(57)【要約】【課題】レーザ変位計を用いることなく、車輪の所定の計測項目と共にバックゲージを測定する。【解決手段】各車輪の踏面にレーザ線条光を送信するレーザ光送信部１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂと、レーザ光送信部から車輪の径中心に向かいレーザ送信されたことを検出するレーザ光受信部１４ａ，１４ｂと、レーザ光送信部１３ａ，１３ｂから車輪の径中心に向かいレーザ送信されたことが検出された場合、車輪の踏面外側画像、踏面内側画像を撮影する踏面カメラ１５ａ，１５ｂ，１７ａ，１７ｂと、踏面カメラ１５ａ，１５ｂ，１７ａ，１７ｂが撮影した車輪の照射部位のプロフィール画像中の基準位置における絶対位置座標から左右の車輪間の距離を求めるバックゲージ計測部２１とを備える。【選択図】図１
2014016224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール上を通過する左右の車輪の外側から前記車輪の踏面に対し所定の仰角方向を向けそれぞれ設置され、前記各車輪の踏面にレーザ線条光を送信する踏面外側レーザ光送信部と、
前記レール上を通過する左右の車輪の各内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けそれぞれ設置され、各車輪の基準溝およびフランジ部にレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、
前記踏面外側レーザ光送信部または前記踏面内側レーザ光送信部から送信され前記車輪の踏面により反射された前記レーザ線条光が前記所定の仰角方向で入射する位置に設置され、前記各車輪の踏面により反射された前記レーザ線条光を受信し、前記レーザ線条光が前記レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するレーザ光受信部と、
前記各車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向け設置され、前記レーザ光受信部によって前記レーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または前記踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面外側画像をそれぞれ撮影する踏面外側カメラと、
前記各車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向け設置され、前記レーザ光受信部によって前記レーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または前記踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の基準溝およびフランジ部を含む踏面内側画像をそれぞれ撮影する踏面内側カメラと、
前記各踏面外側カメラ及び前記各踏面内側カメラが撮影した前記車輪の照射部位の画像を画像処理して得られたプロフィール画像中の基準位置における絶対位置座標から前記左右の車輪間の距離を求めるバックゲージ計測部と、
を有することを特徴とする車輪形状計測装置。
【請求項２】
所定の仰角方向に向けて設置され、レール上を通過する車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向で中心検出信号を送信する中心検出信号送信部と、
前記車輪の踏面により反射された前記中心検出信号が前記所定の仰角方向で入射する位置に設置され、前記車輪の踏面により反射された前記中心検出信号を受信し、前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出する中心検出信号受信部と、
前記レール上を通過する左右の車輪の各外側から前記車輪の踏面に対して前記所定の仰角方向を向けそれぞれ設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、各車輪の踏面にレーザ線条光を送信する踏面外側レーザ光送信部と、
前記レール上を通過する左右の車輪の各内側から前記車輪の踏面に対して前記所定の仰角方向を向けそれぞれ設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、各車輪の基準溝およびフランジ部にレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、
前記車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向け設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面外側画像を撮影する踏面外側カメラと、
前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向け設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の基準溝およびフランジ部を含む踏面内側画像を撮影する踏面内側カメラと、
前記各踏面外側カメラ及び前記各踏面内側カメラが撮影した前記車輪の照射部位の画像を画像処理して得られたプロフィール画像中の基準位置における絶対位置座標から前記左右の車輪間の距離を求めるバックゲージ計測部と、
を有することを特徴とする車輪形状計測装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車輪形状計測装置において、
前記車輪の内側面に複数のレーザ線条光を送信する内側面レーザ光送信部と、
前記内側面レーザ光送信部により前記車輪の内側面に送信された複数のレーザ線条光を撮影する内側面カメラと、を有し、
前記画像処理部は、前記内側面カメラが撮影した複数のレーザ線条光の撮影画像に基づいて、前記車輪のアタック角を検出し、
前記バックゲージ計測部は、検出されたアタック角に基づいて、左右の車輪間の距離を補正演算することを特徴とする車輪形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レーザ変位計を用いることなく、車輪の車輪径やフランジ部幅、フランジ部角等の車輪形状に関する所定の計測項目と共にバックゲージを測定する車輪形状計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道列車などの車輪は、走行によって摩耗して列車の振動、ガタツキ等が発生する要因となる。このため、車輪の車輪径、フランジ部幅やフランジ部角等の車輪の形状を定期的に検査する必要がある。所定の計測項目を車輪に非接触で計測する装置として、例えば、レーザ光を使用した光切断法による車輪測定装置がある（特許文献１参照）。この装置は、車輪の基準溝側端面からフランジ部をカバーする範囲と、車輪の踏面側端面からフランジ部をカバーする範囲に２方向から別々にレーザ線条光を照射して車輪表面に車輪の断面輪郭形状を表示し、断面輪郭形状を前記レーザ線条光照射方向と同方向から別々のカメラで撮影し、撮影された夫々の撮影画像を３次元処理して両処理画像を合成し、合成画像と、寸法値が既知の車輪について前記方法で画像合成された基準画像とを重ね合わせ、両画像の差分から計測箇所の寸法を計測するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８０６１９号公報
【特許文献２】特開２００３−２４０５１６号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４２２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の特許文献１の車輪形状計測装置では、レーザ線条光の照射方向やカメラの撮影方向は、レール付近から車輪の径中心付近に向けて照射されていたものの、車輪の径中心を正確に検出して照射していたものではない。すなわち、おおよそ車輪の径中心に向けてレーザ線条光を照射していたため、計測すべき列車の車輪径がそもそも異なる場合や、車輪の踏面が摩耗等していた場合には、レーザ線条光が照射された踏面の画像が車輪の径中心から外れた分だけ歪みが生じ、光切断法における形状測定誤差の原因となる、という課題があった。
【０００５】
