(57)【要約】【課題】車輪の踏面形状を連続的に測定することができ、車輪の踏面の状態変化を正確に把握することができるようにする。【解決手段】車両１１のばね上部に設定されたセンサ取付部１２ｃに取り付けられ、前記車両１１の車輪１５の踏面形状を非接触で測定する光学式車輪踏面形状測定器と、該光学式車輪踏面形状測定器が測定した踏面形状に対して、前記センサ取付部１２ｃと前記車輪１５の踏面１５ａとの相対的変位の補正を行う測定結果処理装置とを備え、走行中の前記車両１１の車輪１５の踏面形状を連続的に測定可能である。【選択図】図２
2019219285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のばね上部に設定されたセンサ取付部に取り付けられ、前記車両の車輪の踏面形状を非接触で測定する光学式車輪踏面形状測定器と、
該光学式車輪踏面形状測定器が測定した踏面形状に対して、前記センサ取付部と前記車輪の踏面との相対的変位の補正を行う測定結果処理装置とを備え、
走行中の前記車両の車輪の踏面形状を連続的に測定可能であることを特徴とする車輪踏面形状連続測定装置。
【請求項２】
前記車輪の角位置を検出する車輪角位置センサを更に備え、
前記測定結果処理装置は、前記車輪の角位置と光学式車輪踏面形状測定器が測定した踏面形状との紐付けを行う請求項１に記載の車輪踏面形状連続測定装置。
【請求項３】
前記車両の現在位置を検出する現在位置測定器を更に備え、
前記測定結果処理装置は、前記車両の現在位置と光学式車輪踏面形状測定器が測定した踏面形状との紐付けを行う請求項１又は２に記載の車輪踏面形状連続測定装置。
【請求項４】
前記測定結果処理装置は、前記光学式車輪踏面形状測定器が測定した踏面形状から前記踏面の特徴点を追跡して前記センサ取付部と前記車輪の踏面との相対的変位を算出し、該相対的変位を差し引くことによって、前記補正を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の車輪踏面形状連続測定装置。
【請求項５】
前記補正は、大域的な剛体変位の除去と、前記踏面の幅方向リファインメントとを含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の車輪踏面形状連続測定装置。
【請求項６】
前記測定結果処理装置は、前記補正を行った後の踏面形状を基準踏面形状と比較して、前記踏面の摩耗量を取得する請求項１〜５のいずれか１項に記載の車輪踏面形状連続測定装置。
【請求項７】
車両のばね上部に設定されたセンサ取付部に取り付けられた光学式車輪踏面形状測定器によって前記車両の車輪の踏面形状を非接触で測定する工程と、
前記光学式車輪踏面形状測定器が測定した踏面形状に対して、前記センサ取付部と前記車輪の踏面との相対的変位の補正を行う工程とを含み、
走行中の前記車両の車輪の踏面形状を連続的に測定可能であることを特徴とする車輪踏面形状連続測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車輪踏面形状連続測定装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道用車両の車輪は走行によって摩耗するが、車輪が摩耗すると車両の走行安定性の低下による乗り心地の悪化や分岐器での異線進入などの車両の走行安全性の低下につながるので、それらを予防するために、図１に示されるように、接触式の踏面形状測定器を使用して、車輪の踏面形状を人手によって測定している。
【０００３】
図１は従来の踏面形状測定器を使用して車輪の踏面形状を測定する様子を示す写真である。
【０００４】
しかし、図１に示されるような踏面形状測定器では、１回の測定で車輪上のある限られた箇所での１つの踏面形状が得られるのみである。
【０００５】
