基于灰度突变的扣件区域定位方法研究（英文）

钢轨扣件定位方法对图像质量和定位精度都有很高的要求,为此,提出了一种基于灰度突变的钢轨扣件定位方法。首先,通过改进的中值滤波器对图像去噪。然后,根据图像频域特点对图像进行小波分解,提取低频分量,并对低频分量进行滤波和伽马变换处理以减少自然环境因素对图像质量的影响。接着,根据图像中不同区域灰度值的变化规律统计分析图像列和行方向灰度突变情况,从而定位出钢轨轨面和轨枕区域。最后,利用轨面、轨枕和扣件三者在图像中的位置关系对扣件区域进行准确定位。实验结果表明,该方法的定位准确率达93.19%,能快速有效地定位出扣件区域,且具有较强的环境适应性、鲁棒性和实用性。     

浅谈DXC-500x型大修列车的应用

DXC-500型大修列车适用于我国普通短轨线路和无缝线路更换钢轨和轨枕的作业,具有单独更换钢轨、单独更换轨枕和同时更换钢轨及轨枕三种作业功能。用于既有线路成段更换钢轨(换轨)和轨枕(换枕),可在普通线路和无缝线路上进行换轨和换枕作业。DXC-500型大修列车由扣件车、作业车(含作业小车)、动力车、材料车、龙门吊和轨枕运输车六个部分组成。     

科隆蛋扣件与普通短轨枕过渡段钢轨波磨的瞬态动力学研究

基于轮轨摩擦耦合自激振动导致钢轨波磨的观点,建立位于小半径曲线轨道上科隆蛋扣件和普通短轨枕交界区段的两轮对-钢轨-轨枕有限元模型,在小半径曲线上,轮轨间的蠕滑力通常达到饱和状态,其值等于法向力乘以动摩擦因数。采用ABAQUS软件研究轮轨系统的瞬态动力学过程,获得轮对通过该区段时钢轨表面的振动加速度和接触力的变化规律。通过结果分析可发现,在内轨和内轮上发生了严重的摩擦自激振动,从而产生了钢轨波磨;钢轨的振动在科隆蛋扣件区段比在普通短轨枕区段明显。     

地铁浮轨式减振扣件轨道的轮轨接触有限元分析

为了探究浮轨式减振扣件轨道存在的短波长钢轨波磨问题,采用有限元软件ABAQUS建立三维轮轨静态接触的数值模型,探讨轨道扣件系统垂向刚度和支撑方式对轮轨接触时接触斑、接触压力和钢轨位移等接触参数的影响。结果表明:轨下结构(扣件实体、轨道板等)对浮轨式减振扣件轨道的轮轨静态接触参数影响很小;采用轨腰支撑的浮轨式减振扣件的最大接触压力大于DTVI2型扣件,接触面积小于DTVI2型扣件;浮轨式减振扣件轨道钢轨垂向位移为与DTVI2型扣件的5倍左右,横向位移比DTVI2型扣件轨道小5.2%～13.2%,钢轨翻转角比DTVI2型扣件大146.3%～206.1%;浮轨式减振扣件的垂向刚度对轮轨接触压力分布、接触面积、钢轨横向位移及钢轨翻转角基本没有影响,而对钢轨垂向位移影响较大,垂向刚度越大钢轨垂向位移越小。浮轨式减振扣件较大的钢轨垂向位移及翻转角,降低了轮轨接触的稳定性,易导致波动的轮轨力,萌生钢轨波磨现象,因而需改进该类型扣件的设计,以降低钢轨翻转角。     

基于曲率滤波和改进GMM的钢轨缺陷自动视觉检测方法

针对传统钢轨检测技术的效率低下、精度不足、安全隐患等问题,提出了基于曲率滤波和改进高斯混合模型(GMM)的钢轨表面缺陷检测方法。首先,提出了基于垂直投影的区域定位算法和灰度对比算法,克服现场工况复杂、轨面反射不均、信道噪声干扰的难题;考虑到图像信号受强工况噪声干扰,研究了具有隐式计算和曲面保持特性的曲率滤波法进行图像去噪;建立了基于马尔科夫随机场(MRF)的高斯混合模型完成表面缺陷的精确快速分割。最后,设计了"区域定位-灰度均衡化-滤波-分割"的实验流程,实验结果验证了算法的有效性,检测性能达到了精确度92.0%,相比其他方法更加精确、快速,具有更好的鲁棒性。     

YFZ-50型液压方枕器勾轨装置主要技术参数的设计计算

YFZ-50型液压方枕器是广泛适用于木枕和混凝土轨枕的方正作业的小型机具.独创的勾轨装置设计有三种宽度尺寸,以适应对43kg/m、50kg/m及60kg/m钢轨线路轨枕的方正,它能迅速自锁于钢轨底部面而不影响相邻轨枕.同时,锁紧时不打滑,不损伤轨底.     

