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基于激光轮廓仪的非接触式钢轨廓形检测系统
基于激光轮廓仪的非接触式钢轨廓形检测系统
摘要：
铁路交通是国民经济发展和人民出行的重要方式之一。然而，钢轨在长期的服务过程中会出现各种各样的问题，如轨面磨损、断裂、变形等。这些问题如果不及时发现和解决，将会对铁路交通的安全和运行带来严重的影响。因此，钢轨廓形的监测和检测变得十分重要。
本文针对传统钢轨廓形检测方法存在的接触式检测不实时、易造成轨面损伤、测量精度低等问题，提出了一种基于激光轮廓仪的非接触式钢轨廓形检测系统。该系统通过激光器发射激光束并在钢轨表面产生散射，再由激光测距仪采集散射光，并通过数学模型进行数据处理和分析，从而获取钢轨的廓形信息。该系统具备实时性强、精度高、无接触、不会对钢轨表面造成损伤等优点，可以有效地监测和检测钢轨的廓形。
本文首先对钢轨廓形检测的背景和意义进行了介绍，然后对传统的接触式钢轨廓形检测方法存在的问题进行了分析。接着，详细介绍了基于激光轮廓仪的非接触式钢轨廓形检测系统的工作原理和组成结构。系统的工作原理是利用激光在钢轨表面产生散射，再通过激光测距仪采集散射光的距离信息，从而获取钢轨的廓形信息。系统的组成结构包括激光器、激光测距仪、数据采集与处理单元等。接下来，对系统的关键技术进行了详细阐述，包括激光器的选择、激光测距仪的工作原理和精度要求、数据采集与处理单元的算法设计等。
然后，本文设计了一组实验来验证系统的性能。实验结果表明，该系统具备高精度、高稳定性、高重复性等优点，可以满足钢轨廓形检测的要求。最后，对系统存在的问题和改进方向进行了讨论，并对未来的研究进行了展望。
关键词：激光轮廓仪，非接触式，钢轨，廓形检测，激光测距仪，数据处理
Abstract：
Railwaytransportationisanimportantwayofnationaleconomicdevelopmentandpeople'stravel.However,variousproblems,suchassurfacewear,fracture,anddeformation,mayoccurinthesteelrailduringlong-termservice.Iftheseproblemsarenotdetectedandsolvedintime,theywillhaveaseriousimpactonthesafetyandoperationofrailwaytransportation.Therefore,monitoringanddetectingtheprofileofsteelrailbecomesveryimportant.
Inthispaper,aimingattheproblemsoftraditionalcontact-typerailprofiledetection,suchasnon-real-timedetection,easysurfacedamage,andlowmeasurementaccuracy,anon-contactsteelrailprofiledetectionsystembasedonlaserprofilerisproposed.Thesystememitslaserbeamsthroughalaseremitter,whichscattersonthesurfaceofthesteelrail.Thescatteredlightiscollectedbyalaserrangefinderandthenprocessedandanalyzedbyamathematicalmodeltoobtaintheprofileinformationofthesteelrail.Thissystemhastheadvantagesofstrongreal-timeperformance,highaccuracy,non-contact,andnodamagetothesurfaceofthesteelrail,etc.,andcaneffectivelymonitoranddetecttheprofileofthesteelrail。
Inthispaper,thebackgroundandsignificanceofsteelrailprofiledetectionareintroduced，andtheproblemsoftraditionalcontact-typerailprofiledetectionmethodsareanalyzed.Then,theworkingprincipleandcompositionstructureofthenon-contactsteelrailprofiledetectionsystemb