そこで、車輪各部の摩耗量を求めるために、線路の所定箇所に距離センサ、撮影装置等を配設し、当該箇所に進入する鉄道用車両の車輪の踏面を撮影して車輪形状プロフィール、すなわち、車輪踏面形状を取得する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１８９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の技術では、例えば、車庫、ピット等に敷設された線路のような限定された箇所に距離センサ、撮影装置等を配設して、車庫、ピット等に出入りする鉄道用車両の車輪踏面形状を取得することは可能であっても、営業路線を走行中の車両の車輪踏面形状を連続的に測定することはできなかった。
【０００８】
ここでは、前記従来の技術の問題点を解決して、車輪の踏面形状を連続的に測定することができ、車輪の踏面の状態変化を正確に把握することができる車輪踏面形状連続測定装置及び方法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】
【０００９】
そのために、車輪踏面形状連続測定装置においては、車両のばね上部に設定されたセンサ取付部に取り付けられ、前記車両の車輪の踏面形状を非接触で測定する光学式車輪踏面形状測定器と、該光学式車輪踏面形状測定器が測定した踏面形状に対して、前記センサ取付部と前記車輪の踏面との相対的変位の補正を行う測定結果処理装置とを備え、走行中の前記車両の車輪の踏面形状を連続的に測定可能である。
【００１０】
他の車輪踏面形状連続測定装置においては、さらに、前記車輪の角位置を検出する車輪角位置センサを更に備え、前記測定結果処理装置は、前記車輪の角位置と光学式車輪踏面形状測定器が測定した踏面形状との紐付けを行う。
【００１１】
更に他の車輪踏面形状連続測定装置においては、さらに、前記車両の現在位置を検出する現在位置測定器を更に備え、前記測定結果処理装置は、前記車両の現在位置と光学式車輪踏面形状測定器が測定した踏面形状との紐付けを行う。
【００１２】
更に他の車輪踏面形状連続測定装置においては、さらに、前記測定結果処理装置は、前記光学式車輪踏面形状測定器が測定した踏面形状から前記踏面の特徴点を追跡して前記センサ取付部と前記車輪の踏面との相対的変位を算出し、該相対的変位を差し引くことによって、前記補正を行う。
【００１３】
更に他の車輪踏面形状連続測定装置においては、さらに、前記補正は、大域的な剛体変位の除去と、前記踏面の幅方向リファインメントとを含む。
【００１４】
更に他の車輪踏面形状連続測定装置においては、さらに、前記測定結果処理装置は、前記補正を行った後の踏面形状を基準踏面形状と比較して、前記踏面の摩耗量を取得する。
【００１５】
車輪踏面形状連続測定方法においては、車両のばね上部に設定されたセンサ取付部に取り付けられた光学式車輪踏面形状測定器によって前記車両の車輪の踏面形状を非接触で測定する工程と、前記光学式車輪踏面形状測定器が測定した踏面形状に対して、前記センサ取付部と前記車輪の踏面との相対的変位の補正を行う工程とを含み、走行中の前記車両の車輪の踏面形状を連続的に測定可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本開示によれば、車輪の踏面形状を連続的に測定することができ、車輪の踏面の状態変化を正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の踏面形状測定器を使用して車輪の踏面形状を測定する様子を示す写真である。
【図２】本実施の形態における車輪踏面形状連続測定装置が搭載された車両の一部を示す模式図である。
【図３】本実施の形態における車輪踏面形状連続測定装置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】本実施の形態における座標系と車輪踏面形状との関係を示す図である。
【図５】本実施の形態における大域的な剛体変位を除去した車輪踏面形状と基準踏面形状との差を示す図である。
【図６】本実施の形態における車輪踏面の幅方向のリファインメントを示す図である。
【図７】本実施の形態における光学式変位センサが車両に搭載された状態を示す写真である。
【図８】本実施の形態におけるパルス出力器及びＧＰＳ測定器を示す写真である。
【図９】本実施の形態における光学式変位センサが測定した車輪踏面形状の例を示す写真である。
【図１０】本実施の形態における光学式変位センサが測定した車輪踏面形状と基準踏面形状との比較を示す図である。
