调矫系统的车厢底架在线调矫方法，包括如下步骤：

(1)将所述车厢底架运输至所述检测工位，并将所述车厢底架放置在所述心盘定位装置上，所述车厢底架的心盘搁置在所述心盘定位面上；

(2)通过所述机器视觉设备对所述心盘的位置进行拍摄，根据拍摄的图像建立三维基准坐标系；所述三维基准坐标系的XOY平面为所述心盘定位面所在平面，原点为所述心盘的孔心在所述心盘定位面上的投影；

(3)所述三维基准坐标系建立后，通过所述机器视觉设备检测所述车厢底架的心盘定距以及心盘的横向间隙，通过所述测距传感器检测所述车厢底架的旁承的下平面与所述心盘的下平面的高度差；所述检测装置按照预设的轨迹，采用上检测的方法测量所述车厢底架的其他典型特征；

(4)将步骤(3)测得的所述典型特征与所述车厢底架的设计典型特征对比，获得所述典型特征中各项参数与所述设计典型特征中对应项的偏差值；

(5)根据所述偏差值，通过所述调矫油缸对所述车厢底架进行产品矫形。

由上述技术方案可知，本发明提供的车厢底架三维检测系统、在线调矫系统及方法具有如下优点：

1、本发明提供的车厢底架三维检测系统包括检测龙门、龙门导轨、龙门行走装置、检测装置、心盘定位装置和控制台，检测装置通过检测龙门及其附件驱动，从而遍历整个车厢底架，采用上检测的方式测量车厢底架的各项外部尺寸特征；心盘定位装置不仅可以实现车厢底架心盘的定位，还可以检测心盘的相关特征，检测数据导入控制台，由控制台自动生成检测报告。通过该车厢底架三维检测系统能够进行车厢底架三维尺寸自动、高精度检测。

2、本发明提供的车厢底架在线调矫系统，检测系统与调矫系统设置于同一工位——检测工位上，从而实现车厢底架三维尺寸自动检测+在线调矫。由于调矫系统存在两个调矫龙门以及6个上顶油缸装置，使得该工位的空间极其紧凑，在该工位上需要设计合理的检测系统结构，才能与调矫系统不干涉。本发明将检测龙门设置于调矫龙门与车厢底架之间的区域中，检测龙门采用自驱动的移动方式，使得检测装置可以在狭小的空间中移动，移动区域覆盖整个车厢底架。

3、本发明提供的车厢底架在线调矫系统，检测系统与调矫系统通过同一控制台控制，车厢底架在线自动检测，并实时反馈给调矫系统，实现高精度的调矫控制和误差控制。该检测系统可以实现铁路货车底架的生产节拍要求，可以满足24台/天车体的检测要求。

4、本发明提供的车厢底架三维检测方法，检测时通过将车厢底架的心盘搁置在心盘定位面上，进行底架的粗定位；机器视觉设备对心盘的位置进行拍摄，通过拍摄的照片以及机器视觉设备与心盘定位面的相对位置，可以确定心盘的孔心相对于整个检测系统的相对位置，因此建立以心盘孔心为原点的三维基准坐标系，即Z方向以心盘承台面作为基准，X方向和Y方向以上心盘的孔心作为基准。根据三维基准坐标系检测车厢底架的各项典型特征，因而可以得到高精度的检测数据。

5、本发明提供的车厢底架在线调矫方法，将自动测得的高精度典型特征数据与设计典型特征对比，各项典型特征的偏差值，并根据该偏差值指导调矫油缸对车厢底架进行产品矫形，由于检测和矫形过程中车厢底架不移位，并且检测和矫形均依托同一三维基准坐标系，因此通过该方法可以实现高精度的调矫控制。

