第六节　钢轨廓形检测装置

钢轨轮廓检测是采用线结构光垂直“切割”钢轨，并用摄像传感器获取钢轨断面轮廓图像，对该图像进行实时处理，便可得到钢轨轮廓及磨耗信息。钢轨轮廓检测系统安装于轨检车、探伤车、轨道车上，可对钢轨轮廓及磨耗进行实时测量。

一、基本原理

钢轨轮廓检测系统是基于激光摄像结构光测量和图像处理的钢轨外形测量系统，能测量从轨底到钢轨顶面的整个钢轨轮廓，并计算钢轨垂直磨耗、侧面磨耗、总磨耗等项目。

首先，钢轨的标准断面是已知的，轨头在使用过程中被逐渐磨耗，但轨腰和轨底不被磨耗。轨腰和轨底结合部分别为半径400mm、20mm的大小圆弧（以60kg/m钢轨为例）。

用模糊判别的方法寻找圆心，再通过两个圆心的位置关系，可以将采集图像中的钢轨断面与标准的钢轨断面进行比对，这样既可以求得钢轨垂直磨耗和侧面磨耗等反映钢轨轮廓状态的参数，还可以得到轨顶点、轨距点的物理坐标。

二、系统组成及功能

钢轨轮廓检测系统由以下几个模块组成：图像采集模块、数据分析模块和数据管理模块。

1.图像采集模块

图像采集模块采用多相机同步采集模式，等距离采样，在160km/h速度条件下采样间隔为1m。

为了保证系统长时间连续工作的可靠性，图像采集模块设置相机、激光器温度的反馈控制系统，使车下激光摄像组件始终能保持在最佳工作温度。

数据采集系统前端设备见图3-20。

2.数据分析模块

系统提供实时采集图像以及经过图像预处理、模式识别、图像拟合、特征识别后与标准钢轨比对的效果图，图中白色虚线为标准钢轨断面图，绿色虚线为实测钢轨轨头断面图。通过与标准钢轨廓形的比较，数据分析模块可以精确计算出钢轨垂直磨耗、侧面磨耗等反映钢轨轮廓状态的参数。数据分析模块软件界面见图3-21。

3.数据管理模块

数据管理模块接收来自数据分析模块的测量结果，可进行数据查询、波形显示测量结果、输出电子报表等。检测、维护人员可根据报表内容指导其进行现场养护维修。

钢轨轮廓检测系统通过钢轨图像中特征图像的模式匹配以及相应数据的精确拟合，对每根钢轨的轮廓图像进行空间转换和特征提取，合成完整的钢轨轮廓，并与标准钢轨比对，进而完成垂直磨耗、侧面磨耗等参数的精确测量。具体指标如下：

（1）采样间隔：可按照1m、2m、3m、5m间隔等间距采样；

（2）磨耗重复性精度：0.2mm；分辨力：0.1mm；

（3）测量范围：垂直磨耗0～25mm，侧面磨耗0～25mm。

三、数据分析及应用

钢轨轮廓检测系统可以对高速、普速、重载铁路等线路进行周期性动态检测，提高钢轨磨耗检测效率，使线路管理及维护人员易于掌握钢轨磨耗状态，便于钢轨的维护和修理。钢轨轮廓检测系统通过多次现场复核、验证，所测钢轨磨耗及廓型与现场静态检测结果相吻合，图3-22为某线路钢轨轮廓检测系统磨耗数据与地面静态复核数据对比图，图3-23为某线路钢轨轮廓检测系统检测的钢轨轨头廓型与地面静态复核数据对比图，图3-24为某城际铁路某站进站处钢轨磨耗波形图。