(57)【要約】【課題】車輪の径中心を求める必要も、カメラの焦点も変える必要がなく、簡単に光切断法による車輪の形状計測を実行できる車輪形状計測装置等を提供する。【解決手段】レールに対し所定の高さに設置され、通過センサ１１ａ〜１２ｂによって車輪１０ａが通過したことが検出された場合、車輪１０ａ，１０ｂの計測部位に向け水平方向にレーザ線条光を照射するレーザ線条光照射部１３ａと、車輪１０ａ，１０ｂの通過が検出された場合、レーザ線条光が照射された車輪１０ａ，１０ｂの照射部位を撮影するカメラ１５ａ，１７ａと、それらのカメラ１５ａ，１７ａが撮影した車輪１０ａ，１０ｂの照射部位の画像を画像処理して、水平方向にレーザ線条光を照射したことに基づく歪を補正する画像処理部１８と、歪補正された画像に基づいて車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する所定の計測項目を計測する車輪形状計測部１９とを有する。【選択図】図１
2012098047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール上における車輪の通過を検出する通過センサと、
前記レールに対し所定の高さに設置され、前記通過センサによって前記車輪が通過したことが検出された場合、前記車輪の少なくとも踏面を含む部位に向け水平方向にレーザ線条光を照射するレーザ線条光照射部と、
前記通過センサによって前記車輪の通過が検出された場合、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の少なくとも踏面を含む照射部位を撮影する踏面カメラと、
前記踏面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、前記所定の高さから水平方向に前記レーザ線条光を照射したことに基づく歪を補正する画像処理部と、
前記画像処理部が処理した前記歪の補正された前記車輪の照射部位の画像に基づいて前記車輪の形状に関する所定の計測項目を計測する車輪形状計測部と、
を有する車輪形状計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の車輪形状計測装置において、
前記レーザ線条光照射部によって前記車輪の内側面に照射された前記レーザ線条光の照射部位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または前記車輪の横ズレの少なくとも一方を検出し、検出した前記車輪のアタック角または前記車輪の横ズレの少なくとも一方に基づいて、生成した前記車輪の踏面と、フランジ部及び基準溝とを少なくとも含む前記車輪の合成画像を修正する、
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、
さらに、
前記踏面カメラの電子シャッタのオン・オフ周期は、前記レーザ線条光照射部からの前記レーザ線条光の点滅周期と同期しており、
前記踏面カメラは、
１フレーム内に前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を複数回撮影し、
前記画像処理部は、
前記踏面カメラが複数回撮影した前記車輪の照射部位の画像を画像処理して１の画像を出力する、
ことを特徴とする車輪形状計測装置。
【請求項４】
レール上における車輪の通過を検出するステップと、
前記車輪が通過したことが検出された場合、前記レールに対し所定の高さから、前記車輪の少なくとも踏面を含む部位に向け水平方向に、レーザ線条光を照射するステップと、
前記車輪の通過が検出された場合、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の少なくとも踏面を含む照射部位を撮影するステップと、
前記車輪の照射部位の画像を画像処理して、前記所定の高さから水平方向に前記レーザ線条光を照射したことに基づく歪を補正するステップと、
前記歪の補正された前記車輪の照射部位の画像に基づいて前記車輪の形状に関する所定の計測項目を計測するステップと、
を有する車輪形状計測方法。
【請求項５】
コンピュータに、
レール上における車輪の通過を検出するステップと、
前記車輪が通過したことが検出された場合、前記レールに対し所定の高さから、前記車輪の少なくとも踏面を含む部位に向け水平方向に、レーザ線条光を照射するステップと、
前記車輪の通過が検出された場合、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の少なくとも踏面を含む照射部位を撮影するステップと、
前記車輪の照射部位の画像を画像処理して、前記所定の高さから水平方向に前記レーザ線条光を照射したことに基づく歪を補正するステップと、
前記歪の補正された前記車輪の照射部位の画像に基づいて前記車輪の形状に関する所定の計測項目を計測するステップと、
を実行させるための車輪形状計測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車や電車等の車両がレール上を通過する間に車輪の車輪径やフランジ幅等の車輪形状に関する所定項目を、光切断法を用いて車輪に非接触で高精度に計測する車輪形状計測装置、車輪形状計測方法、車輪形状計測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
列車や電車などの車輪は、走行によって摩耗し、摩耗すると列車の振動、ガタツキ等が生じるため、車輪の車輪径や、フランジ幅、フランジ角等の、車輪の形状に関する所定の計測項目を、車輪の計測部位に非接触でレーザ線条光（スリットレーザ線条光）を照射して、光切断法により計測することが行われている。
【０００３】
かかる車輪形状計測装置として、例えば、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、レーザ線条光が照射された計測部位をカメラで撮影し、その撮影画像を画像処理し、所定の計測項目について計測する装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８０６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述の特許文献１に記載された従来の車輪形状計測装置では、光切断法に用いるレーザ線条光をレール付近から車輪軸の径中心付近に向け、上向きに照射していたため、車輪の径中心を求める装置が必要になる、という課題がある。
【０００６】
また、レーザ線条光を車輪軸の径中心付近に向けて上向きに行なう場合、車輪の直径が変わると、カメラから撮影部位までの距離も変わるため、撮影するカメラの焦点も変える必要が出てくる、という課題もある。
【０００７】
そこで、本発明は、車輪の径中心を求める必要も、カメラの焦点も変える必要がなく、簡単に光切断法による車輪の形状計測を実行できる車輪形状計測装置、車輪形状計測方法、車輪形状計測プログラム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】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の車輪形状計測装置の第１の特徴は、レール上における車輪の通過を検出する通過センサと、前記レールに対し所定の高さに設置され、前記通過センサによって前記車輪が通過したことが検出された場合、前記車輪の少なくとも踏面を含む部位に向け水平方向にレーザ線条光を照射するレーザ線条光照射部と、前記通過センサによって前記車輪の通過が検出された場合、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の少なくとも踏面を含む照射部位を撮影する踏面カメラと、前記踏面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、前記所定の高さから水平方向に前記レーザ線条光を照射したことに基づく歪を補正する画像処理部と、前記画像処理部が処理した前記歪の補正された前記車輪の照射部位の画像に基づいて前記車輪の形状に関する所定の計測項目を計測する車輪形状計測部と、を有することにある。
【０００９】
