(57)【要約】【課題】車輪の形状に関する所定の計測項目を、車輪に非接触で正確に計測する。【解決手段】通過センサ１１ａ，１１ｂ等が車輪１０ａ，１０ｂの通過を検出すると、踏面外側レーザ光照射部１３ａが所定時間オン動作し、レーザ光受信部１４ａがその反射光を受信し、踏面外側レーザ光照射部１３ａからのレーザ光の仰角ηの延長線上に車輪１０ａの径中心が位置した場合、踏面外側レーザ光照射部１３ａと異なる波長のレーザ光を踏面内側レーザ光照射部１６ａが照射すると、踏面外側カメラ１５ａおよび踏面内側カメラ１６ａが動作してシャッタを下ろし撮影する。画像処理部１８は、踏面外側カメラ１５ａが撮影した車輪１０ａ踏面外側画像と、踏面内側カメラ１７ａが撮影した、踏面外側カメラ１５ａとは異なる波長の踏面内側画像とを入力して合成画像を生成し、車輪形状計測部１９がその合成画像に基づいて車輪に関する所定の計測項目を計測する。【選択図】図１
2013205045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール上を通過する車輪の外側から前記車輪の踏面に対し所定の仰角方向を向けて設置され、前記車輪の踏面に第１のレーザ線条光を送信する踏面外側レーザ光送信部と、
前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記車輪の基準溝およびフランジ部に、前記第１のレーザ線条光とは異なる波長の第２のレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、
前記車輪の踏面により反射された前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記所定の仰角方向で入射する位置に設置され、前記車輪の踏面により反射された前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光を受信し、前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するレーザ光受信部と、
前記車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記レーザ光受信部によって前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面を含む踏面外側画像を撮影する踏面外側カメラと、
前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記レーザ光受信部によって前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の基準溝およびフランジ部を含む踏面内側画像を撮影する踏面内側カメラと、
前記レーザ光受信部、踏面外側カメラ、及び踏面内側カメラの各入力端に設けられ、それぞれが入力対象とする波長成分のみを透過させるバンドパスフィルタと、
前記踏面外側カメラが撮影し、対応する前記バンドパスフィルタを透過した前記車輪の踏面外側画像と、前記踏面内側カメラが撮影し、対応する前記バンドパスフィルタを透過した前記踏面内側画像とを入力し画像処理して、前記車輪の踏面と、フランジ部と、基準溝とを少なくとも含む前記車輪の合成画像を生成する画像処理部と、
前記画像処理部が生成した前記車輪の合成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、
を有することを特徴とする車輪形状計測装置。
【請求項２】
レール上を通過する車輪の外側から前記車輪の踏面に対し所定の仰角方向を向けて設置され、前記車輪の踏面に第１のレーザ線条光を送信する踏面外側レーザ光送信部と、
前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記車輪の基準溝およびフランジ部に、前記第１のレーザ線条光とは所定の時間差を有する、異なるタイミングで第２のレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、
前記車輪の踏面により反射された前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記所定の仰角方向で入射する位置に設置され、前記車輪の踏面により反射された前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光を受信し、前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するレーザ光受信部と、
前記車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記レーザ光受信部によって前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面を含む踏面外側画像を撮影する踏面外側カメラと、
前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記レーザ光受信部によって前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記踏面外側カメラとは所定の時間差を有する、異なるタイミングで前記車輪の基準溝およびフランジ部を含む踏面内側画像を撮影する踏面内側カメラと、
前記踏面外側カメラが撮影した前記車輪の踏面外側画像と、前記踏面内側カメラが撮影した前記踏面内側画像とを入力し画像処理して、前記車輪の踏面と、フランジ部と、基準溝とを少なくとも含む前記車輪の合成画像を生成する画像処理部と、
前記画像処理部が生成した前記車輪の合成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、
を有することを特徴とする車輪形状計測装置。
【請求項３】
所定の仰角方向に向けて設置され、レール上を通過する車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向で中心検出信号を送信する中心検出信号送信部と、