そこで、本出願人は、このような課題に鑑み、車輪の形状に関する所定の計測項目を、車輪に非接触で正確に計測することができる車輪形状計測装置、車輪形状計測方法、および車輪形状計測プログラムを提案した（特許文献３）。
【０００６】
この車輪形状計測においては、レーザ線条光をレールの内側および外側から車輪の径中心に向けて照射し、外側のレーザ線条光は外側のカメラで、内側のレーザ線条光は内側のカメラでそれぞれ撮影した後、撮影された２つの画像を合成する画像処理を施して車輪形状等を求めている。
【０００７】
一方、左右の車輪内面間の距離を示すバックゲージ（ＢＧ）を求める方法としては、従来、レーザ変位計を車輪内面側に配置し、レーザ変位計が配置された位置から車輪内面側までの距離をレーザにて測定することで、バックゲージを求めるものが知られている（特許文献２参照）。
【０００８】
しかし、従来におけるバックゲージ測定方法ではレーザ変位計を設置して測定する必要であり、多くの設備投資が必要であった。このため、レーザ変位計を不要とし、画像処理によってバックゲージを計測する装置の開発が望まれていた。
【０００９】
そこで、本発明の実施形態は、このような課題に鑑みてなされたもので、レーザ変位計を用いることなく、車輪の車輪径やフランジ部幅、フランジ部角等の、車輪の形状に関する所定の計測項目と共に画像処理によってバックゲージを計測することができる車輪形状計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の実施形態の第１の特徴は、レール上を通過する左右の車輪の外側から前記車輪の踏面に対し所定の仰角方向を向けそれぞれ設置され、前記各車輪の踏面にレーザ線条光を送信する踏面外側レーザ光送信部と、前記レール上を通過する左右の車輪の各内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けそれぞれ設置され、各車輪の基準溝およびフランジ部にレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、前記踏面外側レーザ光送信部または前記踏面内側レーザ光送信部から送信され前記車輪の踏面により反射された前記レーザ線条光が前記所定の仰角方向で入射する位置に設置され、前記各車輪の踏面により反射された前記レーザ線条光を受信し、前記レーザ線条光が前記レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するレーザ光受信部と、前記各車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向け設置され、前記レーザ光受信部によって前記レーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または前記踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面外側画像をそれぞれ撮影する踏面外側カメラと、前記各車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向け設置され、前記レーザ光受信部によって前記レーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または前記踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の基準溝およびフランジ部を含む踏面内側画像をそれぞれ撮影する踏面内側カメラと、前記各踏面外側カメラ及び前記各踏面内側カメラが撮影した前記車輪の照射部位の画像を画像処理して得られたプロフィール画像中の基準位置における絶対位置座標から前記左右の車輪間の距離を求めるバックゲージ計測部と、を有することである。
【００１１】
また、本発明も実施形態の第２の特徴は、所定の仰角方向に向けて設置され、レール上を通過する車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向で中心検出信号を送信する中心検出信号送信部と、前記車輪の踏面により反射された前記中心検出信号が前記所定の仰角方向で入射する位置に設置され、前記車輪の踏面により反射された前記中心検出信号を受信し、前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出する中心検出信号受信部と、前記レール上を通過する左右の車輪の各外側から前記車輪の踏面に対して前記所定の仰角方向を向けそれぞれ設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、各車輪の踏面にレーザ線条光を送信する踏面外側レーザ光送信部と、前記レール上を通過する左右の車輪の各内側から前記車輪の踏面に対して前記所定の仰角方向を向けそれぞれ設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、各車輪の基準溝およびフランジ部にレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、前記車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向け設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面外側画像を撮影する踏面外側カメラと、前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向け設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の基準溝およびフランジ部を含む踏面内側画像を撮影する踏面内側カメラと、前記各踏面外側カメラ及び前記各踏面内側カメラが撮影した前記車輪の照射部位の画像を画像処理して得られたプロフィール画像中の基準位置における絶対位置座標から前記左右の車輪間の距離を求めるバックゲージ計測部と、を有することである。
【００１２】
また、本発明の実施形態の第３の特徴は、第１、第２の特徴において、前記車輪の内側面に複数のレーザ線条光を送信する内側面レーザ光送信部と、前記内側面レーザ光送信部により前記車輪の内側面に送信された複数のレーザ線条光を撮影する内側面カメラと、を有し、前記画像処理部は、前記内側面カメラが撮影した複数のレーザ線条光の撮影画像に基づいて、前記車輪のアタック角を検出し、前記バックゲージ計測部は、検出されたアタック角に基づいて、左右の車輪間の距離を補正演算することである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１の車輪形状計測装置の全体を示す説明図である。
【図２】車輪の形状に関する所定の計測項目とその判定基準の一例を示す図である。
【図３】図２に示す車輪の形状に関する所定の計測項目の判定基準の一例を示す説明図である。
【図４】右車輪を上方から見た場合における実施形態１の車輪形状計測装置のカメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。
【図５】右車輪をその内側下方から見た場合における実施形態１の車輪形状計測装置のカメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。本発明に係る車輪形状計測装置カメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。
【図６】径の異なる２種類の車輪（大径、小径）と、仰角ηとの関係を示す説明図である。
【図７】実施形態１の車輪形状計測装置の動作例を示すフローチャートである。
【図８】（ａ）〜（ｄ）、それぞれ、実施形態１の車輪形状計測装置における各センサやカメラの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図９】実施形態１の車輪形状計測装置のレーザ光受信部における受信レベルの一例を示す説明図である。
【図１０】画像処理部による踏面外側画像と、踏面内側画像との合成画像の一例を示す説明図である。
【図１１】実施形態１の車輪形状計測部による合成画像に基づく計測処理の手順の一例を示す説明図である。
【図１２】バックゲージＢＧ測定の原理説明図である。
【図１３】実施形態２の車輪形状計測装置の構成例を示すブロック図である。
