地铁车轮外形磨耗自动检测系统.doc

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1、地铁车轮外形磨耗自动检测系统提要：介绍一种在车辆运动状态下非接触式对车轮外形磨耗进行快速自动检测。系统由CCD摄像机、照明光源、线激光控制光源、计算机和图像处理软件等组成，对动态车轮图像进行采集、图像处理和数据管理，从而实现对被测车轮的外形磨耗的自动检测，并对影响运营安全的车轮由软件发出警报信号、数据记录和图像保存，同时实现数据和图像网络共享。主题：地铁车轮磨耗自动检测设备开发1.开发的目的1．1地铁车辆在运行中存在着车轮与钢轨之间力的传递（牵引力、制动力、离心力），造成车轮踏面的摩擦而磨耗，对车辆的安全性、乘坐舒适性和运行平稳性影响很大。因此

2、，对车轮踏面摩擦情况和磨耗量需要进行定期的检测，判断是否对车轮进行旋削及车轮相关数据的跟踪和分析。目前，在地铁车辆维修中对车轮各参数的检测还停留在手工阶段，如对一列静止列车的车轮几何尺寸检测是利用测量工具（属静态测量方法），对48个车轮（6节编组车）要进行每个车轮轮缘高度、轮缘宽度、车轮直径和车轮内侧距等测量，而在测量中工人工作量大、效率低，同时不可避免引入人为因素，直接影响测量的正确性，所测数据还要通过人工输入到计算机，无法网络化在线迅速了解车轮的检测情况。所以开发本项目已成为实际生产中迫切需求。经过多年对车辆的维护和保养的经验及计算机软件应

3、用的开发，参阅了有关国内外的相关资料，设计出了车轮外形磨耗自动检测软件及其应用系统，具有创造性，并且在地铁行业为首创，它的应用也具有很大的现实意义和可观的经济效益。1．2对于在车辆运行状态和静止态状态下对车轮外形磨耗进行检测的设备，在国外有日本、德国、美国和罗马尼亚分别采用各种方式进行了研究，并应用在实际测量中。目前比较先进的采用计算机数字图像处理方法，数字图像处理方法一般分接触式和非接触式测量，从提高效率来讲，非接触式测量已成为现代化管理重要手段。按接触式方式：有WRS2000型铁道车辆车轮踏面/轨头外形快速测录仪及上海地铁常用的模板式工具。

4、通过手工操作对静止的车轮进行检测。按非接触式方式：就是车辆在运行状态下（车轮与车体不进行分解）对车轮进行自动测量。根据检索相关资料，目前国内用非接触式测量方法，如采用CCD方式，利用光测量法和B工程曲线算法，还停留在实验阶段。1．3本文介绍的车轮外形磨耗自动检测系统，重点研究并解决了在图像处理中一些难点，通过在WIN98系统平台上、利用编程语言开发出图像处理应用软件，对采集到的车轮图像进行自动处理和识别，即：对车轮图像进行各种特别处理并对其车轮内侧面基准线的垂直度进行自动扫描、识别，能使图像在坐标中旋转，不断进行修正，最终使车轮内侧面垂直于水平

5、坐标，便于后处理计算来完成车轮图像的几何尺寸的自动检测目的。本方法最大优点是采集到的车轮图像是正视图，计算机处理迅速和正确。2.系统的组成5系统方案如图一，在每根轨道的内侧分别安装二台CCD摄像机和相关辅助照明光源，当列车以小于5Km/h左右的速度进入停车库时，CCD摄像机及时捕捉到不同方向的车轮图像，由软件设定识别区域，自动进行抓拍到每个车轮图像，并将左右二路的四幅车轮图像通过无线或有线传输到计算机中的PCI采集卡，由PCI卡将视频模拟信号转变成数字信号，通过录像功能保存在计算机硬盘中，便于在图像处理时调用。然后应用本软件进行对图像的各种处理

6、和数据管理。在试验中发现采集到的图像的分辩率是决定捕捉到的图形与原物的逼真程度，所以选择CCD摄像机和PCI采集卡非常重要，通过多次实践，认为图形的分辩率在520×520像素基本满足工业图形处理要求。3图像的采集图像源的采集可分为模拟信号输出和数字信号输出，前者需要图像采集卡、A/D模数变换模块等，它能进行远距离的传输。而目前随着数字技术的发展，图像采集简便化，只要一个CCD数码采集单元和一个配套的驱动程序，使用上非常方便。但传输距离比较近（调试），需要靠无线来传输图像，其结果图像噪声较大。本项目的车轮外形磨耗自动检测系统，其车轮图像的采集由C

7、CD摄像机、PCI采集卡和辅助光源来完成，将采集到的图像数据直接传递给计算机。在本软件中集成了图像捕捉功能，设定一个监视区域，能自动捕捉目标并自动保存，不需要复杂的传感器。图2是现场采集到的彩色原始图像，捕捉到的图像清晰度是后期图像处理的关键。要求车轮图像的背景噪音与车轮轮廓具有明显的不同。在试验中增加滤色片，其效果非常满意，能过滤不同的背景噪音。通过反复对实际图像处理的结果。图2原始图像4图像的处理一般图像的处理是根据不同的项目对像进行处理，本软件设计以车轮外形尺寸大小为测量的主要目标，达到测量值的精确性使其成为数字化管理手段，正确显示出能接

8、近原物的图像的轮廓曲线，在软件中集成了各种图像处理方法，经优化比较，将图像处理分为6大模块：图像的平滑处理模块、图像的锐化处理模块、图像的二值化处理模