前記車輪の踏面により反射された前記中心検出信号が前記所定の仰角方向で入射する位置に設置され、前記車輪の踏面により反射された前記中心検出信号を受信し、前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出する中心検出信号受信部と、
レール上を通過する車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面に第１のレーザ線条光を送信する踏面外側レーザ光送信部と、
前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の基準溝およびフランジ部に、前記第１のレーザ線条光とは異なる波長の第２のレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、
前記車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面を含む踏面外側画像を撮影する踏面外側カメラと、
前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の基準溝およびフランジ部を含む踏面内側画像を撮影する踏面内側カメラと、
前記踏面外側カメラ、及び踏面内側カメラの各入力端に設けられ、それぞれが入力対象とする波長成分のみを透過させるバンドパスフィルタと、
前記踏面外側カメラが撮影し、対応する前記バンドパスフィルタを透過した前記車輪の踏面外側画像と、前記踏面内側カメラが撮影し、対応する前記バンドパスフィルタを透過した前記踏面内側画像とを入力し画像処理して、前記車輪の踏面と、フランジ部と、基準溝とを少なくとも含む前記車輪の合成画像を生成する画像処理部と、
前記画像処理部が生成した前記車輪の合成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、
を有することを特徴とする車輪形状計測装置。
【請求項４】
所定の仰角方向に向けて設置され、レール上を通過する車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向で中心検出信号を送信する中心検出信号送信部と、
前記車輪の踏面により反射された前記中心検出信号が前記所定の仰角方向で入射する位置に設置され、前記車輪の踏面により反射された前記中心検出信号を受信し、前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出する中心検出信号受信部と、
レール上を通過する車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面に第１のレーザ線条光を送信する踏面外側レーザ光送信部と、
前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の基準溝およびフランジ部に、前記第１のレーザ線条光とは所定の時間差を有する、異なるタイミングで第２のレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、
前記車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面を含む踏面外側画像を撮影する踏面外側カメラと、
前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記第１のレーザ線条光とは所定の時間差を有する、異なるタイミングで前記車輪の基準溝およびフランジ部を含む踏面内側画像を撮影する踏面内側カメラと、
前記踏面外側カメラが撮影し、対応する前記バンドパスフィルタを透過した前記車輪の踏面外側画像と、前記踏面内側カメラが撮影し、対応する前記バンドパスフィルタを透過した前記踏面内側画像とを入力し画像処理して、前記車輪の踏面と、フランジ部と、基準溝とを少なくとも含む前記車輪の合成画像を生成する画像処理部と、
前記踏面外側カメラが撮影した前記車輪の踏面外側画像と、前記踏面内側カメラが撮影した前記踏面内側画像とを入力し画像処理して、前記車輪の踏面と、フランジ部と、基準溝とを少なくとも含む前記車輪の合成画像を生成する画像処理部と、
前記画像処理部が生成した前記車輪の合成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、
を有することを特徴とする車輪形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電車等の列車がレール上を通過する間に、車輪の車輪径や、フランジ部幅、フランジ部角等の、車輪の形状に関する所定の計測項目を、車輪に非接触で光切断法により高精度に計測する車輪形状計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道列車などの車輪は、走行によって摩耗して列車の振動、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等の車輪の形状を定期的に検査する必要がある。所定の計測項目を車輪に非接触で計測する装置として、例えば、レーザ光を使用した光切断法による車輪測定装置がある（特許文献１参照）。この装置は、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線条光照射方向と同方向から別々カメラで撮影し、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とを重ね合わせ、両画像の差分から計測箇所の寸法を計測するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
しかしながら、前述の特許文献１の車輪形状計測装置では、レーザ線条光の照射方向やカメラの撮影方向は、レール付近から車輪の径中心付近に向けて照射されていたものの、車輪の径中心を正確に検出して照射していたものではない。すなわち、おおよそ車輪の径中心に向けてレーザ線条光を照射していたため、計測すべき列車の車輪径がそもそも異なる場合や、車輪の踏面が摩耗等していた場合には、レーザ線条光が照射された踏面の画像が車輪の径中心から外れた分だけ歪みが生じ、光切断法における形状測定誤差の原因となる、という課題があった。
【０００５】