【図１４】右車輪を上方から見た場合における実施形態２の車輪形状計測装置カメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。
【図１５】右車輪をその内側下方から見た場合における実施形態２の車輪形状計測装置のカメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）、それぞれ、車輪が正常走行している場合と、アタック角がα度の場合と、横ズレしている場合を示す説明図である。
【図１７】アタック角が存在する場合における車輪上の位置関係を示す説明図である。
【図１８】アタック角が存在する場合のプロフィール画像の一例を示す説明図である。
【図１９】アタック角が存在しない理想形のバックゲージＢＧを示す説明図である。
【図２０】アタック角が存在する場合のバックゲージＢＧの補正を示す説明図である。
【図２１】アタック角が存在する場合のバックゲージＢＧ測定の説明図である。
【図２２】実施形態２の車輪形状計測装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、車輪形状計測装置の実施形態１〜３について説明する。
【００１５】
この車輪形状計測装置は、画像処理技術を用いて車輪形状を測定すると共に、画像処理で求められた左側車輪の基準点と右側車輪の基準点との絶対位置座標に基づいて２つの基準点間の距離を求めることによってバックゲージＢＧを計測する。
【００１６】
＜実施形態１＞
図１は、実施形態１の車輪形状計測装置１Ａの構成例を示すブロック図である。
【００１７】
図１において、この実施形態１の車輪形状計測装置１Ａは、列車の右左の車輪１０ａ，１０ｂ毎に、それぞれ、車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂ、車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂ、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂ、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂを有すると共に、画像処理部１８、車輪形状計測部１９、外部Ｉ／Ｆ部２０と、バックゲージ計測部２１等を有する。車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂ、車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂ、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂ、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、および踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは実空間上の絶対位置を把握している。
【００１８】
車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂおよび車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂは、それぞれ、列車の左右車輪１０ａ，１０ｂの両側に設けられ、車輪１０ａ，１０ｂの通過を検出する。
【００１９】
踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂは、レーザ光送信部および踏面外側レーザ光送信部として機能するもので、後述するように、それぞれ、列車の左右車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの外側から、車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの踏面１１０ａ，１１０ｂ（図２参照）と、フランジ部１２０ａ，１２０ｂ（図２参照）とに向かい、所定の仰角η方向で、光切断法による形状計測のためのスリットレーザ光としてレーザ線条光を送信する。ここで、実施形態１の踏面外側レーザ照射部１３ａ，１３ｂは、後述する実施形態２とは異なり、照射するレーザ線条光を、光切断法による形状計測のためのレーザ線条光として使用するだけでなく、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂ等に対し所定の仰角η方向で車輪の径中心を検出するための中心検出信号として送信する。なお、照射するレーザ線条光を中心検出信号として送信するレーザ光送信部としての機能を、踏面外側レーザ１３ａ，１３ｂではなく、踏面内側レーザ１６ａ，１６ｂに持たせるようにしても良い。
【００２０】
レーザ光受信部１４ａ，１４ｂは、中心検出信号受信部として機能するもので、それぞれ、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂが送信し車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの踏面１１０ａ，１１０ｂにより反射され、前記所定の仰角η方向から入射するレーザ線条光を受信する。
【００２１】
踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂは、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳ等の電子カメラであり、それぞれ、所定の仰角η方向で列車の車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの外側から車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂやフランジ部１２０ａ，１２０ｂ等を含む踏面外側画像を、車輪１０ａ，１０ｂの外側から撮影する。
【００２２】
踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂは、踏面内側レーザ光送信部として機能するもので、それぞれ、列車の左右車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの内側から、踏面１１０ａ，１１０ｂに向け、所定の仰角η方向に、光切断法による形状計測のためのスリットレーザ光としてレーザ線条光を送信する。
【００２３】
踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳ等の電子カメラであり、それぞれ、所定の仰角η方向で列車の車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの内側のフランジ部１２０ａ，１２０ｂや基準溝１３０ａ，１３０ｂ等を含む踏面内側画像を、車輪１０ａ，１０ｂの内側から撮影する。
【００２４】
画像処理部１８は、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂが撮影した踏面外側画像と、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが撮影した踏面内側画像とを画像処理および画像合成して、踏面１１０ａ，１１０ｂ、フランジ部１２０ａ，１２０ｂ、基準溝１３０ａ，１３０ｂ等を含む合成画像を生成する。
【００２５】
車輪形状計測部１９は、画像処理部１８が画像処理および合成して得た合成画像に基づいて、車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する、後述する所定の計測項目を計測する。
【００２６】
外部Ｉ／Ｆ部２０は、車輪形状計測部１９が計測した車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する、後述する所定の計測項目を、外部の監視装置等や、表示装置、印刷装置、データベース等の外部装置に出力し通信する。
【００２７】
バックゲージ計測部２１は、各踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び前記各踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが撮影した車輪の照射部位の画像を画像処理して得られた画像データから左右の車輪間の距離をバッグゲージＢＧとして求める。
