(57)【要約】【課題】車輪位置の検出精度を向上させることにより、精度よく車輪形状を計測できる車輪形状計測装置および車輪形状計測方法を提供する。【解決手段】車輪形状計測システムは、２つの光センサ１５１ａ，１５２ａを備えている。これらの受光量の和および差の両方を用いて、車輪の中心に向かってレーザ線条光が照射されていることを検出する。そのため、車輪からの反射光に広がりがあったり、レーザ線条光とは無関係な外乱光がある場合でも、中心位置検出の精度が向上する。結果として、精度よく車輪形状を計測できる。【選択図】図３
2015158375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の形状を計測する車輪形状計測装置であって、
所定の仰角で車輪に線条光が照射され、
中心点に対して互いに対称な位置に設けられる第１および第２の光センサが、前記線条光の前記車輪からの反射光を受光し、前記中心点は前記車輪の中心が基準位置に位置するときの前記反射光の中心であり、
この車輪形状計測装置は、
前記第１の光センサによる受光量に応じた値と、前記第２の光センサによる受光量に応じた値と、の和および差に基づいて、前記車輪の中心が前記基準位置に位置したことを検出する中心検出部と、
前記車輪の中心が前記基準位置に位置したことに同期して、前記車輪における、前記線条光が照射された部位をカメラに撮影させる制御部と、
前記カメラにより撮影された画像に基づいて、前記車輪の形状に関する計測項目を計測する車輪形状計測部と、を備えることを特徴とする車輪形状計測装置。
【請求項２】
前記中心検出部は、前記和と所定の閾値との比較結果と、前記差が所定値であるか否かと、に基づいて、前記車輪の中心が前記基準位置に位置したことを検出することを特徴とする請求項１に記載の車輪形状計測装置。
【請求項３】
前記第１の光センサは、前記中心点の上方に設けられ、
前記第２の光センサは、前記中心点の下方に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の車輪形状計測装置。
【請求項４】
前記車輪の中心が前記基準位置に位置するとき、前記線条光とは無関係な外乱光がある場合であっても、前記第１の光センサによる受光量は、前記第２の光センサによる受光量と略等しいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車輪形状計測装置。
【請求項５】
前記基準位置は、前記線条光が前記車輪の中心に向けて照射される位置であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車輪形状計測装置。
【請求項６】
車輪の形状を計測する車輪形状計測方法であって、
所定の仰角で車輪に線条光を照射するステップと、
中心点に対して互いに対称な位置に設けられる第１および第２の光センサにより、前記線条光の前記車輪からの反射光を受光するステップであって、前記中心点は前記車輪の中心が基準位置に位置するときの前記反射光の中心であるステップと、
前記第１の光センサによる受光量に応じた値と、前記第２の光センサによる受光量に応じた値と、の和および差に基づいて、前記車輪の中心が前記基準位置に位置したことを検出する中心検出ステップと、
前記車輪の中心が前記基準位置に位置したことに同期して、前記車輪における、前記線条光が照射された部位をカメラで撮影する撮影ステップと、
前記カメラにより撮影された画像に基づいて、前記車輪の形状に関する計測項目を計測する車輪形状計測ステップと、を備えることを特徴とする車輪形状計測方法。
【請求項７】
前記中心検出ステップでは、前記和と所定の閾値との比較結果と、前記差が所定値であるか否かと、に基づいて、前記車輪の中心が前記基準位置に位置したことを検出することを特徴とする請求項６に記載の車輪形状計測方法。
【請求項８】
前記中心点の上方および下方にそれぞれ設けられる前記第１および第２の光センサにより、前記反射光を受光することを特徴とする請求項６または７に記載の車輪形状計測方法。