そこで、本出願人は、このような課題に鑑み、車輪の形状に関する所定の計測項目を、車輪に非接触で正確に計測することができる車輪形状計測装置、車輪形状計測方法、および車輪形状計測プログラムを提案した（特願２０１０−１１４１３８）。
【０００６】
この車輪形状計測においては、レーザ線条光をレールの内側および外側から車輪軸の中心付近に向けて照射し、外側のレーザ線条光は外側のカメラで、内側のレーザ線条光は内側のカメラでそれぞれ撮影した後、撮影された２つの画像を合成する画像処理を施して車輪形状等を求めている。
【０００７】
ところが、経年劣化などで装置の位置ずれが発生すると、内外２つのレーザ線条光が車輪上で重ならずにわずかにずれ、二重線になることがある。計測誤差範囲を超えるほどのずれであれば、位置設定をやり直したり、装置を交換したりする必要があるが、計測誤差範囲内のレーザ位置ずれであれば、そのまま車輪形状の計測を続けたいという要望がある。しかし、レーザ線条光が二重線に映ることで２本の線のどちらを取得データとするか、計測プログラムでは判断することができず、計測ができなくなるという不具合がある。
【０００８】
本発明の実施形態は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、レーザ光照射装置の位置ずれや経年劣化に起因する不正確な計測を防止可能にする車輪形状計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本実施形態に係る車輪形状計測装置の第１の特徴は、レール上を通過する車輪の外側から前記車輪の踏面に対し所定の仰角方向を向けて設置され、前記車輪の踏面に第１のレーザ線条光を送信する踏面外側レーザ光送信部と、前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記車輪の基準溝およびフランジ部に、前記第１のレーザ線条光とは異なる波長の第２のレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、前記車輪の踏面により反射された前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記所定の仰角方向で入射する位置に設置され、前記車輪の踏面により反射された前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光を受信し、前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するレーザ光受信部と、前記車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記レーザ光受信部によって前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面を含む踏面外側画像を撮影する踏面外側カメラと、前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記レーザ光受信部によって前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の基準溝およびフランジ部を含む踏面内側画像を撮影する踏面内側カメラと、前記レーザ光受信部、踏面外側カメラ、及び踏面内側カメラの各入力端に設けられ、それぞれが入力対象とする波長成分のみを透過させるバンドパスフィルタと、前記踏面外側カメラが撮影し、対応する前記バンドパスフィルタを透過した前記車輪の踏面外側画像と、前記踏面内側カメラが撮影し、対応する前記バンドパスフィルタを透過した前記踏面内側画像とを入力し画像処理して、前記車輪の踏面と、フランジ部と、基準溝とを少なくとも含む前記車輪の合成画像を生成する画像処理部と、前記画像処理部が生成した前記車輪の合成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、を有することである。
【００１０】
本実施形態に係る車輪形状計測装置の第２の特徴は、レール上を通過する車輪の外側から前記車輪の踏面に対し所定の仰角方向を向けて設置され、前記車輪の踏面に第１のレーザ線条光を送信する踏面外側レーザ光送信部と、前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記車輪の基準溝およびフランジ部に、前記第１のレーザ線条光とは所定の時間差を有する、異なるタイミングで第２のレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、前記車輪の踏面により反射された前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記所定の仰角方向で入射する位置に設置され、前記車輪の踏面により反射された前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光を受信し、前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するレーザ光受信部と、前記車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記レーザ光受信部によって前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面を含む踏面外側画像を撮影する踏面外側カメラと、前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記レーザ光受信部によって前記第１のレーザ線条光または第２のレーザ線条光が前記踏面外側レーザ光送信部または踏面内側レーザ光送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記踏面外側カメラとは所定の時間差を有する、異なるタイミングで前記車輪の基準溝およびフランジ部を含む踏面内側画像を撮影する踏面内側カメラと、前記踏面外側カメラが撮影した前記車輪の踏面外側画像と、前記踏面内側カメラが撮影した前記踏面内側画像とを入力し画像処理して、前記車輪の踏面と、フランジ部と、基準溝とを少なくとも含む前記車輪の合成画像を生成する画像処理部と、前記画像処理部が生成した前記車輪の合成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、を有することである。