扣件支撑长度对车轮-轨道耦合振动的影响

根据轨道结构的链式特征,提出考虑扣件支撑长度的车轮-轨道系统振动的传递矩阵分析方法。对轨道系统的垂向固有振动特性、簧下质量作用时的轮轨垂向振动特性及扣件支撑长度的影响机理进行了分析,结果表明,轨道系统的第1、2固有振动模态分别为钢轨和轨枕的同相和反相共振,其频响特征由钢轨抗弯刚度和分布质量、轨枕质量及扣件和道床的刚度和阻尼决定,不受扣件支撑长度的影响。扣件支撑长度对钢轨pinned-pinned共振和反共振影响显著,随着扣件支撑长度的增加,钢轨的pinned-pinned共振和反共振效应逐渐削弱。簧下质量作用时,轮轨系统的振动主要以P2共振的形式出现,其频率明显低于轨道系统的第1固有频率,轨道系统的振动在pinned-pinned共振区受扣件支撑长度的影响显著。轮轨冲击响应分析表明,轮轨撞击过程中体现了明显的P2共振特征,在撞击初始阶段存在高频P1力波动,显著的轮轨冲击会引起以P2共振频率为基频的高频振动。扣件支撑长度的增加可显著降低pinned-pinned共振区轮轨加速度,但对车轮和轨枕的位移影响不显著。     

钢轨轮廓测量基准对齐和重采样方法研究

钢轨廓形(轨廓)是表征钢轨服役性态的重要特征,与列车运行安全息息相关。随着铁路提速,对钢轨外形和表面质量要求提高。如何精确描述钢轨形态特征是钢轨精细化维护面临的突出问题。在分析轨廓测量原理和现状的基础上,对轨廓基准对齐、数字化建模方法进行研究。针对轨廓不同区域曲率差异大、测量分辨率不统一,提出采用极坐标系下等角度分布原则,对轨廓进行数字化建模和重采样处理,建立设计轨廓与测量轨廓空间一一映射关系。详细分析轨廓不同区域特征,提出采用轨廓侧面控制旋转,顶面纵向分量和侧面横向分量控制平移,顶面和侧面交叉迭代直至收敛的优化方法,实现测量轨廓与设计轨廓精确对齐。为验证方法有效性,将所提方法进行试验应用,通过非接触式与接触式轨廓测量数据对比,验证所提方法切实可行。     

钢轨踏面斜裂纹超声表面波B扫成像检测研究

由滚动接触疲劳引起的钢轨踏面斜裂纹已成为目前高速铁路在役钢轨无损检测中的重要问题,现有的铁路钢轨超声探伤车(仪)难以检测此类缺陷。采用低频超声表面波方法,沿钢轨长度方向对钢轨踏面斜裂纹进行B扫成像检测。由于钢轨轨头为带圆弧边的矩形截面,在钢轨表面激发和传播的低频表面波已不再是经典的Rayleigh波,而是一类导波,导波的多模式对表面波成像检测形成了干扰。为减小干扰,将空间平均技术应用于钢轨踏面斜裂纹的表面波B扫成像。对人工缺陷试块和钢轨试样的B扫成像实验结果表明,利用空间平均技术能有效的抑制此类干扰,提高信噪比,可对钢轨踏面斜裂纹作快速检测和定位。     

地铁先锋扣件和普通扣件整体道床轮轨动力特性对比研究

针对地铁普通扣件和先锋扣件不同的结构和支撑特性,分别建立两种扣件系统的动力学模型,基于车辆-轨道耦合动力学理论,对比分析了两种扣件系统的轮轨动力特性及其差异。结果表明:相比于普通扣件,先锋扣件由于具有较低的垂向刚度,钢轨垂直位移较大;同时,安装于轨腰的橡胶支撑作用区离钢轨质心较近,形成的扭转刚度和阻尼较小,钢轨扭转位移较大。通过钢轨焊接接头不平顺时,与普通扣件轨道相比,先锋扣件轨道轮轨垂向力波动衰减要快,先锋扣件轨道钢轨在低频15～30Hz处振动略有增加,但在40～70 Hz范围大幅衰减,这有利于车辆轨道系统的减振。     

