无砟轨道板是铺设我国高速铁路的重要组成部分,列车运行的速度和平稳性与其尺寸精度有很大关系。目前无砟轨道板的尺寸测量主要还是以人工为主,工作效率低。因此论文结合轨道板的外形尺寸测量研发出了一套适用于制板厂对轨道板自动化、智能化检测的三维扫描装置。在对无砟轨道板进行完整扫描得到三维图形的基础上,依据数据处理软件对三维图形进行分析,自动生成测量报表,最终结合轨道板尺寸标准,判定所生产的每一块轨道板是否符合要求。论文主要研发了三维扫描装置和轨道板运输车的机械结构,同时研发了三维扫描装置的控制系统。首先,大量查阅近年来国内外有关无砟轨道板测量技术的文献资料,对国内外现有的轨道板测量技术进行分析、总结,并针对国内轨道板生产厂家实际的测量需求初步拟定研究方法和思路。其次,分析轨道板的尺寸要求,用Solidworks软件设计了三维扫描装置和轨道板运输车的结构,确定了三维扫描整体方案。三维扫描装置包括纵向运动机构、横向运动机构、竖向运动机构和刷动运动机构,轨道板运输车包括车架、行走装置、轨道基础等重要部分。并对三维扫描装置中的传动部件进行设计和选型。再次,使用Ansys Workbench有限元分析软件对底梁和门架在各个工况下静力学分析,并对门架动力学模态分析,验证了结构设计合理。在此基础上运用响应面优化设计方法对门架横梁进行轻量化设计,并对优化后的门架进行静、动特性分析,结果表明轻量化效果明显,优化后的门架强度、刚度满足要求。最后,根据三维扫描装置的机械结构和扫描流程,确定了三维扫描控制系统的总体方案。完成了控制系统硬件的选型,伺服驱动器外围控制回路和单片机控制回路的设计。在分析并掌握三维扫描装置运动方式及工作要求的前提下,用MDK5软件对单片机完成了软件编程,并结合Lab VIEW虚拟仪器开发平台和Proteus嵌入式仿真软件对伺服控制系统进行仿真实验,利用Lab VIEW开发了伺服电机的测控系统,实现了对伺服电机工作状态的实时监测,为实现三维扫描的自动化奠定了坚实的基础。