轮对表面几何参量检测

　　1引言

　　铁路系统中，每个轮对经过一定期限就要进行一次检测。目前，国内对于轮对参数的检测基本上局限于轮对外形轮廓的检测和数据处理.本课题利用CCD摄像机作为前端图像获取手段，通过高速图像采集板采集到计算机内，利用数字图像处理的相关理论进行分析处理，得出测量结果，从而实现对火车轮对智能检测。

　　2设计的墓本要求及任务

　　a.踏面:与钢轨上表面接触的车轮磨耗面。

　　b.踏面磨耗B:指运用后轮对踏面上距轮辆内侧面70mm处与标准踏面之间的垂直距离。

　　c.轮缘厚度D:指从踏面距轮辆内侧面70mm，再向上12mm处到距轮辆内侧的水平距离。

　　d.轮辆厚度A:指从踏面上距轮辆内侧面70mm处到轮辆内侧倒角处的垂直距离。

　　e.车轮直径R:车轮的滚动圆直径，指从踏面上距轮辋内侧面70mm处的车轮直径。

　　f.轮对内侧距:轮对中，左右两车辆轮辆或轮箍内侧面之间的距离。测量过程中需对轮对的三个等分处分别测量，并求出内侧距最大差。

　　3设计方案

　　设计系统包括机械传动、图像获取、软件处理、数据存档打印几大部分。整个系统的示意如图1.

　　本设计系统镜头的安放如图2，两个小倍数CCD镜头垂直拍摄车轮辋面图像，用于测车轮的剥离。两个大倍数镜头用于测踏面磨耗、擦伤、轮辋厚等参数，拍摄的是车轮切线方向的图像。三个线阵CCD分别对应测量左右车轮L值和中轴直径。左右各一个由两个线阵CCD构成的CCD组，分别测量左右车轮轮座直径。

　　4表面几何参数测量

　　为加快处理速度，对图像的判断采用边缘提取与二值化相结合的方法。轮的踏面磨耗、轮缘厚、轮辋厚、车轮直径，以及轮对内距都是通过分析处理测擦伤镜头摄取的图像获得的。

　　软件处理时，吸取了软件滤波的思想。先采集3幅图像，找出车轮在图像中的大致位置，从而把实际处理的图像范围缩小了很多。实际测量时，只对处理范围内的图像进行二值化。结合边缘检测的思想，提出了二值化方案:首先对距车轮内侧15毫米范围内的图像直接二值化;对15毫米以外的则采用逐列二值化。先找到一列中最大灰度值，再进行边缘检测。边缘检测的思想是一方面取被判断点上5个像素灰度值之和与下5个像素灰度值之和的差值d，另一方面因车轮边界附近的背景与最大灰度值相差很小，要求检测出的边界点不能比最大灰度值小40。两个条件相结合，即找出这样的一点，首先灰度与最大灰度值相差不到40，其次再找上下像素的差值d最大。此点以下为车轮内部，以上为背景。结果为图4.