【請求項９】
前記車輪の中心が前記基準位置に位置するとき、前記線条光とは無関係な外乱光がある場合であっても、前記第１の光センサによる受光量は、前記第２の光センサによる受光量と略等しいことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の車輪形状計測方法。
【請求項１０】
前記基準位置は、前記線条光が前記車輪の中心に向けて照射される位置であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の車輪形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪の形状を計測する車輪形状計測装置および車輪形状計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道列車などの車輪は走行によって摩耗し、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などの車輪の形状を定期的に検査する必要がある。
【０００３】
車輪の形状を非接触で計測する装置として、本出願人はレーザ光を使用した光切断法による車輪形状計測装置を提案している（特許文献１）。この装置は、まず所定の仰角方向からレーザ線条光を車輪に送信する。そして、車輪からの反射光に基づいて、レーザ線条光が車輪の径中心に向かって送信されたことを検出する。レーザ線条光が車輪の径中心に向かって送信されたことが検出されると、カメラが車輪を撮影する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
特許文献１に記載の車輪形状計測装置は、レーザ線条光が車輪の径中心に向かって送信されたタイミングで車輪を撮影することで、精度よく車輪の形状を計測できる。
【０００６】
しかしながら、レーザ線条光が車輪の径中心に向かって送信されたことを正確に検出できない場合、計測の精度が悪化するおそれがある。特許文献１に記載の検出法では、レーザ線条光の反射光がある広がりを持った帯状となっていることや、レーザ線条光とは無関係な外乱光の影響により、必ずしも正確に上記の検出をできないこともあり得る。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、車輪位置の検出精度を向上させることにより、精度よく車輪形状を計測できる車輪形状計測装置および車輪形状計測方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
車輪の形状を計測する車輪形状計測装置であって、所定の仰角で車輪に線条光が照射され、中心点に対して互いに対称な位置に設けられる第１および第２の光センサが、前記線条光の前記車輪からの反射光を受光し、前記中心点は前記車輪の中心が基準位置に位置するときの前記反射光の中心であり、この車輪形状計測装置は、前記第１の光センサによる受光量に応じた値と、前記第２の光センサによる受光量に応じた値と、の和および差に基づいて、前記車輪の中心が前記基準位置に位置したことを検出する中心検出部と、前記車輪の中心が前記基準位置に位置したことに同期して、前記車輪における、前記線条光が照射された部位をカメラに撮影させる制御部と、前記カメラにより撮影された画像に基づいて、前記車輪の形状に関する計測項目を計測する車輪形状計測部と、を備えることを特徴とする車輪形状計測装置が提供される。
【０００９】
具体例として、前記中心検出部は、前記和と所定の閾値との比較結果と、前記差が所定値であるか否かと、に基づいて、前記車輪の中心が前記基準位置に位置したことを検出することができる。
【００１０】
前記第１の光センサは、前記中心点の上方に設けられ、前記第２の光センサは、前記中心点の下方に設けられるのが望ましい。
【００１１】
