基于光电测量的车轮踏面缺陷检测

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1、r'‘·’致谢本论文的工作是在我的导师谭南林教授的悉心指导下完成的，谭南林教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来谭南林老师对我的关心和指导。苏树强老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向苏树强老师表示衷心的谢意。张冬泉副教授、张乐乐副教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，李国正、张勇师兄及栾帅、田永峰、张建斌等同学对我论文中的实验与测试研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的家

2、人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。中文摘要摘要：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

3、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

4、，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1l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

5、并提出改进意见。关键词：踏面；三维测量；高速采集；图像处理：系统标定分类号：TN247忠ABSTRACTABSTRACTABSTRACT：Thetechnicalconditionofthetrainwheeltreaddirectlyrelatestotherunningconditionofthetrain，andaffectsthesafetyoftrainoperation．Duetoitshighefficiencyandprecision,photoelectricmeasurememsgraduallybecomearesearchh

6、otspot．Thelimitationsoftraditionalmeasuringmethodsthatbaseonline·-structure·-lighthaverestrictedthefurtherimprovementoftheefficiencyandprecision．Thus，itisofgreatapplicationvaluetocarryouttheresearchofnewmeasuringmethodStoimprovethemeasurementefficiencyandprecision．Afterstudyon

7、thetraditionalmeasurementmodelandponitingoutitslimitationonefficiencyandprecision,thepaperapplysthethree—dimensionmeasurementmethodbasedonfringeprojectiontothepanoramicmeasurementofthetreadforthefirsttime．Weestablishedathree·dimensionmeasllrementsystembasedoncameraandprojector

8、andproposedahardwareimprovingprogramandusingthethree—dimensio