【００２８】
図２は、車輪形状計測部１９が計測する列車の右車輪１０ａの踏面を含む下側部分を、列車正面（列車前方）から見た場合の正面図であり（左車輪１０ｂについても、右車輪１０ａと同様であるが、図示は省略する。）、図３は、車輪形状計測部１９が計測する計測項目とその判定基準の一例を示している。
【００２９】
まず、図２に示すように、右車輪１０ａでは、レールに接触する面を踏面１１０ａ、レールから外れないように踏面１１０ａより高くなっている部分をフランジ部１２０ａ、車輪１０ａ，１０ｂの内側面に形成された溝を基準溝１３０ａという。
【００３０】
そして、図３に示すように、車輪形状計測装置１Ａの車輪形状計測部１９による計測項目には、例えば、車輪１の車輪径（大車輪径）Ｄと、車輪径（小車輪径）Ｄと、バックゲージＢＧと、フランジ厚さＦと、フランジ部高さＨと、フランジ部角度θと、フランジ部先端寸法（直立摩耗限度）Ｓ等があり、それぞれ判定基準が予め決められている。
【００３１】
例えば、車輪１の車輪径Ｄが大車輪径であるときの判断基準は８６５〜７８０ｍｍ、車輪径Ｄが小車輪径であるときの判断基準は７６５〜６８０ｍｍである。また、フランジ厚さＦの判定基準は２２．５〜２８．５ｍｍ、フランジ部高さＨの判定基準は２５．０〜３５．０ｍｍ、フランジ部角度θの判定基準は２７．０度以上、フランジ部先端寸法（直立摩耗限度）Ｓの判定基準は７．０ｍｍ以下等と決められている。
【００３２】
図４は、右車輪１０ａを上方から見た場合における実施形態１の車輪形状計測装置１Ａのカメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。
【００３３】
なお、図４は、列車の右車輪１０ａを上方から見た場合の正面図である。なお、左車輪１０ｂについても同様に配置されている。
【００３４】
図４において、矢印３０は、列車の右車輪１０ａの進行方向を示している。
【００３５】
列車の右車輪１０ａの両側には、車輪通過センサ（投光部）１１ａと、車輪通過センサ（受光部）１２ａとが対向するように設けられている。
【００３６】
そして、車輪通過センサ（投光部）１１ａと、車輪通過センサ（受光部）１２ａの進行方向側には、踏面外側カメラ１５ａ、踏面内側カメラ１７ａ、踏面外側レーザ光照射部１３ａ、レーザ光受信部１４ａ、踏面内側レーザ光照射部１６ａが、図４に示すような位置および水平角度で設けられている。
【００３７】
図５は、右車輪１０ａをその内側下方から見た場合における実施形態１の車輪形状計測装置１Ａのカメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。なお、左車輪１０ｂについても同様に配置されている。
【００３８】
ここで、図５では、説明の便宜上、車輪通過センサ（投光部）１１ａと、車輪通過センサ（受光部）１２ａとは、省略しているが、本来は、存在している。
【００３９】
図５に示すように、実施形態１の車輪形状計測装置１Ａの踏面外側レーザ光照射部１３ａ、レーザ光受信部１４ａ、踏面外側カメラ１５ａ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ、踏面内側カメラ１７ａは、全て、右車輪１０ａの径中心１４０ａに向け、所定の仰角ηの方向で取り付けられている。
【００４０】
その際、レール上を列車が走行して来て、踏面外側レーザ光照射部１３ａから所定の仰角ηで照射されたレーザ線条光が、車輪１０ａの径中心に向いたときに、車輪の踏面１１０ａ等にて反射されたレーザ線条光が、レーザ光受信部１４ａに所定の仰角ηで入射するように，レーザ光受信部１４ａの角度および位置を設定して設置する。
【００４１】
図６は、径の異なる２種類の車輪（大径、小径）と、仰角ηとの関係を示す説明図である。
【００４２】
図６において、レーザ光照射部またはカメラの位置を（ｘ，ｚ）とおき、車輪（小径）の径中心座標を、（φ／（２ｔａｎη），φ／２）とおくと、
ｘ（＝Ｌ＝（φ／（２ｔａｎη））―φｃｏｓη／２）・・・（１）
ｚ（＝Ｌｔａｎη＝（φ／２）―φｓｉｎη／２）・・・（２）
となる。仰角ηが小さい程、２種類の車輪（大径、小径）のレーザ位置が離れることがわかる。
【００４３】
ここで、車輪（大径）の直径を８６２ｍｍ、車輪（小径）の直径を７６２ｍｍ、仰角ηを３０度とした場合、２種類の車輪（大径、小径）は、それぞれ、ｘ軸方向に４３．３ｍｍ、２５ｍｍずれることになる。また、車輪（大径）の直径を８６２ｍｍ、車輪（小径）の直径を７６２ｍｍ、仰角ηを６０度とした場合、２種類の車輪（大径、小径）は、それぞれ、ｘ軸方向に３．９ｍｍ、６．７ｍｍずれることになる。
【００４４】
このように、仰角ηが６０度では、仰角ηが３０度の場合と比べ、被写体深度が浅く、ボケが少ない。ボケが少ないほど画像処理における精度が向上するが、仰角ηをさらに増やしていくとレールが邪魔になり、車輪の踏面が見えにくくなる。
【００４５】
そのため、本実施形態１では、仰角ηはこれらを考慮した値としている。
【００４６】
次に、実施形態１の車輪形状計測装置１Ａの動作について、フローチャートおよびタイミングチャートを参照して説明する。
【００４７】
図７は、実施形態１の車輪形状計測装置１Ａの動作例を示すフローチャートである。
【００４８】
図８（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、実施形態１の車輪形状計測装置１Ａにおける各センサやカメラの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【００４９】
まず、図８（ａ）に示すように、車輪１０ａ，１０ｂがそれぞれ車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂおよび車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂの間に入ると、車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂおよび車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂはオンし、車輪１０ａ，１０ｂが車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂおよび車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂの間を過ぎると、車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂおよび車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂはオフする（ステップＳ１）。
【００５０】
なお、図８（ａ）では、車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂおよび車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂのオン・オフ周期を、Ｔｗとしている。
【００５１】
車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂおよび車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂがオンになると、車輪検出信号を、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂに出力する。
【００５２】
また、車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂおよび車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂがオンになると、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂは、図８（ｂ）に示すように、車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂおよび車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂのオンの間、レーザ線条光を、各レーザ線条光が作成する面が同一面になるように、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂに対し、所定の仰角ηで照射する（ステップＳ２）。