さらに、前記車輪の中心が前記基準位置に位置するとき、前記線条光とは無関係な外乱光がある場合であっても、前記第１の光センサによる受光量は、前記第２の光センサによる受光量と略等しいのが望ましい。
【００１２】
前記基準位置は、前記線条光が前記車輪の中心に向けて照射される位置であってもよい。
【００１３】
また、本発明の一態様によれば、車輪の形状を計測する車輪形状計測方法であって、所定の仰角で車輪に線条光を照射するステップと、中心点に対して互いに対称な位置に設けられる第１および第２の光センサにより、前記線条光の前記車輪からの反射光を受光するステップであって、前記中心点は前記車輪の中心が基準位置に位置するときの前記反射光の中心であるステップと、前記第１の光センサによる受光量に応じた値と、前記第２の光センサによる受光量に応じた値と、の和および差に基づいて、前記車輪の中心が前記基準位置に位置したことを検出する中心検出ステップと、前記車輪の中心が前記基準位置に位置したことに同期して、前記車輪における、前記線条光が照射された部位をカメラで撮影する撮影ステップと、前記カメラにより撮影された画像に基づいて、前記車輪の形状に関する計測項目を計測する車輪形状計測ステップと、を備えることを特徴とする車輪形状計測方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１の光センサと第２の光センサを設け、これらの受光量に応じた値の和のみならず差も用いるため、車輪位置の検出精度が向上し、結果として精度よく車輪形状を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】右車輪１０ａの正面図。
【図２】右車輪１０ａの踏面１１０ａおよびフランジ部１２０ａ付近の拡大図。
【図３】車輪形状計測システム１００の概略構成を示すブロック図。
【図４】車輪形状計測システム１００における各種センサ、レーザおよびカメラ、ならびに、右車輪１０ａを正面から見た図。
【図５】車輪形状計測システム１００における各種センサ、レーザおよびカメラ、ならびに、右車輪１０ａを内側下方から見た図。
【図６】車輪形状計測システム１００における各種センサ、レーザおよびカメラ、ならびに、右車輪１０ａを真横から見た図。
【図７】中心位置検出の原理を説明する図。
【図８】光センサ１５１ａ，１５２ａの受光量の変化を模式的に示す図。
【図９】中心検出部１８ａの内部構成の概略構成を示すブロック図。
【図１０】車輪形状計測システム１００の処理動作の一例を示すフローチャート。
【図１１】車輪形状計測システム１００の処理動作を模式的に示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１７】
まず、計測対象となる車輪形状の一例について説明する。なお、車輪には右車輪と左車輪とがあるが、これらは左右対称であるため、以下では右車輪およびその形状計測について主に説明し、左車輪に関する説明は適宜省略する。
【００１８】
図１は、右車輪１０ａの正面図である。図示のように、右車輪１０ａの表面は、レール（不図示）と当接する踏面１１０ａと、レールから外れないように踏面１１０ａより高くなっているフランジ部１２０ａとから構成される。以下、右車輪１０ａの踏面１１０ａ側を外側といい、フランジ部１２０ａ側を内側という。
【００１９】
図２は、右車輪１０ａの踏面１１０ａおよびフランジ部１２０ａ付近の拡大図である。図示のように、右車輪１０ａのフランジ部１２０ａ上方の表面に基準溝１３０ａが形成されている。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から右車輪１０ａ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。
【００２０】