【００１１】
本実施形態に係る車輪形状計測装置の第３の特徴は、所定の仰角方向に向けて設置され、レール上を通過する車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向で中心検出信号を送信する中心検出信号送信部と、前記車輪の踏面により反射された前記中心検出信号が前記所定の仰角方向で入射する位置に設置され、前記車輪の踏面により反射された前記中心検出信号を受信し、前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出する中心検出信号受信部と、レール上を通過する車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面に第１のレーザ線条光を送信する踏面外側レーザ光送信部と、前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の基準溝およびフランジ部に、前記第１のレーザ線条光とは異なる波長の第２のレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、前記車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面を含む踏面外側画像を撮影する踏面外側カメラと、前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の基準溝およびフランジ部を含む踏面内側画像を撮影する踏面内側カメラと、
前記踏面外側カメラ、及び踏面内側カメラの各入力端に設けられ、それぞれが入力対象とする波長成分のみを透過させるバンドパスフィルタと、前記踏面外側カメラが撮影し、対応する前記バンドパスフィルタを透過した前記車輪の踏面外側画像と、前記踏面内側カメラが撮影し、対応する前記バンドパスフィルタを透過した前記踏面内側画像とを入力し画像処理して、前記車輪の踏面と、フランジ部と、基準溝とを少なくとも含む前記車輪の合成画像を生成する画像処理部と、前記画像処理部が生成した前記車輪の合成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、を有することである。
【００１２】
本実施形態に係る車輪形状計測装置の第４の特徴は、所定の仰角方向に向けて設置され、レール上を通過する車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向で中心検出信号を送信する中心検出信号送信部と、前記車輪の踏面により反射された前記中心検出信号が前記所定の仰角方向で入射する位置に設置され、前記車輪の踏面により反射された前記中心検出信号を受信し、前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出する中心検出信号受信部と、レール上を通過する車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面に第１のレーザ線条光を送信する踏面外側レーザ光送信部と、前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の基準溝およびフランジ部に、前記第１のレーザ線条光とは所定の時間差を有する、異なるタイミングで第２のレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、前記車輪の外側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記車輪の踏面を含む踏面外側画像を撮影する踏面外側カメラと、前記車輪の内側から前記車輪の踏面に対し前記所定の仰角方向を向けて設置され、前記中心検出信号受信部によって前記中心検出信号が前記中心検出信号送信部から前記車輪の径中心に向かい送信されたことが検出された場合、前記第１のレーザ線条光とは所定の時間差を有する、異なるタイミングで前記車輪の基準溝およびフランジ部を含む踏面内側画像を撮影する踏面内側カメラと、前記踏面外側カメラが撮影し、対応する前記バンドパスフィルタを透過した前記車輪の踏面外側画像と、前記踏面内側カメラが撮影し、対応する前記バンドパスフィルタを透過した前記踏面内側画像とを入力し画像処理して、前記車輪の踏面と、フランジ部と、基準溝とを少なくとも含む前記車輪の合成画像を生成する画像処理部と、前記踏面外側カメラが撮影した前記車輪の踏面外側画像と、前記踏面内側カメラが撮影した前記踏面内側画像とを入力し画像処理して、前記車輪の踏面と、フランジ部と、基準溝とを少なくとも含む前記車輪の合成画像を生成する画像処理部と、前記画像処理部が生成した前記車輪の合成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、を有することである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１の車輪形状計測装置の全体を示す説明図である。
【図２】車輪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。
【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】右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】右車輪をその内側下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】径の異なる２種類の車輪（大径、小径）と、仰角ηとの関係を示す説明図である。
【図７】実施形態１の車輪形状計測装置の動作例を示すフローチャートである。
【図８】（ａ）〜（ｄ）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９】実施形態１の車輪形状計測装置のレーザ光受信部における受信レベルの一例を示す説明図である。
