(57)【要約】【課題】  高価、高精度のレーザ光源、カメラを使用しても測定精度に限度があった。【解決手段】  車輪の基準溝側端面からフランジをカバーする範囲と、車輪の踏面側端面からフランジをカバーする範囲に２方向から別々にレーザ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、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を重ね合わせ、両画像の差分から測定箇所の寸法を測定するようにした。レーザ光源と、カメラと、カメラで撮影された画像の３次元処理、３次元処理画像の合成、合成画像と基準画像の重ね合わせ、重ね合わせ画像の差分に基づく車輪測定箇所の寸法測定、摩耗量に基づく走行キロの演算といった各種演算処理を行うＣＰＵを設けた。車両の有無を検知する車両センサ、カメラ撮影、演算処理等のタイミングをとるタイミングセンサをも設けた。【選択図】      図１
2008180619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の基準溝側端面からフランジをカバーする範囲と、車輪の踏面側端面からフランジをカバーする範囲に２方向から別々にレーザ光を照射して、そのレーザ光により車輪表面に車輪の断面輪郭形状を表示し、その断面輪郭形状を前記レーザ光照射方向と同方向から別々のカメラで撮影し、両カメラで撮影された夫々の撮影画像を３次元処理し、両処理画像の高さ基準部と横基準部を位置合わせして合成画像を作成し、この合成画像と、寸法値が既知の車輪について前記方法と同じ方法でレーザ光照射され、撮影され、３次元処理され、画像合成された基準画像とを両画像の基準溝側端面同士と基準溝同士を位置合わせして重ね合わせ、両画像の差分から測定箇所の寸法を測定することを特徴とする車輪測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の車輪測定方法において、２つの３次元処理画像における車輪のフランジ頭頂部を高さ基準部、基準溝側端面と踏面側端面を横基準部とし、両処理画像の高さ基準部同士を位置合わせし、２つの横基準部を両者間の長さが所定寸法になるように位置設定して画像合成することを特徴とする車輪測定方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の車輪測定方法において、合成画像の基準溝と基準画像の基準溝を重ね合わせるに当り、合成画像の基準溝の斜面と基準溝側端面とのなす角度を測定し、その角度が所定角度以内のときは、前記斜面の延長線と基準溝側端面との交点位置を基準溝の斜面角とみなし、その斜面角から基準溝側端面上をフランジ側に所定寸法離れた位置を基準溝の水平面角とみなし、この水平面角と前記斜面角を、基準画像の基準溝の水平面角と斜面角と位置合わせして重ね合わせることを特徴とする車輪測定方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車輪測定方法において、重ね合わせ画像を、又は重ね合わせ画像とその差分に基づく測定値とを同一画面に表示することを特徴とする車輪測定方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の車輪測定方法において、列車が入庫時又は／及び出庫時に所定位置に到来したことを検出し、その検出に基づいて車両に装備されている車輪へのレーザ光の照射、カメラによる撮影、画像の３次元処理、３次元処理画像の合成、合成画像と基準画像との重ね合わせを行って、入庫時又は／及び出庫時の車輪測定箇所の寸法を測定することを特徴とする車輪測定方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５記載の車輪測定方法に使用される測定装置であり、車輪の基準溝側端面からフランジをカバーする範囲にレーザ光を照射するレーザ光源と、車輪の踏面側端面からフランジをカバーする範囲にレーザ光を照射するレーザ光源と、夫々のレーザ光照射部分をレーザ光源の照射方向と同じ方向から撮影するカメラと、それらカメラで撮影された踏面側画像と、基準溝側画像の３次元処理、３次元処理画像の合成、合成画像と基準画像の重ね合わせ、重ね合わせ画像の差分に基づく車輪測定箇所の寸法測定、車輪の摩耗量、摩耗量に基づく走行キロの演算といった各種演算処理を行うＣＰＵ、前記重ね合わせ画像、又はその画像と前記測定値を表示する画面を備えたことを特徴とする車輪測定装置。
【請求項７】
