本发明公开了一种列车轮对踏面与轮缘在线高速检测系统及其检测方法，检测系统包括：在轨道的外侧依次排布的目标检测装置、测速装置、位置判断装置、图像采集装置以及图像处理装置和控制装置，图像采集装置包括多组线结构光源和高速面阵相机，光平面与轮对相交所形成的交线位于列车喷砂管/刹车装置与铁轨之间，面阵相机的成像视场含盖并稍大于交线区域；检测步骤包括①利用canny边缘检测的方法判断轮对是否有缺陷；②计算缺陷深度从而获得缺陷的大小；③将每幅图像中的光带部分依次拼接成一幅图像。本发明的有益之处在于：避免了列车喷砂管与刹车装置对检测过程的影响；检测速度快；本系统适用于20km/h~300km/列车在线检测；精度高，可以实现1mm以下缺陷检测；检测结果呈现在一幅图像中，观察方便。