【００５３】
レーザ光受信部１４ａ，１４ｂは、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂから反射される踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂからのレーザ光を受信すると（ステップＳ３）、中心検出信号受信部として機能して、そのレーザ光の受信レベルが、図９に示すように、所定のスレショルドレベルＲｓ以上に上がり、図８（ｃ）に示すように、その後スレショルドレベルＲｓ以下に下がるまでの時間が所定のスレショルド時間Ｔｒ以上あるか否か、すなわちピーク点を過ぎるか否かを判断する（ステップＳ４）。
【００５４】
そして、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂは、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂから反射される、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂからのレーザ光が、所定のスレショルドレベルＲｓ以上に上がり、その後スレショルドレベルＲｓ以下に下がるまでの時間が所定のスレショルド時間Ｔｒ以上になると（ステップＳ４“ＹＥＳ”）、レーザ光の受信レベルがピーク点を過ぎ、中心検出信号としても機能させているレーザ光の照射方向線上に、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂが来たものと判断して、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、および踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂに対し動作開始信号を出力する（ステップＳ５）。
【００５５】
つまり、図５等に示すように、中心検出信号送信部としての踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂ、および中心検出信号受信部としてのレーザ光受信部１４ａ，１４ｂの双方は、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに向けて仰角ηにて設置されているので、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂにレベルＲｓを超える反射光が所定のスレショルド時間Ｔｒ以上受信されたということは、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂ等の仰角ηの延長線上に車輪１０ａ，１０ｂの径中心が位置して、入射光の仰角ηと同角度で反射光が反射され、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂからのレーザ光が車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに中心に向けて照射されたということになる。
【００５６】
すると、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂからのレーザ線条光だけでなく、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂからのレーザ線条光も、各レーザ線条光が作成する面と同一面になるように、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに向けて照射され、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂやフランジ部１２０ａ，１２０ｂ等にて反射される。
【００５７】
そして、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、その動作開始信号の入力によりシャッタを下ろし、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに向かって所定の仰角ηにて、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂやフランジ部１２０ａ，１２０ｂ等およびそれらに映るレーザ線条光を所定の露光時間Ｔｓだけ撮影する（ステップＳ６）。
【００５８】
つまり、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂからの動作開始信号に基づき、図８（ｄ）に示すように、所定の時間Ｔｓだけ露光し，レーザ線条光が照射されている、それぞれの撮影部位を撮影する。
【００５９】
そして、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、所定の露光（撮影）時間Ｔｓの間、連続撮影した画像を、画像処理部１８へ出力する。
【００６０】
なお、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂが撮影する画像は、後述する図１０に示すように、少なくとも車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂ、フランジ部１２０ａ，１２０ｂ等を含む踏面外側画像であるのに対し、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが撮影する画像は、少なくとも車輪１０ａ，１０ｂの基準溝１３０ａ，１３０ｂやフランジ部１２０ａ，１２０ｂの内側面側等を含む踏面内側画像である。ただし、これは、あくまで一例であり、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂだけでも、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂだけでも良いし、これらのカメラが撮影する撮影部位も任意である。
【００６１】
画像処理部１８では、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂからの所定の露光（撮影）時間Ｔｓの間、連続撮影された踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂからの踏面外側画像と、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂからの踏面内側画像とを入力すると、図１０に示すように、入力した踏面外側画像と踏面内側画像とについて所定の画像処理、例えば、レーザ線条光の照射部位のみ画像をトリミング処理等し、その後合成して、少なくとも車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂからフランジ部１２０ａ，１２０ｂ、基準溝１３０ａ，１３０ｂ等が写った合成画像を生成する（ステップＳ７）。
【００６２】
すなわち、画像処理部１８では、踏面外側カメラ１５ａおよび踏面内側カメラ１７ａが撮影した踏面外側画像１５ａ１（図１０（ａ））と、踏面内側画像１７ａ１（図１０（ｂ））とを入力して合成し、合成画像１５０を生成する（図１０（ｃ））。なお、図１０は、一例として右車輪１０ａについての画像合成を示しているが、左車輪１０ｂについても同様である。
【００６３】
そして、車輪形状計測部１９は、画像処理部１８によって合成された合成画像を参照して、図１１に示すように、車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する所定の各計測項目（図３参照）について計測を行い（ステップＳ８）、必要あれば、外部Ｉ／Ｆ部２０を介して、車輪形状計測部１９が計測した車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する所定の計測項目を、外部の監視装置等や、表示装置、印刷装置、データベース等の外部装置に出力する。
【００６４】
図１１は、車輪形状計測部１９による合成画像に基づく計測処理の手順の一例を示す説明図である。
【００６５】
