基于机器视觉的钢轨磨耗测量系统研究

发布时间：2021-09-25 01:20

　　钢轨磨耗是轨道基础设施的主要病害之一,准确测量磨耗值对于钢轨养护维修和保证列车行车安全具有重要意义。随着轨道交通行业的高速发展,传统的人工接触式测量方法效率低下且无法实现动态测量,已经无法满足目前工务部门的测量需求。因此,本文基于线结构光视觉测量技术,研发了一套搭载于手推式轨道检测小车的非接触式钢轨磨耗测量系统,实现钢轨磨耗的动态准确测量。论文首先分析了目前钢轨磨耗测量技术的研究现状,确定了基于线结构光视觉的非接触式测量方法,在此基础上设计了系统的整体方案,完成了关键硬件的选型和测量平台的搭建。通过研究相机的成像模型与标定方法,建立了线结构光测量系统数学模型,确定了相机和结构光平面的标定方案,实验验证了系统标定的精度。其次,设计了钢轨线结构光图像处理算法,包括滤波、阈值分割、中心提取和坐标还原,针对非均匀线结构光图像的阈值分割问题,提出了改进的Otsu算法,并针对经典Steger中心提取算法的计算效率进行了改进,通过实验分别验证了改进后算法的有效性和效率。第三,针对动态测量过程中关键的钢轨轮廓配准问题进行了研究,提出了一种基于RDP和改进ICP算法的两段式钢轨轮廓配准方法。最后,基于V... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－３?ＭｉｎｉＰｒｏｆ钢轨测量仪??－

?２０１５年，南昌大学的陈佳明使用一维激光位移传感器、磁致伸缩传感器和二??维机械测量结构设计了如图１－４所示的钢轨轮廓测量仪［１｜］。该测量仪通过传感器??相对于钢轨做直线运动实现了钢轨全断面轮廓的非接触式测量，避免了复杂的图??像处理算法，但是该测量仪需要依靠人工手动实现，只能实现静态测量且复杂的??机械运动结构容易引入其他误差影响测量结果。??图１－４钢轨轮廓测量仪??Ｆｉｇ．?１－４?Ｒａｉｌ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｍｅａｓｕｒｉｎｇ?ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ??２０１８年，西南交通大学的李艳福采用二维激光位移传感器搭建钢轨磨耗检测??系统，实现了钢轨磨耗的动态测量［１２］。提出了一种基于轮廓粗配准的方法解决因??实际测量环境引入的离群数据点，并且研宄了车体振动导致的轮廓仿射失真问题，??提出了基于区域和特征点匹配的校准方法。??瑞士?０ＰＴＩＭＥＳＳ公司设计的Ｒａｉｌｍｏｎｉｔｏｒ激光便携式道岔检测仪如图１－５所示，??集成了激光位移传感器，可实现测量结果的即时显示与储存。??图１－５?Ｒａｉｌｍｏｎｉｔｏｒ激光便携式道岔检测仪??Ｆｉｇ．?１－５?Ｔｈｅ?Ｒａｉｌｍｏｎｉｔｏｒ?ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ??基于激光位移传感器的非接触式测量方法精度高、采样频率快

?２０１５年，南昌大学的陈佳明使用一维激光位移传感器、磁致伸缩传感器和二??维机械测量结构设计了如图１－４所示的钢轨轮廓测量仪［１｜］。该测量仪通过传感器??相对于钢轨做直线运动实现了钢轨全断面轮廓的非接触式测量，避免了复杂的图??像处理算法，但是该测量仪需要依靠人工手动实现，只能实现静态测量且复杂的??机械运动结构容易引入其他误差影响测量结果。??图１－４钢轨轮廓测量仪??Ｆｉｇ．?１－４?Ｒａｉｌ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｍｅａｓｕｒｉｎｇ?ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ??２０１８年，西南交通大学的李艳福采用二维激光位移传感器搭建钢轨磨耗检测??系统，实现了钢轨磨耗的动态测量［１２］。提出了一种基于轮廓粗配准的方法解决因??实际测量环境引入的离群数据点，并且研宄了车体振动导致的轮廓仿射失真问题，??提出了基于区域和特征点匹配的校准方法。??瑞士?０ＰＴＩＭＥＳＳ公司设计的Ｒａｉｌｍｏｎｉｔｏｒ激光便携式道岔检测仪如图１－５所示，??集成了激光位移传感器，可实现测量结果的即时显示与储存。??图１－５?Ｒａｉｌｍｏｎｉｔｏｒ激光便携式道岔检测仪??Ｆｉｇ．?１－５?Ｔｈｅ?Ｒａｉｌｍｏｎｉｔｏｒ?ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ??基于激光位移传感器的非接触式测量方法精度高、采样频率快


本文编号：3408808