また、前記課題を解決するため、本発明の車輪形状計測装置の第２の特徴は、前記車輪形状計測装置において、前記レーザ線条光照射部によって前記車輪の内側面に照射された前記レーザ線条光の照射部位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または前記車輪の横ズレの少なくとも一方を検出し、検出した前記車輪のアタック角または前記車輪の横ズレの少なくとも一方に基づいて、生成した前記車輪の踏面と、フランジ部及び基準溝とを少なくとも含む前記車輪の合成画像を修正する、ことある。
【００１０】
また、前記課題を解決するため、本発明の車輪形状計測装置の第３の特徴は、前記車輪形状計測装置において、さらに、前記踏面カメラの電子シャッタのオン・オフ周期は、前記レーザ線条光照射部からの前記レーザ線条光の点滅周期と同期しており、前記踏面カメラは、１フレーム内に前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を複数回撮影し、前記画像処理部は、前記踏面カメラが複数回撮影した前記車輪の照射部位の画像を画像処理して１の画像を出力する、ことにある。
【００１１】
また、前記課題を解決するため、本発明の車輪形状計測方法の特徴は、レール上における車輪の通過を検出するステップと、前記車輪が通過したことが検出された場合、前記レールに対し所定の高さから、前記車輪の少なくとも踏面を含む部位に向け水平方向に、レーザ線条光を照射するステップと、前記車輪の通過が検出された場合、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の少なくとも踏面を含む照射部位を撮影するステップと、前記車輪の照射部位の画像を画像処理して、前記所定の高さから水平方向に前記レーザ線条光を照射したことに基づく歪を補正するステップと、前記歪の補正された前記車輪の照射部位の画像に基づいて前記車輪の形状に関する所定の計測項目を計測するステップと、を有することにある。
【００１２】
また、前記課題を解決するため、本発明の車輪形状計測プログラムの特徴は、コンピュータに、レール上における車輪の通過を検出するステップと、前記車輪が通過したことが検出された場合、前記レールに対し所定の高さから、前記車輪の少なくとも踏面を含む部位に向け水平方向に、レーザ線条光を照射するステップと、前記車輪の通過が検出された場合、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の少なくとも踏面を含む照射部位を撮影するステップと、前記車輪の照射部位の画像を画像処理して、前記所定の高さから水平方向に前記レーザ線条光を照射したことに基づく歪を補正するステップと、前記歪の補正された前記車輪の照射部位の画像に基づいて前記車輪の形状に関する所定の計測項目を計測するステップと、を実行させることにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、車輪が通過したことが検出された場合、レールに対し所定の高さから、車輪の少なくとも踏面を含む部位に向け水平方向に、レーザ線条光を照射し、そのレーザ線条光が照射された照射部位を撮影し、車輪の照射部位の画像を画像処理して、所定の高さから水平方向にレーザ線条光を照射したことに基づく歪を補正し、歪の補正した画像に基づいて車輪の形状に関する所定の計測項目を計測するようにしたので、光切断法による形状計測用のレーザ線条光を水平方向に照射しても、歪の補正された画像に基づいて車輪の形状に関する所定の計測項目を計測することができる。その結果、本発明によれば、レーザ線条光は、車輪径に関係なく、車両の速度でレールから同じ高さで水平に移動するため、予め焦点を合わせておくことができると共に、車輪の径中心を求めるという作業を行なわずに車輪形状を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る実施形態１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２】車輪形状計測部が計測する車輪の形状に関する所定の計測項目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】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】車輪をその前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６】実施形態１におけるレーザ線条光照射部のレーザ線条光の照射範囲等を示す説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、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８】実施形態１におけるレーザ線条光の最適な水平高さｈ１を説明する図である。
【図９】本実施形態１における踏面内側カメラ及び踏面外側カメラによる撮影画像を合成した合成画像の一例を示す説明図である。
【図１０】実施形態１における車輪と、レーザ線条光照射部との高さ関係などを示す説明図である。
【図１１】実施形態１の路面形状計測部による合成画像に基づく計測項目の一例を示す説明図である。
【図１２】本発明に係る実施形態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１３】車輪を上方から見た場合における実施形態の車輪形状計測装置２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１４】（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α度のブレが発生している場合と、横ズレしている場合を示す説明図である。
【図１５】（ａ），（ｂ）、それぞれ、実施形態２の車輪形状計測装置における画像処理部２８の構成例を示す図である。
【図１６】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のカメラやセンサの配置等の他の例を示す説明図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、実施形態３の車輪形状計測装置における各センサやカメラの他の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１８】実施形態３の車輪形状計測装置の画像処理部による画像合成の一例を示す説明図である。
【図１９】（ａ）〜（ｃ）、それぞれ、実施形態４の校正用冶具の一例を示す説明図である。
【図２０】（ａ）〜（ｇ）、それぞれ、実施形態４の校正用冶具を用いた校正の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る車輪形状計測装置の実施形態について説明する。
【００１６】
＜実施形態１＞
図１は、本発明に係る実施形態１の車輪形状計測装置１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１は、列車の右左の車輪１０ａ，１０ｂ毎に、それぞれ、外側通過センサ１１ａ，１１ｂ、内側通過センサ１２ａ，１２ｂ、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、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２１等を有する。
【００１８】
外側通過センサ１１ａ，１１ｂ及び内側通過センサ１２ａ，１２ｂは、それぞれ、列車の左右車輪１０ａ，１０ｂの両側に設けられ、左右の車輪１０ａ，１０ｂの通過を検出すると、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂに対し動作開始信号を出力するものである。
【００１９】
レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂは、後述するように、それぞれ、レールに対し所定の高さｈ１に設置され、外側通過センサ１１ａ，１１ｂ及び内側通過センサ１２ａ，１２ｂによって車輪１０ａ，１０ｂとが通過したことが検出された場合、車輪１０ａ，１０ｂの少なくとも踏面１１０ａ，１１０ｂと、フランジ部１２０ａ，１２０ｂと含む所定の計測項目の計測部位に向け水平方向にレーザ線条光を照射するものである。
【００２０】
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、所定の仰角方向η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ものである。
【００２１】
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、所定の仰角方向η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ものである。
【００２２】
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が撮影した踏面外側画像とを画像処理及び合成して、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と共に、後述するようにその合成画像を画像処理して、所定の高さから水平方向にレーザ線条光を照射したことによる歪を補正するものである。
【００２３】
車輪形状計測部１９は、画像処理部１８が画像処理及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ものである。
【００２４】
外部Ｉ／Ｆ部２１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や通信するものである。
【００２５】
図２、図３は、車輪形状計測部１９が計測する車輪１０ａ，１０ｂ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。
【００２６】
なお、図２は、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）から見ている正面図であり（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。
【００２７】
まず、図２に示すように、車輪１０ａ，１０ｂでは、レール２に接触する面を踏面１１０ａ、レール２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の内側面に溝を基準溝１３０ａという。
【００２８】
そして、図３に示すように、車輪形状計測装置１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、フランジ角度θと、フランジ部先端寸法（直接摩耗限度）Ｓ等があり、それぞれ判定基準が予め決められている。
【００２９】
例えば、車輪１の車輪径（大車輪径）Ｄの判断基準は、８６５ｍｍ〜７８０ｍｍ、車輪径（小車輪径）Ｄの判断基準は、７６５ｍｍ〜６８０ｍｍ、フランジ厚さＦの判定基準は２２．５ｍｍ〜２８．５ｍｍ、フランジ部高さＨの判定基準は２５．０ｍｍ〜３５．０ｍｍ、フランジ角度θの判定基準は２７．０度以上、フランジ部先端寸法（直接摩耗限度）Ｓの判定基準は７．０ｍｍ以下等と決められている。
【００３０】
図４は、車輪１０ａ，１０ｂ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１のカメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。
【００３１】
図４において、矢印３１は、列車の車輪１０ａ，１０ｂの進行方向を示している。
【００３２】
列車の車輪１０ａ，１０ｂの両側には、外側通過センサ１１ａ，１１ｂと、内側通過センサ１２ａ，１２ｂとが、対向するように設けられている。
【００３３】
そして、外側通過センサ１１ａ，１１ｂと、内側通過センサ１２ａ，１２ｂの進行方向側には、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂ、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂが、図４に示すような位置及び水平角度で設けられている。
【００３４】
図５は、車輪１０ａ，１０ｂをその前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１のカメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。
【００３５】
ここで、図５では、説明の便宜上、外側通過センサ１１ａ，１１ｂと、内側通過センサ１２ａ，１２ｂは、省略しているが、本来は、存在している。
【００３６】
図５に示すように、実施形態１の車輪形状計測装置１のレーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂは、レール１ａ，１ｂに対し所定の高さｈ１の位置に設置されており、外側通過センサ１１ａ，１１ｂと、内側通過センサ１２ａ，１２ｂによって車輪１０ａ，１０ｂが通過したことが検出された場合、それぞれ、地面と平行方向、すなわち水平方向以下に、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂに向けレーザ線条光を照射するように設定されている。
【００３７】
なお、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに向け、レールまたは地面に対し所定の仰角ηの方向に向けて取り付けられている。
【００３８】
図４及び図５に示すようにセンサや、レーザ、カメラ等の機器を配置し、いわゆる光切断法を用いて、列車が入庫時または／及び出庫時に、図５、図６に示すように、レーザ線条光をレール面からｈ１（５０ｍｍ程度）上をレール面に平行に真横から照射し、通過センサ遮断時に踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂで撮影する。
【００３９】
図６は、本実施形態１におけるレーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂのレーザ線条光の照射範囲等を示す説明図である。
【００４０】
図６に示すように、本実施形態１のレーザ線条光照射部１３ａは、車輪１０ａの踏面１１０ａとフランジ部１２０ａとにレーザ線条光を照射するだけでなく、反対側の車輪１０ｂの内側面１４０ｂにおける基準溝１３０ｂへもレーザ線条光を照射する。
【００４１】
これに対し、本実施形態１のレーザ線条光照射部１３ｂは、図６に示すように、車輪１０ｂの踏面１１０ｂとフランジ部１２０ｂとにレーザ線条光を照射するだけでなく、反対側の車輪１０ａの内側面１４０ａにおける基準溝１３０ａへもレーザ線条光を照射する。
【００４２】
これにより、踏面外側カメラ１５ａおよび踏面内側カメラ１７ａは、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂによってレーザ線条光が照射された照射部位である、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂ，フランジ部１２０ａ，１２０ｂ、基準溝１３０ａ，基準溝１３０ｂに照射されたレーザ線条光の照射部位の形状を撮影することができる。
【００４３】
≪各センサやカメラの動作タイミング≫
次に、実施形態１の車輪形状計測装置１における各センサやカメラの動作タイミングについて説明する。
【００４４】
図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施形態１の車輪形状計測装置１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。
【００４５】
まず、車輪１０ａ，１０ｂがそれぞれ外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂの間に入ると、図７（ａ）に示すように、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂはオンし、車輪１０ａ，１０ｂが外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂの間を過ぎると、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂはオフする。図８（ａ）では、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂのオン・オフ周期を、１フレームＴｗとしている。
【００４６】
そして、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂのオンの間、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂは、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂに対し動作開始信号を出力する。
【００４７】
すると、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂは、図７（ｂ）に示すように、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂのオンの間、レーザ線条光を、所定の高さｈ１で、車輪１０ａ，１０ｂに対し水平方向に照射する。
【００４８】
また、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂのオンになると、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、図７（ｃ）に示すように、所定の時間Ｔｓだけ露光し，レーザ線条光の照射部位を撮影する。
【００４９】
≪レーザ線条光の最適な水平高さｈ１≫
次に、本実施形態１におけるレーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂの水平高さｈ１、すなわち水平方向に照射されるレーザ線条光の最適な水平高さｈ１について説明する。
【００５０】
図８は、実施形態１におけるレーザ線条光の最適な水平高さｈ１を説明する図である。具体的には、図８（ａ）は、右車輪１０ａを上方から見た上面図、図８（ｂ）は、右車輪１０ａを正面から見た正面図，図８（ｃ）は、右車輪１０ａを横から見た側面図である。なお、左車輪１０ｂについても同様である。
【００５１】
図８において、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂからのレーザ線条光を右車輪１０ａの基準溝１３０ａと重なる点を持たせるようにするためには、レール２０ａからのレーザ線条光の水平高さｈ１は、４０ｍｍ程度、ないしは４０ｍｍより大きいことが条件となる。
【００５２】
しかし、レーザ線条光の水平高さｈ１が高いほど、歪みが少なくなるが、高すぎると車輪の周りにある突起物にレーザ線条光が当たり、レーザ線条光が遮断されるおそれがある。
【００５３】
そのため、本実施形態１では、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂの水平高さｈ１、すなわちレーザ線条光の最適な水平高さｈ１を、基準溝１３０ａと重なる点を持たせる等の観点から、５０ｍｍが適当とする。ただし、５０ｍｍは一例であり、４９ｍｍでも、５１ｍｍでも、５２ｍｍでも、４８ｍｍ、４５ｍｍ、５５ｍｍ等、５０ｍｍ程度の高さｈ１であれば良い。
【００５４】
次に、本実施形態１では、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂの水平高さｈ１を５０ｍｍに設置し、車輪径が８６０ｍｍ、基準溝間の径（車輪の径中心１４０ａから基準溝１３０ａまでの長さ）が７８０ｍｍの車輪が、ブレ、横ズレなしの理想状態で通過するときの、踏面用レーザから水平方向に照射されたレーザ線条光と、基準溝の円が交差する点は、車輪の径中心を(ｘ，ｚ)=(０，０)としたときに、車輪の径中心から見てどの座標にあるか考察する。
【００５５】
すると、踏面用レーザから水平方向に照射されたレーザ線条光の位置は、基準溝円の接線より、１０ｍｍ（=５０−((８６０／２)−(７８０／２))）の位置を貫くことになる。
【００５６】
このときのｘ座標は、ｘ=±√(７８０／２)２−（（７８０／２）−１０）２となる。
【００５７】
従って、この場合におけるレーザ線条光と右車輪１０ａの基準溝１３０ａとの交点Ｐ１０１、Ｐ１０２の座標は、それぞれ、（ｘ，ｚ）＝（８７．７，−３８０．０）、（ｘ，ｚ）＝（−８７．７，−３８０．０）となる。
【００５８】
次に、この右車輪１０ａの表面が１ｍｍ削れたとする。すると、レーザ線の位置は，基準溝円の接線より、１１ｍｍ（＝５０−（（８５８／２）−（７８０／２）））の位置を貫くことになる。
【００５９】
このときのｘ座標は、ｘ=±√(７８０／２)２−((７８０／２)−１１)２となるので、右車輪１０ａの表面が１ｍｍ削れた場合におけるレーザ線条光と右車輪１０ａの基準溝１３０ａとの交点Ｐ１０１、Ｐ１０２の座標は、それぞれ、（ｘ，ｚ）＝（９２．０，−３７９．０）、（ｘ，ｚ）＝（−９２．０，−３７９．０）となる。
【００６０】
図９は、本実施形態１における踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂによる撮影画像を合成した合成画像の一例を示す説明図である。
【００６１】
本実施形態１では、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂは、レールの上面から５０ｍｍ程度の所定の高さｈ１から水平方向にレーザ線条光を車輪１０ａ，１０ｂに向け照射し、車輪１０ａ，１０ｂの径中心に向けレーザ線条光を照射していないため、車輪１０ａ，１０ｂにおけるレーザ線条光の照射部位を撮影した画像も、垂直方向に歪んで写る。
【００６２】
図９において、１６０ａは、右車輪１０ａの踏面１１０ａ及びフランジ部１２０ａ等を含む輪郭である。また、１７０ａは、本実施形態１のレーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂによりレールの上面から５０ｍｍ程度の所定の高さｈ１から水平方向にレーザ線条光を右車輪１０ａに照射した場合における、右車輪１０ａの踏面１１０ａ及びフランジ部１２０ａ等を含む輪郭を撮影した歪のある撮影画像を補正して歪を除去した補正画像、１８０ａは、同様にレールの上面から５０ｍｍ程度の所定の高さｈ１から水平方向にレーザ線条光を右車輪１０ａに照射した場合における、右車輪１０ａの踏面１１０ａ及びフランジ部１２０ａ等を含む輪郭を撮影し合成した、歪のある撮影画像（合成画像も含む）である。
【００６３】
本実施形態１では、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂによりレールの上面から５０ｍｍ程度の所定の高さｈ１から水平方向にレーザ線条光をしているので、踏面外側画像及び踏面内画像を合成した歪のある撮影画像（合成画像も含む）１８０ａは、一様に垂直方向に歪む。
【００６４】
そのため、本実施形態１では、画像処理部１８において、歪のある撮影画像（合成画像も含む）１８０ａから、歪のない、すなわち右車輪１０ａの輪郭図１７０ａや、補正映像１７０ａのような歪のない元の形状に補正してから、車輪形状計測部１９が所定の計測項目について計測を行なう。この撮影画像の歪の補正処理の詳細については、次に説明する。
【００６５】
≪踏面の形状測定≫
次に、本実施形態１の画像処理部１８における撮影画像の歪の補正処理の詳細について説明する。
【００６６】
図１０は、実施形態１における車輪径と、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂとの高さ関係などを示す説明図である。
【００６７】
図１０に示すように、車輪が走行して、外側通過センサ１１ａ，１１ｂ及び内側通過センサ１２ａ，１２ｂを遮断したとき、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂより、レーザ線条光が、図１０に示すように車輪１０に向けて、レールからの高さｈ１でレールに対して水平方向に照射される。
【００６８】
また、車輪１０ａ，１０ｂが走行して、外側通過センサ１１ａ，１１ｂ及び内側通過センサ１２ａ，１２ｂを遮断したとき、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂによりレーザ線条光の照射部位が撮影される。
【００６９】
図９にて前述したように、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂによりレールの上面から５０ｍｍ程度の所定の高さｈ１から水平方向にレーザ線条光を照射する場合、レーザ線条光が車輪の径中心に向け照射される場合と異なり、レーザ線条光が車輪１０ａ，１０ｂに当たり作る形状は、実際の車輪形状に対し歪みが発生する。
【００７０】
そこで、本実施形態１の画像処理部１８は、その歪みを、次に説明するような式１によって除去する補正を行なう。
【００７１】
つまり、図１０において、水平方向をｘ、高さ方向をｚとし、高さｈ１にて水平方向に車輪に向け照射されたレーザ線条光が車輪に当たるポイントの座標(ｘ，ｚ)を、半径Ｒ１ではポイントｐ１の座標(ｐｘ１，ｐｚ１)、半径Ｒｎではポイントｐｎの座標(ｐｘｎ，ｐｚｎ)、半径ＲＺではポイントｐＺの座標(ｐｘｚ，ｐｚｚ)とする。
【００７２】
ポイントｐ１、ｐｎ、ｐｚそれぞれに対応する補正後のポイント、すなわち仰角ηの上向きでレーザ線条光を車輪に径中心に向けて送信したと仮定した場合における当該レーザ線条光と半径Ｒ１、Ｒｎ、ＲＺとの交点Ｐ１、Ｐｎ、ＰＺとすると、ポイントｐ１、ｐｎ、ｐｚ及び、補正後ポイントＰ１、Ｐｎ、ＰＺの座標(ｘ，ｚ)は、それぞれ、
Ｐ１（−Ｒ1sinη，−Ｒ１ｃｏｓη）、
Ｐｎ（−Ｒｎsinη，−Ｒｎｃｏｓη）、
Ｐｚ（−Ｒｚsinη，−ＲＺｃｏｓη）、
ｐ１（−Ｒ１sinη，−Ｒ１ｃｏｓη）＝Ｐ1、
ｐｎ（−√（Ｒｎ２−Ｒ１２），−Ｒｚ）、
ｐｚ（０，−Ｒｚ）、
となる。
【００７３】
従って、歪を有するポイントｐｎを、当該歪を除去したポイントＰnの値に歪み補正する式１は、
Ｐn=(−(Ｒｎsinη)・ｐｘｎ／(√（Ｒｎ２−Ｒ１２)，−ｐｚｎ・ｃｏｓη)      ・・・（式１）
となる。
【００７４】
そのため、本実施形態１の画像処理部１８は、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが撮影した画像からレーザ線条光が照射された照射部位のみをトリミング等する画像処理を行なって照射部位の形状を取り出し、取り出した踏面外側画像及び踏面内側画像を合成して、図９に示す歪のある撮影画像（合成画像も含む）１８０ａを生成する。本実施形態１の画像処理部１８は、この画像処理を左右車輪１０ａ，１０ｂの双方について行ない、さらに、レーザ線条光が車輪に当たるポイントの座標(ｘ，ｚ)の歪みを、前記式１により補正することにより除去する補正を行なう。
【００７５】
その後、車輪形状計測部１９が、画像処理部１８によって画像処理により歪の補正された画像に基づいて、所定の計測項目について計測を行なう。
【００７６】
図１１は、実施形態１の路面形状計測部１９による合成画像に基づく計測項目の一例を示す説明図である。
【００７７】
つまり、実施形態１の路面形状計測部１９は、フランジ部の頂点Ｐ１を求め、フランジ部頂点Ｐ１と基準溝１３０ａの距離Ｃを求める。また、実施形態１の路面形状計測部１９は、基準溝（内）１３０ａ側の面からＢ（６２ｍｍ）外側とプロフィールのラインとの交点Ｐ３（踏面）を求め、Ｐ３から内側に直線を引いたときの基準溝１３０ａ側の面との交点Ｐ２、Ｐ１とＰ２の高さのフランジ高さＨ、Ｐ３から１３ｍｍ下げた点Ｐ４も求める。
【００７８】
さらに、実施形態１の路面形状計測部１９は、Ｐ４とＰ２より、フランジ厚さＦを求め、Ｐ４の接線と基準溝１３０ａ，１３０ｂ側の面の延長線上との角度をフランジ角θとして求める。また、実施形態１の路面形状計測部１９は、フランジの曲面がＰ４の接線から離れる点Ｐ５を求め、Ｐ１とＰ５の高さをフランジ先端寸法（直立磨耗限度）Ｓも求め、基準溝径とＣ−Ｈを加え、車輪径Ｄも求める。
【００７９】
またさらに、実施形態１の路面形状計測部１９は、両車輪１０ａ，１０ｂの基準溝１３０ａ，１３０ｂ側（内側）のプロフィールより、バックゲージＢＧ等を求める。なお、これらの計測項目や計測順序は、一例である。
【００８０】
従って、本実施形態１の車輪形状計測装置１によれば、レールに対し所定の高さｈ１に設置され、外側通過センサ１１ａ，１１ｂ及び内側通過センサ１２ａ，１２ｂによって車輪１０ａ，１０ｂが通過したことが検出された場合、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂが車輪１０ａ，１０ｂの少なくとも踏面１１０ａ，１１０ｂを含む所定の計測項目の計測部位に向け、水平方向に光切断法の形状計測に用いるレーザ線条光を照射し、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂがそのレーザ線条光が照射された車輪１０ａ，１０ｂの少なくとも踏面１１０ａを含む照射部位を撮影し、画像処理部１８が、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが撮影した車輪１０ａ，１０ｂの照射部位の踏面外側画像及び踏面内側画像を画像処理して、所定の高さｈ１から水平方向にレーザ線条光を照射したことに基づく歪を補正し、車輪形状計測部１９がその歪の補正された画像に基づいて車輪の形状に関する所定の計測項目を計測するようにしたので、光切断法による形状計測用のレーザ線条光を水平方向に照射しても、歪の補正された画像に基づいて車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する所定の計測項目を計測することができる。
【００８１】
その結果、本実施形態１の車輪形状計測装置１によれば、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂからのレーザ線条光は、車輪径に関係なく、車両の速度で、レールから同じ所定の高さｈ１で水平に移動するため、予め焦点を合わせておくことができると共に、車輪１０ａ，１０ｂの径中心を求めるという作業を行なわずに、簡単に光切断法による車輪の形状計測を実行できる。
【００８２】
なお、本実施形態１では、図１に示すように、光切断法によるレーザ線条光（スリットレーザ線条光）を照射するレーザ線条光照射部として、車輪１０ａ，１０ｂの外側にレーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂを設けて説明したが、本発明では、これに限らず、車輪１０ａ，１０ｂの外側だけでなく、内側にもレーザ線条光照射部を設けて、照射する範囲を分けるようにしても勿論よい。このことは、後述する実施形態２〜４でも同様である。
【００８３】
＜実施形態２＞
次に、本発明に係る実施形態２の車輪形状計測装置２について説明する。
【００８４】
実施形態２の車輪形状計測装置２は、図１に示す実施形態１の車輪形状計測装置１に対し、さらに、内側面カメラ２２ａ，２２ｂを設け、車輪１０ａ，１０ｂのアタック角によるブレ及び車輪１０ａ，１０ｂの横ズレを検出して、車輪１０ａ，１０ｂの踏面、フランジ部及び基準溝を少なくとも含む車輪１０ａ，１０ｂの合成画像からブレ及び横ズレを修正するようにしたものである。
【００８５】
図１２は、本発明に係る実施形態２の車輪形状計測装置２の構成例を示すブロック図である。なお、図１２では、左車輪１０ｂ側のセンサやカメラの構成は、右車輪１０ａ側のものと同様なので、省略している。
【００８６】
図１２において、実施形態２の車輪形状計測装置２は、図１に示す実施形態１の車輪形状計測装置１の構成要素に対し、さらに、内側面カメラ２２ａ，２２ｂを追加して設けると共に、画像処理部２８に合成画像のブレ及び横ズレの補正機能を追加したものである。
【００８７】
内側面カメラ２２ａ，２２ｂは、図６に示すように、レーザ線条光照射部１３ｂ，１３ａにより車輪１０ａ，１０ｂの内側面に照射されたレーザ線条光の照射部位を撮影して、撮影画像を画像処理部２８に出力するものである。
【００８８】
実施形態２の画像処理部２８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及び基準溝１３０ａ，１３０ｂとを少なくとも含む車輪１０ａ，１０ｂの合成画像を生成すると共に、内側面カメラ２２ａ，２２ｂ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のアタック角によるブレ及び車輪１０ａ，１０ｂの横ズレの双方を検出して、検出した車輪１０ａ，１０ｂのアタック角によるブレ及び車輪１０ａ，１０ｂの横ズレの双方に基づいて、生成した車輪１０ａ，１０ｂの合成画像を修正するものである。
【００８９】
図１３は、実施形態２における車輪１０ａ，１０ｂ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２のカメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。
【００９０】
図１３において、矢印３１は、車輪１０ａ，１０ｂの進行方向を示している。
【００９１】
図１３において、車輪１０ａ，１０ｂの両側には、図３に示す実施形態１と同様の位置及び水平角度で、外側通過センサ１１ａ，１１ｂ、内側通過センサ１２ａ，１２ｂ、外側通過センサ１１ａ，１２ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂ、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂが設けられている。
【００９２】
そして、本実施形態２では、さらに、車輪１０ａ，１０ｂの内側に、内側面カメラ２２ａ，２２ｂが、車輪１０ａ，１０ｂの内側面１４０ａ，１４０ｂに向けて設けられている。
【００９３】
特に、内側面カメラ２２ａ，２２ｂは、図１３に示すように、車輪１０ａ，１０ｂの内側に、それぞれ逆のレーザ線条光照射部１３ｂ，１３ａ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。
【００９４】
次に実施形態２の車輪形状計測装置２の動作を説明する。なお、ここでは、実施形態２特有の内側面カメラ２２ａ，２２ｂの動作についてのみ説明する。
【００９５】
まず、本実施形態２の車輪形状計測装置２では、前記実施形態１の車輪形状計測装置１と同様に、外側通過センサ１１ａ，１１ｂ及び内側通過センサ１２ａ，１２ｂが左右の車輪１０ａ，１０ｂの通過を検出すると、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂに対し動作開始信号を出力すると、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、車輪１０ａ，１０ｂにおけるレーザ線条光の照射部位を撮影する。
【００９６】
ここで、例えば、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが撮影した画像を踏面内側画像Ａ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂが撮影した画像を踏面外側画像Ｂとする。
【００９７】
また、本実施形態２では、例えば、内側面カメラ２２ａ，２２ｂにより、車輪１０ａ，１０ｂの基準溝１３０ａ，１３０ｂと、レーザ線条光の交点Ｐ１０１，Ｐ１０２を撮影した画像を内側面画像Ｃとする。
【００９８】
画像処理部２８は、内側面画像Ｃに写った交点Ｐ１０１，Ｐ１０２を画像処理にて位置を解析し求める。この交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光の照射部位の画像の大きさは、車輪径、ブレによる歪みに依存する。この交点Ｐ１０１，Ｐ１０２の画像の大きさや位置から、歪み補正値を用いて、踏面外側画像Ａ、踏面内側画像Ｂを補正する。あるいは先に踏面外側画像Ａ、踏面内側画像Ｂを画像処理によりデータ数値化し、内側面画像Ｃで求めた歪み補正値により補正する。
【００９９】
図１４（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α度のブレが発生している場合と、横ズレしている場合を示す説明図である。
【０１００】
つまり、図１４（ａ）に示すように、車輪１０ａ，１０ｂがレール２０ａ，２０ｂ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αが０度であり、横ズレ量も０であるので、内側面カメラ２２ａ，２２ｂには、交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光が左右対象かつ同じ大きさで写る。この場合、実施形態２の画像処理部２８は、車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１８１を生成しても、修正はしない。
【０１０１】
図１４（ｂ）は、車輪１０ａ，１０ｂがレール２０ａ，２０ｂに対し平行でない場合、すなわちレール２０ａ，２０ｂに対し車輪１０ａ，１０ｂが傾き、アタック角αによるブレを生じている場合を示している。この場合は、交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光は、その分歪んで写る。
【０１０２】
アタック角αと、交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光の歪みとは相関関係があり、アタック角αが大きければ交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光の大きさも変わり、歪みが大きくなるので、本実施形態２の画像処理部２８は、内側面カメラ２２ａ，２２ｂが撮影した交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光による内側面画像Ｃの大きさ等に基づいて、車輪１０ａ，１０ｂのアタック角αによるブレを検出し、検出した車輪１０ａ，１０ｂのアタック角αに基づいて、生成した車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１８１をアタック角αが０になるように修正する。
【０１０３】
図１４（ｃ）は、レール２０ａ，２０ｂに対して車輪１０ａ，１０ｂが横方向に平行にＪだけ横ズレしている場合を示している。この場合、車輪１０ａ，１０ｂにおいて、どちらか一方の車輪にて交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光が大きく写り、他方の車輪にて交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光が小さく写ることになる。例えば、図１４（ｃ）に示すように、右側の車輪１０ａの方向に横ズレがある場合、右側の車輪１０ａの内側面に写る交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光は大きく写る一方、左側の車輪１０ｂの内側面に写る交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光は小さく写ることになる。
【０１０４】
そのため、本実施形態２の画像処理部２８では、内側面カメラ２２ａ，２２ｂが撮影した両車輪１０ａ，１０ｂの交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光による内側面画像Ｃの大きさ等に基づいて、車輪１０ａ，１０ｂの横ズレ量Ｊを求め、検出した車輪１０ａ，１０ｂの横ズレ量Ｊに基づいて、生成した車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１８１を横ズレ量Ｊが０になるように修正する。
【０１０５】
なお、説明の便宜上図示しなかったが、場合によっては、アタック角αが生じると同時に、横ズレ量Ｊが生じる場合もある。つまり、図１４（ｂ）と図１４（ｃ）の場合が同時に発生する場合である。
【０１０６】
この場合には、本実施形態２の画像処理部２８では、内側面カメラ２２ａ，２２ｂが撮影した両車輪１０ａ，１０ｂの交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光による内側面画像Ｃの大きさ等に基づいて、車輪１０ａ，１０ｂのアタック角αによるブレ及び横ズレ量Ｊを求め、検出した車輪１０ａ，１０ｂのアタック角αによるブレ及び横ズレ量Ｊに基づいて、生成した車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１８１のアタック角αによるブレ及び横ズレ量Ｊが０になるように修正する。
【０１０７】
このように、本実施形態２の画像処理部２８は、交点Ｐ１０１，Ｐ１０２に照射されたレーザ線条光による内側面画像Ｃの大きさ等と、この交点Ｐ１０１，Ｐ１０２の位置から、歪み補正値を用いて、踏面外側画像Ａ、踏面内側画像Ｂを補正する。
【０１０８】
また、本実施形態２の画像処理部２８は、先に踏面外側画像Ａ、踏面内側画像Ｂを画像処理によりデータ数値化し、内側面画像Ｃで求めた歪み補正値により補正する方法もある。
【０１０９】