【図１１】本実施の形態における試験期間を通じた車輪踏面の摩耗の進展状況を示す図である。
【図１２】本実施の形態における光学式変位センサが測定した車輪踏面形状から求めた摩耗量と従来の踏面形状測定器を使用して測定した車輪踏面形状から求めた摩耗量との比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図２は本実施の形態における車輪踏面形状連続測定装置が搭載された車両の一部を示す模式図、図３は本実施の形態における車輪踏面形状連続測定装置の機能構成を示すブロック図である。
【００２０】
図において、１１は、本実施の形態における車輪踏面形状連続測定装置１０が搭載された車両であり、１１ａは前記車両１１の車体である。前記車両１１は、鉄道用の車両であれば、いかなる種類の車両であってもよい。そして、１２は、前記車体１１ａを支持する台車であり、その骨組みとしての台車枠１２ａを有するとともに、輪軸１６を保持する。該輪軸１６は、１本の車軸１６ａと該車軸１６ａの両端に固定された左右一対の車輪１５を含んでいる。該車輪１５は、図示されない道床上に配設された図示されない複数本のまくらぎの上に敷設されたレール１７上を転動する部材であって、その外周面はレール１７の表面に当接する踏面１５ａとなっている。なお、該踏面１５ａにおける車体１１ａ内側の縁には半径方向外側に向かって突出するフランジ１５ｂが形成されている。さらに、前記車軸１６ａの両端近傍は、軸受として機能する軸箱１４によって回転可能に支持され、該軸箱１４は、衝撃を吸収する緩衝部材として機能するスプリング１３を介して、台車枠１２ａに取り付けられている。なお、ここでは、各車体１１ａは２つの台車１２によって支持されるものとして説明するが、該台車１２の数は必ずしも２つに限定されるものではない。また、ここでは、各台車１２は２つの輪軸１６を保持するものとして説明するが、該輪軸１６の数は必ずしも２つに限定されるものではない。
【００２１】
前記車輪踏面形状連続測定装置１０は、図３に示されるように、測定結果処理装置としてのデータ処理装置２１と、測定結果記録装置としてのデータ収録装置２５と、光学式変位センサ２２と、コントローラ２２ａと、パルス出力器２３と、ＧＰＳ測定器２４とを含んでいる。
【００２２】
前記光学式変位センサ２２は、台車枠１２ａが含むセンサ取付枠１２ｂにおけるセンサ取付部１２ｃに取り付けられ、該センサ取付部１２ｃから車輪１５の踏面１５ａまでの距離を測定することによって前記踏面１５ａの形状を測定する光学式車輪踏面形状測定器として機能する。前記光学式変位センサ２２は、望ましくは、レーザー光２２ｂを踏面１５ａに反射させて該踏面１５ａの幅方向（車軸１６ａの軸方向又はまくらぎ方向）の全範囲の形状を同時に、かつ、連続的に測定可能な２次元レーザーを使用した２次元光学式変位センサであるが、前記踏面１５ａの形状、すなわち、踏面形状を非接触で測定可能な測定器であれば、いかなる種類のものであってもよい。また、前記センサ取付部１２ｃは、台車枠１２ａに設けられているが、必ずしも台車枠１２ａに限定されるものでなく、スプリング１３より上方の部分、すなわち、ばね上部であればいかなる箇所であってもよく、車体１１ａであってもよい。図２に示されるように、車両１１の停止状態において、車輪１５の円周上の所定の一点に連続的にレーザー光２２ｂを照射して、当該一点からセンサ取付部１２ｃまでの距離を連続的に計測するようにして、車両１１を走行させれば、車輪１５の円周上の全範囲に亘る踏面形状を連続的に測定することができる。なお、前記光学式変位センサ２２は、変位センサ制御装置としてのコントローラ２２ａによって制御される。
【００２３】
前記パルス出力器２３は、軸箱１４に取り付けられ、車軸１６ａの回転の変位を検出してパルス出力することによって、車輪１５の角位置を検出する車輪角位置センサとして機能する。これにより、車輪１５の回転角度、回転数、回転速度等を得ることができる。前記パルス出力器２３は、望ましくは、速度発電機、ロータリーエンコーダ、レゾルバ等であるが、車軸１６ａの回転の変位を検出して車輪１５の角位置を検出可能な測定器であれば、いかなる種類のものであってもよい。