そして、Ｐ１とＰ２との高低差をフランジ部高さＨと定義する。また、Ｐ３から所定長さ（例えば１３ｍｍ）下げた点をＰ４とし、Ｐ４とＰ２との図上水平方向の差をフランジ厚さＦと定義する。さらに、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と定義する。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。Ｐ１とＰ５との差をフランジ部先端寸法（直立摩耗度限度）Ｓと定義する。
【００２１】
本実施形態に係る車輪形状計測システム１００は、上述したフランジ部高さＨ、フランジ厚さＦ、フランジ部角θ、フランジ部先端寸法Ｓ、さらには、車輪径Ｄなどを計測する。そして、車輪形状計測システム１００は、これらの値が所定の判定基準を満たすか否かを判定する。
【００２２】
図３は、車輪形状計測システム１００の概略構成を示すブロック図である。この車輪形状計測システム１００は光切断法を利用して車輪の形状を計測するものである。車輪形状計測システム１００は、右車輪１０ａ用に、外側通過センサ１１ａ、内側通過センサ１２ａ、踏面外側レーザ１３ａ、踏面内側レーザ１４ａ、２つの光センサ１５１ａ，１５２ａ、踏面外側カメラ１６ａ、踏面内側カメラ１７ａを備えている。同様に、車輪形状計測システム１００は、左車輪１０ｂ用に、外側通過センサ１１ｂ、内側通過センサ１２ｂ、踏面外側レーザ１３ｂ、踏面内側レーザ１４ｂ、２つの光センサ１５１ｂ，１５２ｂ、踏面外側カメラ１６ｂ、踏面内側カメラ１７ｂを備えている。
【００２３】
図４、図５および図６は、それぞれ、車輪形状計測システム１００における各種センサ、レーザおよびカメラ、ならびに、右車輪１０ａを、正面から見た図、内側下方から見た図、真横から見た図である。なお、図６において、外側通過センサ１１ａおよび内側通過センサ１２ａの図示を省略し、光センサ１５１ａ，１５２ａのみを描いている。
【００２４】
図４に示すように、外側通過センサ１１ａおよび内側通過センサ１２ａは、それぞれ、右車輪１０ａの外側および内側に設けられ、右車輪１０ａの通過を検出する。すなわち、右車輪１０ａが通過すると、外側通過センサ１１ａおよび内側通過センサ１２ａはオンする。
【００２５】
図４および図５に示すように、踏面外側レーザ１３ａは、右車輪１０ａの外側から、踏面１１０ａおよびフランジ部１２０ａ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照射する。
【００２６】
同様に、踏面内側レーザ１４ａは、右車輪１０ａの内側から、踏面１１０ａおよびフランジ部１２０ａ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照射する。
【００２７】
光センサ１５１ａ，１５２ａは、踏面外側レーザ１３ａが送信し右車輪１０ａの踏面１１０ａの表面により反射されるレーザ線条光を受信する。本実施形態の特徴として、車輪形状計測システム１００は、右車輪１０ａの計測用に、２つの光センサ１５１ａ，１５２ａを有する。光センサ１５１ａ，１５２ａの配置について説明する。
【００２８】
図６に示すように、光センサ１５１ａ，１５２ａは、上下方向に例えば３ｍｍの間隔を空けて近接して配置される。より詳しくは、光センサ１５１ａは所定の中心点Ｏの上方に配置され、光センサ１５２ａは中心点Ｏの下方に配置される。そして、中心点Ｏから光センサ１５１ａまでの距離と、中心点Ｏから光センサ１５２ａまでの距離はほぼ等しい。すなわち、光センサ１５１ａ，１５２ａは、中心点Ｏに対して対称な位置に配置される。
【００２９】
上記の中心点Ｏは、踏面外側レーザ１３ａが照射するレーザ線条光が右車輪１０ａの中心に向かって送信された場合（すなわち、右車輪１０ａの中心がレーザ線条光の照射方向上に位置する場合）に、レーザ線条光の右車輪１０ａ表面からの反射光の中心となる位置に設定される。なお、右車輪１０ａの中心がレーザ線条光の照射方向上に位置することを、「右車輪１０ａの中心が基準位置に位置する」ともいう。
【００３０】
このように２つの光センサ１５１ａ，１５２ａを配置すると、右車輪１０ａの中心が基準位置に位置する場合、光センサ１５１ａの受光量と、光センサ１５２ａの受光量とがほぼ等しくなる。言い換えると、光センサ１５１ａの受光量と、光センサ１５２ａの受光量との差がほぼ０になる。
