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原文传递基于PMP的车轮踏面三维测量系统的标定技术研究

论文题名：	基于PMP的车轮踏面三维测量系统的标定技术研究
关键词：	光学三维测量;车轮踏面;相位测量轮廓术;标定方法
摘要：	近年来，随着铁路运输在载重和速度上不断提高，车轮承受着前所未有的载荷，而过高的载荷将严重威胁着铁路运输的安全。如何快速有效地获取车轮踏面三维信息及车轮踏面的缺陷信息，对于预防运行中事故的发生，有着决定性的作用。本文针对这种情况，选择精度较高的相位测量轮廓术来得到车轮踏面的相位信息，又分别在平面和深度方向上进行标定，最终得到车轮踏面的三维信息，具体研究内容如下: 　　首先，介绍了相位测量轮廓术的基本原理，推导出了相位测量表达式;同时介绍了解包裹算法，为后续工作奠定了基础。　　其次，分析了测量系统的结构，从平面上和高度方向上分别讨论了测量系统的标定方法。　　再次，对利用相位测量轮廓术进行高度方向上的测量进行了仿真，其中分别使用了传统相位高度映射算法和新型相位高度映射算法，首先对5mm平面进行高度测量，其中利用传统相位高度映射算法的平均高度值为4.9995mm，平均相对误差为0.043％，算法运行时间为35.9082s，利用新型相位高度映射算法的平均高度值为5.1123mm，平均相对误差为0.97％，算法运行时间为3.2145s，再对车轮踏面进行高度测量，其中利用传统相位高度映射算法的车轮踏面平均绝对误差为0.0942mm，运行时间为37.3878s，利用新型相位高度映射算法的平均绝对误差为0.1740mm，运行时间为3.6835s，最后对车轮踏面上的缺陷进行高度测量，其中利用传统相位高度映射算法的缺陷平均深度为1.9872mm，平均相对误差为0.0531％，运行时间为39.2565s，利用新型相位高度映射算法的缺陷平均深度为2.1147mm，平均相对误差为0.0673％，运行时间为3.7094s，将两种方法得到的平面、车轮踏面以及车轮踏面上缺陷的高度测量结果进行对比，得到传统法和新型法都能正确地还原出物体的高度信息，但传统法比新型法的精度高，从运行时间可以看出，传统法远远大于新型法，同时测量过程中传统法需要多次移动参考平面，操作复杂，而新型法只需要得到七个与像素点无关的系统参数，其操作简单，当图像像素点较多，且精度要求不高时，利用新型法更有优势。　　最后，设计并搭建了车轮踏面的三维形貌测量的标定实验平台。分别利用传统法和新型法对LMA型车轮进行高度测量，LMA型车轮轮缘到踏面落差为28±0.5mm，利用传统法得到的车轮轮缘到踏面落差为28.4973mm，运行时间为389.9639s，用新型法得到的车轮轮缘到踏面落差为29.1846mm，运行时间为60.8058s，由此可知在实际测量过程中，利用传统法和新型法都正确的还原出了车轮踏面高度信息，同时，传统法的运行时间远远大于新型法。再结合平面上的标定，即可得到车轮踏面的三维点云，完成了车轮踏面的三维测量，最后分析了影响实验测量结果的各种因素。
作者：	秦楚越
专业：	物理学
导师：	王泽勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文