列车轮对踏面技术状态好坏直接关系到列车的运行品质,影响列车运行安全。光电测量法由其高效率和高精度逐渐成为研究热点。传统的基于线结构光的测量方法的局限性,限制了精度和效率的进一步提高。因此,研究新的测量方法以提高测量的精度和效率具有较大的应用价值。本文研究分析传统测量模型,指出其精度和速率上的局限性,提出将基于投影光栅的三维测量方法应用于踏面缺陷检测,对踏面的全景测量。建立基于摄像机和投影仪的三维测量系统,提出硬件改进方案和应用基于摄像机坐标系的三维测量模型。测量装置采集7副格雷码图像和4副相移图像,通过相移,解相和系统标定,得到相位和物体表面三维坐标系的关系,测量得到物体的表面参数,与基准形状参数进行对比就可以实现缺陷检测。本文主要工作包括：分析传统的基于线结构光测量装置的局限性,提出应用光栅投影三维测量方法,进行三维全景测量。分析传统光栅投影三维测量的模型,指出其存在着三个严格的平行相交约束,应用基于摄像机坐标系的改进模型,解放平行相交约束,并推导出光栅相位与三维坐标的关系。对系统硬件提出优化设计方案,基于USB协议控制芯片68013,开发高速数据采集系统,实现了对采集系统的硬件和软件设计,并在不同工作模式下进行速率测试实验,对软件进行优化设计,最大限度提高传输性能。提出梯形矫正算法实现条纹梯形畸变的矫正,提出基于明暗图像和条纹图像的阈值分割法进行图像分割,提出对明暗图像和条纹图像进行图像代数运算,滤除无效点,减少运算时间。采用相移和格雷码结合的方式进行相位展开,并提出修正算法对相位展开结果进行修正,降低相位误差。根据张正友摄像机标定理论,采集11棋盘模板图像实现高精度摄像机内参数标定。基于坐标系刚体变换理论和摄像机坐标系三维测量模型,采集圆点阵列模板图像实现相位坐标系关系参数标定。对与踏面几何形态相似的物体进行实体测量,论证了系统的可行性,并对可能产生的误差进行分析并提出改进意见。