図１５（ａ），（ｂ）は、実施形態２の車輪形状計測装置２における画像処理部２８の構成例を示す図である。なお、説明の便宜上、右車輪１０ａの場合のみ示しているが、左車輪１０ｂの場合も同様である。
【０１１０】
図１５（ａ）は、実施形態２の車輪形状計測装置２における画像処理部２８の第１の構成例を示す図である。
【０１１１】
図１５（ａ）に示す画像処理部２８は、横ズレ、ブレ補正後の踏面外側画像Ａ”及び踏面内側画像Ｂ”を数値化した後に合成するようにしたものである。
【０１１２】
つまり、図１５（ａ）に示す画像処理部２８は、踏面外側カメラ１５ａ、踏面内側カメラ１７ａ、横ズレ・ブレ検出用の内側面カメラ３２ａからのそれぞれの踏面外側画像Ａ〜Ｃに対し、それぞれのカメラ補正関数によりカメラキャリブレーションを実行して踏面外側画像Ａ’〜Ｃ’とする。次に、画像処理部２８は、横ズレ・ブレ検出用の内側面カメラ３２ａからのキャリブレーション後の内側面画像Ｃ’から横ズレ、ブレ補正関数を算出し、踏面外側カメラ１５ａ、踏面内側カメラ１７ａからのキャリブレーション後の踏面外側画像Ａ’，Ｂ’に対し、その横ズレ、ブレ補正関数により横ズレ、ブレ補正を実行して踏面外側画像Ａ”，Ｂ”とし、その後数値化してデータリストとし、合成語のデータリストを出力する。
【０１１３】
図１５（ｂ）に示す画像処理部２８は、横ズレ、ブレ補正後の踏面外側画像Ａ”及び踏面内側画像Ｂ”を合成後に数値化するようにしたものである。
【０１１４】
つまり、図１５（ｂ）に示す画像処理部２８は、踏面外側カメラ１５ａ、踏面内側カメラ１７ａ、横ズレ・ブレ検出用の内側面カメラ３２ａ、からのそれぞれの踏面外側画像Ａ〜Ｃに対し、それぞれのカメラ補正関数によりカメラキャリブレーションを実行して踏面外側画像Ａ’〜Ｃ’ とする。次に、画像処理部２８は、横ズレ・ブレ検出用の内側面カメラ３２ａからのキャリブレーション後の内側面画像Ｃ’から横ズレ、ブレ補正関数を算出し、踏面外側カメラ１５ａ、踏面内側カメラ１７ａからのキャリブレーション後の踏面外側画像Ａ’，Ｂ’に対し、その横ズレ、ブレ補正関数により横ズレ、ブレ補正を実行して踏面外側画像Ａ”，Ｂ”とする。ここまでは、図１５（ａ）に示す画像処理部２８の処理内容と同じである。次に、図１５（ｂ）に示す画像処理部２８では、横ズレ、ブレ補正後の踏面外側画像Ａ”，Ｂ”を合成して、その合成画像を後数値化してデータリストとし、そのデータリストを出力する。
【０１１５】
従って、本実施形態２の車輪形状計測装置２によれば、実施形態１の車輪形状計測装置１と同様に、外側通過センサ１１ａ，１１ｂ及び内側通過センサ１２ａ，１２ｂによって車輪１０ａ，１０ｂが通過したことが検出された場合、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂが車輪１０ａ，１０ｂの少なくとも踏面１１０ａを含む所定の計測項目の計測部位に向け、水平方向に光切断法の形状計測に用いるレーザ線条光を照射し、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂがそのレーザ線条光が照射された車輪１０ａ，１０ｂの少なくとも踏面１１０ａを含む照射部位を撮影し、画像処理部２８が、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが撮影した車輪１０ａ，１０ｂの照射部位の踏面外側画像及び踏面内側画像を画像処理して、所定の高さｈ１から水平方向にレーザ線条光を照射したことに基づく歪を補正し、車輪形状計測部１９がその歪の補正された合成画像に基づいて車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する所定の計測項目を計測するようにしたので、光切断法による形状計測用のレーザ線条光を水平方向に照射しても、歪の補正された画像に基づいて車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する所定の計測項目を計測することができる。
【０１１６】
特に、本実施形態２の車輪形状計測装置２では、実施形態１の車輪形状計測装置１の構成要素に対し、さらに、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂと、内側面カメラ２２ａ，２２ｂとを設け、画像処理部２８が内側面カメラ２２ａ，２２ｂが撮影した内側面画像から車輪１０ａ，１０ｂのアタック角αによるブレ及び横ズレ量Ｊを求め、検出した車輪１０ａ，１０ｂのアタック角αによるブレ及び横ズレ量Ｊに基づいて、生成した車輪１０ａ，１０ｂの合成画像のアタック角αによるブレ及び横ズレ量Ｊが０になるように補正するので、アタック角αによるブレ及び横ズレ量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。
【０１１７】
なお、本実施形態２では、図１３に示すように、横ズレ・ブレ検出用の内側面カメラ３２ａ，３２ｂへのレーザ線条光の照射は、それぞれ、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂやフランジ部１２０ａ，１２０ｂへレーザ線条光を照射する反対側にレーザ線条光照射部１３ｂ，１３ａのレーザ線条光を利用したが、本発明では、これに限らず、図１６に示すように、内側面カメラ３２ａ，３２ｂによるレーザ線条光の照射部位への照射専用に、１または複数のレーザ線条光を照射する別のレーザ線条光照射部２３ａ，２３ｂを設けるようにしても勿論よい。
【０１１８】
＜実施形態３＞
上記実施形態１，２では、外側通過センサ１１ａ，１１ｂ及び内側通過センサ１２ａ，１２ｂから車輪１０ａ，１０ｂの通過検出信号が１回だけオンする１フレームＴｗ内に、１回だけ踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが、それぞれ、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂから照射されたレーザ線条光の照射部位を撮影するものとして説明したが、本実施形態３では、１フレームＴｗ内に、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが、複数回撮影するようにしたものである。従って、実施形態３の構成自体は、実施形態１，２のものと同じなので、実施形態１の構成を参照して、特徴ある動作のみ説明する。
【０１１９】
図１７（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、実施形態３の車輪形状計測装置３における各センサやカメラの他の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【０１２０】
実施形態１の車輪形状計測装置１では、図７（ｃ）に示すように、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが所定の露光（撮影）時間Ｔｓの間撮影するように説明したが、実施形態３の車輪形状計測装置３では、例えば、図１７（ｂ）に示すように、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂのレーザ線条光の点滅周期を、図１７（ｄ）に示すような踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂの電子シャッタのオン・オフ周期２τに同期して点滅させる。
【０１２１】
このようにすれば、外側通過センサ１１ａ，１１ｂ及び内側通過センサ１２ａ，１２ｂが車輪１０ａ，１０ｂの通過を検出した際のオン・オフ周期である１フレームＴｗ内に、図１７（ｄ）に示すように、複数回（図１７では、図１７（ｃ）に示すように、露光（撮影）時間Ｔｓの制限を受けるので、例えば、３回としている。）、レーザ線条光が照射された車輪１０ａ，１０ｂを撮影することができ、１フレームＴｗ内に、車輪１０ａ，１０ｂの踏面外側画像と、踏面内側画像とを複数回撮影することができる。
【０１２２】
これにより、実施形態３の車輪形状計測装置３によれば、複数回撮影した車輪１０ａ，１０ｂの踏面外側画像と、踏面内側画像とのうち、最適な踏面外側画像と、踏面内側画像とを選択して合成し、計測することが可能になる。
【０１２３】