【００２４】
前記ＧＰＳ測定器２４は、車体１１ａに取り付けられ、図示されないＧＰＳ衛星からの信号を受信して車両１１の現在位置を測定する現在位置測定器として機能する。
【００２５】
前記データ処理装置２１は、例えば、ＣＰＵ等の演算装置、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶装置、有線又は無線の通信装置等を備える一種のコンピュータであって、前記記憶装置にインストールされたアプリケーションソフトウェア等のプログラムに従って動作し、前記光学式変位センサ２２、パルス出力器２３及びＧＰＳ測定器２４からの信号を受信して、各時刻の車輪１５の踏面形状を算出し、算出した踏面形状と基準踏面形状とを比較して摩耗の進展等の踏面形状の変化の連続的な追跡を行うとともに、車輪１５の角位置及び車両１１の現在位置との紐付けを行う。そして、前記データ処理装置２１は、機能の観点から、第１処理部２１ａ、第２処理部２１ｂ、パルス出力器通信部２１ｃ及び変位センサ通信部２１ｄを含んでいる。
【００２６】
前記パルス出力器通信部２１ｃは、例えば、フォトカプラ等であって、前記パルス出力器２３が出力した車軸１６ａの回転の変位を示す信号を受信して、第２処理部２１ｂに伝達する。
【００２７】
該第２処理部２１ｂは、前記パルス出力器２３から受信した車軸１６ａの回転の変位を示す信号に基づいて、車輪１５の回転角度、回転数、回転速度等及び車両１１の走行距離を算出する。また、前記第２処理部２１ｂは、光学式変位センサ２２の制御指令信号を作成して出力する。
【００２８】
前記変位センサ通信部２１ｄは、例えば、フォトカプラ等であって、前記第２処理部２１ｂが出力した光学式変位センサ２２の制御指令信号を受信して、コントローラ２２ａに伝達する。すると、該コントローラ２２ａは、前記制御指令信号に従って、光学式変位センサ２２の動作を制御する。
【００２９】
前記第１処理部２１ａは、コントローラ２２ａを介して受信した前記光学式変位センサ２２の出力信号に基づいて、各時刻の車輪１５の踏面形状を算出する。この際、前記第１処理部２１ａは、ばね上部に属する台車１２に固定されたセンサ取付部１２ｃと、スプリング１３を介して台車枠１２ａに取り付けられたばね下部に属する車輪１５の踏面１５ａとの相対的変位、すなわち、センサ取付部１２ｃから踏面１５ａまでの動的変位を補正する。これにより、ばね下部がばね上部に対して振動等の変位を示しても、このような変位の影響を排除して、正確な踏面形状を把握することができる。
【００３０】
また、前記第１処理部２１ａは、ＧＰＳ測定器２４から受信した車両１１の現在位置、並びに、第２処理部２１ｂから受信した車輪１５の回転角度、回転数、回転速度等及び車両１１の走行距離と、各時刻の車輪１５の踏面形状との紐付けを行う。これにより、形状を計測した踏面１５ａの車輪１５の円周上における位置、踏面１５ａの摩耗によって生じたフラット（車輪フラット）の車輪１５の円周上における位置、車両１１の走行距離と踏面１５ａの摩耗の進展との関係、線区内の特定区間（例えば、急カーブの区間）の走行と踏面１５ａの摩耗の進展との関係等を把握することができる。
【００３１】
前記データ収録装置２５は、例えば、ＣＰＵ等の演算装置、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶装置、有線又は無線の通信装置等を備える一種のデータベースであって、データ処理装置２１の出力を記憶して蓄積する。例えば、第１処理部２１ａが出力した各時刻の車輪１５の踏面形状、及び、それと紐付けされた車両１１の現在位置、車輪１５の回転角度、回転数、回転速度等、並びに、車両１１の走行距離を蓄積する。
【００３２】
次に、前記構成の車輪踏面形状連続測定装置１０の動作について説明する。ここでは、光学式変位センサ２２の出力信号に基づいて車輪１５の踏面形状を算出する際に行われる、センサ取付部１２ｃと踏面１５ａとの相対的変位を補正する動作について説明する。
【００３３】
