基于相位測量輪廓術(shù)的鋼軌三維形貌測量關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在這個(gè)科技蓬勃發(fā)展的時(shí)代，光學(xué)三維測量技術(shù)正在逐漸走入人類的生產(chǎn)生活。相位測量輪廓術(shù)（Phase Measurement Profilometry, PMP）是光學(xué)三維測量的典型代表，具有非接觸、精度高、速度快的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測、逆向工程等領(lǐng)域中。鐵路工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心之一，尤其是高鐵事業(yè)正在獲得國家的大力支持和推廣。鐵路運(yùn)輸安全是一個(gè)十分現(xiàn)實(shí)的問題，而鋼軌的安全檢測尤其重要。鋼軌形貌的準(zhǔn)確測量是進(jìn)行鋼軌檢測、保障鋼軌安全

2、的前提。因此，本文在全面分析光學(xué)三維測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，選擇使用PMP進(jìn)行鋼軌形貌三維測量，并重點(diǎn)研究PMP在實(shí)際鋼軌三維測量中遇到的一些關(guān)鍵技術(shù)問題，給出了行之有效的解決思路和方法。基于PMP進(jìn)行鋼軌形貌測量的關(guān)鍵技術(shù)問題包括:斜投影導(dǎo)致的條紋失真、參考平面板難以選取和放置、鋼軌表面存在鏡面反射等。
　　針對斜投影導(dǎo)致的條紋失真問題，本文研究了兩種解決方法:基于條紋周期曲線分析的條紋預(yù)校正和基于單應(yīng)矩陣的條紋預(yù)校正。通過理論分析和

3、仿真實(shí)驗(yàn)，證明基于條紋周期曲線分析的條紋預(yù)校正方法能夠較好地校正條紋的周期失真問題，而基于單應(yīng)矩陣的條紋預(yù)校正主要采用單應(yīng)矩陣條紋生成法和本文提出的改進(jìn)的單應(yīng)矩陣條紋生成法，不僅能夠校正條紋的周期失真和形狀失真，還能校正條紋的光強(qiáng)均勻性失真。通過鋼軌形貌測量實(shí)驗(yàn)，證明這兩種方法能夠使PMP得到更好的測量結(jié)果。
　　面對參考平面板難以選取和放置問題，本文開展了基于虛擬參考條紋的相位測量輪廓術(shù)的研究。該方法通過使用插值算法獲取虛擬參考

4、條紋，而不采用實(shí)際參考條紋即可完成PMP測量。同時(shí)，本研究在基于新邊緣定向插值法的基礎(chǔ)上，研究了一維新邊緣定向插值法用于虛擬參考條紋的生成。通過仿真實(shí)驗(yàn)，將虛擬參考條紋用于PMP測量中，證明了方法的可行性。通過鋼軌形貌測量實(shí)驗(yàn)，證明該方法能夠在不使用參考平面板的情況下，成功對鋼軌三維形貌進(jìn)行測量。
　　對于鋼軌表面存在鏡面反射問題，本文通過研究改進(jìn)單應(yīng)矩陣條紋生成法來予以應(yīng)對。通過將光強(qiáng)均勻性校正引入原來的單應(yīng)矩陣條紋生成法，實(shí)現(xiàn)