多传感器信息融合的铁路扣件缺陷检测方法

基于机器视觉的二维图像铁路扣件缺陷检测已经取代人工检测,提高了检测效率。但是,铁路扣件缺陷样本数量少且标注困难,以及检测结果受光照条件影响大等问题仍然是当前所面对的主要挑战。因此,提出一种多传感器信息融合的铁路扣件缺陷检测方法,采用结构光设备快速高效地采集铁路扣件的深度和强度信息,设计一种针对深度图的自适应定位分割方法,自动准确定位和分割深度图中的铁路扣件,并将定位分割参数与强度图融合,实现铁路扣件的定位分割;针对样本不均衡和样本标注效率低的问题,通过DCGAN扩充缺陷扣件样本的数量;设计了具有8个残差块共18层的ResNet神经网络,完成铁路扣件螺母缺失、弹条断裂和弹条缺失三种缺陷类别检测,并采集WJ-7类型铁路扣件样本设计了相关试验,验证结果表明,缺陷扣件检测平均准确率达到97.6%,满足工程应用的需求。     

[表面强化及损伤机理]一种高鲁棒性的钢轨表面缺陷检测算法

利用机器视觉技术检测钢轨表面缺陷时,存在背景光照复杂、车载检测设备与钢轨相对位置发生变化等情况,严重影响了缺陷检测的准确率,为此,提出基于灰度标准差与投影积分的钢轨表面区域定位算法和基于多尺度灰度对比度的增强算法。定位算法利用灰度标准差排除复杂背景的干扰,通过投影积分获取精确的钢轨表面区域;综合不同尺度空间的灰度对比度,将钢轨表面区域图像转化为灰度对比图,实现钢轨表面缺陷的增强;采用迭代阈值分割法提取钢轨表面的缺陷。实验结果表明：提出的钢轨表面缺陷检测算法在几种不同拍摄条件下漏检率均低于6%,准确率均高于93%,用于高速有砟轨道无缝钢轨表面缺陷检测时具有较高的鲁棒性。     

基于车内噪声的轨道衰减率限值研究

轨道衰减率是反映钢轨动态特性的重要指标，决定了钢轨的有效声辐射长度，进一步影响轮轨噪声和车内噪声。我国地铁轨道结构型式较多，轨道衰减率也相应地并不统一，目前我国没有轨道衰减率的相关标准，现有的国际轨道衰减率标准并不能与我国车内噪声标准相对应，因此，研究轨道衰减率与车内噪声的内在关联，对基于噪声限值的轨道衰减率控制具有重要意义。首先建立轨道振动预测模型，基于现场测试对模型进行验证，并基于仿真预测分析扣件系统参数对衰减率的影响。根据有限元-边界元方法和轨道衰减率对轮轨噪声的贡献关系，建立基于轨道衰减率的轮轨噪声预测模型；根据线路试验研究，建立轮轨噪声和车内噪声的传递函数，从而采取仿真与试验联合的手段，以轮轨噪声为"桥梁"，建立轨道衰减率和车内噪声的对应关系，根据车内噪声限值，量化分析基于车内噪声控制的轨道衰减率限值，确定较为优化的扣件系统参数。成果可为基于车内噪声的轨道衰减率控制，以及扣件系统参数优化设计提供参考。     

基于背景差分的高铁钢轨表面缺陷图像分割

高铁钢轨表面图像具有光照变化、反射不均、特征少等特点,使得缺陷自动检测极为困难。为了在高速运动过程中,从复杂的钢轨表面图像中分割出缺陷,根据钢轨表面图像具有沿钢轨方向像素值基本不变的特征,建立钢轨表面图像背景模型,提出了基于背景差分的钢轨表面缺陷检测算法,主要包括钢轨区域提取、背景建模差分、阈值分割和图像滤波4个步骤,其主要特点是将视频监控中的背景差分法推广到缺陷图像分割领域,同时借助自适应阈值分割和滤波技术,在一定程度上,解决了铁轨表面缺陷分割过程中图像光照变化、反射不均、特征少等不利因素的影响。实验仿真和现场测试结果均表明,该方法对块状缺陷能很好地识别,召回率和准确率分别达96%和80.1%。     

工件表面质量检测中高速图像采集技术研究

针对工件表面质量在线检测过程中的高速图像采集环节,提出了一种工件图像高速采集方法。分析了图像采集中定位精度、运动模糊、曝光时间和工件运行速度之间的定量关系,研究了传送机构与工件表面的振动对图像采集的影响,设计了图像采集时序。利用光电传感器实现工件的快速触发,使用高精度延时模块实现工件的准确定位,通过减小曝光时间控制运动模糊。基于高速采集方法设计了高速图像采集系统,定位精度小于0.1mm,运动模糊小于1pixel,保证了工件的准确定位和图像的清晰度,有效保证了工件表面质量检测。     