附图说明

图1为本发明实施例1中车厢底架三维检测系统的结构示意图；

图2为图1中检测龙门系统的结构示意图；

图3A为图1中心盘定位装置的主视图；

图3B为图1中心盘定位装置的左视图；

图3C为图1中心盘定位装置的俯视图；

图4A为图1中运输车的主视图；

图4B为图1中运输车的左视图；

图4C为图1中运输车的俯视图；

图5A为本发明实施例2中车厢底架在线调矫系统的主视图；

图5B为本发明实施例2中车厢底架在线调矫系统的左视图；

图5C为本发明实施例2中车厢底架在线调矫系统的俯视图；

图6为本发明实施例3中标定零件的结构示意图。

附图标记说明：

100-车厢底架三维检测系统；200-调矫系统；300-检测工位；

10-检测龙门，11-横梁，12-立柱；20-龙门导轨；30-龙门行走装置；40-检测装置，41-六自由度机械臂，42-检测设备；50-心盘定位装置，51-底座，52-心盘定位面，53-旁承检测定位台，54-旁承检测定位面，55-机器视觉设备，56-视孔，57-测距传感器，58-定位块，59-心盘纵向推紧装置；60-运输车，61-车架，62-底架传输支撑面，63-升降油缸，64-液压站，65-车轮，66-车轮驱动机构；70-调矫龙门；80-调矫油缸；90-标定零件，91-中梁，92-枕梁，93-侧梁，94-心盘，95-端梁。

具体实施方式

为了使本发明所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本发明，下面结合附图，通过具体实施例对本发明技术方案作详细描述。

实施例1：

本发明实施例提供一种车厢底架三维检测系统100，用于自动对车厢底架进行高精度检测，该检测系统100可独立于车厢底架加工生产线而设置，也可设置在底架加工生产线的调矫工位上，为提高生产加工效率，本实施例采用第二种方案，即检测工位与调矫工位合二为一。参见图1，该检测系统100包括检测龙门10、龙门导轨20、龙门行走装置30、检测装置40、心盘定位装置50和控制台(图中未示出)，下面对各个组件的结构进行详细描述：

参见图2，检测龙门10、龙门导轨20和龙门行走装置30构成检测龙门系统，检测龙门10包括横梁11及其两侧的立柱12，龙门导轨20铺装于检测工位的地面上，龙门行走装置30设置于检测龙门10的底部，具体位于立柱12的底部，用以驱动检测龙门10在龙门导轨20上移动。该龙门系统可采用现有行走式龙门结构，具体结构细节此处不再赘述。

参见图2，检测装置40设置于检测龙门10上。具体的，本实施例中检测装置40包括检测设备42以及驱动检测设备42移动的六自由度机械臂41，六自由度机械臂41倒挂于横梁11上，驱动检测设备42在横向(横梁11轴向)上自由移动，并且可以驱动检测设备42以不同的姿态、角度进行检测，可以适应任何结构形式的底架。由于安装空间的限制，该六自由度机械臂41的尺寸不能太大，因此移动范围有限，此结构形式适合小尺寸车厢底架的检测。

在一优选实施例中，横梁11上安装有横向移动机构，例如电机驱动的滚珠丝杠副，或者电机驱动的卷绕机构配合滑轮机构，或者电机驱动的带轮机构等，检测装置40通过横向移动机构驱动，沿横梁11横向移动，此结构形式适合大尺寸车厢底架的检测。

检测设备42可以采用光学检测设备或者超声检测设备，具体的，本实施例中，检测设备42采用双目快照式传感器。

心盘定位装置50设置于检测工位300的地面上，且位于龙门导轨20的两根轨道之间。基于被检测的车厢底架具有两个心盘，该检测系统100中对应设置两个心盘定位装置50，两个心盘定位装置50在检测工位上沿纵向(龙门导轨20轴向)分布，其间距与两个心盘间距相等。为保证检测精度，心盘定位面的平面度不大于0.1mm，两心盘定位面的高度差不得大于0.2mm。

参见图3A、图3B和图3C，心盘定位装置50包括底座51、旁承检测定位台53、机器视觉设备55和测距传感器57，其中：

底座51安装于检测工位300的地面上，用于承托心盘。本实施例中，检测工位300的地面上设置有T型槽，心盘定位装置50的底座51与T型槽采用M24螺栓固定，整个心盘定位装置50可以在7000mm～12000mm范围内调整，可快速、便捷地调整定距，以适应不同尺寸型号的底架，大大缩短了转产时间。

底座51的顶部平面为心盘定位面52，心盘定位面52的中部开设有视孔56，机器视觉设备55安装于底座51中，且机器视觉设备55对准视孔56，如图3C所示。

具体的，本实施例中，机器视觉设备55同样采用双目快照式传感器，心盘定位面52的中心开一个直径为80～120mm的观察圆孔(视孔56)，圆孔内部固定安装双目快照式传感器，传感器的安装位置位于圆孔正中心，视孔的大小以传感器能够拍照心盘孔心位置和面高为宜。

