斜线状接触疲劳裂纹是提速区段钢轨踏面出现的一种伤损新形式。经过反复的疲劳载荷,斜裂纹会逐渐扩展直至轨心深处,最终导致钢轨的疲劳断裂。因此,能够及时地检测出钢轨亚表面的疲劳微裂纹并准确地测量出斜裂纹的扩展深度,对于指导工务部门合理制定钢轨预防性维修计划,防止造成钢轨不可恢复性的伤损具有重大的现实意义。本文针对传统的超声波外激励检测方法无法检测斜裂纹深度的问题,提出采用主动式红外热波无损检测技术定量测量钢轨亚表面斜裂纹的深度。通过对有限元仿真、热波检测实验以及红外图像处理等关键技术的深入研究,从理论和实验两个角度分别计算出了斜裂纹的深度。首先,分析了斜裂纹在钢轨踏面萌生、延展和深层扩展的机理以及亚表面裂纹的基本结构,建立了红外热辐射在斜裂纹伤损部位的深度方向一维热传导模型。在ANSYS仿真环境下,构建了钢轨亚表面裂纹的二维有限元模型,利用加载热流密度法模拟红外热波检测过程,求取温度变化曲线。将模拟得到的T-t曲线,利用PSDT(Peak of Second-order Derivative Temperature-time,温度-时间二阶对数微分峰值)法进行处理,进而从理论上计算出裂纹各参考点的深度。其次,针对钢轨自身热辐射能量较低的问题,设计了两种不同类型的外激励热源进行对比研究,从而搭建出红外热波检测系统的实验平台,利用在线式软件控制热像仪采集含斜裂纹缺陷的红外图像序列。最后,利用基于NSCT(Non-subsampled Contourlet Transform,非子采样轮廓波变换)的自适应多尺度积阈值算法增强斜裂纹图像的边缘及纹理,采用区域生长法对斜裂纹内部的细节区域进行分割处理,从区域分割后的图像中提取细节像素点的特征信息,利用热像仪的离线式分析软件导出红外图像序列在特征点处的温度数据,进而结合特定的数学计算方法从实验角度完成对斜裂纹扩展深度的定量测量。