SOI压阻传感器的阳极键合结合面检测

由于当前绝缘体上硅(SOI)压阻传感器芯片的封装质量仍依赖人工检测,本文提出了一种自动实现该项检测的视觉检测方法。分析了压阻传感器的工作原理,研究了芯片定位精度和结合面质量对传感器性能的影响。以传感器性能和质量为导向,提出了一种以中心定位偏差和键合面结合度为检测点的封装结合面检测方法。该方法通过对Hough圆检测效果和实际图像的分析完成定位精度的检测;基于对传感器质量影响因素的分析和气泡面积的统计实现结合面质量的检测。在传感器实际制造封装过程中对该视觉检测算法进行了实验验证。结果表明:该方法能识别的结合面上的最小气泡直径为6μm;玻璃内孔半径检测误差约为0.015mm.。本文提出的基于视觉检测的方法基本满足了压阻传感器封装对结合面检测的要求,有助于实现封装质量的自动化检测。     

基于改进CV模型和PCNN的NSST域焊接缺陷提取

为了精确地提取焊接缺陷,进一步提高缺陷检测的准确性,提出了一种基于改进ChanVese(CV)模型和脉冲耦合神经网络(pulse coupled neural network,PCNN)的非下采样Shearlet变换(non-subsampled Shearlet transform,NSST)域焊接缺陷提取方法。首先,对焊接缺陷图像进行NSST分解,对得到的低频分量采用PCNN提取出缺陷的主要区域;然后,利用背景抑制后的低频分量和高频分量构造出高频特征图像,并对其进行粗分割,再利用改进的CV模型寻找最优轮廓,提取出缺陷精细轮廓;最后,融合缺陷的主要区域和精细轮廓信息得到最终的结果。实验结果表明,与其他缺陷提取法相比,所用方法提取的缺陷结构更为完整,缺陷轮廓更为精细。     

基于剪切波变换的可见光与红外图像融合算法

针对不同传感器的图像融合问题,提出一种基于剪切波变换的可见光与红外图像融合算法.首先通过剪切波变换对多源图像进行多尺度多方向分解,获取图像的低频子带与高频子带系数.在融合过程中,针对高、低频子带系数所反映图像尺度特征的差异性,采用相应的区域显著性方法进行量化描述.鉴于两源图的不同物理特性导致同一场景景物灰度分布存在差异的现象,采用区域相似性进行量化区别.综合区域显著性与区域相似性2个参数制定融合规则,实现多尺度分解系数的优化组合,经剪切波反变换重构各融合后的子带系数,获取最终的融合图像.实验结果表明,该算法与相关融合算法相比,在主观视觉效果与客观量化指标性能上均有所改善.     

基于结构光视觉的钢轨波磨检测与定位方法研究

钢轨波磨的高精度测量是研究钢轨波磨问题的基础。基于钢轨波磨检测与定位问题,提出了一种结合结构光视觉、波磨横向测量线以及连续小波变换的波磨测量系统。建立基于结构光视觉的钢轨轮廓测量模型,提出依据11条波磨测量线来提取轨面不平顺并运用连续小波变换时频分析方法,实现了波磨的横向与纵向位置定位。通过搭载测量系统的波磨小车对实际线路进行测试,结果表明,该曲线内轨曲中点和缓圆点处均存在波磨,且曲中点处波磨幅值大于缓圆点处;外轨曲中点和缓圆点处轨面在所有测量线处无周期性,不存在波磨。该曲线波磨纵向位置在K19+555~K19+650范围内,横向位置在B-B测量线上,波长约为200mm,横向定位后的轨面不平顺水平要比未经定位的轨面不平顺水平大4.2dB。波磨测量系统实现了钢轨波磨的精确定位与测量。     

钢轨磨损视觉测量的轮廓精确快速提取

为保证钢轨磨损动态视觉测量的高精度,综合图像获取和图像处理技术,实现了清晰光条图像获取和光条中心点亚像素坐标精确提取。根据光条与背景环境亮度的高对比度,提出一种依据光条亮度的相机自动曝光法,用于获取清晰的光条图像;分析图像光条法线方向的亮度衰变特征,采用动态阈值分割法初步提取光条,滤除图像背景的同时保留光条法线方向的亮度衰减信息;根据图像过度曝光信息确定光条中心点像素大致位置,再对分割的光条图像相对应像素位置点计算Hessian矩阵,获取光条中心点的亚像素坐标。采用MFC编写应用程序进行试验,在不同光照环境和背景物的干扰下,该方法可精确地提取光条中心,与经典Steger算法相比提取精度偏差为0.05pixel,运算时间节约40%。试验结果验证了该方法稳定性好,有较强的抗干扰能力,较好地满足钢轨磨损测量的现场要求。