基于3d视觉技术的受电弓磨耗检测系统研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于３Ｄ视觉技术的受电弓磨耗检测系统研究莫圣阳二〇一五年五月１１８分类号：学校代号：４５ＵＤＣ：密级：学号：２１１１２０１０３５广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于３Ｄ视觉技术的受电弓磨耗检测系统研究莫圣阳指导教师姓名、职称：路少明教授专业或领域名称：机械设计及理论学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：２０１５年５月ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＧｕａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆｇｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｔｈｅＤｅｇｒｅｅｏｆＭ

2、ａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ（ＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｃｉｅｎｃｅ）ｇｇＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＡｂｒａｓｉｏｎＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＰａｎｔｏｒａｈｇｐＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎ３ＤＭａｃｈｉｎｅＶｉｓｉｏｎＣａｎｄ：ｏａｎｉｄａｔｅＭＳｈｅｎｇｙｇＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＬｕｏＳｈａｏｍｉｎｇＭａｙ２０１５ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｕａｎｚｈｏｕＧ

3、ｕａｎｄｏｎＰ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ５１０００６ｇ，ｇｇ，，摘要摘要受电弓是电力机车运行时从电网中取电的装置。它通过机械摩擦与接触网导线接触，因此在机车运行的过程中，受电弓碳滑板的磨耗在所难免。当受电弓碳滑板因为磨耗使得剩余厚度达到相应的界限时，容易造成受电弓滑板与接触网导线分离，由此可能引发严，出现离线、暂时性断电等现象重的交通事故。因此，在电力机车运行当中对受电弓碳滑板的磨耗状况进行实时在线检测从而保证行车安全具有非常重要的意义。国内外现阶段对受电弓磨耗检测普遍存在速度慢、精度低、劳动力大等问题，与现阶段轨道交通的蓬勃发展现成较大的反差。近些

4、年来，随着机器视觉技术的快速发展，，而且相关技术日趋成熟使得采用机器视觉技术对受电弓磨耗进行检测成为可行方案。机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断，而在机器视觉近２０年的发展历程中，受图像摄取技术以及二维视觉技。数据处理技术所限，机器视觉系统普遍基于术当前机器视觉主流的检测手段还是依赖－Ｙ２Ｄ相机，即从灰度图中提取被测物特征，在Ｘ平面内进行测量。当遇到需要高度测量或需要Ｚ方向信息，如需要测高度、测深度、测厚度、测平面度、测体积、测磨损等情况时，２Ｄ视觉往往无能三维图像摄取技术和数据处理３Ｄ为力。近年来，随着技术的飞速发展，视觉技术成为计算机视觉领域的发展

5、焦点。３Ｄ结构光测量技术的出现和发展为空间３Ｄ信息的获取提供了全新的技术手段，为信息数字化发展提供了必要的生存条件。增加的第三维数据不但能获取更多的被检测物体信息，还能降低数据偏差，提高测量精度和准确度，提升工作效率。因此本文提出一种基于３Ｄ视觉技术的受电弓磨耗检测系统，该系统具有速度快、检测精度高等特点，能够实现对受电弓滑板的磨耗检测。本文主要的研究工作内容如下：首先通过对目前国内外受电弓磨耗检测技术的深入了解和学习，以及对三维机器视觉技术的详细研究，总结提出一种基于３Ｄ视觉技术的受电弓磨耗检测的方法，并通过对该检测系统的工作原理和工作流程，进行了相应的硬

6、件选型，并对各硬件的安装方式进行了剖析。然后从受电弓检测内容和系统获取到数据格式出发，对数据进行Ｉ广东工业大学领士学位论文了相应的处理。从数据获取幵始，到噪声去除、冗余数据的精简、缺失点的插补、零散点的曲线拟合到特征点定位，为检测内容做相应的数据分析准备。接着通过数据特征设计出相对应的检测内容的算法，完成检测结果显示前的数据分析处理工作。最后在Ｗｉｎｄｏｗｓ平台上采用Ｖｉｓｕａｌｓｔｕｄｉｏ２０１０搭配ＯｐｅｎＣＶ以及ＶＴＫ这两个开源类库进行相应的配套软件开发，通过这个配套软件将检测数据结果直观的显示出来，并可以釆用三维显示将受电弓碳滑板表面轮廓可控地

7、展示出来。通过实地安装检验，符合各，证明了本系统可以达到实时检测的功能，达到预期的工作目标地铁公司关于受电弓磨耗检测的相关技术要求。关键字：３Ｄ视觉；受电弓；磨耗检测；激光；实时检测１１ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｎｔｏｒａｈｉｓａｄｅｖｉｃｅｔｏｔａｋｅｅｌｅｃｔｒｉｃｏｗｅｒｆｒｏｍｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄｗｉｒｅｐｇｐｐ