(57)【要約】【課題】従来の車輪形状測定装置では、車輪とセンサ間の距離が一定である（車輪が斜めに走行していない）ことを前提に測定を行っていたため、斜めに走行してきた時に誤った判断を行う場合があった。【解決手段】車輪のバック面に設けた基準溝と突入側と退出側のフランジ頂部の間隔を比較して、車輪が斜め走行してしているかどうかを判定し、斜め走行している場合は基準溝の傾き、及び基準溝間の距離を求め、それを用いて車輪各部の測定値を補正することで、高精度に車輪形状を求めるようにした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行する車両の車輪にレーザ光を照射し、その反射光から車輪の形状を測定する車輪形状測定装置において、
前記車輪のバック面に所定の半径の位置に基準溝を設け、前記基準溝から突入側フランジ端までの距離と、前記基準溝から退出側フランジ端までの距離とを比較することで車輪が斜め走行しているか否かを判定することを特徴とする車輪形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車輪形状測定装置に係り、特に計測している車両の車輪が斜めに走行している場合にも精度良く車輪形状を測定できる車輪形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車輪形状測定装置では、特開２００１−８８５０３号公報に記載のように、車輪がレーザ光照射方向に対して常に一定の距離を維持しながら通過することを前提として車輪形状を測定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近は車輪のバック面に基準溝を設けてその溝を基準として車輪形状を決定するようにしている。
【０００４】
ところで、車両の走行中には、必ずしも車輪がレールに対して平行になるとは限らない。このため、測定地点における車輪の走行向きが、レーザセンサの照射向きに対して斜めに測定される場合が発生する。その場合、従来の方法のように車輪がレーザセンサに対して一定の距離を保っているとして処理すると、計測した車輪径やフランジ径が実際よりも小さく測定されてしまう。
【０００５】
そこで、本発明では、車輪が斜めに走行しても、誤差の無い計測結果の得られ、車輪の異常判定を正確に行えるる車輪形状測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するための手段としては、車輪バック面の基準溝を検知するために設定する基準線を、車輪が斜めに走行した場合でも基準溝検知が可能なように一次式とする手法を採用した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の車輪形状測定装置のブロック図を示す。
【０００８】
本発明の車輪形状測定装置は、レール３２上を走行して来る車両３１の車輪１８に対して、レーザ光を照射してその反射光を受光する測定部１と、測定部位からの信号を切り分け制御する制御部３とデータ処理部５とからなる。車輪１８の形状を測定するための測定部１は、レール３２を挟んで複数のレーザセンサ（ＳＥ１〜ＳＥ４）からなる検出部２が設けてある。この検出部２で測定された測定値は光電変換され、制御部３の制御により切り出され、送信部４からデータ処理部５に送られる。
【０００９】
データ処理部５は、測定値を受け取るための受信部６と、測定結果から車輪各部の数値に変換するための演算処理部７と、測定結果及び演算処理結果を格納するためのデータベース９を備えている。
【００１０】
また、データ処理部５には、摩耗の判定を行うための摩耗判定基準値記憶部１２と、測定異常の判定を行うための異常判定基準値記憶部１３、及び車輪の新製・転削情報記憶部１４と、それらのデータを入力する入力部１１とが設けてある。さらに、データ処理部５に設けてある異常値判定処理部８では、入力部１１で入力された基準値、及び新製、転削情報をもとに演算処理結果から車輪転削の要否等を判定する。
【００１１】
データベース９に格納された測定結果は、出力部１０からモニタ装置に送られ、モニタ装置を用いて参照可能となっている。なお、後述するように、車輪バック面２８には、車輪の基準寸法となる基準溝が設けてあり車輪寸法を求めるための基準として用いている。この基準溝を正確に測定することが車輪形状測定では重要となる。
【００１２】
図２（ａ）に車輪踏面側より見た車輪の状態を、（ｂ）にフランジ部の側面拡大図を示す。また、図３に車輪バック面側から見た車輪の正面図を示す。
【００１３】
図に示すように車輪のバック面２８（バックゲージＢＧ側）には、車輪１８の基準寸法となる基準溝１９が設けてある（例えば車軸中心を中心とした直径７９０ｍｍの位置に溝が設けてある）。図２（ｂ）に示すように車輪１８の直径Ｗｄは車輪のバックゲージ（ＢＧ）面２８から６５ｍｍの車輪踏面の点２１の直径である。車輪の踏面は、曲線通過を行いやすくするため、通常１／２０のテーパが設けてある。フランジ１７の踏面２１側は、フランジ面２７が垂直軸に対してフランジ角度θの傾きを有して設けてある。ここでフランジ厚さＤｆは、車輪の軸の中心からポイント２６までの距離を示す。ポイント２６はフランジ面２７上の、踏面２１上のポイント２５から垂直に１０ｍｍの距離の地点である。フランジ高さｈ３はフランジ先端部から踏面の所定の点（バックゲージ面から６５ｍｍの点）２１までの距離をいう。また、レーザセンサ（ＳＥ１〜ＳＥ４）の車輪１８の計測点２０の位置は車輪中心からｈ２の位置としている。
