Immer in der richtigen Spur: Machine Vision reduziert Aufwand und Kosten für die Wartung von Schienenfahrzeugen – PSI Technics

Die PSI Technics GmbH hat ein System entwickelt, mit dem sich Hochgeschwindigkeitstriebzüge automatisiert durch eine optische Kontrolle der Dachoberseite instand halten lassen. Für eine zuverlässige Erkennung von Mängeln sorgt dabei die Machine-Vision-Standardsoftware MVTec HALCON.

Um ein Höchstmaß an Sicherheit und Leistung zu garantieren, müssen Technologien und Systeme regelmäßig und verlässlich gewartet werden. Dies gilt insbesondere auch für moderne Schienenfahrzeuge wie etwa Hochgeschwindigkeitstriebzüge. Die Instandhaltungsarbeiten sollen eine möglichst lange Lebensdauer und einen geringen Verschleiß der Triebfahrzeuge gewährleisten. In der Regel übernimmt speziell ausgebildetes, visuell geschultes Fachpersonal diese Aufgabe. Doch dieses Fachpersonal benötigt für die Instandhaltung vor allem eines: Zeit.

Für manuelle Sichtprüfungen müssen Mitarbeitende auf das Dach des Triebzuges steigen. Bevor jedoch mit der Inspektion begonnen werden kann, müssen der Zug und die Oberleitung geerdet werden. Dies ist erforderlich, um Gefahren für die Fachleute durch Stromschläge von der Oberspannungsseite zu vermeiden. Aufgrund zahlreicher, vorgeschriebener Sicherheitsschritte ist dieser Vorgang langwierig und für die Prüfingenieure und -ingenieurinnen mit großen Wegstrecken verbunden. Um hier den Aufwand zu reduzieren, ergibt es Sinn, den gesamten Prozess einschließlich Erdung und Diagnose zu automatisieren.

Mängelinspektion während der Durchfahrt

Zu diesem Zweck hat die PSI Technics GmbH eine ausgereifte, individuell anpassbare Technologie bestehend aus moderner Kameratechnik und Lasersensorik entwickelt. Diese ist in der Lage, visuelle sowie manuelle Prüf- und Messaufgaben zu ergänzen oder vollständig zu ersetzen. Bei dem System namens DA-MI-KA (Dachdiagnose mit Kameratechnik) werden Mängel am Dachaufbau eines Schienenfahrzeugs während der Durchfahrt komplett erfasst und die gesammelten Daten direkt in die Analysesoftware DA-MI-KA Inspect gespeist. Dies trägt dazu bei, Fehler dank Automatisierung frühzeitig zu erkennen und dadurch die Wartungsprozesse zu optimieren sowie deren Sicherheit zu erhöhen.

Für die DA-MI-KA wird per Voruntersuchung zunächst die Machbarkeit der jeweiligen Inspektion anhand ausgewählter, definierter Prüfteile ermittelt. Daraufhin werden die geeigneten Diagnosemethoden, Prozesse, Arbeitsabläufe und Anforderungen identifiziert. Zu den Prüfverfahren zählen die Messung der Schleifleiste, die Überprüfung der Dachoberfläche, die Stromabnehmerkontrolle, die Überprüfung von Isolatoren, Antennen und Schraubverbindungen, die Kabel- und Strombandanalyse sowie die Kontrolle von Klimahauben und sonstigen Abdeckungen.

Verlässliche Erkennung aller Beschädigungen und Fehler

Dabei nehmen zwei seitlich und eine über dem Dach positionierte Kamera während der Durchfahrt berührungslos Bilder von der Zugoberfläche auf. Die digitalen Bildinformationen werden von der Machine-Vision-Standardsoftware MVTec HALCON verarbeitet. Dank 2D-basierter Bildverarbeitungstechnologien werden relevante Bildinformationen auf der Dachoberfläche selektiert. Auf Basis der reduzierten Daten werden mögliche Beschädigungen der Oberfläche detektiert und in der weiteren Verarbeitung klassifiziert. Die klassifizierten Fehler werden dann als Fehler markiert und zur Verfügung gestellt. So lassen sich verschiedenste Arten von Beschädigungen und Mängeln am Dachaufbau verlässlich erkennen und präzise lokalisieren. Dazu zählen beispielsweise Kerben, Abplatzungen, Risse, Brüche einzelner Fasern und Litzen, Verformungen, Verschiebungen, der lose Sitz von Schraubverbindungen, Einbrandstellen oder fehlende Bauteile.Nach der Verarbeitung und Analyse der aufgenommenen Bilder durch die auf MVTec HALCON basierende DA-MI-KA Inspect Software wird das Prüfergebnis nach 10 Minuten geliefert und in einem Webinterface dargestellt. Dabei wird jeder Zugtyp individuell eingelernt und der Ablauf der Messung flexibel an diesen angepasst. Die durch die DA-MI-KA ermittelten Daten lassen sich für verschiedenste Zwecke verwenden, beispielsweise für die Erstellung von Statistiken, die Erkennung von schleichendem Verschleiß, die Vernetzung von Zügen und Standorten, die zustandsorientierte Instandhaltung, das Einlernen weiterer Triebzüge einer Baureihe sowie die Auswertung der Daten zur Prozessoptimierung.

Fazit

Durch die automatisierte Dachdiagnose mit Kameratechnik (DA-MI-KA) von PSI Technics und die integrierte Bildverarbeitungssoftware MVTec HALCON lassen sich die Instandhaltungsprozesse von Schienenfahrzeugen optimieren, was einen sicheren Betrieb und ein Höchstmaß an Verfügbarkeit garantiert. Zudem werden die Qualität und Zuverlässigkeit der Kontrollmaßnahmen maßgeblich gesteigert und die Stillstandzeiten der Schienenfahrzeuge erheblich reduziert. Dank durchgängiger Automatisierung lässt sich die Dauer einer Inspektion von 1,5 Stunden auf nur 10 Minuten reduzieren. Und schließlich ist keine Belegung der Wartungshalle erforderlich, da der Prüfprozess durch DA-MI-KA vorgelagert werden kann. Dementsprechend muss der Triebwagen nicht in die Halle einfahren und kann während der gesamten Inspektion in Betrieb bleiben. Die komplette Success Story finden Sie auch auf vision-systems.com.