在一优选实施例中，心盘定位面52的边缘设置有2个以上定位块58，2个以上定位块58分布于视孔56的不同方位侧，如图3B所示。该定位块58可以为立方体、球体或者长条状，通过设置定位块58可以确保心盘搁置在心盘定位面52上后横向和纵向限位，从而实现粗定位。

旁承检测定位台53用于承托旁承，旁承检测定位台53的顶部平面为旁承检测定位面54，旁承检测定位面54位于心盘定位面52的旁侧，且与心盘定位面52平行。本实施例中，底架的旁承在心盘两侧对称分布，因此旁承检测定位面54设置两个，对称分布于心盘定位面52的两侧。旁承检测定位台53与底座51之间采用螺栓连接，旁承检测定位面54和心盘定位面52的平行度应严格控制(平行度满足行业标准)。

测距传感器57设置于旁承检测定位台53上，用于自动检测旁承下平面与心盘面的高度差。本实施例中，测距传感器57选用激光测距传感器。

控制台分别与龙门行走装置30、检测装置40、机器视觉设备55、测距传感器57电性连接，用于接收检测数据，并发送相关指令。

由于本实施例中，该检测系统100设置在底架加工生产线的调矫工位上，车厢底架由上一工位直接运输至检测工位300，该运输过程可以采用天车吊运或者地面运输系统，即，该检测系统100还包括运输系统。考虑到天车吊运操作复杂，并且由于调矫系统的阻挡，天车难以将底架完全吊运至调矫工位300上，本实施例采用地面运输系统运输底架，具体为运输车60，为保证稳定运输，整个系统100共配置4台运输车60，每个心盘定位装置50两侧各设置一台，如图1所示。

参见图4A、图4B和图4C，运输车60包括车架61，底架传输支撑面62，以及安装于底架61上的车轮65、车轮驱动机构66、升降油缸63和控制升降油缸动作的液压站64。底架传输支撑面62设置于升降油缸63的活塞顶部，具体的，运输车60中可设置1个或多个底架传输支撑面62，每个底架传输支撑面62至少由两个升降油缸63同步驱动，底架传输支撑面62能够升降，将底架抬起，并送至下一工位。车轮驱动机构66采用电机驱动传动机构，传动机构将动力传输给车轮65，底架传输到位后，车轮65自动刹车停转。

在一优选实施例中，车轮65为轨道车轮，该运输系统还包括与轨道车轮相匹配的运输轨道(图中未示出)，运输轨道应铺设在各个工位中，通过轨道式地面运输系统运输底架，可以确保底架在运输时的横向位置精度。

由于运输车60的行走机构(车轮65及车轮驱动机构66)可能出现提前刹车或者刹车不及时的问题，导致停车后底架心盘与心盘定位面52无法对准，偏差范围为±20mm以内。因此需要系统100能够在运输车60停车后精调底架的位置，将偏差范围控制在±5mm以内。

本实施例中，该检测系统100还包括心盘纵向推紧装置59，心盘纵向推紧装置59可以采用液压缸或者电动千斤顶。考虑到检测系统100空间狭窄的问题，本实施例中，心盘纵向推紧装置59安装于心盘定位装置50的底座51上，在运输车60停车后，心盘纵向推紧装置59的可动部分抵紧车厢底架的心盘。

两个心盘定位装置50上的心盘纵向推紧装置59的安装方向应该相反，两个心盘纵向推紧装置59分别用于在纵向上向前、向后微调底架。通过心盘纵向推紧装置59推动底架进行纵向位置微调(横向位置由运输轨道保证，因此横向不需要调整)，保证底架心盘与心盘定位面52对准。

为方便控制，上述车轮驱动机构66，心盘纵向推紧装置59，以及液压站64中的电动液压元件(包括但不限于油泵、各类电磁阀、压力检测元件)均接入控制台，控制台具备通讯接口，可以实现检测报告的自动生成，并于生产线其他设备或者上位机进行有线数据通信或者无线远程数据通信。

实施例2：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种车厢底架在线调矫系统，该系统由现有调矫系统200经结构改进，配合上述实施例1的车厢底架三维检测系统100而组成。

参见图5A、图5B和图5C，调矫系统200包括调矫龙门70和调矫油缸80，调矫龙门70设有两个，在纵向上前后各一个。调矫油缸80设置有多个，具体数量视底架的待调矫点而定，调矫油缸80可以安装在调矫龙门70上，也可安装在调矫工位(即检测工位300)的地面上，调矫油缸通过液压回路控制而动作(活塞伸出或缩回)，该液压回路中的各电动液压元件同样受控制台的控制。