請求項６記載の車輪測定装置において、車両の有無を検出する車両センサと、カメラによる車輪撮影のタイミングを検知するタイミングセンサをも備え、タイミングセンサは車両進行方向の前後双方又はいずれか一方に配置され、レーザ光源から出射されるレーザ光の出射方向及び出射角度は車輪が所定位置に到来すると車輪中心に照射されるように設置され、前記タイミングセンサは車輪中心がレーザ光照射位置に到来すると作動する位置に設置されたことを特徴とする車輪測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄道車両用車輪のフランジ厚、フランジ高といった車輪各部の寸法測定、フランジや踏面の摩耗、車輪の変形、欠け、歪み等の目視確認ができる車輪測定方法とそれに使用される車輪測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用車輪は走行によって摩耗する。摩耗すると車両の振動、ガタツキ等が大きくなって乗り心地の悪化、急カーブでの脱輪、脱線事故が発生の虞があり、人命事故に繋がる危険があるため、それらの予防、列車の安全走行確保の面から、車輪の寸法測定による摩耗の確認、車輪研削（削正）による寸法修正、車輪の交換作業といった各種点検、保守は必要不可欠である。また、一本の車軸に装備された２つの車輪の間隔変動も前記と同様の危険があるため車輪間隔の測定も必要不可欠である。これら測定により削正時期、車輪寿命の予測等の管理が可能となり、事故発生の予防が可能となる。
【０００３】
図１３に示すように車輪１はフランジ２、踏面３、基準溝４などを備えている。基準溝４は基準溝側端面（車輪内面）５にリング状に形成されている。車輪１の測定箇所は基準溝４からフランジ頭頂部Ｐまでの寸法（フランジ長）Ｃ、フランジ厚Ｆ、フランジ高Ｈ、図１４のように車軸８に装着されている２つの車輪１の内面間距離ＢＧ等である。通常、基準溝４の直径は固定値780mm、基準溝側端面５から踏面側端面９までの寸法は固定値125mm、タイヤ圧基準直径Ｇは固定値730mm、踏面３からフランジ厚測定点までの寸法Ｋは固定値10mm、フランジ直径Ｄは（Ａ＋２Ｃ）、タイヤ厚Ｔは（Ｃ−Ｈ＋（Ａ−Ｇ）／２）である。
【０００４】
車輪の寸法測定方法には作業員の手作業による測定、車輪測定装置（特許文献１、２）を用いた自動測定等がある。
【０００５】
【特許文献１】特許第３６１５９８０号公報
【特許文献２】特開平１１−８３４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
手作業による測定は作業性が悪く、作業員により測定値がばらつき易く、測定精度の信頼性に劣り、車輪に測定具を当てての作業であるため安全面、労力負担面でも課題があった。
【０００７】
前記特許文献１、２の車両測定装置を用いた測定方法は、手作業測定の場合の課題はないが、いずれも撮影した画像の絶対値測定であるため、測定精度は撮影画像の精度に影響される。しかし、レーザ光線の太さのばらつき、撮影画像はレーザ光源設置時に位置ズレに起因するレーザ光照射角度のズレ、カメラレンズの収差、カメラレンズの位置ずれによるピントのズレ、ＣＣＤのピクセル値（画素数）による解像度等の影響を受ける。このため撮影画像が必ずしも車輪の状態に忠実でないことが多く、測定誤差が出易く、測定精度に問題がある。これら課題を低減するためには、解像度の高いカメラを使用し、サブピクセル処理をはじめとして高度で複雑な処理をし、レーザ光源やカメラの設置精度を高めなければならないため、カメラが高価になり、ＣＰＵがコスト高になり、測定処理が面倒であり、設置作業が面倒になる。しかも、そのような措置を講じても必ずしも前記課題が完全に解消されるわけではない。近年はこれまで以上の安全走行を確保する目的から測定頻度が高まっているため、前記測定装置では実用面で多くの課題が残されている。
【０００８】
本発明は前記した車輪のフランジ厚、フランジ高、フランジ直径、踏面直径といった測定箇所の寸法を、車輪に非接触で、精度の高い測定ができ、車輪の寸法に製造時の公差があっても計測車輪の製作実寸を基準にしてそれからの摩耗を測定できるようにしたものである。