钢轨在焊接之前需要对钢轨高度、轨头宽度、轨底宽度、轨冠饱满度、不对称度、扭曲度、垂直度和轨底边缘厚度等各项参数进行检测,首先判定钢轨是否合格,如果钢轨合格则将各项参数匹配的钢轨焊接在一起。钢轨焊接之前的检查工作至关重要,钢轨的好坏直接关系着行车安全。目前焊轨基地的焊接前检查还是采用人工手动测量的方式来进行的,人工检测效率低、难以适应自动化生产的要求。为了解决上述问题,本文利用激光轮廓仪作为主要测量装置采集钢轨的断面轮廓数据,进而运算处理得到具体参数信息。本文主要内容与创新点:(1)根据工业现场生产工艺和工况,设计出一套稳定可靠的解决方案,机械设备、电气设备、液压设备与上位机软件配合共同完成测量工作。机械结构上主要分为三段:前送轨部分、主控测量部分和后送轨部分,系统控制单元主要采用三菱Q系列PLC来控制钢轨的传送和激光轮廓仪实时测量。(2)深入研究了激光轮廓仪的结构光测量数学模型,研究了摄像机的坐标系投影变换关系、镜头内外参数的求解,分析了摄像头的畸变与矫正、结构光光平面的标定,探究了影响结构光测量精度的一些因素。(3)钢轨的传送主要采用液压装置和电气传动装置相结合的方式来完成。为了提高运动控制系统的动态响应,建模并且训练神经网络与传统PID结合,以负载的重量、速度设定值和齿轮比作为输入,得到适合当前控制系统的PID控制参数。分析了编码器精度与光电开关参数设置等因素对运动控制精度的影响。(4)对激光轮廓仪采集得到的数据进行了预处理与多传感器数据融合,分析比较了各种滤波算法的效果,优化了一种自适应均值滤波方法,最后参考钢轨各项轮廓参数的手工测量方法,提出了使用激光轮廓仪测量数据获得钢轨各项参数的算法。为了验证测量系统的重复精度和测量的准确性,在同样的情况对一根钢轨测量10次,将这10次的数据与手动测量的数据进行对比,重复误差与绝对误差在0.05mm以内,基本满足工业生产实践中的各项标准要求,可以极大提高生产效率。