【図１０】画像処理部による踏面外側画像と、踏面内側画像との合成画像の一例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処理の手順の一例を示す説明図である。
【図１２】従来の課題を解決する実施形態１の作用効果の説明図である。
【図１３】実施形態２の車輪形状計測装置の全体を示す説明図である。
【図１４】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一例を示す説明図である。
【図１５】右車輪をその内側下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一例を示す説明図である。
【図１６】実施形態２の車輪形状計測装置の動作例を示すフローチャートである。
【図１７】（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、実施形態２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１８】実施形態３の車輪形状計測装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜実施形態１＞
図１は、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。
【００１５】
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、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂ、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、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２０等を有する。
【００１６】
外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂは、それぞれ、列車の左右車輪１０ａ，１０ｂの両側に設けられ、車輪１０ａ，１０ｂの通過を検出する。
【００１７】
踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂは、レーザ光送信部および踏面外側レーザ光送信部として機能するもので、後述するように、それぞれ、列車の左右車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの外側から、車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの踏面１１０ａ，１１０ｂ（図２参照）と、フランジ部１２０ａ，１２０ｂ（図２参照）とに向かい、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送信する。ここで、実施形態１の踏面外側レーザ照射部１３ａ，１３ｂは、後述する実施形態２とは異なり、照射するレーザ線条光を、光切断法による形状計測のためのレーザ線条光として使用するだけでなく、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂ等に対し所定の仰角η方向で車輪の径中心を検出するための中心検出信号として送信する。なお、照射するレーザ線条光を中心検出信号として送信するレーザ光送信部としての機能を、踏面外側レーザ１３ａ，１３ｂではなく、踏面内側レーザ１６ａ，１６ｂに持たせるようにしても良い。
【００１８】
レーザ光受信部１４ａ，１４ｂは、中心検出信号受信部として機能するもので、それぞれ、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂが送信し車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの踏面１１０ａ，１１０ｂにより反射され、前記所定の仰角η方向から入射するレーザ線条光を受信する。
【００１９】
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η方向で列車の車輪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。
【００２０】
踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂは、踏面内側レーザ光送信部として機能するもので、それぞれ、列車の左右車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの内側から、踏面１１０ａ，１１０ｂに向け、所定の仰角η方向に、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送信する。
【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η方向で列車の車輪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。
【００２２】
特に、実施形態１では、踏面外側レーザ照射部１３ａ，１３ｂから照射されるレーザ線条光と踏面内側レーザ照射部１６ａ，１６ｂから照射されるレーザ線条光とは、異なる波長が使用されている。例えば、踏面外側レーザ照射部１３ａ，１３ｂから照射されるレーザ線条光の波長は赤色領域である６３０±２０ｎｍ、踏面内側レーザ照射部１６ａ，１６ｂから照射されるレーザ線条光の波長は緑色領域である５８０±２０ｎｍとする。また、レーザ受光部１４ａ及びカメラ１５ａ，１５ｂ，１７ａ，１７ｂ側にもそれぞれの波長に対応するフィルタ（Ｆ）をレンズ表面に設けるようにしている。すなわち、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂには、赤色領域である６３０±２０ｎｍのみを通過させる赤色バンドパスフィルタ２２ａ，２２ｂが、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂには、同じく、赤色領域である６３０±２０ｎｍのみを通過させる赤色バンドパスフィルタ２３ａ，２３ｂが、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂには、緑色領域である５８０±２０ｎｍのみを通過させる緑色バンドパスフィルタ２４ａ，２４ｂが、それぞれ取り付けられている。