図４は本実施の形態における座標系と車輪踏面形状との関係を示す図、図５は本実施の形態における大域的な剛体変位を除去した車輪踏面形状と基準踏面形状との差を示す図、図６は本実施の形態における車輪踏面の幅方向のリファインメントを示す図である。
【００３４】
ここでは、測定された車輪１５の踏面形状から踏面１５ａの特徴点を追跡してセンサ取付部１２ｃと踏面１５ａとの相対的変位を算出し、これを差し引く補正を行って、補正後の踏面形状と基準踏面形状とを比較する。
【００３５】
センサ取付部１２ｃと踏面１５ａとの相対的変位の補正は、次の２つのステップ１及び２に大別することができる。
【００３６】
まず、ステップ１について説明する。該ステップ１は、大域的な剛体変位の除去のための補正である。
【００３７】
車輪１５の踏面１５ａの形状は、図４に示されるように考えると、座標ｙの関数として、次の式（１）で表される。
ｚ＝Γ（ｙ）  ・・・式（１）
【００３８】
ここで、ｙは、踏面１５ａの幅方向（車軸１６ａの軸方向又はまくらぎ方向）を示す座標であり、その正方向はフランジのない側（車輪１５のリム端側）からフランジ１５ｂのある側に向かう方向を示している。また、ｚは、踏面１５ａの高さ方向（車輪１５の半径方向）を示す座標であり、その正方向は車輪１５の半径方向外側に向かう方向を示している。
【００３９】
図４において、実線は光学式変位センサ２２によって測定中のある時刻に測定された踏面形状であって補正前（ｎｏ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）の踏面形状ｐnoc を示し、点線は比較の対象である基準踏面形状ｐref を示している。なお、ｐ1 は車輪１５のリム端点であり、ｐ2 はフランジ１５ｂの頂点（フランジトップ）である。そして、基準踏面形状ｐref におけるｐ1 及びｐ2 を、それぞれ、ｐ10及びｐ20とし、また、補正前の踏面形状ｐnoc におけるｐ1 及びｐ2 を、それぞれ、ｐ1t及びｐ2tとする。
【００４０】
前記ｐ1 は、次の式（２）を最初に満たす点として求めることができる。
∂Γ／∂ｙ＞tol   （tol は正の大きな数）  ・・・式（２）
【００４１】
また、前記ｐ2 は、Γ（ｙ）が最大値となる点として求めることができる。
【００４２】
すると、並進方向の移動量は、次の式（３）によって求めることができる。
【００４３】
【数１】
2019219285.tif 000003
【００４４】
また、回転方向の移動量は、次の式（４）によって求めることができる。
【００４５】
【数２】
2019219285.tif 000004
【００４６】
したがって、ｐt が次の式（５）で表され、ｐ0 が次の式（６）で表されるとし、
【００４７】
【数３】
2019219285.tif 000005
また、測定中に得られる補正前の踏面形状ｐnoc が次の式（７）で表されるとすると、
【００４８】
【数４】
2019219285.tif 000006
次の式（８）で表される回転行列を用いることによって、踏面１５ａの形状であって補正後（ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）の踏面形状ｐcor は、次の式（９）のように求められる。
【００４９】
【数５】
2019219285.tif 000007
【００５０】
次に、ステップ２について説明する。該ステップ２は、ｙ方向（まくらぎ方向）リファインメントのための補正である。
【００５１】
ステップ１では、大域的な剛体変位を除去した踏面形状ｐcor を得ることができた。しかし、この段階では、まくらぎ方向を示すｙ座標について、ｙ方向の測定点の間隔程度の誤差Δｙが残り得る。一方、フランジ１５ｂのように、形状の傾き∂ｚ／∂ｙが急な部分では、比較する踏面形状同士の間でｙ座標が僅かにずれているだけであっても、ｚ方向の誤差が大きくなる。
【００５２】
このとき、図５に示されるように、ｙ0 近傍での２つの踏面形状間のｚ座標の差（Ｚｐcor −Ｚｐref ）を考えると、フランジトップｐ2 近傍のｙ＝ｙ0 を境に正負が切り替わり、踏面形状ｐcor のまくらぎ方向を示すｙ座標が、基準踏面形状ｐref に対して、正側にずれている（δｙ＞０）場合にはその傾きが正であり、負側にずれている（δｙ＜０）場合にはその傾きが負である。さらに、ずれがない場合には、傾きがほぼ０である。
