轴承圆柱滚子是列车圆柱滚子轴承的重要组成部分,列车在高速重载的工况下长时间运行,其轴承圆柱滚子会产生各种各样的表面缺陷,严重影响列车运行的安全性。近年来,机器视觉技术在列车检修过程中,尤其在圆柱滚子表面缺陷检测中应用越来越广泛,而获取高质量的圆柱滚子表面图像是使用机器视觉有效检测圆柱滚子表面缺陷的重要前提。因此,对圆柱滚子表面图像采集系统进行系统性的研究具有重要意义。本文采用理论分析、仿真验证和物理实验相结合的方式,系统地对圆柱滚子表面图像采集系统进行了研究,并设计了一套圆柱滚子表面图像采集系统,主要研究工作如下:1.制定列车检修过程中轴承圆柱滚子表面缺陷识别标准,根据滚子表面缺陷识别标准制定圆柱滚子表面图像采集系统设计指标;根据设计指标完成圆柱滚子表面图像采集系统中相机、镜头、光源及控制器等硬件的选型;完成圆柱滚子表面图像采集系统整体方案设计。2.对圆柱滚子表面展开过程进行动力学分析,将圆柱滚子表面展开机构简化为二维展开模型,根据模型分析建立圆柱滚子与展开轮之间接触变形和滚子加速转动时间的求解方程;确定圆柱滚子展开过程中影响滚子振动和滚子加速转动时间的影响因素,掌握圆柱滚子加速展开和匀速展开两个阶段的动力学规律;通过动力学仿真验证展开模型分析的准确性,基于仿真数据分析为圆柱滚子表面展开机构提供一个合理的设计方案。3.对圆柱滚子表面图像采集过程进行分析,得到圆柱滚子表面成像质量的影响因素,确定圆柱滚子表面成像质量的评价方法,基于响应面分析法构建圆柱滚子表面图像采集模型;通过采集模型预测圆柱滚子表面图像的最佳采集条件;最后通过实验验证圆柱滚子表面图像采集模型的准确性和圆柱滚子表面图像采集系统设计的合理性。本文对列车轴承圆柱滚子表面图像采集系统进行了较为全面的研究,解决了圆柱滚子表面图像采集系统缺少设计准则的问题,为圆柱滚子表面图像采集和表面缺陷检测系统提供了一种合理的设计方法。