【００２３】
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画像処理および合成して、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（後述する図１０参照）。
【００２４】
車輪形状計測部１９は、画像処理部１８が画像処理およ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。
【００２５】
外部Ｉ／Ｆ部２０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し通信する。
【００２６】
図２は、車輪形状計測部１９が計測する列車の右車輪１０ａの踏面を含む下側部分を、列車正面（列車前方）から見た場合の正面図であり（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、右車輪１０ａでは、レールに接触する面を踏面１１０ａ、レール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の内側面に形成された溝を基準溝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、フランジ部角度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が大車輪径である場合の車輪径Ｄの判断基準は、８６５〜７８０ｍｍ、車輪１が小車輪径である場合の車輪径Ｄの判断基準は、７６５〜６８０ｍｍ、フランジ厚さＦの判定基準は２２．５〜２８．５ｍｍ、フランジ部高さＨの判定基準は２５．０〜３５．０ｍｍ、フランジ部角度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、右車輪１０ａ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】
なお、図４は、列車の右車輪１０ａを上方から見た場合の正面図である。なお、左車輪１０ｂについても同様に配置されている。
【００３２】
図４において、矢印３１は、列車の右車輪１０ａの進行方向を示している。
【００３３】
列車の右車輪１０ａの両側には、外側通過センサ１１ａと、内側通過センサ１２ａとが、対向するように設けられている。
【００３４】
そして、外側通過センサ１１ａと、内側通過センサ１２ａの進行方向側には、踏面外側カメラ１５ａ、踏面内側カメラ１７ａ、波長６３０±２０ｎｍの踏面外側レーザ光照射部１３ａ、レーザ光受信部１４ａ、波長５８０±２０ｎｍの踏面内側レーザ光照射部１６ａが、図４に示すような位置および水平角度で設けられている。レーザ光受信部１４ａと踏面外側カメラ１５ａの各入力端には、波長６３０±２０ｎｍ成分のみを透過するバンドパスフィルタ２２ａ，２３ａが取り付けられ、また、踏面内側カメラ１７ａの入力端には、波長５８０±２０ｎｍのみを透過するバンドパスフィルタ２４ａが取り付けられている。
【００３５】
図５は、右車輪１０ａをその内側下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。なお、左車輪１０ｂについても同様に配置されている。
【００３６】
ここで、図５では、説明の便宜上、外側通過センサ１１ａと、内側通過センサ１２ａとは、省略しているが、本来は、存在している。
【００３７】
図５に示すように、実施形態１の車輪形状計測装置１の踏面外側レーザ光照射部１３ａ、レーザ光受信部１４ａ、踏面外側カメラ１５ａ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ、踏面内側カメラ１７ａは、全て、右車輪１０ａの径中心１４０ａに向け、所定の仰角ηの方向で取り付けられている。
【００３８】
その際、レール上を列車が走行して来て、踏面外側レーザ光照射部１３ａから所定の仰角ηで照射された波長６３０±２０ｎｍのレーザ線条光が、車輪１０ａの径中心に向いたときに、車輪の踏面１１０ａ等にて反射されたレーザ線条光が、バンドパスフィルタ２２ａを通過して波長６３０±２０ｎｍのレーザ線条光のみがレーザ光受信部１４ａに所定の仰角ηで入射するように，レーザ光受信部１４ａの角度および位置を設定して設置する。
【００３９】
図６は、径の異なる２種類の車輪（大径、小径）と、仰角ηとの関係を示す説明図である。
【００４０】
図６において、レーザ光照射部またはカメラの位置を（ｘ，ｚ）とおき、車輪（小径）の径中心座標を、（φ／（２ｔａｎη），φ／２）とおくと、
ｘ（＝Ｌ＝（φ／（２ｔａｎη））―φｃｏｓη／２）
ｚ（＝Ｌｔａｎη＝（φ／２）―φｓｉｎη／２）
となる。
【００４１】
仰角ηが小さい程、２種類の車輪（大径、小径）のレーザ位置が離れることがわかる。
【００４２】
ここで、車輪（大径）の直径を８６２ｍｍ、車輪（小径）の直径を７６２ｍｍ、仰角ηを３０度とした場合、２種類の車輪（大径、小径）は、それぞれ、ｘ軸方向に４３．３ｍｍ、２５ｍｍずれることになる。また、車輪（大径）の直径を８６２ｍｍ、車輪（小径）の直径を７６２ｍｍ、仰角ηを６０度とした場合、２種類の車輪（大径、小径）は、それぞれ、ｘ軸方向に３．９ｍｍ、６．７ｍｍずれることになる。
【００４３】
このように、仰角ηが６０度では、仰角ηが３０度の場合と比べ、被写体深度が浅く、ボケが少ない。ボケが少ないほど画像処理における精度が向上するが、仰角ηをさらに増やしていくとレールが邪魔になり、車輪の踏面が見えにくくなる。
【００４４】
そのため、実施形態１では、仰角ηはこれらを考慮した値としている。
【００４５】
次に、実施形態１の車輪形状計測装置１の動作について、フローチャートおよびタイミングチャートを参照して説明する。
【００４６】
図７は、実施形態１の車輪形状計測装置１の動作例を示すフローチャートである。
【００４７】
図８（ａ）〜（ｄ）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。
