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基于光电测量的车轮踏面缺陷检测
| 论文题名： | 基于光电测量的车轮踏面缺陷检测 |
| 关键词： | 车轮踏面;缺陷检测;三维测量;高速采集;图像处理;光电测量法 |
| 摘要： | 列车轮对踏面技术状态好坏直接关系到列车的运行品质，影响列车运行安全。光电测量法由其高效率和高精度逐渐成为研究热点。传统的基于线结构光的测量方法的局限性，限制了精度和效率的进一步提高。因此，研究新的测量方法以提高测量的精度和效率具有较大的应用价值。 本文研究分析传统测量模型，指出其精度和速率上的局限性，提出将基于投影光栅的三维测量方法应用于踏面缺陷检测，对踏面的全景测量。建立基于摄像机和投影仪的三维测量系统，提出硬件改进方案和应用基于摄像机坐标系的三维测量模型。测量装置采集7副格雷码图像和4副相移图像，通过相移，解相和系统标定，得到相位和物体表面三维坐标系的关系，测量得到物体的表面参数，与基准形状参数进行对比就可以实现缺陷检测。本文主要工作包括： 分析传统的基于线结构光测量装置的局限性，提出应用光栅投影三维测量方法，进行三维全景测量。分析传统光栅投影三维测量的模型，指出其存在着三个严格的平行相交约束，应用基于摄像机坐标系的改进模型，解放平行相交约束，并推导出光栅相位与三维坐标的关系。 对系统硬件提出优化设计方案，基于USB协议控制芯片68013，开发高速数据采集系统，实现了对采集系统的硬件和软件设计，并在不同工作模式下进行速率测试实验，对软件进行优化设计，最大限度提高传输性能。 提出梯形矫正算法实现条纹梯形畸变的矫正，提出基于明暗图像和条纹图像的阈值分割法进行图像分割，提出对明暗图像和条纹图像进行图像代数运算，滤除无效点，减少运算时间。 采用相移和格雷码结合的方式进行相位展开，并提出修正算法对相位展开结果进行修正，降低相位误差。根据张正友摄像机标定理论，采集11棋盘模板图像实现高精度摄像机内参数标定。基于坐标系刚体变换理论和摄像机坐标系三维测量模型，采集圆点阵列模板图像实现相位坐标系关系参数标定。 对与踏面几何形态相似的物体进行实体测量，论证了系统的可行性，并对可能产生的误差进行分析并提出改进意见。 |
| 作者： | 郑京生 |
| 专业： | 安全技术及工程 |
| 导师： | 谭南林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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