上述实施例1的车厢底架三维检测系统100中，检测龙门10设置于调矫龙门70与车厢底架之间的区域中，且位于两个调矫龙门70之间，在龙门导轨20和龙门行走装置30的作用下，检测龙门10可在整个检测工位300的纵向上自由移动，如图5B和图5C所示。

由于上述实施例1的车厢底架三维检测系统100中设置4台运输车60，运输车60除了用于运输底架，还起到调矫的作用，因此本实施例的车厢底架在线调矫系统相比于现有调矫系统200，取消了调矫龙门70侧梁下方的4个调矫油缸80，其余结构保持不变。

实施例3：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种车厢底架三维检测方法，该方法依托上述实施例1的车厢底架三维检测系统100而实施，具体包括如下步骤：

(1)将车厢底架运输至检测工位300，并将车厢底架放置在心盘定位装置50上，车厢底架的心盘搁置在心盘定位面52上。

具体的，采用运输车60将底架自上一工位运输至检测工位300，到位后运输车60自动停车，此时可以先启动机器视觉设备55，通过机器视觉设备55拍摄的图像判断底架心盘是否在机器视觉设备55的拍摄范围中，如果未拍到心盘，或者心盘孔明显偏离图像中心，则通过心盘纵向推紧装置59微调底架的纵向位置，将偏差范围控制在±5mm以内。

底架位置调正后，运输车60的升降油缸63回落，底架下降，落在两个心盘定位装置50上，心盘搁置在心盘定位面52上，旁承搁置在旁承检测定位面54上。

经过上述步骤达到的底架位置调正，仅仅代表底架Z轴方向(高度方向)基本达到理论状态，即心盘落位在心盘定位面52上，但底架的位置并不准确，即，底架仍存在X轴和Y轴方向的偏移，以及沿Z方向的旋转。也即，此时底架尚处于粗定位状态。

(2)通过机器视觉设备55对心盘的位置进行拍摄，根据拍摄的图像建立三维基准坐标系；三维基准坐标系的XOY平面为心盘定位面52所在平面，原点为心盘的孔心在心盘定位面52上的投影。

具体的，通过固定在心盘定位装置50内部的两台双目快照式传感器55，分别对两头的心盘位置进行拍摄，确定零件测量坐标，同时也测量了心盘与心盘定位面52的间隙(该间隙用于辅助确定零件测量坐标)。

为简化算法、减小计算量，本实施例中双目快照式传感器55的中心、视孔56的孔心、心盘定位面52的中心，三点合一，若存在偏差，则需要进行坐标平移。控制台自动分析机器视觉设备55拍摄的照片，结合机器视觉设备55的像素以及其它设备参数，可以准确获取照片中心盘孔心的位置，并据此建立三维基准坐标系。所确定的三维基准坐标系，Z方向以心盘承台面55作为基准，X方向和Y方向以上心盘的孔心作为基准。

(3)三维基准坐标系建立后，通过机器视觉设备55检测车厢底架的心盘定距以及心盘的横向间隙，通过测距传感器57检测车厢底架的旁承的下平面与心盘的下平面的高度差；检测装置40按照预设的轨迹，采用上检测的方法测量车厢底架的其他典型特征。

具体的，底架的典型特征中，与心盘相关的特征参数是通过机器视觉设备55和测距传感器57测定，与心盘相关的特征参数主要包括心盘定距、心盘的横向间隙、旁承面与心盘面的高度差。

与底架各梁相关的特征参数是通过检测装置40测定。检测装置40对不同的底架零件有不同对应的测量程序(测量轨迹也不同)，通过事先编程调试好，最后计算测量所需的三维尺寸。

启动检测龙门10上的六自由度机械臂41，调用对应底架的检测程序，六自由度机械臂41按照预设轨迹，搭载双目快照式传感器42在底架上方，采用上检测的方法测量底架的关键尺寸，主要包括底架的长度、宽度、对角线差、中梁和侧梁在枕梁间的挠度、牵引梁翘垂、侧梁旁弯。具体的，双目快照式传感器42测量底架上表面以及底架的侧面，获取底架对角线差、底架长度、底架宽度、枕梁高低差、端梁高低差、侧梁旁弯等数据。