また、形状、寸法などの異なる各種車輪の寸法測定もできて汎用性があり、低価格で、測定操作が簡便で取り扱い易く、更には、車庫、ピット等への列車の入庫時や出庫時に車両を停止させることなく走行させたままで、多数の車輪（例えば10両編成の車両に装備されている全車輪）を順次測定できるようにした車輪測定方法と車輪測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の車輪測定方法は請求項１記載のように、車輪の基準溝側端面からフランジをカバーする範囲と、車輪の踏面側端面からフランジをカバーする範囲に２方向から別々にレーザ光を照射して、そのレーザ光により車輪表面に車輪の断面輪郭形状を表示し、その断面輪郭形状を前記レーザ光照射方向と同方向から別々のカメラで撮影し、両カメラで撮影された夫々の撮影画像を３次元処理し、両処理画像の高さ基準部と横基準部を位置合わせして合成画像を作成し、この合成画像と、寸法値が既知の車輪について前記方法と同じ方法でレーザ光照射され、撮影され、３次元処理され、画像合成された基準画像とを両画像の基準溝側端面同士と基準溝同士を位置合わせして重ね合わせ、両画像の差分から測定箇所の寸法を測定するようにした。この場合、請求項２記載のように、２つの３次元処理画像における車輪のフランジ頭頂部を高さ基準部、基準溝側端面と踏面側端面を横基準部とし、両処理画像の高さ基準部同士を位置合わせし、２つの横基準部を両者間の長さが所定寸法になるように位置設定して画像合成することができる。前記合成画像の基準溝と基準画像の基準溝を重ね合わせるに当り、請求項３記載のように、合成画像の基準溝の斜面と基準溝側端面とのなす角度を測定し、その角度が所定角度以内のときは、前記斜面の延長線と基準溝側端面との交点位置を基準溝の斜面角とみなし、その斜面角から基準溝側端面上をフランジ側に所定寸法離れた位置を基準溝の水平面角とみなし、この水平面角と前記斜面角を、基準画像の基準溝の水平面角と斜面角と位置合わせして重ね合わせることもできる。前記測定において、請求項４記載のように、ＣＰＵなどのディスプレイ（画面）に、重ね合わせ画像を表示することも、その画像の他に、重ね合わせ画像の差分に基づく前記測定値をも表示することができる。
【００１０】
本発明の車輪測定方法では、請求項５記載のように、列車の入庫時又は／及び出庫時に、車輪が所定位置に到来したことを検出し、その検出に基づいて車両に装備されている車輪へのレーザ光の照射、カメラによる撮影、画像の３次元処理、３次元処理画像の合成、合成画像と基準画像との重ね合わせを行って、車両走行中に車輪測定箇所の寸法を測定することができる。
【００１１】
本発明の車輪測定装置は前記車輪測定方法に使用される測定装置であり、請求項６記載のように、車輪の基準溝側端面からフランジをカバーする範囲にレーザ光を照射するレーザ光源と、車輪の踏面側端面からフランジをカバーする範囲にレーザ光を照射するレーザ光源と、夫々のレーザ光照射部分をレーザ光源の照射方向と同じ方向から撮影するカメラと、それらカメラで撮影された踏面側画像と、基準溝側画像の３次元処理、３次元処理画像の合成、合成画像と基準画像の重ね合わせ、重ね合わせ画像の差分に基づく車輪測定箇所の寸法測定、車輪の摩耗量、摩耗量に基づく走行キロの演算といった各種演算処理を行うＣＰＵ、前記重ね合わせ画像、又はその画像と前記測定値を表示する画面を備えたものとすることができる。本発明では請求項７記載のように前記測定装置に、車両の有無を検出する車両センサと、カメラによる車輪撮影のタイミングを検知するタイミングセンサをも備え、タイミングセンサは車両進行方向の前後双方又はいずれか一方に配置し、レーザ光源はレーザ光の出射方向及び出射角度が、所定位置に到来する車輪の中心に照射できるように設置され、前記タイミングセンサを車輪中心がレーザ光照射位置に到来すると作動する位置に設置して、車輪中心がレーザ光照射位置に到来するたびに車輪上のレーザ光を撮影できるようにすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の車輪測定方法は次のような効果がある。
１．車輪の基準溝側と踏面側から撮影した２つの撮影画像を３次元処理して画像合成し、その合成画像を、前記測定方法と同じ測定装置を使用して同じ測定環境で同じ測定方法で撮影した基準画像と重ね合わせ、その重ね合わせ画像の差分から車輪測定箇所の寸法（摩耗量）を測定するので、従来の合成画像から絶対値測定する方法に比して測定誤差が少ない。
２．２つの画像のフランジ頭頂部を高さ基準部とし、走行により摩耗しない基準溝側端面と踏面側端面を横基準部とし、その高さ基準部同士と２つの横基準部同士を位置合わせして画像合成するので合成画像は車輪の形状、寸法に忠実なものとなる。このため車輪に製造時の公差内の寸法誤差があっても、その実寸に基づいて正確な寸法測定ができる。ちなみに、２つの横基準部間の寸法を公差０の基準寸法（125mm）にして合成すると、測定車輪の実寸と不一致になって測定誤差が発生するが、本発明ではそのような測定誤差は発生しない。
３．重ね合わせ画像（車輪プロファイル）を画面に表示するため、それら画像から車輪の全体形状、部分的変形等を把握することもできる。
