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。