上述车厢底架三维检测系统100在长时间使用后，零部件会出现磨损或弯曲变形的情况，为保证检测精度，在每次检测开始前需要进行检测系统矫正。检测系统100配置有类似底架产品的标定零件90。

参见图6，该零件90包含了底架中梁91、枕梁92、侧梁93、心盘94、端梁95等主要结构，并涵盖所需要测量的主要典型特征数据。该零件90主要采用碳纤维或可加工树脂等不受温度影响的材料加工而成，并通过三坐标测量仪等高精度测量设备进行标定零件90关键特征的测量，得到高精度的实际典型特征。采用这个高精度的标定零件90对检测系统进行坐标标定，而且可以用来进行测量系统日常的补偿，解决现场的温度、振动、漂移等对系统的影响。

使用该标定零件90进行检测系统矫正，具体包括如下步骤：

a)将标定零件90放置在心盘定位装置50上，保证心盘的下平面与心盘定位面52有效贴合。

具体的，此步骤可以通过人工放置标定零件90，可以也可通过运输车60放置零件，需要保证标定零件90的心盘的下平面与心盘定位面52有效贴合，且满足偏差范围在±5mm以内。

b)通过机器视觉设备55检测标定零件90的心盘定距以及心盘的横向间隙；通过检测装置40测量标定零件的其他典型特征。

需要说明的是，标定零件90仅仅只是用于检测检测系统的是否存在结构偏差，并且确定偏差大小，因此检测部分关键特征项即可，不需要检测全部典型特征，因此标定零件90上未设置旁承，使得标定零件90的结构更简单。

c)对比标定零件90的实际典型特征与步骤b)得到的实测典型特征，获得实测典型特征中各项参数与实际典型特征中对应项的差值，若差值在设定阈值范围内，则判定车厢底架三维检测系统可正常使用；若差值超出设定阈值，则对车厢底架三维检测系统进行补偿矫正，例如调整心盘定位装置50在检测工位上的安装位置、修磨运输轨道、调整机器视觉设备55的安装位置、调整检测装置40的安装位置等。

实施例4：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种车厢底架在线调矫方法，该方法依托上述实施例2的车厢底架在线调矫系统而实施，包括如下步骤：

一、车厢底架典型特征检测：

此步骤依托上述实施例1的车厢底架三维检测系统100而实施，具体内容同实施例3，此处不再赘述。

二、车厢底架在线调矫：

此步骤主要由调矫系统200进行，具体包括如下内容：

S1、将上述步骤测得的典型特征与车厢底架的设计典型特征对比，获得典型特征中各项参数与设计典型特征中对应项的偏差值。

具体的，机器视觉设备55、测距传感器57和检测装置40均接入控制台，检测的结果直接传输至控制台，车厢底架的各项设计典型特征预先录入控制台，由控制台自动计算出各项的偏差值，并反馈给调矫系统，引导调矫系统的工作。

S2、根据偏差值，通过调矫油缸对车厢底架进行产品矫形，即调矫油缸通过顶推，将挠度、翘曲等结构变形进行矫正。

通过上述实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

1)本发明提供的车厢底架三维检测系统包括检测龙门、龙门导轨、龙门行走装置、检测装置、心盘定位装置和控制台，检测装置通过检测龙门及其附件驱动，从而遍历整个车厢底架，采用上检测的方式测量车厢底架的各项外部尺寸特征；心盘定位装置不仅可以实现车厢底架心盘的定位，还可以检测心盘的相关特征，检测数据导入控制台，由控制台自动生成检测报告。通过该车厢底架三维检测系统能够进行车厢底架三维尺寸自动、高精度检测。

2)本发明提供的车厢底架三维检测系统，心盘定位装置50采用模块化、柔性化的设计理念，可以根据底架实际尺寸需要设置具体的安装个数以及安装间距，可以适应任何结构的底架，心盘定位装置50在检测工位通过T型槽安装，可快速、便捷地调整定距，大大缩短了转产时间。

3)本发明提供的车厢底架三维检测系统，检测装置采用机械臂，对于不同车型的检测则调用不同的检测程序，故柔性化程度非常高，且能够自由改变搭载的检测设备的姿态和拍摄角度，不同车型的转换不需要调整检测点位置，相比于的固定式检测装置，节省了很多固定位置调整以及计量标定的时间。

