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踏面外形扫描设备概括车轮踏面外形的质量对列车运行安全性起着决定性影响,从铁路车辆出现开始就出现了针对车轮的监控和测量技术。早期对尺寸是否超限和左右不均的检查主要是依靠人工估计的方式进行。该方法不仅严重浪费人力资源,并且估计值的精确度很大程度上依赖于监测人员的测量工具和经验。随后,更精确的测量工具使测量值的准确性和精度有了大幅提高,例如千分尺,其测量长度的精度可达到0.01mm甚至更高,这促进了车轮外形测量技术的发展。随着科技的进步,车轮外形监控中引进了更多的测量工具。国内外在轮对外形参数检测方面进行了大量的探索和研究,研制出多种铁路车轮外形测量装置，现在专门用于轮对外形测量的技术主要分为接触式和非接触式。接触式1）磁爬式轮对测量仪磁爬式轮对测量仪的优点是利用磁性滚轮沿车轮踏面滚动,通过计算得到整个踏面的磨耗状况,而不仅仅针对几个关键点；采用了便携式设计,轻巧方便；并且由于结合了计算机技术,利用电脑对测量的数据进行处理得到磨耗值,不仅缩短了计算所消耗的时间,同时减少了人为的误差;其精度可达到0.2mm;缺点为需要人工操作。磁爬式测量工具是机械装置与计算机自动化技术相结合的产物。它的原理是采用了两个编码器分别固定于支撑杆与基座,和两个支撑杆的结合处上,从而将转动中心和磁性滚轮连接在一起,如图1所示。这两个光电编码器用于计算支撑杆改变的角度。通过测量得到的支撑杆的长度和角度信息可计算出滚轮的坐标，然后在计算机软件中计算和修正,绘制出当前轮对的踏面状况。与标准曲线比较,可得到各点的磨耗值。图2所示为GreenwoodEng.公司的Miniprof磁爬式测量仪。图1磁爬式轮对测量仪的测量原理图图2GreenwoodEng.公司的Miniprof磁爬式测量仪西南交通大学牵引动力国家重点实验室的周文祥研究员等人对磁爬式测量仪器进行了改进,设计出了五连杆测量仪（WP-C型铁路车轮外形测量仪）。利用五根连杆代替了原先的两连杆的测量方式。其测量原理与两连杆的原理类似,不同之处在于编码器固定在连杆1和连杆3的根部。新增的连杆使得测量更加稳定,测量的数据保持在一个更高的置信水平上。改进后的装置结构如图3所示。图3改进后的五连杆测量仪结构图2）第四种检查器第四种检查器又称为卡尺式检测工具，是对车轮踏面状况进行测量的最原始的工具。它依据需要测量的车轮外形采用了特殊的形状设计，同时在卡尺上采用了游标卡尺、千分尺来保证精度,通过人工进行读数。第四种检查器主要对2个关键位置的数值进行测量：其一为70mm处的竖向数值,可得出磨耗量;另一个是轮缘厚度。此类卡尺精度一般为0.5mm左右(游标和千分尺精度较高),受人为影响大。经过多年的实践和发展,出现了多种为简化测量步骤而进行的改进,并申请了各自的专利,如图4所示,.这些改进的工具都已经申请了专利,虽然方式各不相同,但都采用了尺上加尺、一次测量多个关键点的想法,这些工具现在仍有部分在铁路上使用。（a）新型车轮检查器-1(b)新型车轮检查器-2(c)新型车轮检查器-3图4三种新型第四种检查器非接触式1)激光测距传感器激光测距传感器是一种用于测量距离的高精度测量仪器,它的针对性很强,有专门用于测量超远距离的,比如地球到月球的距离;也有专门测量近距离的。测量不同距离的激光测距传感器所使用的测量方法也不相同。用于测量近距离的激光测距传感器一般采用三角测量法，它的特点是可靠性高、采用独立的测量系统,不依赖于器件本身,很适合便携式检测。一般的近距离激光测距传感器的重量都很轻,只有100g或者200g,可以做成便携的测量设备。测量精度在10um左右,有的甚至能达到5um;,测量精度与稳定性和激光器特性关系很大。图5ELAG公司的便携式轮对尺寸测量仪图5为ELAG公司的便携式轮对尺寸测量仪，其上使用了该公司自主生产的激光测距传感器，采用了横向平移的机械传动装置,使激光器可以依次扫描过整个踏面。图6显示为美国Banner公司的便携式轮对尺寸测量仪。图6Banner公司的便携式轮对尺寸测量仪此外，除了传统的点式的激光测距传感器以外,经过各生产厂家的努力,又推出了多款集成化程度更高的基于激光的测量器件,这些仪器的发展将会促进非接触测量领域的另一次革新。其中一个可以应用于轮对尺寸测量的新技术是二维传感器。图7所示的是真尚有公司研制的型号为ZLDSZOO的二维激光测距传感器,它可以发射线激光,取代以前的点激光,并且输出的结果是线激光照射到的物体上每个对应点离激光测距传感器的距离,即接收器CCD上的每个点都同样对应空间的一个坐标,在出厂时便已经标定好,根据激光在cCD上点的位置可以直接输出距离值。这一仪器的出现可以使便携的测量仪器进一步小型化,同时精度和稳定性也可能因为集成度的增加而升高。目前多家厂商都致力于开发这种仪器,其中基恩士和真尚有公司已经有产品可以发售。图7新型二维激光测距传感器真尚有公司也对点式激光测距传感器进行了改进,采用的方式是将扫描机构集成到测距传感器中,可使激光通过摆动的方式进行扫描。如图8所示，图中示意的是使用该测距传感器对汽车车轮的扫描，目前还有没有该器件的使用案例。图8扫描式二位激光测距传感器2）光切法光切法是计算机视觉中的一种经常使用的方法。其原理为通过固定安装的激光器打出的线激光,经过CCD图像传感器的接收，传输给计算机,通过特定的算法和标定值,可以计算出具体的轮对尺寸。这种方法具有测量速度快的优点,整个过程在列车低速运行的情况下完成,有些仪器甚至能在高速运行时正常测量;整个测量系统由计算机自动控制,实现了自动化操作。基于该方法的设备已经广泛应用于我国的车辆段上,成都主导科技公司研制的轮对故障动态检测系统便采用了这种方式。光切法设备一般比较大型,适用于固定位置的测量,不适合移动测量;这类测量仪器对光源和传感器有较高要求,包括确定的位置,激光光亮程度(一般安装在遮光棚中)等。整个测量系统的核心是对采集到的图像进行处理的算法,其准确与否对结果影响较大，标定的准确是测量准确性的基础。光切法进行测量的原理图如图9所示。图9光切法原理图国外很对公司的车轮测量仪器都是基于光切法，不同之处在于安装和处理的方式。图10所示的是ELAG公司研制的在线式检测系统的照片,其采用光切法结合激光测距传感器的方式对轮对尺寸进行测量。图中六个点式激光器用于测量轮对的直径，左下方的线激光器用于测量轮对踏面尺寸。另外澳大利亚的IMTRAM公司也生产了此类测量系统，日本北海道旅客铁道株式会社也研制并在现场应用了此类测量系统。图10ELAG公司的轮对在线检测系统