【００３１】
仮に踏面外側レーザ１３ａからのレーザ線条光とは無関係な外乱光があったとしても、光センサ１５１ａ，１５２ａは近接して配置されるため、光センサ１５１ａ，１５２ａはほぼ同量の外乱光を受光する。そのため、光センサ１５１ａの受光量と、光センサ１５２ａの受光量との差をとることで、外乱光の影響を抑制できる。
【００３２】
踏面外側カメラ１６ａはＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラといった電子カメラである、そして、図４および図５に示すように、踏面外側カメラ１６ａは、踏面外側レーザ１３ａからのレーザ線条光が照射されている踏面１１０ａやフランジ部１２０ａなどを含む踏面外側画像を、仰角η方向で右車輪１０ａの外側から撮影する。
【００３３】
同様に、踏面内側カメラ１７ａはＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラといった電子カメラである。そして、踏面内側カメラ１７ａは、踏面内側レーザ１４ａからのレーザ線条光が照射されている踏面１１０ａやフランジ部１２０ａなどを含む踏面内側画像を、仰角η方向で右車輪１０ａの内側から撮影する。
【００３４】
図３に戻り、車輪形状計測システム１００は、車輪形状計測装置５０を備えている。車輪形状計測装置５０は、右車輪１０ａ用の中心検出部１８ａおよび制御部１９ａと、左車輪１０ｂ用の中心検出部１８ｂおよび制御部１９ｂと、画像処理部２０と、車輪形状計測部２１とを有する。これら各部は、例えばコンピュータのプロセッサが所定の車輪形状計測プログラムを実行することによって実現される。
【００３５】
中心検出部１８ａは、光センサ１５１ａ，１５２ａからの出力に基づいて、右車輪１０ａの中心が基準位置に位置したことを検出する。以下では、右車輪１０ａの中心が基準位置に位置したことの検出を、単に「中心位置検出」ともいう。中心検出部１８ａの処理および構成については、図７〜図９を用いて後述する。
【００３６】
制御部１９ａは、外側通過センサ１１ａおよび内側通過センサ１２ａがオンすると、踏面外側レーザ１３ａおよび踏面内側レーザ１４ａを制御してレーザ線条光を照射させる。また、制御部１９ａは、中心検出部１８ａにより右車輪１０ａの中心が基準位置に位置したことが検出されると、踏面外側カメラ１６ａおよび踏面内側カメラ１７ａを制御して、右車輪１０ａを撮影させる。
【００３７】
画像処理部２０は、踏面外側カメラ１６ａが撮影した踏面外側画像と、踏面内側カメラ１７ａが撮影した踏面内側画像とを画像処理および合成して、踏面１１０ａ、フランジ部１２０ａ、基準溝１３０ａなどを含む合成画像を生成する。
【００３８】
車輪形状計測部２１は、合成画像に基づいて、右車輪１０ａのフランジ部高さＨ、フランジ厚さＦ、フランジ部角θ、フランジ部先端寸法Ｓ、車輪径Ｄなど計測形状に関する計測項目を計測する。そして、車輪形状計測部２１は計測項目が所定の判定基準を満たすか否かを判定する。
【００３９】
さらに、車輪形状計測システム１００は外部ＩＦ２２を備えている。外部ＩＦ２２は、車輪形状計測の結果を、監視装置、表示装置、印刷装置、データベースなどの外部装置に出力する。
【００４０】
続いて、本実施形態の特徴の１つである中心検出部１８ａによる中心位置検出処理について説明する。図７は、中心位置検出の原理を説明する図である。なお、説明のために、同図では光センサ１５１ａ，１５２ａを大きく描いている。
【００４１】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、右車輪１０ａの中心が位置Ｒ１〜Ｒ３の順に進んでいることを表している。位置Ｒ１は、光センサ１５１ａ，１５２ａから見て、基準位置より遠い位置である。位置Ｒ２は基準位置そのものであり、踏面外側レーザ１３ａから位置Ｒ２に向かう方向にレーザ線条光が照射されている。位置Ｒ３は、光センサ１５１ａ，１５２ａから見て、基準位置より近い位置である。