なお、図１１は、例えば、右車輪１０ａの合成画像を示しており、左車輪１０ｂの合成画像についても同様に所定の各計測項目について計測が行われる。所定の各計測項目については、図３に示す所定の各計測項目と同じである。
【００６６】
図１１において、右車輪１０ａのフランジ部１２０ａの頂点をＰ１、頂点Ｐ１から基準溝１３０ａまでの距離をＣとする。また、基準溝１３０ａ側の内側面からＢ（６２ｍｍ）だけ外側へ移動した、車輪プロフィール（形状）ラインの踏面１１０ａとの交点をＰ３とする。そして、Ｐ３から車輪１０ａ，１０ｂ内側に向け直線を引いたときの車輪プロフィール（形状）ラインとの交点をＰ２とする。
【００６７】
すると、Ｐ１とＰ２との高低差が、フランジ部高さＨ（図２、図３参照）となる。
【００６８】
また、Ｐ３（踏面）から１３ｍｍ下げた点をＰ４とし、Ｐ４とＰ２との図上水平方向の差がフランジ厚さＦ（図２、図３参照）となる。
【００６９】
また、Ｐ４における接線と、基準溝１３０ａが形成された内側面との延長線との角度を、フランジ部角θ（図２、図３参照）として求める。
【００７０】
ここで、フランジ部１２０ａの曲面がＰ４を通る接線から離れる点を、Ｐ５とする。フランジ部１２０ａの頂点Ｐ１と、Ｐ５との差が、フランジ部先端寸法（直立摩耗度限度）Ｓ（図２、図３参照）となる。
【００７１】
また、車輪形状計測部１９は、車輪１０ａの径中心１４０ａから基準溝１３０ａまでの距離である基準溝径と、（Ｃ−Ｈ）とを加算して車輪径Ｄ（図２、図３参照）を求め、さらに、車輪１０ａの内側面のプロフィールより、バックゲージＢＧ（図２、図３参照）等を求める。以下にバックゲージＢＧの測定について説明する。
【００７２】
≪バックゲージ測定処理（アタック角が無い場合）≫
バックゲージＢＧの測定では、左右のレーザは、同一平面に設置し、左右同一タイミングでレーザが照射されることが肝要である。得られた車輪形状のプロフィール画像から左右車輪の所定部位における絶対位置座標を求め、左右車輪の所定部位における絶対位置座標間の距離をバックゲージＢＧとして以下のようにして計測される。
【００７３】
すなわち、図１２に示すように、左右の車輪のレーザ平面上のプロフィール画像上の右左の基準溝１３０ａ，１３０ｂのエッジ部分（点ＰＰ１と点ＰＰ２）の絶対座標を求め、点ＰＰ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と、点ＰＰ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）との間の距離をバックゲージＢＧとすると、以下の式（３）で求められる。
【００７４】
ＢＧ＝√〔（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２＋（ｚ１−ｚ２）２〕・・・（３）
（３）式において、アタック角が無い場合には、ｘ１＝ｘ２，ｚ１＝ｚ２であるから、ＢＧ＝｜ｙ１−ｙ２｜で求めることができる。
【００７５】
このように、実施形態１では、レーザ変位計を用いることなく、車輪の車輪径やフランジ部幅、フランジ部角等の、車輪の形状に関する所定の計測項目と共に画像処理によってバックゲージＢＧを計測することができる。
【００７６】
なお、実施形態１では、図１に示すように、光切断法によるレーザ線条光（スリットレーザ光）を照射するレーザ光照射部として、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂと、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂとを設け、また、レーザ線条光（スリットレーザ光）が照射された部位を撮影するカメラとして、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂと、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂとを設けて説明したが、車輪１０ａ，１０ｂの踏面の外側だけ、あるいは踏面の内側のみ撮影するのであれば、それに応じて、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂと踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂのいずれか一方と、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂと、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂとのいずれか一方を設けるようにしても勿論よい。なお、この場合、すなわち車輪１０ａ，１０ｂの踏面の外側だけ、あるいは踏面の内側のみ撮影する場合には、画像処理部１８では、踏面外側画像と、踏面内側画像の合成は不要になる。このことは、後述する実施形態２，３でも同様である。
【００７７】
＜実施形態２（アタック角ψがある場合）＞
次に、実施形態２の車輪形状計測装置１Ｂについて説明する。
【００７８】
実施形態２の車輪形状計測装置１Ｂは、図１に示す実施形態１の車輪形状計測装置１Ａに対し、車輪のアタック角および車輪の横ズレを検出して、車輪の踏面、フランジ部および基準溝を少なくとも含む車輪の合成画像を修正するとともに、検出されたアタック角に基づいてバックゲージＢＧを求めるようにしたものである。なお、アタック角とは、経年劣化等に起因して車輪が垂直方法に対して傾斜して走行する場合があり、この垂直方向に対して傾斜している角度を称する。
【００７９】
図１３は、実施形態２の車輪形状計測装置１Ｂの構成例を示すブロック図である。なお、左車輪１０ｂ側のセンサやカメラの構成は、右車輪１０ａ側のものと同様である。
【００８０】
図１３において、実施形態２の車輪形状計測装置１Ｂは、図１に示す実施形態１の車輪形状計測装置１Ａの構成要素に対し、さらに、内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂと、内側面カメラ３２ａ，３２ｂとを追加して設けると共に、画像処理部１８に合成画像の修正機能を追加したものである。
【００８１】
内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂは、それぞれ、車輪１０ａ，１０ｂの内側面に複数のレーザ線条光を照射する。
【００８２】
内側面カメラ３２ａ，３２ｂは、内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂにより車輪１０ａ，１０ｂの内側面に照射された複数のレーザ線条光を撮影して、撮影画像を画像処理部１８に出力する。
【００８３】
実施形態２の画像処理部１８は、実施形態１の画像処理部１８と同様にして車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂと、フランジ部１２０ａ，１２０ｂおよび基準溝１３０ａ，１３０ｂとを少なくとも含む車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１５０（図１０（ｃ）参照）を生成すると共に、内側面カメラ３２ａ，３２ｂが撮影した複数のレーザ線条光の撮影画像に基づいて、車輪１０ａ，１０ｂのアタック角および車輪１０ａ，１０ｂの横ズレの双方を検出して、検出した車輪１０ａ，１０ｂのアタック角および車輪１０ａ，１０ｂの横ズレの双方に基づいて、生成した車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１５０を修正する。
【００８４】
図１４は、列車の右車輪１０ａを上方から見た場合における実施形態２の車輪形状計測装置１Ｂにおけるカメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。
【００８５】
また、図１５は、右車輪１０ａをその内側下方から見た場合における実施形態２の車輪形状計測装置１Ｂのカメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。なお、左車輪１０ｂについても同様に配置されている。また、図１４では、図１３にて示している車輪通過センサ（投光部）１１ａと車輪通過センサ（受光部）１２ａは省略している。
【００８６】
図１４において、矢印３０は、列車の右車輪１０ａの進行方向を示している。
【００８７】
