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基于双线结构光的轨道车辆轮对检测技术研究
| 论文题名： | 基于双线结构光的轨道车辆轮对检测技术研究 |
| 关键词： | 轨道车辆;轮对检测系统;数据处理;双线结构光;三维重构 |
| 摘要： | 随着我国轨道车辆事业的不断发展，高铁、动车、地铁、轻轨等铁路运输行业达到前所未的繁荣景象，轮对是轨道列车重要的支撑和行走部件，因此对其几何参数和踏面质量的检测对车辆安全运行有着重大意义。 根据轨道车辆轮对制造质量检测要求，传统的手工测量误差大，基于点和线的轮对测量和评价方法不能完全反映轮对的整个设计、制造和使用信息，本文采用基于双线结构光和激光测距检测技术开发轮对自动检测系统。轮对自动检测系统主要包括驱动机构、定位支承机构和测头系统，该系统中通过仿V型块形式的定位支承机构和多传感器信息融合的对中控制完成被测轮对的轴向和径向定位，并分析系统定位误差给予误差补偿；推导驱动机构旋转轮对所需摩擦力矩和夹紧力，利用电动缸提供夹紧力，伺服电机驱动轮对旋转；选用高精度滚珠丝杠滑台搭载线结构光传感器和激光测距传感器采集轮对的轮廓信息，设计同步控制系统，得到轮对点云数据。 介绍双结构光测量方法及原理，搭建双线结构光三维测量系统，可解决单个线结构光传感器无法采集完整踏面信息的问题。对检测系统进行标定和测量误差分析，将采集到的轮对点云数据进行直通-统计滤波算法去噪，FPFH粗配准和ICP精配准将两片点云配准实现数据融合，然后提取车轮内侧面点云数据拟合出内侧基准面，根据其与坐标轴平面夹角旋转整体车轮点云，最后进行坐标变换，得到车轮三维点云。 根据曲率特征提取几何关键特征点，基于这些特征点进行权因子确定、数据点参数化和节点矢量求解，反求整个踏面的控制顶点，实现轮对踏面NURBS曲面插值重构，尽可能还原被测轮对车轮踏面轮廓。在Geomagic Qualify和SolidWorks软件中对三维重构后的踏面进行重构模型误差和光顺性分析。 按照车轮踏面各参数定义的固有几何关系，首先拟合车轮内侧基准面，根据各参数的定义在三维重构模型中提取轮对目标几何参数。在开发的实验平台上，对标准轮对及其他被测轮对进行检测，实验结果证明在该检测系统中车轮直径和轮辋宽度的测量精度为±0.2mm，轮缘宽度和高度的测量精度为±0.25mm，QR值测误差小于0.25mm。测量结果满足测量精度要求。为轨道列车车轮尺寸参数静态检测技术提供新的解决方案。 |
| 作者： | 杜闯 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王昕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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