开题报告范文：铁路货车滚动轴承表面缺陷的自动检测与识别技术研究

一、课题的来源、目的和意义
本课题来源于校级课题“车辆轮对滚动轴承损伤图谱识别技术的研究”。
铁路货车滚动轴承是关系到铁路运输的关键部件，由于轴承故障引发的车辆热轴、切轴事故是威胁行车的重要因素，因此铁路部门对轴承的检修非常重视。
货车无轴箱滚动轴承检修工作规定，货车滚动轴承检修分为一般检修和大修两级修程。车辆段对货车滚动轴承定期维修，货车进入车辆段进行一般检修时，先作不分解诊断，诊断结果为分解和不分解，对于需分解的轴承，退卸、清洗、分解后，对照铁道部制定的标准图谱，用人工凭目测、手感、经验来判断轴承内、外圈及滚子的表面缺陷类型及损伤程度。特别是作一般检修时，不允许分解内圈组件，要在滚子与保持架的缝隙中观察内圈滚动面，很容易造成漏检[1]。滚动轴承工件的表面缺陷主要包括麻点、擦伤、压痕、电蚀、剥离、裂损等[2]。这种检测方法依赖于检测人员的经验和责任心，劳动强度大，工作效率低，长时间重复作业易引起视觉疲劳，检测结果随意性大，给铁路运输生产埋下了一定的隐患。
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二、货车滚动轴承表面缺陷的计算机自动识别的研究现状
1、常用的表面缺陷检测方法[3]
（1）漏磁检测法
在直流磁场作用下，工件被磁化并接近饱和状态，此时在缺陷部位有几乎与缺陷的体积成比例的磁场向外泄漏，通过磁传感器可以把泄漏的磁场检测出来，信号处理后可测定缺陷的大小。
漏磁检测法的主要优点有：
 不仅能检测表面缺陷，而且还能检测内部微小缺陷。
 检测精度高，可检测到5×10-4mm3的微小内部缺陷。
 造价比较低廉。
漏磁检测法的主要缺点有：
 只能用于金属材料的检测。
 无法识别缺陷的形状。
 抗干扰能力差，对检测环境要求高。
（2）红外检测法
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（3）光学检测法
开始于70年代中期，在30多年的发展历程中，根据其采用的扫描装置不同，光学检测法可以分为三个发展阶段：激光点扫描器、线阵CCD摄像头、面阵CCD摄像头阶段。
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2、滚动轴承表面缺陷自动识别的研究现状
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北京电子工程总体研究所的沈丽燕，王忠耀等研制了轴承部件智能化磁粉自动探伤系统。该项研究在轴承部件半自动化磁粉探伤的基础上，实时识别利用摄像机拍摄的工件表面开磁痕图像，自动对轴承部件有无缺陷进行判断和分检[5]。
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3、相关的研究
与轴承表面缺陷的计算机自动检测与识别相关的方法和技术在以下领域有着广泛的应用与研究：
 冷轧带钢表面缺陷实时在线检测[7]
 印刷电路板缺陷检测[8]
 焊缝缺陷检测[9]
 玻璃制品裂纹检测[10]
 磁粉探伤中磁痕图像的处理与识别[11]
 汽车发动机缸孔表面缺陷检测[12]
 列车轮对踏面缺陷检测[13]
北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，在带钢表面缺陷视觉检测方面有多年的研究。并为武钢集团海南有限责任公司冷轧带钢精整线上安装了一套表面质量自动检测系统,该系统可用于在线检测冷轧带钢常见的表面缺陷,如划痕、折印、锈斑、辊印等，已在生产线上取得了很好的实际应用效果[14]。
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三、本课题研究的主要内容和重点
通过本课题的研究，实现轴承工件表面缺陷检测的自动化，代替人工目测。考虑到时间的原因，先解决滚子的表面缺陷图像的采集与识别，主要内容为：
1、滚子外表面的图像采集方案设计。
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5、研究轴承工件表面缺陷的识别算法。
本课题的重点是缺陷图像的分割、特征提取及自动识别方法的研究。
四、技术方案
将拆卸并清洗干净的轴承工件安装到转速可控的旋转轴上，通过扫描方式用图像传感器获取轴承工件表面图像并输入到计算机，经过计算机分析得出轴承工件的缺陷类型。
在研究初期，用离线方法获得轴承工件表面图像，利用MATLAB的图像处理工具箱和少量的编程，离线分析所得图像，找出各类缺陷的主要特征及它们之间的内在联系，后提取出若干佳的特征组成特征向量，并研究快速且准确率高的模式识别方法。
在研究后期，完善图像采集方案，编制实时性好、准确率高的图像采集、分析与识别软件系统，提高整个系统的可靠性、实用性。
五、实施方案所需的条件
CCD摄像机、图像采集卡、计算机及相关软件。
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六、存在的主要问题和技术关键
1、轴承工件表面图像的采集：通过适当的照明方式和采集方法（面扫描、线扫描），得到均匀的、清晰的工件表面图像。
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七、预期能达到的目标
1、设计一个滚子表面图像采集方案。
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八、课题研究计划进度
1、2004.2—2004.5：收集相关资料，确定总体方案
2、2004.6—2004.8：制作图像采集装置，编写图像采集软件，图像处理与识别算法研究。
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6、2005.4—2005.5：论文修改、完善，论文答辩。
九、研究经费预算
CCD摄像机：3000元
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共计约10000元。
十、主要参考文献
[1] Elishakoff I., Ren Y. J. & Shinozuka M, Variational principles developed for and applied to analysis of stochastic beams [J]. Journal of Engineering Mechanics, 1996, Vol.122 (6): 559-565.
[2] 陈建军，车建文，陈勇.具有频率和振型概率约束的工程结构动力优化设计[J]. 计算力学学报，2001，Vol.18（1）:74-80.
[3] 吕西林，金国芳，吴晓涵.钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用[M].上海：同济大学出版社，1997.
[4] 陈景润.组合数学[M]. 郑州：河南科学技术出版社，1985.
[5] 丁光莹.钢筋混凝土框架结构非线性反应分析的随机模拟分析[D]: [博士学位论文]. 上海：同济大学土木工程学院，2001.
[6] 丁义明,方福康,范文涛.离散动力系统的密度演化方法[C]. 见：许国志主编.系统科学与工程研究. 上海：上海科技教育出版社,2000:62-77.
[7] 谢希德. 创造学习的新思路[N]. 人民日报, 1998-12-25(10).
[8] GB/T 16159-1996, 汉语拼音正词法基本规则[S].
[9] 姜锡洲. 一种温热外敷药制备方案[P]. 中国专利: 881056073,1989-07-26

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