列車の右車輪１０ａの両側には、図４に示す実施形態１と同様の位置および水平角度で、車輪通過センサ（投光部）１１ａ、車輪通過センサ（受光部）１２ａ、車輪通過センサ（投光部）１１ａ、踏面外側カメラ１５ａ、踏面内側カメラ１７ａ、踏面外側レーザ光照射部１３ａ、レーザ光受信部１４ａ、および踏面内側レーザ光照射部１６ａが設けられている。
【００８８】
そして、本実施形態２では、さらに、内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂと、内側面カメラ３２ａ，３２ｂとが、図１４および図１５に示すように、車輪１０ａ，１０ｂの内側面に向けて設けられている。
【００８９】
特に、内側面カメラ３２ａ．３２ｂは、図１４に示すように、車輪１０ａ，１０ｂの進行方向である矢印３０の方向、すなわちレールに対し垂直方向に向けて設けられ、内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂによって車輪１０ａ，１０ｂの内側面に照射されたレーザ線条光を撮影するように設けられている。
【００９０】
次に実施形態２の車輪形状計測装置１Ｂの動作を説明する。なお、ここでは、実施形態２特有の内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂおよび内側面カメラ３２ａ．３２ｂの動作についてのみ説明する。
【００９１】
内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂは、レーザ光受信部１４ａからの動作開始信号に基づき、車輪１０ａ，１０ｂの下部に対し、図１４に示すように、地面に対し平行に３本のレーザ線条光、すなわちレーザ線条光３１ａｘ、レーザ線条光３１ａｙ、レーザ線条光３１ａｚを照射する。
【００９２】
そして、内側面カメラ３２ａ．３２ｂは、中央の１本のレーザ線条光３１ａｙが車輪１０ａ，１０ｂの径中心を通過するとき、車輪１０ａ，１０ｂに照射されているレーザ線条光３１ａｘ、レーザ線条光３１ａｙ、レーザ線条光３１ａｚの照射部位を撮影し、画像処理部１４がその撮影画像を画像処理して解析する。
【００９３】
図１６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、車輪１０ａ，１０ｂが正常走行している場合と、アタック角がψ度の場合と、横ズレしている場合を示している。
【００９４】
つまり、図１６（ａ）に示すように、車輪１０ａ，１０ｂがレール２６ａ，２６ｂに対し平行で、かつ、横ズレも発生していないときは、アタック角ψが０度であり、横ズレ量も０であるので、内側面カメラ３２ａ．３２ｂには、レーザ線条光３１ａｘ、レーザ線条光３１ａｚは、レーザ線条光３１ａｙに対し左右対照に写る。この場合、実施形態２の画像処理部１８は、車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１５０を生成しても、修正はしない。
【００９５】
図１６（ｂ）は、車輪１０ａ，１０ｂがレール２６ａ，２６ｂに対し平行でない場合、すなわちレール２６ａ，２６ｂに対し車輪１０ａ，１０ｂが傾き、アタック角ψを生じている場合を示している。この場合は、レーザ線条光３１ａｘ、レーザ線条光３１ａｚは、レーザ線条光３１ａｙは、その分歪んで写る。
【００９６】
アタック角ψと、レーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙの歪みとは相関関係があり、アタック角ψが大きければレーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙの歪みも大きくなるので、実施形態２の画像処理部１８は、内側面カメラ３２ａ，３２ｂが撮影した複数のレーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙの撮影画像に基づいて、車輪１０ａ，１０ｂのアタック角ψを検出する。そして、アタック角ψだけ歪んだ合成画像１５０をキャリブレーションしてアタック角ψが０の状態で形状を求める。
【００９７】
この場合には、実施形態２の画像処理部１８では、内側面カメラ３２ａ，３２ｂが撮影した複数のレーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙの撮影画像に基づいて、車輪１０ａ，１０ｂのアタック角ψおよび横ズレ量Ｊを求め、検出した車輪１０ａ，１０ｂのアタック角ψおよび横ズレ量Ｊに基づいて、生成した車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１５０のアタック角ψおよび横ズレ量Ｊが０になるように修正する。
【００９８】
従って、実施形態２の車輪形状計測装置１Ｂによれば、実施形態１の車輪形状計測装置１Ａと同様に、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂの仰角ηの延長線上に車輪１０ａ，１０ｂの径中心が位置して、入射光の仰角ηと同角度で反射光が反射されたときにシャッタを下ろし、撮影するようにしたので、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、車輪１０ａ，１０ｂの径中心に向って、踏面１１０ａ，１１０ｂを撮影することができ、車輪１０ａ，１０ｂの径中心を外して撮影することによる、レーザが踏面に当たる画像は中心を外した分だけ歪が生じることがなくなり、光切断法における形状計測誤差の原因も生じなくなり、車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する所定の計測項目を、車輪に非接触で正確に計測することができる。
【００９９】
また、特に、本実施形態２の車輪形状計測装置１Ｂでは、実施形態１の車輪形状計測装置１Ａの構成要素に対し、さらに、内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂと、内側面カメラ３２ａ．３２ｂとを設け、車輪１０ａ，１０ｂのアタック角ψおよび横ズレ量Ｊを求め、検出した車輪１０ａ，１０ｂのアタック角ψおよび横ズレ量Ｊに基づいて、生成した車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１５０のアタック角ψおよび横ズレ量Ｊが０になるようキャリブレーションするので、アタック角ψおよび横ズレ量Ｊによる車輪１０ａ，１０ｂのブレの影響も排除することができ、より正確に踏面の形状を計測することができる。
【０１００】
≪アタック角ψがある場合のバックゲージ測定処理≫
図１９に示すようなアタック角のない理想形では、前述したように、左右の基準点間の距離をバックゲージＢＧとして求めることができる。図１９の例では、バックゲージＢＧを１３６２ｍｍとしている。ところが、図２０（ａ）に示すように、左右の車輪が傾斜してアタック角が存在すると、正確なバックゲージＢＧを求めることはできない。そこで、以下のような算出法で、バックゲージＢＧが補正される。
【０１０１】
車輪１０ａ，１０ｂがレール２６ａ，２６ｂに対し平行でない場合、すなわちレール２６ａ，２６ｂに対し車輪１０ａ，１０ｂが傾き、アタック角ψを生じている場合、Ｘ−Ｙ平面上の車輪位置座標は、（Ｒｃｏｓψ，Ｒｓｉｎψ，０）で表され、この点のレーザ平面（ＬＰ）上の座標は、レーザ仰角をηとすると、（Ｒｃｏｓψ，Ｒｓｉｎψ，Ｒｃｏｓψ・ｔａｎη）で表される。この場合に、得られるプロフィール画像（１次プロフィール画像）は、図１８に示すように、傾斜角Ｑを持っている。
【０１０２】
アタック角ψと傾斜角Ｑとの関係は、以下の（４）式で求めることができる。
【０１０３】
ｔａｎＱ＝ｓｉｎψ／√（ｃｏｓ２ψ（１＋ｔａｎ２η））
Ｑ＝Ｔａｎ−１・ｔａｎψ／√（１＋ｔａｎ２η）
＝Ｔａｎ−１（ｔａｎψ・ｃｏｓη）・・・（４）
ψ＝３°、η＝４０°のとき、
Ｑ＝Ｔａｎ−１（ｔａｎ３°・ｃｏｓ４０°）
＝２．３°
また、ψの式で表すと、
ｔａｎＱ＝ｔａｎψ・ｃｏｓη
ｔａｎψ＝ｔａｎＱ／ｃｏｓη
ψ＝Ｔａｎ−１（ｔａｎＱ／ｃｏｓη）・・・（５）
となる。
【０１０４】
すなわち、図２０（ｂ）に示すように、ＢＧ測定値ｘ（＝｜ｙ１−ｙ２｜）とＢＧ真値との間には、
ＢＧ真値＝ＢＧ測定値／ｃｏｓψ・・・（６）
の関係式がある。
【０１０５】
図２１に示すように、アタック角が存在する場合には、（５）式、（６）式より、
ＢＧ真値＝ｘ／ｃｏｓψ
