王宁 周谦 王凡 王昊 王胜春 郝晋斐

中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所，北京 100081

钢轨廓形变化直接影响轮轨关系，是保障车辆运行安全性、平稳性的关键。钢轨廓形检测系统基于结构光测量原理，通过相机捕捉激光面与钢轨交线，实现钢轨全断面廓形的无接触高精度检测［1］。激光器、摄像机及钢轨位置关系如图1所示。

图1 激光器、摄像机及钢轨位置关系（单位：mm）

钢轨廓形检测系统安装在轨道检测车辆上，定期对全路钢轨廓形进行检测。根据所获得的高精度廓形可得到轮轨匹配状态、钢轨磨耗等参数。工务部门据此分析钢轨服役状态及发展趋势，制定相应的钢轨打磨等工务维护方案。可见，钢轨廓形检测系统的精度是工务部门决策的关键。

1 钉柱法标定

全断面廓形合成精度主要依赖于单侧相机标定和双侧相机拼接标定。现有轨廓系统主要进行单侧相机物像关系标定，使用最多的是钉柱法（图2）。平整钢板平面上的等间距阵列钢针形成网点平面，线激光垂直切割针板靶标形成结构光光点阵列。当激光投射面与靶标面共面时，光点阵列间距即为已知的钢针阵列间距，由此获得物空间坐标。相机采集针板靶标结构光光点阵列图像，经过图像处理算法获得像空间图像点坐标。由获得的物空间坐标和像空间坐标进行映射建模，即可得到靶标像平面与物平面的数学映射关系，从而实现单侧相机标定［2-3］。

图2 钉柱法标定