４．レーザ光の照射から、撮影、画像合成、合成画像と基準画像の重ね合わせ、寸法測定までの一連の作業が車輪に非接触で自動的に行うので測定操作の面倒がなく、効率の良い測定ができ、労力が軽減され、作業の安全性も確保される。
５．車庫、ピット等へ入庫する車両、或いは出庫する車両が所定位置に到来したことを車両センサで検出し、その検出に基づいて車輪を測定するので、多数の車輪、例えば、10両編成の車両の車輪を走行中に次々と（連続的に）測定することができ、走行中の車両の車輪を効率よく、安全に測定することができ、労力も軽減される。車輪寸法を入庫時に測定すれば摩耗している車輪寸法を、出庫時に測定すれば補修後の車輪寸法を確認することができる。
６．重ね合わせ画像が表示された画面に測定値をも表示もするので、車輪寸法を数値で確認することもでき、その数値に基づいて車輪を削正して適正寸法に修正できるため、車両の安全走行が確保され、乗り心地も向上する。
７．測定データを蓄積すれば、削正時期や車輪の寿命時期等の予測管理等を行うこともでき、他のデータとの併用により車輪の走行距離を管理することもできる。
【００１３】
本発明の車輪測定装置は次のような効果がある。
１．レーザ光源、カメラが所定位置に設置固定されているので、多数の車輪に対するレーザ光照射、車輪におけるレーザ光による車輪断面輪郭形状の撮影を、一定位置で、一定角度で、一定方向から行うことができるため、安定した画像が得られ、測定にバラツキがなく、測定精度が向上する。
２．寸法が既知である基準画像と合成画像との重ね合わせ画像の差分に基づいて車輪の寸法測定を行うので、精度の良好な光学機器や複雑な補正処理をしなくとも誤差の少ない測定ができ、コストが低減する。
３．車両の有無を検知する車両センサと、車輪が所定位置（レーザ光が車輪中心に照射される位置）まで走行してきたときに撮影させるタイミングセンサを備えているので、それらセンサ、レーザ光源、カメラを所定位置に設置しておけば、車輪を所定位置で確実に自動測定できる。このため、前記測定機器を車庫、ピット等の入口に設置しておけば入庫してくる走行列車を、出口に設置しておけば出庫する走行列車を、停止させることなく走行させたままで連続的に自動測定でき、作業性がよく、省力化でき、作業性が向上し、車輪へ非接触で測定できるので安全性も高い。また、入庫時と出庫時の双方向で測定すれば削正前と削正後のデータ比較を容易に行うことができる。
４．重ね合わせ画像の差分に基づいて寸法測定を行うことができるため、各種データ処理を行うＣＰＵも複雑、高度のものである必要がなく、コスト低減につながる。
５．車両に取り付けてあるＩＣタグを読み取って車輪の種類を判別し、その判別に基づいて測定パラメータがＣＰＵで自動的に切換えられるようにしてあるので、１台の測定装置で、異なる種類、サイズの車輪を測定することができ、汎用性があり、低コスト化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（本発明の車輪測定方法の実施形態１）
本発明の車輪測定方法では同一軸に装備されている左右二つの車輪を同時に測定することも、走行中の車両を停止させずに測定することもできるが、この実施形態は停止中の一つの車輪を測定する場合の一例であり、図１〜図１２に基づいて以下に説明する。
【００１５】
図１の車輪１は既存の鉄道用（軌道用）と同じものであり、フランジ２、踏面３、基準溝４を備えている。本発明の車輪測定方法で測定するのは車輪１の基準溝４からフランジ先端（頭頂部）Ｐまでのフランジ長Ｃ（図１３）、フランジ厚Ｆ（図１３）、フランジ高Ｈ（図１３）をはじめとする各部の寸法である。それら寸法測定は次のようにして行う。
【００１６】
図１のように車輪１の基準溝側端面５と踏面側端面９の前方斜め下方の２箇所に車輪１を挟むようにしてレーザスリット光源（レーザ光源）１０と撮影装置（カメラ：例えばＣＣＤカメラ）１１を設置しておき、両レーザ光源１０から車輪１に細線状のレーザ光を照射する。この場合、レーザ光を車輪１の基準溝側端面５からフランジ２までをカバーする範囲（図１の内側斜線部分Ｖ）と、車輪１の踏面側端面９からフランジ２までをカバーする範囲（図１の外側斜線部分Ｗ）に別々に照射して、車輪１の表面にその左右の断面輪郭形状ｆ１、ｆ２（図２（ａ）、（ｂ））をレーザ光により表示する。前記レーザ光源１０とＣＣＤカメラ１１は図１のように共通のフレーム１５に取り付けてユニット化しておくと両者の間隔、車輪１に対する角度が一定する。また、レーザ光源１０はそれから出射されるレーザ光が図３（ｂ）のように車輪１の中心Ｏに向けて照射される方向、角度になるように設定しておく。また、レール２０の内側と外側には車輪１を挟むようにタイミングセンサ２３を設置しておくことができる。タイミングセンサ２３はレーザ方式とすることができる。レーザ方式の一例としては図３（ａ）〜（ｃ）のようにレールの一方に設置したレーザ光源２３ａからレーザ光を常時出射し、そのレーザ光がレーザ光源２３ａと対向して設置してある反射板２３ｂで反射されるようにしておき、レール２０の上の車輪１が走行してきて前記レーザ光が遮断されるとカメラ１１に撮影開始信号が送信されるものとすることができる。