図１８は、実施形態３の車輪形状計測装置３の画像処理部１８による画像合成の一例を示す説明図である。なお、図１８では、右車輪１０ａについての画像合成の一例を示しており、左車輪１０ｂについても同様であるので、省略する。
【０１２４】
図１８において、本実施形態２の画像処理部１８では、踏面外側カメラ１５ａ及び踏面内側カメラ１７ａが、図１７（ｅ）に示すように、例えば、３回連続撮影した踏面外側画像１５ａ１〜１５ａ３と、踏面内側画像１７ａ１〜１７ａ３とを入力し、例えば、踏面内側画像１７ａ１〜１７ａ３に写っている基準溝１３０ａの大きさ等に基づいて、基準溝１３０ａが最大の最適な撮影タイミングとなる１の踏面内側画像と踏面外側画像とを選択する。
【０１２５】
これは、踏面内側画像に写っている基準溝１３０ａの大きさが大きい画像ほど、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに近いからである。
【０１２６】
そして、図１８では、２回目に撮影した踏面内側画像１７ａ２の場合に、基準溝１３０ａの大きさが最大となっているので、画像処理部１８は、この２回目の踏面外側画像１５ａ２と、踏面内側画像１７ａ２とを選択し合成して、合成画像１８１としている。
【０１２７】
なお、画像処理部１８は、踏面外側画像１５ａ１〜１５ａ３と、踏面内側画像１７ａ１〜１７ａ３とのうちから最適な撮影タイミングの踏面内側画像と、踏面外側画像とを選択するようにしても勿論良いが、これに限らず、それらを加算等して最適な踏面内側画像と、踏面外側画像とを生成するようにしても勿論よい。
【０１２８】
従って、本実施形態３の車輪形状計測装置３によれば、実施形態１，２の車輪形状計測装置１と同様に、水平高さｈ１に設けられたレーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂが車輪１０ａ，１０ｂの少なくとも踏面１１０ａを含む所定の計測項目の計測部位に向け、水平方向に光切断法の形状計測に用いるレーザ線条光を照射して、画像処理部１８等が所定の高さｈ１から水平方向にレーザ線条光を照射したことに基づく歪を補正し、車輪形状計測部１９がその歪の補正された画像に基づいて車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する所定の計測項目を計測するようにしたので、光切断法による形状計測用のレーザ線条光を水平方向に照射しても、歪の補正された画像に基づいて車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する所定の計測項目を計測することができる。
【０１２９】
特に、本実施形態３の車輪形状計測装置３では、図１７（ｂ），（ｅ）に示すように、レーザ線条光照射部１３ａ，１３ｂのレーザ線条光の点滅周期を、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ及び踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂの電子シャッタのオン・オフ周期２τに同期して点滅させ、１フレームＴｗ内に、車輪１０ａ，１０ｂの踏面外側画像と踏面内側画像とを複数回撮影し、複数回撮影した画像のうち最適な踏面外側画像と、踏面内側画像とを選択して合成し、計測するようにしたので、実施形態１の車輪形状計測装置１より、高精度な計測を実行することが可能となる。
【０１３０】
なお、本実施形態３の車輪形状計測装置３では、前記実施形態１の車輪形状計測装置１に適用して説明したが、実施形態２の車輪形状計測装置２に適用しても勿論よい。
【０１３１】
＜実施形態４＞
本実施形態４の車輪形状計測装置では、前記実施形態１〜３の車輪形状計測装置に用いる校正用冶具と、その校正用冶具を用いた校正例について説明する。
【０１３２】
本実施形態４では、車輪形状計測の前段階として、長さが既知の車輪１０ａ，１０ｂを模擬した冶具による校正を行なう。
【０１３３】
図１９は、実施形態４における校正用冶具の一例を示す説明図である。なお、図１９では、右車輪１０ａを模擬した校正用冶具３０ａを示しており、図１９（ａ）は、校正用冶具３０ａを上方から見た平面図、図１９（ｂ）は、校正用冶具３０ａを前方から見た正面図、図１９（ｃ）は、校正用冶具３０ａを横から見た側面図である。
【０１３４】
図１９（ａ）〜（ｃ）に示すように、校正用冶具３０ａは、右車輪１０ａの下側を模擬したもので、右車輪１０ａの踏面や、フランジ部、基準溝等に相当する部位、すなわち踏面３１０ａや、フランジ部３２０ａ、基準溝３３０ａ等が模擬されて形成されている。
【０１３５】
そして、前記実施形態１〜３の車輪形状計測装置１〜３を用いて、本実施形態３の校正用冶具３０ａ，３０ｂに対し、レール２０ａの上面から高さｈ１から水平方向にレーザ線条光を照射する。なお、レーザ線条光が校正用冶具３０ａにおける基準溝３３０ａと交差する点を、Ｑ１０１、Ｑ１０２としている。
【０１３６】
図２０（ａ）〜（ｇ）は、実施形態４における校正用冶具を用いた校正の一例を示す説明図である。なお、説明の便宜上、校正用冶具３０ａ，３０ｂの校正用冶具３０ａ，３０ｂと、レールのみ示している。
【０１３７】
図２０（ａ）は、原点状態（校正１）である。つまり、実施形態１〜３の車輪形状計測装置にて原点状態の校正用冶具３０ａ，３０ｂの計測を行い、その際の計測値と、その原点状態の既知のデータ等を用いて校正を行う（校正１）。この状態を原点とする。
【０１３８】
図２０（ｂ）は、校正用冶具３０ａ，３０ｂをレール２０ａ、２０ｂに対し回転させて、例えば、左に１０°、すなわちアタック角θ＝＋１０°だけ傾けた状態（校正２）、図２０（ｃ）は、校正用冶具３０ａ，３０ｂをレール２に対し回転させて、右に１０°、すなわちアタック角θ＝−１０°だけ傾けた状態（校正３）をそれぞれ示している。
【０１３９】
このように、校正用冶具３０ａ，３０ｂをレール２に対し左右に１０°傾けた状態（校正２，校正３）でそれぞれ計測を行い、その際の計測値と、左右に１０°傾けた状態の既知のデータ等を用いて校正を行う。
【０１４０】
また、図２０（ｄ）は、校正用冶具３０ａ，３０ｂを、図２０（ａ）に示す原点状態から図上右方向、すなわちレール２の内側に例えば１０ｍｍ移動した状態(校正４)を示しており、図２０（ｅ）は、校正用冶具３０ａ，３０ｂを、図２０（ａ）に示す原点状態から図上左方向、すなわちレール２の外側に例えば１０ｍｍ移動した状態(校正５)を示している。
【０１４１】
さらに、図２０（ｆ）は、校正用冶具３０ａ，３０ｂを、図２０（ａ）に示す原点状態から図上下方、すなわち前方に例えば１０ｍｍ移動した状態(校正６)を示しており、図２０（ｇ）は、校正用冶具３０ａ，３０ｂを、図２０（ａ）に示す原点状態から図上上方、すなわち後方に例えば１０ｍｍ移動した状態(校正７)を示している。
【０１４２】
このように、校正用冶具３０ａ，３０ｂをレール２に対し、原点状態から左水平方向及び前後方向に所定量移動させて、それぞれの状態(校正４〜校正７)にて計測を行い、その際の計測値と、原点状態から左水平方向及び前後方向に所定量移動させたき値のデータ等を用いて校正を行う。
【０１４３】
このように、車輪形状計測装置のカメラやレーザが所定位置及び仰角にて設置されたレール２０ａ，２０ｂ上に校正用冶具３０ａ，３０ｂを設置して、以上の校正１〜校正７のような校正処理を行い、求めた校正値に基づいてオフセットすることで車輪形状計測装置を校正することができる。
【０１４４】
なお、前記実施形態１〜３の説明では、本発明に係る車輪形状計測装置１〜３をブロック図によりハードウエア的に構成して説明したが、本発明では、これに限らず、上述の実施形態１〜３の車輪形状計測装置の機能を、ＣＰＵと、プログラム等とにより、ソフトウエア的に実行するようにしても勿論よい。
【符号の説明】
【０１４５】
１〜３  車輪形状計測装置
１０ａ，１０ｂ…車輪
２０ａ，２０ｂ…レール
１１ａ，１１ｂ…外側通過センサ
１２ａ，１２ｂ…内側通過センサ
１３ａ，１３ｂ…レーザ線条光照射部
１５ａ，１５ｂ…踏面外側カメラ
１７ａ，１７ｂ…踏面内側カメラ
１８，２８…画像処理部
１９…路面形状計測部
２１…外部Ｉ／Ｆ部
２２ａ，２２ｂ…内側面カメラ
３０ａ，３０ｂ…校正用冶具
【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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