伴随着现代铁路运输中载荷和速度的提升,车轮磨损对列车运行中的安全、稳定、质量和噪声排放起着越来越重要的作用。不仅一个车轮的磨损,而且一个轮对、一个转向架和一辆列车的车轮之间的磨损状态差异都应严格控制在安全限度内,如果磨损超过安全极限,车轮应被璇修或者更换,这就提出了及时发现车轮多余磨损的要求。如何准确检测这种磨损,提高列车运行的经济性,乘坐的舒适性,防止脱轨和制定维护计划成为铁路系统中的一个重要研究课题。目前,无接触、高效率、高检测精度等优点已经成为在线动态测量车轮状态参数(几何尺寸参数、位置和形状以及踏面缺陷)系统设计的发展趋势。结构光视觉传感器作为获取多维数据的重要工具,在高精度在线测量领域得到了广泛的应用。激光位移传感器是一种典型的结构光视觉测量传感器,它可以分别利用点结构光和线结构光获得一维或二维测量信息。平行四边形机构在运动过程中,连杆始终保持平动。基于上述传感器和机构的特性,本文提出了一种基于二维激光位移传感器(2D-LDS)的车轮几何尺寸参数检测系统和基于平行四边形机构的车轮踏面缺陷检测系统。本文首先提出了轮对状态参数检测系统的总体设计方案,对系统的功能组成、检测单元组成和各单元功能以及检测流程进行了详细阐述。轮对状态参数检测系统主要包括:车轮几何尺寸参数检测系统和车轮踏面缺陷检测系统。在车轮踏面缺陷检测系统研究中,本文首先建立了车轮踏面擦伤引起冲击的数学模型,分析了冲击产生的机理,证明了踏面缺陷检测的必要性。然后介绍了整个系统的测量原理,并对整个装置所涉及到的核心部件进行选型。最后,就现有的检测装置进行标定,给出检测梁的下降量和传感器输出值之间的函数关系。在车轮几何尺寸参数检测系统研究中,本文提出了利用4个2D-LDS完成对车轮直径和轮缘高度、轮缘厚度及其他尺寸参数的测量方案,介绍了主要尺寸参数计算原理,并对涉及到的基于最小二乘法的踏面轮廓曲线拟合算法、基于二叉树的曲线特征提取算法和基于迭代最近点算法的踏面轮廓曲线匹配算法进行了介绍。最后,选取部分实测数据,对上述系统和检测原理进行测试,并对测试结果进行分析和总结。