【００１４】
図２、及び図３を用いて基準溝の測定結果らから車輪径を求める一例を説明する。
【００１５】
車輪径Ｗｄは、車輪中心からレール踏面２１までの距離で表すことができ、下記の式で求める。
【００１６】
Ｗｄ＝（ｈ１＋ｈ２）×２　　　　　　　　（数１）
レーザ光の照射高さｈ１は、レール踏面２１からレーザ光の照射位置までの距離とする。
【００１７】
車輪中心からレーザ光照射位置までの距離ｈ２は、レーザ光が基準溝１９間を通過した距離ＬＳと基準溝径ＷＳにより下記の式で求める。
【００１８】
ｈ１＝ＳＱＲ（（ＬＳ／２）２＋（ＷＳ／２）２）　（数２）
このため、車輪径の測定部位である車輪直径Ｗｄを算出するためには、レーザ光により基準溝１９の検出点間の距離ＬＳを正確に検知することが重要となる。
【００１９】
走行する車両の車輪１８のバック面２８にレーザ光を照射することにより、車輪１８の突入側フランジ先端部１５と、基準溝１９間の距離Ｃ１と、基準溝１９から退出側フランジ先端部１６までの距離Ｃ２を求める。前述の両者の距離を比較することで、車輪１８が斜め走行しているか否かを判定する。例えばと突入側のフランジ先端部１５から基準溝までの距離Ｃ１と退出側のフランジ先端部と基準溝までの距離Ｃ２がＣ１＝Ｃ２であれば、車輪は斜めになっていないと判断する。図のように右側に斜めになっているとＣ２＞Ｃ１となる。左側に斜めになるとＣ１＞Ｃ２となる。レーザ光の照射位置２０で測定したデータは、車輪１８が斜めに走行した場合、例えば図３のバック面形状として捉えられる。
【００２０】
基準線３５は、バック面形状２３に対して平行となるように設定する線であり、下記の式となる。
【００２１】
ｙ＝ａｘ＋ｂ　　　　　　　　　　　（数３）
斜めに走行した車輪のバック面データは、レーザ照射位置からの距離の連続で構成されていることから、この連続データの傾きａは、車輪のバック面の地点Ｐ１と、地点Ｐ２の２点間の測定データから求める。この地点Ｐ１、Ｐ２は車輪が斜めで無い時の基準溝１９の内側の点を用いればよい。
【００２２】
切片ｂは、車輪のバック面から任意の距離Ｔ１に基準線が通ることを前提として設定する。例えば傾きが無いときのレール面からの測定位置ｈ２が車輪中心位置になるように設定する。
【００２３】
これにより、基準線３５から距離Ｔ１に車輪バック面のデータが存在することになるため、このバック面のデータを基準溝の外側又は内側から繰返し参照し、溝の深さＴ２の変化があった位置（Ｔ２の最も大きな点）を基準溝として検知することが可能となる。
【００２４】
図４に、演算処理７における基準溝の判定処理フローを示す。
【００２５】
まず、レーザセンサで検出した測定データを取り込む（Ｓ１）。次に測定データから車輪のバック面のデータを抽出する（Ｓ２）。抽出したバック面のデータから傾きの有無を求め、傾きがあればその傾きを算出する（Ｓ３）。算出した傾きデータを用いて、基準線ｙ＝ａｘ＋ｂの式を決定する（Ｓ４）。
【００２６】
バック面のデータｎを基準線の式ｘに代入する（Ｓ５）。そして、その時のｙの値と１つ前のｙの値の差と、溝の基準深さを比較する（Ｓ６）。基準溝の深さが未満の場合は、バック面のデータｎ＝ｎ＋１式とする（Ｓ７）。そして再びステップＳ５に戻り次のデータｎ＋１をｘに代入して、ステップＳ６を繰り返す。
【００２７】
一つ前のデータとの差が基準溝の深さ以上となった場合は、このデータを基準溝として決定する（Ｓ８）。
【００２８】
このように、車輪が斜めに走行してきた場合でも、基準溝位置を精度良く検出することで、この検出した基準溝の位置データを用いて、車輪各部の測定値を補正して、フランジ高さフランジ厚み車輪径等を高精度に求めることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、車輪が斜めに走行してきた状態で車輪各部を測定しても、基準溝の測定値から各部の寸法を高精度に補正が可能となるため、測定値の異常発生を低減する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車輪形状測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】車輪径の求め方を示す。
【図３】車輪バック面の基準溝の検知方法を示す。
【図４】基準溝の判定処理フローを示す。
【符号の説明】
１…測定部、２…レーザセンサ、３…制御部、４…送信部、５…データ処理部、６…受信部、７…演算処理部、８…異常値判定処理部、９…データベース、１０…出力装置、１１…入力装置、１２…摩耗判定基準値、１３…異常判定基準値、１４…新製・転削情報、１５…突入側フランジ先端部、１６…退出側フランジ先端部、１７…フランジ、１８…車輪、１９…基準溝、２０…レーザ光照射位置、２１…レール踏面、２８…車輪バック面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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