【００１７】
前記左右の断面輪郭形状ｆ１、ｆ２を前記のように設置された２台のＣＣＤカメラ１１でレーザ光照射方向とほぼ同方向でそれより多少下方から同時に撮影し、２つの撮影画像Ｆ１、Ｆ２（図４（ａ）、（ｂ））を画面１２に表示する。この撮影画像Ｆ１、Ｆ２はコンピュータの演算処理装置（ＣＰＵ）で処理するだけにして画面には表示しなくともよい。
【００１８】
前記撮影画像Ｆ１、Ｆ２は車輪１の前方斜め下方から撮影されているため車輪断面輪郭形状ｆ１、ｆ２を正面から撮影したものとはＺ軸（車輪断面の高さ方向）の寸法がずれる。この寸法ずれを補正して正規の断面画像の寸法に合せるために左右の撮影画像Ｆ１、Ｆ２を３次元処理して図５（ａ）、（ｂ）に示す画像にする。３次元処理は例えば次のようにして行うことができる。この処理画像もＣＰＵで処理するだけにして画面に表示しなくともよい。
フィルタ処理（スムージング等）
スリット画像の閾値判定
スリット座標位置取得（サブピクセル）
２次元画像の３次元座標変換
【００１９】
図１１に車輪とレーザ光源１０及びＣＣＤカメラ１１の配置関係を示す。図１１においてθ、Ｚ、ｂ、Ｌ、Ｃ、Ｙは夫々以下のとおりである。
θ：レーザ光源とＣＣＤカメラの中心とのなす角
Ｚ：ａ点の求める高さ
ｂ：レーザ光源とＣＣＤカメラの中心線が交差する点からカメラまでの長さ
Ｌ：レーザ光源とＣＣＤカメラの中心線が交差する点からレーザ光源までの長さ
Ｃ：レンズ中心からＣＣＤまでの長さ
Ｙ：ＣＣＤの結像の長さ
本発明における３次元処理は前記Ｚを求めることであり、図１１より次式で求めることができる。
【００２０】
【数１】
2008180619.tif 000003
【００２１】
ＹはＣＣＤ上の画素のトレースで求めることができ、Ｃ、ｂ、θは既知である為Ｚを求めることができる。又、レーザ光が当たっているＸ方向各点（画素点）のＺを同様に求め、画像を描出することができる。
【００２２】
次に、３次元処理済みの左右の画像（３次元処理画像：図５（ａ）、（ｂ））を合成して図６の合成画像１３とする。この場合、左右の３次元データを回転、移動させて画像を水平、垂直にし、画像を上下、左右に位置調整して、車輪のフランジ頭頂部Ｐ（図５（ａ）、（ｂ））を検索して高さ基準部とし、一方の画像の踏面側端面９（図５（ａ））と他方の画像の基準溝側端面５（図５（ｂ））を夫々横基準部とし、図５（ｂ）の画像中の基準溝側端面５からフランジ頭頂部Ｐまでの距離ａと、図５（ａ）の画像中の踏面側端面９からフランジ頭頂部Ｐまでの距離ｂを夫々求め、両画像の高さ基準部のフランジ頭頂部Ｐ同士を合致させると共に図６の合成画面の基準溝側端面５から踏面側端面９までの距離が前記ａ＋ｂの距離になるように位置合わせして画像合成する。この場合、前記ａ、ｂの距離を求めることなく、基準溝側端面５から踏面側端面９までの距離を設計基準寸法の125mmに合わせると、測定した車輪の基準溝側端面５から踏面側端面９までの距離に公差内のバラツキがある場合、合成画像の基準溝側端面５から踏面側端面９までの距離が測定車輪の実寸と合致しなくなり、それがその後の測定誤差原因となる。しかし、この実施形態では前記のようにａ＋ｂの距離にしたため、そのような誤差は発生しない。
【００２３】
画像合成は次のようにして行うこともできる。図５（ａ）、（ｂ）の３次元処理と同じ方法で３次元処理された図５（ｃ）、（ｄ）の両画像のフランジ頭頂部Ｐを高さ基準部とし、図５（ｄ）の画像中の基準溝側端面５から撮影画像の左端（踏面傾斜内角）Ｑまでの距離ａと、図５（ｃ）の画像中の踏面側端面９から踏面傾斜内側角Ｑまでの距離ｂを夫々求め、両画像の高さ基準部のフランジ頭頂部Ｐ同士を合致させると共に図６の合成画面の基準溝側端面５から踏面側端面９までの距離が前記ａ＋ｂの距離になるように位置合わせして合成する。この場合も前記のような誤差はない。
【００２４】