4)本发明提供的车厢底架在线调矫系统，检测系统与调矫系统设置于同一工位——检测工位上，从而实现车厢底架三维尺寸自动检测+在线调矫。由于调矫系统存在两个调矫龙门以及6个上顶油缸装置，使得该工位的空间极其紧凑，在该工位上需要设计合理的检测系统结构，才能与调矫系统不干涉。本发明将检测龙门设置于调矫龙门与车厢底架之间的区域中，检测龙门采用自驱动的移动方式，使得检测装置可以在狭小的空间中移动，移动区域覆盖整个车厢底架。

5)本发明提供的车厢底架在线调矫系统，检测系统与调矫系统通过同一控制台控制，车厢底架在线自动检测，可以实现检测报告的自动生成，并实时反馈给调矫系统，实现高精度的调矫控制和误差控制。该检测系统可以实现铁路货车底架的生产节拍要求，可以满足24台/天车体的检测要求。

6)本发明提供的车厢底架三维检测方法，检测时通过将车厢底架的心盘搁置在心盘定位面上，进行底架的粗定位；机器视觉设备对心盘的位置进行拍摄，通过拍摄的照片以及机器视觉设备与心盘定位面的相对位置，可以确定心盘的孔心相对于整个检测系统的相对位置，因此建立以心盘孔心为原点的三维基准坐标系，即Z方向以心盘承台面作为基准，X方向和Y方向以上心盘的孔心作为基准。根据三维基准坐标系检测车厢底架的各项典型特征，因而可以得到高精度的检测数据。

7)本发明提供的车厢底架三维检测方法，采用了计量标定零件，在每次检测开始前需要进行检测系统矫正，矫正零部件会出现磨损或弯曲变形的情况，保证了检测系统的高精度和稳定性。

8)本发明提供的车厢底架在线调矫方法，将自动测得的高精度典型特征数据与设计典型特征对比，各项典型特征的偏差值，并根据该偏差值指导调矫油缸对车厢底架进行产品矫形，由于检测和矫形过程中车厢底架不移位，并且检测和矫形均依托同一三维基准坐标系，因此通过该方法可以实现高精度的调矫控制。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种车厢底架三维检测系统，其特征在于：包括检测龙门、龙门导轨、龙门行走装置、检测装置、心盘定位装置和控制台，其中：

所述龙门导轨铺装于检测工位的地面上；

所述龙门行走装置设置于所述检测龙门的底部，驱动所述检测龙门在所述龙门导轨上移动；

所述检测装置设置于所述检测龙门上；

所述心盘定位装置设置于检测工位的地面上，且位于所述龙门导轨的两根轨道之间；所述心盘定位装置包括底座、旁承检测定位台、机器视觉设备和测距传感器，其中：

所述底座安装于所述检测工位的地面上，所述底座的顶部平面为心盘定位面，所述心盘定位面的中部开设有视孔；

所述机器视觉设备安装于所述底座中，且所述机器视觉设备对准所述视孔；

所述旁承检测定位台的顶部平面为旁承检测定位面，所述旁承检测定位面位于所述心盘定位面的旁侧，且与所述心盘定位面平行；

所述测距传感器设置于所述旁承检测定位面上；

所述控制台分别与所述龙门行走装置、所述检测装置、所述机器视觉设备、所述测距传感器电性连接。

2.如权利要求1所述的车厢底架三维检测系统，其特征在于：所述心盘定位面的边缘设置有2个以上定位块，所述2个以上定位块分布于所述视孔的不同方位侧。

3.如权利要求1所述的车厢底架三维检测系统，其特征在于：所述检测装置包括检测设备以及驱动所述检测设备移动的六自由度机械臂。

4.如权利要求1所述的车厢底架三维检测系统，其特征在于：所述检测龙门包括横梁及其两侧的立柱，所述横梁上安装有横向移动机构，所述检测装置通过所述横向移动机构驱动，沿所述横梁移动。

5.如权利要求1所述的车厢底架三维检测系统，其特征在于：所述车厢底架三维检测系统还包括运输系统，所述运输系统包括运输车；

所述运输车包括车架，底架传输支撑面，以及安装于所述底架上的车轮、车轮驱动机构、升降油缸和控制所述升降油缸动作的液压站，所述底架传输支撑面设置于所述升降油缸的活塞顶部。

