近年来,高铁已经成为人们出行最便捷的交通方式。这一现象产生出的问题便是钢轨的磨损速度会变得越来越快,对钢轨的质量也提出了越来越高的要求。目前国内各焊轨基地对钢轨廓形的检测还是以卡尺、电子尺等接触式检测为主,部分发达国家已经开始使用非接触式检测方式来检测钢轨轮廓参数以及其他状态参数,但精度还不够高。本文提出一种基于激光轮廓仪采集钢轨轮廓信息的检测设备。激光轮廓仪通过精确的激光三角法进行测量,测量速度快且精度高。但在实际的钢轨检测场景中,一台激光轮廓仪测量时会存在视觉盲区,无法检测到钢轨四个面全部数据,因此,本文的研究内容对如何将激光轮廓仪运用到现代化的钢轨检测领域具有重要意义,主要工作如下所示:(1)研究了激光轮廓仪的测量原理,对激光三角法中的直射式和斜射式方法进行研究,并且本文是基于四台激光轮廓仪对钢轨各轮廓进行扫描,各个激光轮廓仪是相互独立的,因此研究了将独立的四个轮廓转移到同一坐标系下后通过有约束性的最小二乘拟合法对钢轨轨腰特征圆的圆心进行二次拟合来完成钢轨轮廓上特征点的提取与匹配,从而实现钢轨全轮廓的拼接。(2)考虑到在输送钢轨中系统振动以及外界干扰的影响,本文研究了一种自适应协方差估算算法进行噪声抑制。通过建立的状态转移方程与测量方程和基于本系统测量到的信号值得到系统信息,系统噪声和测量噪声协方差矩阵再根据这些信息自适应的进行调整。在钢轨平直度和端面垂直度检测方面,本文设计了一种高效的几何检测算法,处理速度快,准确度高。(3)研究了钢轨检测设备中滑动扫描台的动态扫描控制方法,其难点在于控制的精度问题。为了提高本设备的控制精度,本检测设备将多个光电开关传感器与光栅尺位移传感器集成起来,产生多个测量控制的电信号,并且根据光栅尺的实时反馈值完成对滑动扫描台的闭环控制,再通过QPLC的定位模块完成对滑动扫描台的定位控制。本文基于T型加减速控制方法的不足设计了一种S型加减速控制方法来减小滑动扫描台在启停时的振动对激光测量精度的影响。通过对本设备测量出钢轨各个参数值进行分析处理,并且参照国家标准值与其它人工测量方式进行对比,得出平直度误差不超过0.04 mm,垂直度误差不超过0.03°,可以验证出本设备运行以及测量结果稳定,检测结果符合国家精度标准。该检测设备综合了现有的各种平直度测量尺、扭曲度测量尺,可以同时完成钢轨各个参数的测量,对钢轨焊接生产起到极大的推动作用。