＝ｘ／ｃｏｓ｛（Ｔａｎ−１（ｔａｎＱ／ｃｏｓη））・・・（７）
となる。したがって、アタック角ψ＝３°の場合には、プロフィール画像上から求められるＢＧ測定値ｘは１３６０．１３３ｍｍと計算されるが、（７）式からＢＧ真値＝１３６２ｍｍとして求めることができる。
【０１０６】
このように、実施形態２では、アタック角が存在する場合にあっても、画像処理により求めたプロフィール画像の傾斜角ＱとＢＧ測定値とから容易にバックゲージＢＧを求めることができる。
【０１０７】
＜実施形態３（中心検出信号送信部、受信部を設ける例）＞
次に、本発明に係る実施形態３の車輪形状計測装置１Ｃについて説明する。
【０１０８】
実施形態１、２の車輪形状計測装置１Ａ、１Ｂでは、図１や図１３に示すように、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂに、中心検出信号送信部としての機能を併設したが、図２１に示すように、独立して、中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂを設け、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂの代わりに中心検出信号受信部４２ａ，４２ｂを設けるようにしても勿論よい。したがって、実施形態３の踏面外側レーザ光照射部４３ａ，４３ｂは、中心検出信号の送信機能を有してなく、光切断法による形状計測のためのレーザ光としてのみレーザ線条光を送信する。
【０１０９】
図２２は、本発明に係る実施形態３の車輪形状計測装置１Ｃの構成例を示すブロック図である。なお、図２２は、図１３と同様、左車輪１０ｂ側のセンサやカメラの構成は、右車輪１０ａ側のものと同様であり、その説明は省略する。
【０１１０】
この実施形態３の車輪形状計測装置１Ｃは、図２２に示すように、列車の右左の車輪１０ａ，１０ｂ毎に、それぞれ、車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂ、車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂ、踏面外側レーザ光照射部４３ａ，４３ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂ、中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂ、中心検出信号受信部４２ａ，４２ｂを有すると共に、画像処理部１８、車輪形状計測部１９、外部Ｉ／Ｆ部２０、バックゲージ計測部２１等を有する。
【０１１１】
中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂは、実施形態１〜３の踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂと同様に、中心検出信号としてレーザ光を送信しても良いし、あるいは車輪１０ａ，１０ｂの径中心を検出できれば良いので、中心検出信号としてミリ波等を送信するようにしても良い。
【０１１２】
中心検出信号受信部４２ａ，４２ｂは、中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂが中心検出信号としてレーザ光を送信する場合には、車輪１０ａ，１０ｂにより反射されるそのレーザ光を受信し、中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂが中心検出信号としてミリ波等を送信する場合には、車輪１０ａ，１０ｂにより反射されるそのミリ波等を受信して、その受信レベルによりカメラ等を動作させることになる。なお、図１に示す実施形態１の車輪形状計測装置１Ａの構成要素と同じ構成要素には、同一符号を付しているので、説明を省略する。
【０１１３】
次に、実施形態３の車輪形状計測装置１Ｃの動作を説明する。
【０１１４】
まず、実施形態３の車輪形状計測装置１Ｃでは、車輪通過センサ（投光部）１１ａ，１１ｂおよび車輪通過センサ（受光部）１２ａ，１２ｂがオンになると、実施形態３の中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂは、実施形態１〜３の踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂと同様に、レーザ線条光またはミリ波等の中心検出信号を、各レーザ線条光が作成する面が同一面になるように、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂに対し、所定の仰角ηで照射する。
【０１１５】
実施形態３の中心検出信号受信部４２ａ，４２ｂは、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂから反射される中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂからのレーザ線条光またはミリ波等の中心検出信号を受信して、実施形態１〜３のレーザ光受信部１４ａ，１４ｂと同様に、そのレーザ線条光またはミリ波の受信レベルが、所定のスレショルドレベルＲｓ以上に上がり、その後スレショルドレベルＲｓ以下に下がるまでの時間が所定のスレショルド時間Ｔｒ以上あるか否か、すなわちレーザ線条光またはミリ波等の中心検出信号の照射方向線上に、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂが来たものと判断して、踏面外側レーザ光照射部４３ａ，４３ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、および踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂに対し動作開始信号を出力する。
【０１１６】
すると、踏面外側レーザ光照射部４３ａ，４３ｂは、列車の左右車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの外側から、車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの踏面１１０ａ，１１０ｂと、フランジ部１２０ａ，１２０ｂとに向かい、所定の仰角η方向で、光切断法による形状計測のためのスリットレーザ光としてレーザ線条光を送信する。
【０１１７】
なお、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、および踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂ、画像処理部１８、車輪形状計測部１９、外部Ｉ／Ｆ部２０等は、実施形態１の車輪形状計測装置１Ａのものと同様に動作する。
【０１１８】
従って、実施形態３の車輪形状計測装置１Ｃによっても、上記実施形態１、２の車輪形状計測装置１Ａ、１Ｂと同様の効果が得られる。
【０１１９】
なお、車輪形状計測部１９の処理、バックゲージ計測部２１の処理は、実施形態１，２と同様であるので、その説明は省略する。
【０１２０】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２１】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…車輪形状計測装置
１０ａ，１０ｂ…車輪
１１ａ，１１ｂ…車輪通過センサ（投光部）
１２ａ，１２ｂ…車輪通過センサ（受光部）
１３ａ，１３ｂ…踏面外側レーザ光照射部（中心検出信号送信部）
１４ａ，１４ｂ…レーザ光受信部（中心検出信号受信部）
１５ａ，１５ｂ…踏面外側カメラ（撮影部）
１６ａ，１６ｂ…踏面内側レーザ光照射部
１７ａ，１７ｂ…踏面内側カメラ（撮影部）
１８…画像処理部
１９…車輪形状計測部
２０…外部Ｉ／Ｆ部
２１…バックゲージ計測部
２６ａ，２６ｂ…レール
３１ａ，３１ｂ…内側面レーザ光照射部
３２ａ，３２ｂ…内側面カメラ（撮影部）
４１ａ，４１ｂ…中心検出信号送信部
４２ａ，４２ｂ…中心検出信号受信部
４３ａ，４３ｂ…踏面外側レーザ光照射部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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