【００４２】
踏面外側レーザ１３ａからのレーザ線条光は、右車輪１０ａの表面で反射する。右車輪１０ａの表面での反射角は、踏面外側レーザ１３ａからの入射角と等しい。また、図示のように、反射光はある程度の広がりを持っている。より具体的には、反射光はある広がりを持った帯状であり、反射光量はほぼガウシアン分布となっている。すなわち、広がりの中心は光量が高く、中心から遠ざかるほど光量は低い。
【００４３】
図７（ａ）に示すように、右車輪１０ａの中心が位置Ｒ１にある場合、反射光の中心は中心点Ｏより上側にある。その結果、上側に配置された光センサ１５１ａの受光量は、下側に配置された光センサ１５２ａの受光量より大きくなる。
【００４４】
図７（ｂ）に示すように、右車輪１０ａの中心が位置Ｒ２にある場合、反射光の中心は中心点Ｏにある。その結果、上側に配置された光センサ１５１ａの受光量は、下側に配置された光センサ１５２ａの受光量とほぼ等しくなる。
【００４５】
図７（ｃ）に示すように、右車輪１０ａの中心が位置Ｒ３にある場合、反射光の中心は中心点Ｏより下側にある。その結果、上側に配置された光センサ１５１ａの受光量は、下側に配置された光センサ１５２ａの受光量より小さくなる。
【００４６】
すなわち、右車輪１０ａの中心が基準位置Ｒ２に近づくにつれて、光センサ１５１ａの受光量は大きくなる。光センサ１５１ａは中心点の上方に配置されるため、基準位置Ｒ２よりわずかに位置Ｒ１に近い位置に右車輪１０ａの中心が位置したときに、光センサ１５１ａの受光量は最大（ピーク）となる。その後、右車輪１０ａの中心が位置Ｒ２から遠ざかって位置Ｒ３に向かうにつれて、光センサ１５１ａの受光量は小さくなる。
【００４７】
一方、右車輪１０ａの中心が基準位置Ｒ２に近づくにつれて、光センサ１５２ａの受光量は大きくなる。光センサ１５１ａは中心点の下方に配置されるため、基準位置Ｒ２よりわずかに位置Ｒ３に近い位置に右車輪１０ａの中心が位置したときに、光センサ１５２ａの受光量は最大（ピーク）となる。その後、右車輪１０ａの中心が位置Ｒ２から遠ざかって位置Ｒ３に向かうにつれて、光センサ１５２ａの受光量は小さくなる。
【００４８】
以上説明した光センサ１５１ａ，１５２ａの受光量の変化を図８に模式的に示している。同図において、横軸は時間であり、縦軸は光センサ１５１ａ，１５２ａの受光量レベルである。同図には、光センサ１５１ａの受光量と光センサ１５２ａの受光量との和、ならびに、光センサ１５１ａの受光量と光センサ１５２ａの受光量との差も示している。また、後述するイネーブル信号および０点検出信号も示している。
【００４９】
右車輪１０ａが基準位置近辺に位置すると、右車輪１０ａからの反射光を光センサ１５１ａ，１５２ａが受光するため、受光量の和はある程度大きくなる。また、右車輪１０ａが基準位置に位置すると、受光量の差は０になる。したがって、和が所定の閾値以上であり、かつ、差が０となると、右車輪１０ａが基準位置に位置したと判断することができる。
【００５０】
なお、光センサ１５１ａ，１５２ａにオフセットがある場合などには、差が厳密に０になる時点ではなく、０に近いある値となる時点で、右車輪１０ａが基準位置に位置したと判断してもよい。
【００５１】
図９は、中心検出部１８ａの内部構成の概略構成を示すブロック図である。中心検出部１８ａは、加算部３１ａと、増幅部３２ａと、比較部３３ａと、減算部３４ａと、増幅部３５ａと、０点検出部３６ａと、検出信号生成部３７ａとを有する。
【００５２】
光センサ１５１ａ，１５２ａは、それぞれの受光量に対応する電圧を出力するものとする。
【００５３】
加算部３１ａは、光センサ１５１ａの受光量に対応する電圧と、光センサ１５２ａの受光量に対応する電圧とを加算し、和電圧を生成する。増幅部３２ａは和電圧を所定の増幅率で増幅する。比較部３３ａは、増幅された和電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、比較結果を示す信号（イネーブル信号）を検出信号生成部３７ａに出力する。イネーブル信号は、和電圧の方が高い場合には“１”に、それ以外の場合には“０”に設定される（図８を参照）。
