摘要：针对钢轨损伤检测系统中压电超声换能器与激励源存在阻抗失配,以及压电超声换能器带载后谐振频率偏移等问题,本文对压电超声换能器宽频阻抗匹配进行研究。首先,对压电超声换能器BVD模型参数进行优化。其次,基于上述模型,设计4种匹配网络,对其性能进行比较分析,从而确定最佳网络拓扑结构和参数。最后,基于一发一收实验平台,测试对比匹配前后压电超声换能器的接收信号。测试结果表明,本文设计的阻抗匹配网络可以实现对压电超声换能器的高效匹配,匹配后发射换能器有功功率平均提升了197.38%,工作带宽从1.44 kHz提升至2.22 kHz。同未匹配和传统L型匹配网络相比,本文设计的宽频阻抗匹配网络使得发射强度分别提升了61.07%和18.05%,压电超声换能器在工作带宽内均可达到良好的发射状态。

摘要：为降低传统手工检测的工作强度,提高检测效率与精度,将结构光三维成像技术应用于钢轨检测。由于铁路现场扫描的钢轨点云数据量庞大,且存在大量噪声点与离群点,若不进行精简,对后续点云识别与配准的效率与精度会产生较大影响。为解决上述问题,首先运用最大主成分方向、法线方向和质心对原始点云进行摆正;然后根据空间位置与密度聚类结果除去离群点,根据钢轨廓形信息执行直通滤波,除去轨腰点云中粘连的噪声点;最后将钢轨点云分割为水平平面点云、竖直平面点云以及曲面点云,针对不同位置的点云,基于点距设置不同的体素采样参数进行精简。铁路现场试验表明,该方法可以有效去除钢轨点云中的噪声点与离群点,精简比为80%左右,最大程度保留原始点云的形貌特征与细节信息的同时,点云配准效率提高近4倍,为高效精确的点云处理奠定基础。

摘要：为满足高速铁路对钢轨更为严格的检测要求,同时实现检测过程的高效与数据的智能管理,提出了一种新的钢轨廓形非接触检测系统。针对在双目结构光检测过程中人为选择的检测仪视角对钢轨检测数据的不确定性影响,基于投影仪和系统最佳测量范围两方面影响因素,提出了视角优化方法,确定检测设备位置参数,保证点云数据的完整性和准确性。通过实地检测与实验对比,证明该视角优化方法确定的检测视角可获得较理想的检测结果,较好地解决了人为选择视角得到点云数据的缺失和冗余等缺陷。

摘要：目前国内钢轨检测行业以接触式测量为主,其测量精度低,智能化水平不高,本文设计了能够满足铁路行业标准的检测系统。硬件部分由激光轮廓仪采集钢轨信息。软件部分通过角度法、距离法等高效的几何算法检测出扭曲度、平直度等钢轨信息。经实验验证,本装置测得钢轨水平平直度误差小于0.4 mm,垂直平直度误差小于0.6 mm,扭曲度误差小于0.45 mm,符合国家标准要求。

摘要：在机器视觉的检测中,图像是整个系统中最重要的原始数据,其质量决定了后期图像处理的效果和速度。为探讨高质量图像的采集,提出一种基于线阵CCD相机和线阵光源的钢轨表面缺陷检测的光学理论模型,分析线阵CCD采集系统中振动模糊的原因,推导出图像灰度值与系统振动幅度和缺陷深度的关系,研究光源照射角度和相机拍摄角度对图像灰度和缺陷区域对比度的影响,并通过实验验证模型的合理性。结果表明:缺陷区域图像灰度值随着钢轨表面缺陷深度增大而降低,采用较低的光源照射角度可增大缺陷与背景的对比度,突出缺陷特征便于后期图像处理的缺陷识别。

摘要：针对钢轨轮廓检测时,数据量大且后期分析计算算法较为复杂这一特点,设计了一套钢轨轮廓检测与数据无线传输系统。该系统主要由激光二维传感器、以太网收发器、AM3359核心微处理器、U-BLOX定位模块与4G通信模块组成。利用激光二维传感器采集钢轨轮廓数据,同时U-BLOX接收GPS卫星给出的地理坐标信息。AM3359对钢轨轮廓数据与地理信息数据进行数据融合,并最终利用4G模块通过Internet上传至云端服务器进行后续数据处理。该系统具有功耗低、检测精度高、数据传输距离不受制约等特点。

摘要：为了实现钢轨表面缺陷自动化检测,以手推式轨道检测车为平台建立基于机器视觉的钢轨表面缺陷检测系统。以黑白线阵CCD相机获取轨道图像,并辅以线阵白光光源主动照明,减少外界光源的干扰;编码器安装在车轮上获取检测车的运动信息,并将里程转换成脉冲信号触发线阵相机进行图像采集,获取的图像经千兆网传输至工业计算机进行处理;利用单片机设计信号处理器读取编码器的脉冲信号,根据编码器A、B相输出信号的相位差判断车轮的前进方向;提出改进最大熵阈值分割法对钢轨图像分割,使分割结果接近目标出现的概率。实验结果表明,图像采集系统能够稳定的采集轨道多部件图像,相比于Otsu、原始最大熵阈值分割法,改进最大熵阈值分割法在减少误分割的同时能够比较准确的将缺陷分割出来,与背景差分法、积分投影法相比,本文方法获得了较低的误检率和漏检率。

摘要：当前国内在焊接钢轨之前需要通过塞尺与角度尺等接触式工具测量钢轨垂直度与端面坡度,由于人工测量步骤复杂,测量效率低,故研究了一种基于激光轮廓仪非接触式钢轨测量系统。系统由4个激光轮廓仪采集钢轨整个端面及侧面信息,然后运用二面角原理完成钢轨端面与侧面、端面与底面夹角的计算,最后再通过直角尺模型测得端面坡度。经现场测试,钢轨垂直度的重复测量误差小于0.2°,测量精度最高可达0.3°,端面坡度极限误差达到0.04 mm。实验结果证明所设计系统能够高效而又稳定地完成钢轨垂直度的检测工作,满足实际测试要求。

摘要：地铁对线路运行区域(即轨行区)有非常严格的要求,异物侵入轨行区检测可有效提醒司机避免行车事故发生。轨行区域检测与提取作为轨行区异物自动检测中第一步具有重要的研究意义,在分析现有研究方法的基础上提出一种改进的轨行区检测算法。首先,对图像进行预处理完后利用canny算子进行边缘检测;然后,利用霍夫直线检测算法构建钢轨直线候选集;再次,利用直线斜率、直线端点偏移量等约束对钢轨直线候选集进行处理,移除异常数据并有效合并直线段;最后,用钢轨直线端点提取轨行区,为后续轨行区异物自动检测提供坚实基础。对某市地铁运行线路真实数据进行采集及实验,结果表明,本文所提方法可准确检测出地面区间、地面站台、隧道及地下车站等场景的轨行区,该方法提高了钢轨检测准确性和轨行区提取准确性。

摘要：频散曲线和波结构是钢轨导波检测时设计检测方法和分析回波波形的基础。首先介绍了半解析有限元计算任意截面弹性波导中导波传播的频散曲线和波结构的基本方法。然后应用该方法求解了U60型钢轨中垂直振动模态的导波频散曲线和波结构,并讨论了频散曲线和波结构在钢轨轨头缺陷导波检测中的应用。最后采用模态力锤实验及时频联合分析的方法验证了频散曲线数值计算结果。钢轨轨头横向裂纹垂直振动模态导波检测的有限元数值模拟和实验表明该模式导波是检测钢轨轨头缺陷的有效检测模式波型。