得られた図６の合成画像１３と図７の基準画像１４とを図８のように重ね合わせる。重ね合わせは両画像１３、１４の基準溝側端面５と基準溝４の基準点Ｘ（図６、図７の水平面角部）同士を位置合わせして行う。基準画像１４は寸法が既知である基準車輪（例えば、新品車輪、樹脂等で擬似的に製作した車輪等）を本発明の車輪測定装置を使用して同じ測定条件で同じ測定方法で測定された画像である。重ね合わせ画像は画面１２に表示する。重ね合わせた両画像は色違いにして目視で比較し易くすることもできる。本発明ではこの重ね合わせ画像の差分から車輪測定箇所であるフランジ長Ｃ（図１３）、フランジ厚Ｆ（図１３）、フランジ高Ｈ（図１３）の摩耗量をＣＰＵで演算処理して測定する。測定値は前記重ね合わせ画像が表示された画面上に重ね合わせ画像と共に、又はそれとは別の画面に表示することができる。測定値はデジタル値、グラフ、その他の形式で表示することができる。
【００２５】
車輪１の基準溝４には図９（ｃ）、（ｄ）のように油、塵芥などの汚れ３０が付着して、基準溝４の基準点Ｘを合成画像上で確認することができない場合がある。この場合は次のようにして基準点を求め、それを見做し基準点Ｘ1として、図７の基準画像１４の基準溝４の基準点Ｘと重ね合わせる。基準溝４は図９（ａ）、（ｂ）のように幅４mm、深さ２mmと定められており、基準側端面５と基準溝４の傾斜面４ａのなす外角θと基準側端面５と基準溝４の傾斜面４ａのなす内角αとは次の関係にある。
２／４＝tanα
α＝tan-1１／２
θ＝１８０度−α
【００２６】
前記関係を前提にして、図９（ｃ）、（ｄ）の合成画像の基準溝４の傾斜面４ａのうち部分的に確認できる部分（確認部）４ｂの延長線Ｓと基準溝側端面５とのなす角度θを測定し、その角度θが基準溝本来の傾斜面４ａと基準溝側端面５とのなす角度（前記θ＝１８０度−α）が所定範囲内にあるときは、前記延長線Ｓと基準溝側端面５との交点位置Ｙを基準溝４の斜面角部とみなし、この見做し基準点Ｙから基準溝側端面５上のフランジ２側に所定寸法（４mm）離れた位置を基準溝４の水平面角部（基準点）とみなし、この見做し基準点Ｘ1を、基準画像１４の基準溝４の基準点Ｘ（図７）と位置合わせして重ね合わせる。
【００２７】
車輪の基準溝４の汚れがひどく、図９（ｅ）のように基準溝４の傾斜面４ａを全く確認できないときは、測定不能と判断して画面上に図９（ｆ）のようにＭと表示する。
【００２８】
前記ＣＰＵは通常のコンピュータのＣＰＵと同様にプリンタや外部記憶装置などの外部装置との間でデータ送受信を行うことができる。測定データはコンピュータの内部メモリや外部メモリに保存することができる。前記撮影画像、合成画像、重ね合せ画像や、測定条件、測定データ等の任意のものはプリントアウトしたり、外部のデータ処理装置に伝送したりすることができる。これら処理も前記ＣＰＵで行うことができる。
【００２９】
（本発明の車輪測定方法の実施形態２）
本発明では同一軸に装備されている二つの車輪を同時に測定する場合こともできる。この場合は図１のように２つの車輪１の夫々を外側と内側から挟むように設置したレーザ光源１０（４つのレーザ光源）から、夫々の車輪１に実施形態１と同様にレーザ光を照射して車輪表面にその断面輪郭形状ｆ１、ｆ２（図２（ａ）、（ｂ））を表示し、その輪郭断面形状を４つのＣＣＤカメラ１１で撮影し、夫々の車輪１の左右の撮影画像を３次元処理して、夫々の車輪別に画像合成し、夫々の合成画像１３を基準画像１４と重ね合わせ、両者画像の差分に基づいて夫々の車輪の寸法をＣＰＵで演算処理して絶対値測定する。
【００３０】
（本発明の車輪測定方法の実施形態３）
本発明の車輪測定方法では、例えば10両編成の車両が車庫、ピットなどに入庫するときに、車両走行中にその車両の多数本の車軸８に装備されている車輪１を順次測定することもできる。そのためには車庫、ピットなどの入口側にレーザ光源１０及びカメラ１１と共に車両センサ２２（図３（ａ））及びタイミングセンサ２３（図３（ａ））を設置しておき、入庫のために所定位置まで走行してきた列車を車両センサ２２で検出し、その検出に基づいてレーザ光源１０からレーザ光を出射させ、車両が更に走行して車輪中心部Ｏ（図３（ｂ））に前記レーザ光が照射される位置まで到来すると、その車輪をタイミングセンサ２３が検知してカメラ１１に撮影信号を出力し、その信号に基づいてカメラ１１が車輪上のレーザ光による車輪断面輪郭形状ｆ１、ｆ２を撮影し、以後、前記した撮影画像の３次元処理、３次元処理後の画像合成、合成画像１３と基準画像１４の重ね合わせ等をＣＰＵで行って車輪の寸法測定が行われるようにしてある。この測定方法によれば列車の入庫時に車輪１の摩耗寸法を測定し、その測定データに基づいて車庫やピット内で車輪の削正、歪の補修等を行うことができる。
【００３１】
