基于激光扫描传感器的轮对踏面轮廓测量系统设计

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1、密级：公开论文类型：应用研究工程硕士学位论文基于激光扫描传感器的轮对踏面轮廓测量系统设计MeasurementSystemDesignofWheelTreadProfileBasedonLaserScanningSensor培养单位：电气与电子工程学院专业领域：电气工程学生姓名：张于思校内导师：马增强校外导师：张勇二○一八年一月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含

2、为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应

3、遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要轮对作为转向架与钢轨连接的核心部件，它承受着转向架以上包括机身的整个垂向作用力，无论是曲线区段还是直线区段，轮与轨的接触状态都直接关系到行车的安全与稳定，尤其是过弯时外轨超高使得轮轨间的挤压作用力加强，在此过程中对轮对踏面和轮缘的要求相对提高，而轮对踏面作为轮轨间的接触部分，其损伤、磨耗程度直接可以反应出列车运行的状态，因此对轮对踏面的状态检测就极为重要。本文通过对近年的踏面轮廓测量方法进行了分类汇总，对比发现当前国内轮对踏面轮廓测量方法仍以人工检测为主，其工

4、作效率低且测量误差较大，国内外学者虽然对踏面轮廓非接触测量方法进行了大量研究，但多数成果没有应用于轮对踏面检测工作场景中，同时其检测参数不够全面，不能够准确全面反映轮对踏面状态。针对上述问题，本文面向车辆轮对生产车间、轮对检修车间等非运营应用场景提出了一种基于二维激光轮廓扫描传感器的踏面轮廓曲线的静态测量方法并开发了一套非接触式车轮踏面轮廓测量系统。本文设计的车轮踏面轮廓测量系统包含硬件采集系统和踏面轮廓数据软件处理系统两部分。由对比选定的2台二维轮廓扫描仪、工业计算机、通信模块等硬件设备完成硬件采集系统的

5、搭建。应用标定好的采集设备在静态环境下完成了对选定了JM３型车轮踏面轮廓数据的采集、传输、处理和储存。在Linux系统下基于Qt平台设计包含空间标定与坐标变换、数据处理、轮廓参数检测等功能模块的踏面轮廓数据软件处理系统。本文利用靶标重建方法完成对两个激光扫描传感器的标定与坐标变换，采用弦高差法对采集数据去噪和数据平滑，采用最小二乘法分段对两传感器采集轮廓进行拟合，完成踏面轮廓的复原。为了验证本文设计的轮对踏面轮廓测量系统的精确性和稳定性，本文基于机车走行部滚动平台，通过对不同类型轮对踏面曲线的多个参数人工反

6、复测量结果与系统检测结果对比分析，验证了本文设计方法原理可行且系统踏面轮廓测量精度较高，稳定性强，具有一定应用价值。关键字：轮对踏面，轮廓测量，线结构光，数据处理，高精度AbstractWheelsetisthecorecomponentofthebogieandrailconnection，thewholeweightofthevehicleandtransferringtherailandthewheelforcearebornebythewheel.Thestaticload,thedynamiclo

7、ad,thethermaleffectproducedbybrakepadsbraking,thecentrifugalforceproducedbythebending,areattachedindifferentformstothewheelset,Therefore,itisessentialforthedrivingsafetytomakethewheelsetmaintainagoodstateinthecourseofthetrainoperation.Therunningstateofthet

8、raincanbedirectlyreflectedbythedamageandthedegreeofabrasionoftreadthatisinthecontactbetweenthewheelandtherail,soitisveryimportanttodetectthetreadsurface.Themeasurementmethodsoftreadcontourinrecentyearsareclas