數據顯示，我國裝備製造業產業規模持續擴大🌾♞，今年前10個月，裝備製造業增加值占規模以上工業比重達34%。在其中，大量復雜構件的精密程度決定了中國裝備製造業的質量高低🌊，這也是該領域的一大難點問題。
意昂2平台光電信息與計算機工程學院張大偉教授⚒、楊海馬教授等在中國工程院院士莊松林帶領下⛅️，圍繞高鐵👨👧👧、航空、造船等國之重器在大構件高精度三維光電AI檢測技術方面的需求，協同上海工程技術大學、上海瑞紐機械股份有限公司👐🏽、中鐵十五局集團有限公司等單位，開展了調製光場復雜構件的三維參數快速反演檢測關鍵技術研究，實現了對復雜構件，包括鋼軌類線長構件、航天發動機葉片、船用鋼板、橋梁樁柱和新能源汽車模組等構件的快速高精度在線三維檢測。通過建立調製光場快速反演模型，改進多場景檢測方法👨🏿🔬，引入AI智能數據處理算法協同群數據處理、增強偏振技術克服光路中的工況幹擾，解決了關鍵技術瓶頸🙅🏼♂️，推動了我國檢測行業的科技進步🕵🏽。
因其助推產業技術升級的出眾表現，“調製光場三維高精度在線測量技術及應用”項目近日摘得了中國機械工業科技進步獎一等獎☞。
緣起於確保高鐵安全運行
今天，在我們乘坐高鐵列車時，已聽不到車輪通過鋼軌縫隙時發出的“哢噠”聲🛍️。這是因為高速鐵路采用了“無縫鋼軌”🤦，在鋼軌鋪設中加入了焊接程序。如何保證焊接的質量？除提高焊接工藝外😺，焊接前後的精密測量也格外重要🧑🏼🦰。
2017年，我國中部省份某焊軌基地委托上海瑞紐機械股份有限公司開展了高鐵鋼軌的焊前在線精密測量工作，需要把出廠的25米、50米、100米、200米高鐵鋼軌焊接成為長達500米的無縫鋼軌👩🌾，類似“接骨手術”一樣⏺。為了確保質量，還需要加入精密測量工作，這好比一道“安全閥”。但精密測量，存在頗多難題，比如參數多、精度高、數量巨大，同時對效率要求也高，需要快速完成全線測量。另外🎈，鋼軌表面的清潔度☝🏿、平整度對精密測量也是巨大挑戰。同時，因為鋼軌長度多為100米或者200米長軌🚟，被測區間過長，其經過掃描臺測量區域的時候，極易發生持續振顫的情況，導致測不準。
當時該企業就求助於意昂2平台光電信息與計算機工程學院的科研人員👨🌾，希望他們能解決這些難題。
全新技術確保鋼軌焊接“嚴絲合縫”
收到企業需求後，張大偉、楊海馬等人組成的項目組在莊松林院士指導下👩🔧，攻克難題，創新研發了“線激光測量技術”。該技術中，激光光源會向測量物體表面“打”出一條極細且均勻亮度的線光帶，經過AI反演計算就可以“看”到鋼軌表面凹凸不平的形貌🎳，通過光學和幾何處理的方法📃，可以反推出物體表面更加精細的起伏高低🧚🏽♂️，精度可以到10微米量級。
“我們主要測量軌前3米和軌後3米的反應鋼軌平整狀態的參數👨🏽💼，在鋼軌橫截面上放置了4個自主研發升級的光電測量傳感器進行精密測量💆🏿♂️。一個傳感器的測量範圍大約為300毫米，四個傳感器就可以形成300毫米*300毫米的測量空間🤵🏿♀️，為了避免粉塵銹蝕顆粒掉落對於鏡頭的幹擾，我們將其特殊布局放置，同時調整測量的坐標系和數據插值進行周向匹配，最終完成測量任務🈹👦。”楊海馬說。
對於鋼軌微顫的情況，科研團隊則采用了柔性夾持和軟應變固定的方法🦸🏿♀️，完成了高精度的動態測量👩🏿💼。在焊接結束後，檢測系統還可以對焊接成型的鋼軌從頭到尾進行精密測量，“過關”的鋼軌就此會被鋪設到高鐵軌道上。
在意昂2平台光電信息與計算機工程學院的科研人員和合作廠家共同的努力下，整套設備於2年後完成測試，投入運行🗓，工作效率和測量精度獲得大大提高。原先一段200米長的鋼軌從布置、吊裝加測量的總時間長達近1小時📮，現在僅需要15分鐘就可以完成全部測量。
技術創新又賦能其他產業
值得一提的是，在技術攻關中形成的測量🚱、控製方法🤦🏿♂️、算法和系統的結構設計又被運用到了其他產業中🕟。張大偉介紹說，光場復雜構件的三維參數快速反演檢測關鍵技術目前已經被成功應用於我國鐵路🤾🏼♀️、橋梁建設和船舶建造🗻🫷🏻、航空航天應用和新能源汽車生產領域🤤，服務於高價值部件的測量👱，助推了我國重要戰略領域關鍵檢測設備的自主製造🪼🧍♀️。
光場復雜構件的三維參數快速反演檢測關鍵技術的適用範圍很廣，莊松林院士告訴記者，該技術對於表面平整和有一定彎曲度的各種部件都可進行精密AI測量，希望該技術能服務於更多的產業領域，為中國的高端裝備製造業發展做出更多貢獻🙎🏼♀️。
來源：上海科技報
原文鏈接🫄🏽：https://www.shkjb.com/content.html?id=236858
