基于复合光栅的PMP在钢轨表面缺陷测量中的应用
发布时间：2021-07-01 20:54
随着铁路向高速、高密度运行的方向发展,钢轨磨耗和表面缺陷的测量受到了广泛重视与研究。基于复合光栅的相位测量轮廓术（Phase Measurement Profilometry,PMP）在保有传统PMP高精度优点的基础上,缩短了测量时间,提高了测量效率。本文以钢轨磨耗及表面缺陷的三维测量为目的,将传统PMP及基于复合光栅的PMP进行了仿真实现、实验验证与对比分析。同时,在铁路运用背景下,对基于复合光栅的PMP算法进行改进,衍生出基于双频率通道和2+1算法的复合光栅PMP,减小了频谱混叠,提高了测量精度。针对实际应用中钢轨表面的镜面反射,本文基于双向反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF）,建立了在役45Mn钢轨表面的光学反射模型,分析了其反射特性和相变特性,同时提出避免高光效应的方法。通过建立钢轨表面的BRDF模型和相变模型并使用仿真软件仿真出45Mn钢轨表面BRDF值和相移与入射角及波长的变化关系,通过peaks函数、Stoilov相移算法及相位测量轮廓术验证仿真与改进结果,得出了在常用波长下确定入射角、保...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
远心光路投影系统的示意图
图 2-2 复合光栅的组合与叠加过程仍然使用在 PMP 中推算出的三帧基频位移光栅的表达式(2-2)、表达式(2-3)和表达式(2-4)。三个具有与基频光栅正交频率的三帧载波光栅的表达式如下： = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2-15) = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2-16) = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2-17)它们与图 2-2 中的 carrier grating 对应，表达式中频率 、 和 的选取必须具有一定的跨度，才能保证不会由于物体表面起伏导致的局部条纹变形而导致出现不同载波频率的频谱混叠。三个正弦载波光栅与三个基频位移光栅分别进行组合和叠加后，得到最终的复合光栅。
图 2-3 三帧基频相移光栅图本文选取 peaks 函数作为投影物体，考虑到 peaks 函数没有突变的边缘和断，不会导致相位展开的错误，同时作为一个连续渐变表面的物体，拥有多个高度不的峰型和多个深度不同的谷型，具有渐变表面物体的代表性。将 peaks 函数的大小置为 500×500，与所选用光栅大小对应，其峰值最大值和谷值最大值作为变量可以整。将每个方法可以测得的最大峰值作为评测标准，以此做为判断方法优劣性的一评价方面。生成的投影物体外观轮廓见图 2-4。
【参考文献】：
期刊论文
[1]轮轨高速滚动接触及钢轨疲劳裂纹扩展研究[J]. 江晓禹,李孝滔,李煦,曹世豪. 西南交通大学学报. 2016(02)
[2]道岔尖轨表面缺陷检测卡片式涡流传感器的设计与应用[J]. 黄凤英,高东海,丁兴和. 无损检测. 2014(02)
[3]基于双频复合光栅投影的陡变物体三维面形测量[J]. 武迎春,曹益平,肖焱山. 光电子.激光. 2012(12)
[4]涡流检测在钢轨裂纹定量化评估中的应用[J]. 李国厚,黄平捷,陈佩华,侯迪波,张光新,周泽魁. 浙江大学学报(工学版). 2011(11)
[5]一种提高复合光栅实时三维测量精度的方法[J]. 张睿,曹益平,何定高. 中国激光. 2011(10)
[6]An improved phase measurement method of integrated pulse profile for pulsar[J]. ZHANG Hua & XU LuPing School of Electronic Engineering,Xidian University,Xi’an 710071,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(09)
[7]应用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪的研制[J]. 马旺宇,刘栋,赵文博. 机械设计与制造. 2010(02)
[8]重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究[J]. 周清跃,张建峰,郭战伟,习年生,高新平. 中国铁道科学. 2010(01)
[9]双频投影栅线法物体轮廓测量技术研究[J]. 王军,何昕,郝志航. 长春理工大学学报. 2005(01)
本文编号：3259850
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
远心光路投影系统的示意图
图 2-2 复合光栅的组合与叠加过程仍然使用在 PMP 中推算出的三帧基频位移光栅的表达式(2-2)、表达式(2-3)和表达式(2-4)。三个具有与基频光栅正交频率的三帧载波光栅的表达式如下： = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2-15) = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2-16) = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2-17)它们与图 2-2 中的 carrier grating 对应，表达式中频率 、 和 的选取必须具有一定的跨度，才能保证不会由于物体表面起伏导致的局部条纹变形而导致出现不同载波频率的频谱混叠。三个正弦载波光栅与三个基频位移光栅分别进行组合和叠加后，得到最终的复合光栅。
图 2-3 三帧基频相移光栅图本文选取 peaks 函数作为投影物体，考虑到 peaks 函数没有突变的边缘和断，不会导致相位展开的错误，同时作为一个连续渐变表面的物体，拥有多个高度不的峰型和多个深度不同的谷型，具有渐变表面物体的代表性。将 peaks 函数的大小置为 500×500，与所选用光栅大小对应，其峰值最大值和谷值最大值作为变量可以整。将每个方法可以测得的最大峰值作为评测标准，以此做为判断方法优劣性的一评价方面。生成的投影物体外观轮廓见图 2-4。
【参考文献】：
期刊论文
[1]轮轨高速滚动接触及钢轨疲劳裂纹扩展研究[J]. 江晓禹,李孝滔,李煦,曹世豪. 西南交通大学学报. 2016(02)
[2]道岔尖轨表面缺陷检测卡片式涡流传感器的设计与应用[J]. 黄凤英,高东海,丁兴和. 无损检测. 2014(02)
[3]基于双频复合光栅投影的陡变物体三维面形测量[J]. 武迎春,曹益平,肖焱山. 光电子.激光. 2012(12)
[4]涡流检测在钢轨裂纹定量化评估中的应用[J]. 李国厚,黄平捷,陈佩华,侯迪波,张光新,周泽魁. 浙江大学学报(工学版). 2011(11)
[5]一种提高复合光栅实时三维测量精度的方法[J]. 张睿,曹益平,何定高. 中国激光. 2011(10)
[6]An improved phase measurement method of integrated pulse profile for pulsar[J]. ZHANG Hua & XU LuPing School of Electronic Engineering,Xidian University,Xi’an 710071,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(09)
[7]应用于钢轨检测的便携式涡流探伤仪的研制[J]. 马旺宇,刘栋,赵文博. 机械设计与制造. 2010(02)
[8]重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究[J]. 周清跃,张建峰,郭战伟,习年生,高新平. 中国铁道科学. 2010(01)
[9]双频投影栅线法物体轮廓测量技术研究[J]. 王军,何昕,郝志航. 长春理工大学学报. 2005(01)
本文编号：3259850
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