本発明の車輪測定方法では車庫、ピットなどから出庫する車両の車輪を測定することもできる。そのためには車庫、ピットなど出口側にタイミングセンサ２３を設けておき、出庫する車両の車輪中心部Ｏ（図３（ｂ））にレーザ光が照射されたときに前記タイミングセンサ２３が作動してカメラに撮影信号を送信するようにしておくことにより、カメラ１１での車輪１の撮影、撮影画像の３次元処理、画像合成、合成画像１３と基準画像１４の重ね合わせ等が行われ、車輪の寸法測定が行われるようにする。この測定方法によれば補修後の車輪の寸法、形状等を出庫時に自動的に測定することができる。
【００３２】
本発明の車輪測定方法では車庫、ピットなどの入口側と出口側の双方にタイミングセンサを前記のように設置しておくことにより、入庫時と出庫時の双方で車輪測定をすることができる。この測定方法によれば、測定データに基づいて入庫時に車輪１の寸法や形状を把握して削正し、出庫時に車輪寸法を測定して前記削正状態を確認することができる。
【００３３】
（本発明の車輪測定方法の実施形態４）
本発明の車輪測定方法では、車軸８に装備された２つの車輪の間隔を測定することもできる。その場合は前記実施形態１の測定方法と同様にして左右の車輪を同時に撮影し、その撮影画像を３次元処理した左右の車輪の画像（図１０）の画像間隔（固定値）Ｎと、左側の画像の基準溝側端面５と画像端面Ｒ１、右側の画像の基準溝側端面５と画像端面Ｒ２との間の距離Ｚ１、Ｚ２の合計値をＣＰＵで演算処理して測定し、その合計値を２つの車輪間隔とする。この場合、図１０の画像を、左右の基準車輪の基準溝側を本発明の車輪測定方法と同じ装置で、同じ条件で、同じ測定方法で撮影した基準画像と重ね合わせ、その差分に基づいてＣＰＵで演算処理して測定することもできる。
【００３４】
（本発明の車輪測定装置の実施形態１）
本発明の車輪測定装置の一例を図１及び図３（ａ）〜（ｃ）に、その測定装置と測定データ処理部とのシステム構成の一例を図１２に示す。この測定装置は、例えば10両編成の車両が車庫、ピットなどに次から次へと入庫してくるときに、それら車両の多数本の車軸８（図１）の夫々に装備されている２つの車輪１を走行中（停止させず）に同時に、順次測定する場合の例であり、図３（ａ）に示すように１台の車両センサ２２と、一つの車輪１に対して２つのレーザ光源１０と２つのカメラ１１と、タイミングセンサ２３を備えている。また、図１２に示すように前記カメラ１１で撮影された夫々の画像の３次元処理、３次元処理画像の合成、合成画像１３と基準画像１４の重ね合わせ、重ね合わせ画像の差分に基づく寸法測定といった各種処理を行うコンピュータ（ＣＰＵ）を備えている。コンピュータは夫々の車輪用に１台ずつ計２台用意することもできるが１台にすることもできる。また、ＩＣタグ読み取りセンサ２６をも備えている。
【００３５】
前記車両センサ２２はレーザ方式であり、図３（ａ）に示すレーザ光源２２ａからレーザ光を出射し、レーザ光源２２ａと対向位置に設置してある反射体２２ｂで反射させ、そのレーザ光が走行してくる車両２５により遮断されると車両２５を検知するものである。車両センサ２２は反射式であるが、反射体２２ｂの代わりに受光体を設けた透過式とすることもできる。また、レーザ方式以外のセンサ、例えば、近接センサとか、メカ式のセンサ等とすることもできる。
【００３６】
前記タイミングセンサ２３は図３（ａ）〜（ｃ）のように、車庫、ピット等の入口側と出口側の双方に、車輪１を挟む対象位置に設置されている。このタイミングセンサ２３もレーザ方式であり、図３（ａ）に示すレーザ光源２３ａからレーザ光を出射し、レーザ光源２３ａと対向位置に設置してある反射体２３ｂで反射させ、そのレーザ光が走行してくる車輪により遮断されると車両を検知するものである。タイミングセンサ２３は前記反射体２３ｂの代わりに受光体を設けた透過式とすることもできる。また、レーザ方式以外のセンサ、例えば、近接センサとか、メカ式のセンサ等とすることもできる。
【００３７】
前記レーザ光源１０、カメラ１１は共通のフレーム１５（図１）に装備してセンサユニット１７とし、そのレーザ光源１０とカメラ１１との相互間隔、車輪１に対する角度等を固定し、このセンサユニット１７を車輪１の前方斜め下方に車輪１を挟むように設置固定しておくことにより、車輪１の測定箇所の寸法を前記のように測定できるようにしてある。レーザ光源１０の向き及び角度はそれから出射されるレーザ光が、入庫又は出庫のために所定位置に到来した車輪の中心部Ｏ（図３（ｂ））に照射されるように設定されており、カメラの向き及び角度はその車輪上に照射されているレーザ光による車輪断面輪郭ｆ１、ｆ２の画像Ｆ１、Ｆ２を撮影できるように設定してある。このように設定することにより、常に一定位置から、一定方向に、一定角度でレーザ光を照射し、一定位置から、一定角度でカメラ撮影して、それら多数の車輪１を同一条件で測定することができる。この場合は多数の車輪１の測定に測定誤差が発生しにくくなる。また、同一条件で撮影される画像に基づいて多数の車輪の寸法、摩耗量、形状、部分的変形等を比較することができ、比較精度も向上する。