【００５３】
そこで、この性質を利用し、踏面形状ｐcor のｙ座標のみを−Δｙ≦ｄｙ≦＋Δｙの範囲で変化させ、傾きの絶対値が最も０に近付くｄｙを求める。
【００５４】
最終的に、図６に示されるように、踏面形状ｐcor のｙ座標を修正（ｙ→ｙ＋ｄｙ）した踏面形状ｐ’cor を得ることができる。さらに、該踏面形状ｐ’cor を基準踏面形状ｐref と比較して、踏面１５ａの摩耗量等を求めることができる。
【００５５】
なお、一般的に、フランジ１５ｂの頂点（フランジトップ）は、レール１７と接触することがなく、ほとんど摩耗することがないので、ステップ２は、摩耗が進んだ車輪１５に対しても有効である。
【００５６】
このように、本実施の形態における車輪踏面形状連続測定装置１０は、車輪１５の踏面形状を常時測定することができる。また、車輪１５の踏面形状を円周方向に常時測定することによって、比較的平易な演算処理により、すなわち、演算装置に負担をかけることなく、踏面１５ａの摩耗の進展状況を精緻に把握することができる。さらに、車両１１の走行位置と対照することによって、線区内において踏面１５ａの摩耗の進展が大きい地点を把握したり、踏面１５ａに車輪フラットが発生しやすい地点を把握したりすることができる。さらに、車輪１５の円周上のどの部位の踏面１５ａの形状であるかを把握することによって、車輪フラットの発生を把握したり、発生している車輪フラットの大きさを把握したりすることができる。さらに、発生している車輪フラットの大きさを把握することによって、車輪１５の削正を行う基準以上の車輪フラットであるか否かが判断可能となるので、車輪１５の削正作業を最適化することができる。さらに、踏面１５ａの摩耗の進展状況を定量的に把握することによって、踏面形状設計を最適化することができる。
【００５７】
次に、実際に車輪踏面形状連続測定装置１０を車両１１に搭載して車輪１５の踏面１５ａの形状を実測した例について説明する。
【００５８】
図７は本実施の形態における光学式変位センサが車両に搭載された状態を示す写真、図８は本実施の形態におけるパルス出力器及びＧＰＳ測定器を示す写真、図９は本実施の形態における光学式変位センサが測定した車輪踏面形状の例を示す写真、図１０は本実施の形態における光学式変位センサが測定した車輪踏面形状と基準踏面形状との比較を示す図、図１１は本実施の形態における試験期間を通じた車輪踏面の摩耗の進展状況を示す図、図１２は本実施の形態における光学式変位センサが測定した車輪踏面形状から求めた摩耗量と従来の踏面形状測定器を使用して測定した車輪踏面形状から求めた摩耗量との比較を示す図である。なお、図７において、（ａ）は台車枠のセンサ取付部に取り付けられた光学式変位センサを示す写真、（ｂ）はレーザー光を車輪の踏面に反射させている状態を示す写真であり、図８において、（ａ）はパルス出力器を示す写真、（ｂ）はＧＰＳ測定器を示す写真であり、図１０において、（ａ）は補正後の車輪踏面形状と基準踏面形状とを重ね合わせた図、（ｂ）は（ａ）のフランジ部を拡大した図、（ｃ）は（ｂ）の車輪直径方向の断面を比較してフランジ部の摩耗量を示す図であり、図１１において、（ａ）〜（ｅ）は試験期間内の各日に測定した車輪踏面の摩耗を示す図である。
【００５９】
この実測は、図７に示されるように、実際の車両の台車枠に搭載された光学式変位センサを使用して行われた。これによる測定結果として、図９に示されるような車輪踏面形状を随時得ることができた。また、図８に示されるようなパルス出力器及びＧＰＳ測定器を車両に搭載して、車輪の円周上の位置、車両のキロ程（走行距離）、現在位置等の情報を取得し、測定結果である車輪踏面形状との紐付けが行われた。
【００６０】
図９に示されるような車輪踏面形状は、車両の走行中における光学式変位センサが取り付けられた台車枠と車輪を含む輪軸との間の相対的変位を伴っている。そこで、前記ステップ１及び２で説明した相対的変位の補正が行われた。具体的には、車輪踏面形状から踏面の特徴点を追跡して相対的変位を算出して、これを差し引く補正が行われた。
【００６１】
