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铁路车轮和钢轨传递牵引力和制动力的滚动接触导致的磨耗是影响列车安全、经济运行的重要因素。如何准确地得到钢轨轨头外形曲线及其磨耗参数是困难而重要的工作。本文针对扩大轨头测量仪器范围、改进其精度以及量值溯源方法展开了研究：首先,研究钢轨形态与测量技术,得出钢轨轨头磨耗测量的难点在于基准确定。为提高测量基准的可靠性,提出工作边轨颚参与,通过加权确定测量基准,通过软件建立自适应坐标系的方法。提出了改进优化机构,利用MATLAB仿真测量范围与杆件姿态,并进行参数优化。仿真结果表明,改进机构测量范围更大,精度更高。其次,设计仪器的测量机构、检测部分和软件相关算法。采样仿真得到的角度数据通过正解算法、曲线拼接、高斯滤波和两点法半径补偿,得到测量曲线。计算测量曲线上用以确定基准的关键点,依据设计的算法选取权重系数,计算曲线对齐需要的旋转角度和平移量,最终实现测量曲线和标准曲线的对齐。以几种曲线代入该算法,得到的两曲线上对应基准点距离(mm)的平方和数量级为10-,自适应坐标系建立方法得以实现。然后,分析仪器的误差源,MATLAB仿真原理误差、单因素误差和编码器量化误差。其中：原理误差仅为计算机计算误差,可不考虑其影响；各因素单独作用引起的误差在±0.05mmm之内,编码器角度误差传递系数最大；对编码器量化误差单独分析,其在轨头踏面处的误差已超出设计要求；不改变编码器分辨率的情况下,仿真测量过程综合误差,法向计算的误差在(-0.02～0.015)mm之间,表明：在不提高编码器分辨率的情况下,加入合理的滤波算法能有效改善编码器量化误差,仪器的总误差满足设计要求。最后,对比量值传递与量值溯源、检定与校准,确定仪器通过校准实现量值溯源。依据JJG(铁道)133-1997和JJF1071-2010设计仪器的校准方法,依据JJF1130-2005评价校准中的不确定度。