【００３８】
前記レーザ光源１０、カメラ１１には汎用のものとか本発明の車輪測定方法のために開発した専用のものを使用することができる。前記３次元処理も汎用の３次元処理ソフトとか本発明の車輪測定方法のために開発した専用のものを使用することができる。
【００３９】
図１２に示すシステム構成は、２台のパソコン（ＰＣ）、夫々のパソコン用の２台のキーボード（ＫＢ）、夫々のパソコン用の液晶ディスプレー（ＬＣＤ）、左車輪用、右車輪用のセンサユニット１７、車両の有無を検知する車両センサ２２、左右の車両を位置検出するタイミングセンサ２３、前記各種センサ、各種機器を制御するためのコントロールユニット３１、ＩＣタグ読み取りセンサ２６を備えている。ＩＣタグ読み取りセンサ２６はＩＣタグ読み取りセンサ２６は車両に取り付けられているＩＣタグに記憶されている情報を読み取るものである。ＩＣタグ読み取りセンサ２６で読み取られた情報に基づいてＣＰＵが読み取った車輪の種類を判別し、その判別に合わせてＣＰＵで測定パラメータが自動的に切替えられて、寸法の異なる各種車輪を一台の測定装置で測定できるようにしてある。
【００４０】
前記測定装置では、車両センサ２２で車両が検出される（車両有り）と夫々のセンサユニット１７のレーザ光源１０からレーザ光が出射され、車輪が進行して前記レーザ光が車輪中心部Ｏに照射される位置まで到来すると左右のタイミングセンサ２３が作動して、夫々のセンサユニット１７のカメラ１１が車輪１を撮影するようにしてある。前記車両センサ２２で車両が検出されない（車両なし）ときは車両センサ２２のレーザ光源２２ａからレーザ光が車輪１に照射されず、夫々のセンサユニット１７のカメラ１１で車輪１が撮影されないようにしてある。
【００４１】
図３（ａ）に示す車輪測定装置により入庫時（車輪が図３の右側に走行するとき）に車輪測定する場合は、図３の右側のタイミングセンサ２３からの信号をカメラ撮影、画像取り込み、画像処理のタイミング信号とし、出庫時（車輪が図３の左側に走行するとき）に車輪測定する場合は、図３の左側のタイミングセンサ２３からの信号をカメラ撮影、画像取り込み、画像処理のタイミング信号として使用する。これら信号はコントロールユニットで制御され、前記測定方法に従ってＣＰＵにより３次元処理、画像合成、基準画像との重ね合わせ、寸法測定が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の車輪測定方法及び車輪測定装置の一例を示す説明図。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の車輪測定方法におけるレーザ光照射による車輪断面輪郭形状の説明図。
【図３】（ａ）は本発明の車輪測定方法及び車輪測定装置の全体概要説明図、（ｂ）は車輪中心へのレーザ光照射説明図、（ｃ）はタイミングセンサの配置を示す平面図。
【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明におけるＣＣＤカメラで撮影した左右の画像の説明図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明における左右の３次元処理画像の説明図、（ｃ）、（ｄ）は（ａ）、（ｂ）の画像を使用した画像合成方法の説明図。
【図６】本発明における合成画像の説明図。
【図７】本発明における基準画像の説明図。
【図８】合成画像と基準画像の重ね合わせ画像の説明図。
【図９】（ａ）〜（ｆ）は基準溝が汚れている場合の基準点確認方法の説明図。
【図１０】車軸に装備されている２つの車輪間隔測定方法の説明図。
【図１１】撮影画像の３次元処理の原理説明図。
【図１２】本発明の車輪測定装置のシステム構成の一例を示す説明図。
【図１３】車輪説明図。
【図１４】車軸への車輪装備説明図。
【符号の説明】
【００４３】
１  車輪
２  フランジ
３  踏面
４  基準溝
５  基準溝側端面
８  車軸
９  踏面側端面
１０  レーザ光源
１１  撮影装置（ＣＣＤカメラ）
１２  画面
１３  合成画像
１４  基準画像
１５  フレーム
１７  センサユニット
２２  車両センサ
２３  タイミングセンサ
２５  車両
２６  ＩＣタグ読み取りセンサ
３１  コントロールユニット
【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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