6.如权利要求5所述的车厢底架三维检测系统，其特征在于：所述车轮为轨道车轮，所述运输系统还包括与所述轨道车轮相匹配的运输轨道。

7.如权利要求5所述的车厢底架三维检测系统，其特征在于：所述车厢底架三维检测系统还包括心盘纵向推紧装置，所述心盘纵向推紧装置安装于所述底座上，且所述心盘纵向推紧装置的可动部分抵紧所述车厢底架的心盘。

8.如权利要求7所述的车厢底架三维检测系统，其特征在于：所述控制台分别与所述车轮驱动机构，所述心盘纵向推紧装置，以及所述液压站中的电动液压元件电性连接。

9.如权利要求1所述的车厢底架三维检测系统，其特征在于：所述检测工位的地面上沿所述龙门导轨轴向延伸的T型槽，所述心盘定位装置的底座可拆卸地安装于所述T型槽中。

10.一种基于权利要求1-9中任一项所述车厢底架三维检测系统的车厢底架三维检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将所述车厢底架运输至所述检测工位，并将所述车厢底架放置在所述心盘定位装置上，所述车厢底架的心盘搁置在所述心盘定位面上；

(2)通过所述机器视觉设备对所述心盘的位置进行拍摄，根据拍摄的图像建立三维基准坐标系；所述三维基准坐标系的XOY平面为所述心盘定位面所在平面，原点为所述心盘的孔心在所述心盘定位面上的投影；

(3)所述三维基准坐标系建立后，通过所述机器视觉设备检测所述车厢底架的心盘定距以及心盘的横向间隙，通过所述测距传感器检测所述车厢底架的旁承的下平面与所述心盘的下平面的高度差；所述检测装置按照预设的轨迹，采用上检测的方法测量所述车厢底架的其他典型特征。

11.如权利要求10所述的车厢底架三维检测方法，其特征在于：在所述步骤(1)将所述车厢底架运输至所述检测工位之前，所述车厢底架三维检测方法还包括如下步骤：

通过标定零件矫正所述车厢底架三维检测系统，所述标定零件包含所述车厢底架的设计典型特征。

12.如权利要求11所述的车厢底架三维检测方法，其特征在于：所述通过标定零件矫正所述车厢底架三维检测系统，包括：

a)将所述标定零件放置在所述心盘定位装置上，保证所述心盘的下平面与所述心盘定位面有效贴合；

b)通过所述机器视觉设备检测所述标定零件的心盘定距以及心盘的横向间隙，通过检测装置测量所述标定零件的其他典型特征；

c)对比所述标定零件的实际典型特征与步骤b)得到的实测典型特征，获得所述实测典型特征中各项参数与所述实际典型特征中对应项的差值，若所述差值在设定阈值范围内，则判定所述车厢底架三维检测系统可正常使用；若所述差值超出设定阈值，则对所述车厢底架三维检测系统进行补偿矫正。

13.一种车厢底架在线调矫系统，其特征在于：包括调矫龙门、调矫油缸和权利要求1-9中任一项所述车厢底架三维检测系统；其中：

所述调矫油缸安装于所述调矫龙门或者所述检测工位的地面上，所述调矫油缸通过液压回路控制而动作；

所述车厢底架三维检测系统中：

所述检测龙门设置于所述调矫龙门与所述车厢底架之间的区域中；

所述控制台与所述液压回路中的电动液压元件电性连接。

14.一种基于权利要求13所述车厢底架在线调矫系统的车厢底架在线调矫方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将所述车厢底架运输至所述检测工位，并将所述车厢底架放置在所述心盘定位装置上，所述车厢底架的心盘搁置在所述心盘定位面上；

(2)通过所述机器视觉设备对所述心盘的位置进行拍摄，根据拍摄的图像建立三维基准坐标系；所述三维基准坐标系的XOY平面为所述心盘定位面所在平面，原点为所述心盘的孔心在所述心盘定位面上的投影；

(3)所述三维基准坐标系建立后，通过所述机器视觉设备检测所述车厢底架的心盘定距以及心盘的横向间隙，通过所述测距传感器检测所述车厢底架的旁承的下平面与所述心盘的下平面的高度差；所述检测装置按照预设的轨迹，采用上检测的方法测量所述车厢底架的其他典型特征；

(4)将步骤(3)测得的所述典型特征与所述车厢底架的设计典型特征对比，获得所述典型特征中各项参数与所述设计典型特征中对应项的偏差值；

(5)根据所述偏差值，通过所述调矫油缸对所述车厢底架进行产品矫形。

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