【００５４】
減算部３４ａは、光センサ１５１ａの受光量に対応する電圧から、光センサ１５２ａの受光量に対応する電圧を減算し、差電圧を生成する。増幅部３５ａは差電圧を所定の増幅率で増幅する。０点検出部３６ａは、増幅された差電圧が０Ｖであるか否かを示す信号を出力する。
【００５５】
検出信号生成部３７ａは、比較部３３ａが出力するイネーブル信号と、０点検出部３６ａの出力とに基づいて、右車輪１０ａが基準位置に位置するか否かを示す０点検出信号を生成する。より具体的には、イネーブル信号が“１”であるときに、差電圧が０Ｖになると、検出信号生成部３７ａは右車輪１０ａが基準位置に位置したと判断する。０点検出信号は１ビットのデジタル信号であり、右車輪１０ａが基準位置に位置する場合には“１”に、それ以外の場合には“０”に設定される（図８を参照）。０点検出信号は制御部１９ａを介して踏面外側カメラ１６ａおよび踏面内側カメラ１７ａに供給される。
【００５６】
なお、図９では加算部３１ａおよび減算部３４ａの後段に、それぞれ増幅部３２ａ，３５ａを設ける例を示したが、光センサ１５１ａ，１５２ａからの出力電圧を増幅した上で、増幅された電圧を加算部３１ａ，減算部３４ａで処理してもよい。また、光センサ１５１ａ，１５２ａからの電圧が十分に大きい場合には、増幅部を省略してもよい。
【００５７】
図１０は、車輪形状計測システム１００の処理動作の一例を示すフローチャートである。また、図１１は、車輪形状計測システム１００の処理動作を模式的に示すタイミング図である。
【００５８】
図１１の時刻ｔ１において、右車輪１０ａが外側通過センサ１１ａおよび内側通過センサ１２ａの間に入ると、外側通過センサ１１ａおよび内側通過センサ１２ａはオンする。これにより、時刻ｔ１において、制御部１９ａは右車輪１０ａが通過したことを検出する（ステップＳ１）。
【００５９】
そして、外側通過センサ１１ａおよび内側通過センサ１２ａがオンの間、踏面外側レーザ１３ａが右車輪１０ａの外側にレーザ線条光を照射し、踏面内側レーザ１４ａが右車輪１０ａの内側にレーザ線条光を照射するよう、制御部１９ａは踏面外側レーザ１３ａおよび踏面内側レーザ１４ａを制御する（ステップＳ２）。
【００６０】
光センサ１５１ａ，１５２ａは、右車輪１０ａの踏面１１０ａから反射される踏面外側レーザ１３ａからのレーザ光を受信する（ステップＳ３）。そして、光センサ１５１ａ，１５２ａは、受光量に対応する電圧値を中心検出部１８ａに出力する。
【００６１】
光センサ１５１ａの受光量は時刻ｔ１から徐々に大きくなる。また、光センサ１５２ａの受光量は、光センサ１５１ａより遅れて、徐々に大きくなる。
【００６２】
中心検出部１８ａは、光センサ１５１ａ，１５２ａからの電圧値の和および差に基づき、上述した手法で中心位置検出を行う（ステップＳ４）。
【００６３】
すなわち、図１１の時刻ｔ２において、増幅された和電圧が閾値電圧を超え、かつ、増幅された差電圧が０Ｖとなる。よって、時刻ｔ２で、中心検出部１８ａは右車輪１０ａの中心が基準位置に位置したことを検出する（ステップＳ４のＹＥＳ）。すなわち、時刻ｔ２において、中心検出部１８は０点検出信号を“１”に設定する。
【００６４】
この時刻ｔ２では、右車輪１０ａの中心が基準位置にあるため、踏面外側レーザ１３ａおよび踏面内側レーザ１４ａからのレーザ線条光が、仰角ηで右車輪１０ａの中心に向けて照射される。これにより、踏面外側レーザ１３ａおよび踏面内側レーザ１４ａから照射されたレーザ線条光は、踏面１１０ａやフランジ部１２０ａなどにて、反射角ηで反射される。
【００６５】
