基于CCD成像技术的火车轮对检测系统

论文摘要

在整个铁路机车的运行系统中,火车轮对绝对是影响列车是否能够安全行使的一个重要因素,尤其是近年来,列车客观条件下的不断提速,这就使得对能够影响火车安全运行的火车车轮的几何外形尺寸要求更加得高。因此,每隔一段时间对火车车轮进行检测和修补也愈发必要,对那些不符合标准参数或磨损已经超限的火车车轮要给予加修或报废的相应处理,否则,会影响列车的安全运行。以前,在国内对列车车轮外型几何尺寸参数的检测方法主要是采用人工的游标卡尺法,这使得在检测过程当中存在了许多人为的因素和不确定的原因,从而影响了对列车车轮几何参数检测的准确度和精确性,比如测量相对比较随意,测量效率也相对比较低下等。而国外对列车车轮检测的方法和设备也层出不穷,例如,日本铁路北海道固定式和便携式的车轮参数自动检测装置,美国的电子自动测量设备等,但是都因价格非常昂贵,并且这些测量仪器大都是高精密的机械接触式测量仪器,其装置本身就存在损耗的问题,而且能够测量的火车轮对几何参数也相对比较少,由于这诸多因素从而导致没有在国内对应的引进同类型的产品。因此,如何提高劳动生产率,提高检测过程的自动化程度和精度,目前,已经成为我国铁路部门十分关心的课题。本文基于CCD(Charge Couple Device)成像测量技术,图象处理理论和计算机控制等相关技术,提出一种非接触式在线测量系统。本文首先介绍了该系统的硬件组成,然后针对由硬件装置误差引起的采集图像的几何畸变,采用二元多项式方法对其进行几何校正,应用“统计均值法”对图像进行分割,从而求出车轮踏面的各项参数。最后,建立相应的数据库,实现数据的存储、编辑、查询等功能。通过在实验室对标准物进行测试实验而得到的测量数据结果进行分析而得出:由本文所提出和设计的火车轮对检测系统能够完成对火车轮对几何参数的检测,并且可以得到相对准确的测量结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 第一章 开发火车轮对检测系统的意义
• 1.1 研发火车轮对的必要性
• 1.2 现有关于火车轮对检测系统的技术现状
• 1.2.1 静态检测技术
• 1.2.2 动态检测技术
• 1.2.3 我国关于轮对自动检测的技术现状
• 1.3 轮对检测技术的未来发展方向
• 1.4 本课题的主要工作内容
• 本章小结
• 第二章 火车轮对的基本知识介绍
• 2.1 火车轮对的概念
• 2.2 火车轮对的基本组成
• 2.3 火车轮对外形尺寸的定义
• 2.4 火车轮对踏面损伤的种类
• 2.4.1 车轮踏面圆周磨耗
• 2.4.2 轮缘磨耗
• 本章小结
• 第三章 火车轮对检测系统的组织结构
• 3.1 轮对检测系统的基本结构
• 3.1.1 CCD 成像采集系统的构成
• 3.1.2 软件控制系统的构成
• 3.2 轮对检测系统的设计要求
• 本章小结
• 第四章 CCD 成像采集系统模块
• 4.1 CCD 成像采集模块的工作原理
• 4.2 CCD 成像采集模块的数学理论依据
• 4.3 CCD 成像采集模块存在的误差
• 4.4 CCD 成像采集模块误差的解决方法
• 本章小结
• 第五章 软件程序设计模块
• 5.1 软件的整体结构及特点
• 5.1.1 参数标定模块
• 5.1.2 尺寸测量模块
• 5.2 轮对到位的自动检测
• 5.3 图像的滤波处理
• 5.3.1 参数标定模块
• 5.3.2 图像中值滤波处理
• 5.4 安全稳定性操作改进
• 5.4.1 NT 操作系统环境下访问任意端口I/O 的限制原理
• 5.4.2 NT 操作系统环境下访问任意端口I/O 的软件实现
• 5.4.3 访问任意端口I/O 的软件调用
• 5.5 实验数据与误差分析
• 5.5.1 实验数据
• 5.5.2 误差分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录论文程序设计部分源代码
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