そして、図１０に示されるように、補正後の車輪踏面形状と基準踏面形状とが比較された。その結果、図１０（ｃ）に示されるように、車輪のフランジに直摩耗の進展があることが分かる。
【００６２】
また、所定の試験期間に亘って車輪踏面形状を実測しつつ走行試験を行うことによって得られた車輪踏面の摩耗の進展状況、すなわち、摩耗量の増加が図１１に示されている。なお、図１１（ａ）〜（ｅ）において、グラフの上方に付された分数は、試験期間中の月日（分子が月／分母が日）を示している。
【００６３】
さらに、図１２には、光学式変位センサを使用して実測された車輪踏面形状から求めた摩耗量と、図１に示されるような従来の踏面形状測定器を使用して実測された車輪踏面形状から求めた摩耗量との比較が示されている。光学式変位センサを使用して実測された車輪踏面形状と従来の踏面形状測定器を使用して実測された車輪踏面形状との間には、大きな差がないことが分かる。
【００６４】
このように、本実施の形態における車輪踏面形状連続測定装置１０は、車両１１のばね上部に設定されたセンサ取付部１２ｃに取り付けられ、車両１１の車輪１５の踏面形状を非接触で測定する光学式変位センサ２２と、光学式変位センサ２２が測定した踏面形状に対して、センサ取付部１２ｃと車輪１５の踏面１５ａとの相対的変位の補正を行うデータ処理装置２１とを備え、走行中の車両１１の車輪１５の踏面形状を連続的に測定可能である。これにより、車輪１５の踏面形状を連続的に測定することができ、車輪１５の踏面１５ａの状態変化を正確に把握することができる。
【００６５】
また、車輪踏面形状連続測定装置１０は、車輪１５の角位置を検出するパルス出力器２３を更に備え、データ処理装置２１は、車輪１５の角位置と光学式変位センサ２２が測定した踏面形状との紐付けを行う。これにより、測定した踏面形状が車輪１５の円周上のどの部位の踏面１５ａの形状であるかを把握することができるので、車輪フラットの発生を把握したり、発生している車輪フラットの大きさを把握したりすることができる。
【００６６】
さらに、車輪踏面形状連続測定装置１０は、ＧＰＳ測定器２４を更に備え、データ処理装置２１は、車両１１の現在位置と光学式変位センサ２２が測定した踏面形状との紐付けを行う。これにより、線区内において踏面１５ａの摩耗の進展が大きい地点を把握したり、踏面１５ａに車輪フラットが発生しやすい地点を把握したりすることができる。
【００６７】
さらに、データ処理装置２１は、光学式変位センサ２２が測定した踏面形状から踏面１５ａの特徴点を追跡してセンサ取付部１２ｃと車輪１５の踏面１５ａとの相対的変位を算出し、相対的変位を差し引くことによって、補正を行う。さらに、補正は、大域的な剛体変位の除去と、踏面１５ａの幅方向リファインメントとを含んでいる。これにより、センサ取付部１２ｃと踏面１５ａとの相対的変位の影響を排除して、正確な踏面形状を得ることができる。
【００６８】
さらに、データ処理装置２１は、補正を行った後の踏面形状を基準踏面形状と比較して、踏面１５ａの摩耗量を取得する。これにより、踏面１５ａの摩耗の進展状況を精緻に把握することができる。
【００６９】
なお、本明細書の開示は、好適で例示的な実施の形態に関する特徴を述べたものである。ここに添付された特許請求の範囲内及びその趣旨内における種々の他の実施の形態、修正及び変形は、当業者であれば、本明細書の開示を総覧することにより、当然に考え付くことである。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本開示は、車輪踏面形状連続測定装置及び方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０    車輪踏面形状連続測定装置
１１    車両
１２ｃ    センサ取付部
１５    車輪
１５ａ    踏面
２１    データ処理装置
２２    光学式変位センサ
２３    パルス出力器
２４    ＧＰＳ測定器
【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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