０点検出信号が“１”に設定されたことに同期して、制御部１９ａは踏面外側カメラ１６ａおよび踏面内側カメラ１７ａに対して動作開始信号を出力する。この動作開始信号に応じて、踏面外側カメラ１６ａおよび踏面内側カメラ１７ａはシャッタを下ろし、右車輪１０ａの中心に向かって所定の仰角ηにて、踏面１１０ａやフランジ部１２０ａなどおよびそれらに映るレーザ線条光を撮影する（ステップＳ５）。
【００６６】
一例として、踏面外側カメラ１６ａが撮影する画像は、少なくとも踏面１１０ａ、フランジ部１２０ａなどを含む踏面外側画像であり、踏面内側カメラ１７ａが撮影する画像は、少なくとも右車輪１０ａの基準溝１３０ａやフランジ部１２０ａの内側面側などを含む踏面内側画像である。ただし、踏面外側カメラ１６ａだけで撮影してもよいし、踏面内側カメラ１７ａだけで撮影してもよいし、これらのカメラが撮影する撮影部位も任意である。そして、踏面外側カメラ１６ａ踏面内側カメラ１７ａは、撮影した画像を画像処理部２０へ出力する。
【００６７】
すると、画像処理部２０では、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、少なくとも踏面１１０ａからフランジ部１２０ａ、基準溝１３０ａなどが写った合成画像を生成する（ステップＳ６）。
【００６８】
そして、車輪形状計測部２１は、画像処理部２０によって合成された合成画像を参照して、右車輪１０ａの形状に関する所定の各計測項目について計測を行う（ステップＳ７）。計測項目とは、例えば上述したフランジ部高さＨ、フランジ厚さＦ、フランジ部角θ、フランジ部先端寸法Ｓ、さらには、車輪径Ｄなどである。計測結果は、必要に応じて、外部ＩＦ２２を介して、監視装置、表示装置、印刷装置、データベースなどの外部装置に出力される。
【００６９】
このように、本実施形態では、２つの光センサ１５１ａ，１５２ａを設ける。そして、これらの受光量の和および差の両方を用いて、車輪の中心に向かってレーザ線条光が照射されていることを検出する。そのため、車輪からの反射光に広がりがあったり、レーザ線条光とは無関係な外乱光があったりする場合でも、中心位置検出の精度が向上する。結果として、精度よく車輪形状を計測できる。
【００７０】
なお、本実施形態では、踏面外側レーザ１３ａからのレーザ線条光を用いて中心位置検出を行う例を示した。しかしながら、踏面内側レーザ１４ａからのレーザ線条光を用いて中心位置検出を行ってもよいし、中心位置検出専用のレーザを設けて中心位置検出を行ってもよい。
【００７１】
上述した実施形態で説明した車輪形状計測システムの少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、車輪形状計測システムの少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【００７２】
また、車輪形状計測システムの少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【００７３】
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態には限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ａ  右車輪
１０ｂ  左車輪
１１０ａ  踏面
１２０ａ  フランジ部
１００  車輪形状計測システム
１１ａ  外側通過センサ
１２ａ  内側通過センサ
１３ａ  踏面外側レーザ
１４ａ  踏面内側レーザ
１５１ａ，１５２ａ  光センサ
１６ａ  踏面外側カメラ
１７ａ  踏面内側カメラ
１８ａ  中心検出部
１９ａ  制御部
５０  車輪形状計測装置
２０  画像処理部
２１  車輪形状計測部
２２  外部ＩＦ
３１ａ  加算部
３２ａ  増幅部
３３ａ  比較部
３４ａ  減算部
３５ａ  増幅部
３６ａ  ０点検出部
３７ａ  検出信号生成部
【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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