基于光电图像的轮对磨耗参数在线检测技术研究

摘要

随着我国轨道交通的发展，特别是近几年来车辆的大幅度提速，我国整个铁路运输行业得到一个飞速发展的机会，然而，更高的速度也增大了车辆运行过程中的安全隐患。轮对是车辆最重要的走行部件之一，与车辆的运行安全息息相关，长期的运行会加剧轮对的磨损，因此，对轮对外形参数进行检测具有十分必要的意义。
　　在基于机器视觉的轮对检测方法中，图像采集相机对轮对的成像位置至关重要，其在空间中的安装位置严重影响着后期轮对参数计算的精度。由于安装限位的影响，相机安装在低于轨道水平面的特殊位置，狭小的空间给人工精确调节相机带来了很大的麻烦。为了提高轮对磨耗检测精度，优化检测方法，本文根据铁道部对轮对参数检测指标的要求，设计了一种基于光电图像的轮对磨耗参数在线检测方法，通过对倾斜位置成像特点的分析和计算，实现对轮对磨耗参数的检测。
　　本文主要研究内容如下：
　　1、根据结构光成像法的检测原理设计了轮对参数在线检测模型，通过分析车辆运行环境的复杂情况和轮对的特点，针对性地设计了基于倾斜角度视场下采集得到的图像来计算轮对参数的计算方法。
　　2、对于检测方法中比较关键的轮对参数计算算法进行了详细的阐述，根据相机安装位置对轮对成像的特点提出了依据几何光学成像的计算方法，建立了空间轮对参数特征点物像之间的对应关系，最终完成从图像到空间实际坐标的转化关系，从而计算出轮对参数。
　　3、对参数检测实现的方法进行了设计，主要包括图像采集、相机标定、图像处理和参数提取等几个部分，针对每一部分的具体设计情况及硬件选型进行了详细的说明和公式推导。
　　4、对设计方案中参数计算方法的精度进行了实验验证，主要包括相机标定实验和参数计算实验。相机标定实验主要通过标定板对相机空间安装角度精度进行验证，参数计算实验是通过对标定板上确定点之间的距离进行计算，模拟验证轮对参数计算公式的精度。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 轮对磨耗检测系统设计

2.1 轮对磨耗参数定义

2.2 参数检测指标

2.3 轮对参数检测系统总体设计

2.4 本章小结

第3章 轮对磨耗参数检测方法

3.1 参数检测原理

3.2 参数计算模型

3.3 磨耗参数计算方法

3.4 本章小结

第4章 轮对参数检测方法实现

4.1 检测方法概述

4.2 图像采集模块设计

4.3 相机标定

4.4 轮对参数提取设计

4.5 本章小结

第5章 实验设计及分析

5.1 实验概述

5.2 相机标定实验

5.3 参数计算实验

5.5 本章小结

第6章 工作总结与展望

6.1 工作总结

6.2 存在的问题及展望

致谢

参考文献

附录