基于s变换轮廓术的铁路车轮踏面缺陷检测技术研究-光学工程专业论文.docx

西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1．将S变换轮廓术引入铁路车轮踏面缺陷检测中，对S变换轮廓术的理论及基于S变换轮廓术的车轮表面缺陷检测技术进行了相关研究。2．研究了S变换滤波解相原理，推导了S变换系数中脊的表达式。分析了基于脊线展开的几种典型频域滤波解相方法，得出了这些滤波窗沿s变换脊线设置的二维滤波器，并指出了滤波方案中存在的问题。仿真模拟了四种滤波器重建结果，对比分析了几种方法的重建误差，并得出结论为平顶高斯窗的重建误差最小。对比分析了四种滤波窗在不同高度变化率情况下得到的重建结果，得出不同高度变化率下四种滤波器滤波后的重建误差和标准差对比，并得出结论为不同高度变化率下，平顶高斯窗恢复的误差最小。3．针对滤波窗沿S变换脊线设置的二维滤波器中存在的问题进行了改进，利用仿真得出，相同情况下脊线拟合后的平顶高斯窗的重建误差更小。引入二阶相位因子提高解相精度，并通过仿真和实验结果得出，在高度变化率大的地方引入二阶相位因子描述相位分布，得到的重建面形更准确。4．搭建了车轮踏面缺陷检测实验平台。分析了缺陷检测流程。分析了车轮踏面缺陷检测实验结果。对比了条纹图像预处理前后的效果改进。对比分析了脊线拟合和引入二阶相位因子前后的车轮缺陷恢复效果，对缺陷结果分析得出，经过改进后的S变换轮廓术车轮踏面缺陷检测方法具有较高的可靠性，对铁轮车轮表面缺陷的实际检测应用具有指导性意义。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位沦文作辎签一步、、／亏日期：力川名／D rf各扩万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要铁路安全一直受到国家和社会的高度关注。铁路车轮表面缺陷检测是铁路安全检测中的重要内容。采用快速、可靠的方法检测出磨耗、擦伤、裂缝等缺陷具有重要意义。目前用于检测车轮表面缺陷的方法包括人工检测法、光截图像法、磁粉探伤法以及超声检测法等。人工检测法费时费力，光截图像法难以快速得到整个圆周的缺陷信息，多用于检测整个踏面的磨耗而不适合检测局部缺陷，磁粉探伤法操作简单但耗时较长，超声检测法对于金属检测灵敏度较高，但需要依赖耦合剂，且检测程序复杂。为实现快速、可靠的车轮踏面缺陷检测，本文将S变换轮廓术引入车轮踏面缺陷检测中，该方法具有分辨率高、快速、无损等优势，仅需一幅图像便可恢复出拍摄区域的车轮表面缺陷三维信息。文章对s变换轮廓术的理论及其车轮表面缺陷检测技术进行了相关研究。本文对光栅投影三维测量技术的基本原理和实现过程进行了相关研究，重点研究了文中采用的光栅条纹解相方法，阐述了s变换的三个优点，研究了s变换与傅里叶变换及小波变换的关系，利用s变换与傅里叶变换之间的关系，可以先对图像进行傅里叶变换，经预处理降噪后再进行s变换分析，改善相位提取的效果。研究了s变换滤波解相原理，推导了S变换系数中脊线的表达式。分析了基于脊线展开的几种典型频域滤波解相方法，并得出滤波窗沿s变换脊线设置的二维滤波器模型，指出了滤波方案中存在的问题。通过仿真模拟了四种滤波器重建结果，分析了其重建误差，并得出平顶高斯窗的重建误差最小。通过调整仿真模型的高度变化，分析了四种滤波窗在不同高度变化率下的重建误差，并得出不同高度变化率下，平顶高斯窗的恢复误差最小，且高度变化率越大，重建误差越明显。针对滤波窗沿S变换脊线设置的二维滤波器中存在的问题进行了改进，在滤波之前对脊线进行多项式拟合，避免了滤波器不连续。并得出，脊线拟合后的平顶高斯窗的重建误差更小。通过引入二阶相位因子，提高解相精度。在高度变化率大的地方，引入二阶相位因子得到的重建面形更准确。通过仿真和实验验证了改进效果，并得出，改进后的恢复结果更加精确。对搭建的车轮踏面缺陷检测平台及其基本参数和设备选型进行了介绍，对缺陷检测流程进行分析。进行了车轮踏面缺陷检测实验，比较了条纹图像预处理前后的效果改进。分析了脊线拟合和引入二阶相位因子前后的缺陷恢复误差，结果表明，经过改进万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页后的s变换轮廓术缺陷检测方法对车轮踏面局部缺陷具有较高的可靠性，对铁路车轮表面缺陷的实际检测应用具有指导性意义。关键词：光学三维测量：S变换轮廓术；S变换滤波；二阶相位因子；车轮检测；缺陷检测万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1II页AbstractRailwaysafetyhasbeenthesubjectofattentionfromtheStateandsociety．Railwaywheelsurfacedefe