【００４８】
まず、図８（ａ）に示すように、外側通過センサ１１ａ，１１ｂが車輪および内側通過センサ１２ａ，１２ｂの間に入ると、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（Ｓ１０）。
【００４９】
なお、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、Ｔｗとしている。
【００５０】
そして、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂがオンとなると、車輪検出信号を、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂに出力する。
【００５１】
外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂがオンになると、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂは、図８（ｂ）に示すように、所定期間、波長６３０±２０ｎｍのレーザ線条光を、各レーザ線条光が作成する面が同一面になるように、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂに対し、所定の仰角ηで照射する（Ｓ２０）。
【００５２】
レーザ光受信部１４ａ，１４ｂは、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂから反射される踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂからの波長６３０±２０ｎｍのレーザ光を受信すると（Ｓ３０）、中心検出信号受信部として機能して、そのレーザ光の受信レベルが、図９に示すように、所定のスレショルドレベルＲｓ以上に上がり、図８（ｃ）に示すように、その後スレショルドレベルＲｓ以下に下がるまでの時間が所定のスレショルド時間Ｔｒ以上あるか否か、すなわちピーク点を過ぎるか否かを判断する（Ｓ４０）。
【００５３】
そして、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂは、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂから反射される、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂからの波長６３０±２０ｎｍのレーザ光が、所定のスレショルドレベルＲｓ以上に上がり、その後スレショルドレベルＲｓ以下に下がるまでの時間が所定のスレショルド時間Ｔｒ以上になると（Ｓ４０“ＹＥＳ”）、レーザ光の受信レベルがピーク点を過ぎ、中心検出信号としても機能させている波長６３０±２０ｎｍのレーザ光の照射方向線上に、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂが来たものと判断して、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、および踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂに対し動作開始信号を出力する（Ｓ５０）。
【００５４】
つまり、図５等に示すように、中心検出信号送信部としての踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂ、および中心検出信号受信部としてのレーザ光受信部１４ａ，１４ｂの双方は、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに向けて仰角ηにて設置されているので、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂにレベルＲｓを超える反射光が所定のスレショルド時間Ｔｒ以上受信されたということは、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂ等の仰角ηの延長線上に車輪１０ａ，１０ｂの径中心が位置して、入射光の仰角ηと同角度で反射光が反射され、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂからのレーザ光が車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに中心に向けて照射されたということになる。
【００５５】
すると、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂからのレーザ線条光だけでなく、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂからの波長５８０±２０ｎｍの緑色レーザ線条光も、各レーザ線条光が作成する面と同一面になるように、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに向けて照射され、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂやフランジ部１２０ａ，１２０ｂ等にて反射される。
【００５６】
そして、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、その動作開始信号の入力によりシャッタを下ろし、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに向かって所定の仰角ηにて、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂやフランジ部１２０ａ，１２０ｂ等およびそれらに映るレーザ線条光を所定の露光時間Ｔｓだけ撮影する（Ｓ６０）。
【００５７】
つまり、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂからの動作開始信号に基づき、図８（ｄ）に示すように、所定の時間Ｔｓだけ露光し，波長５８０±２０ｎｍの緑色レーザ線条光が照射されている、それぞれの撮影部位を撮影する。
【００５８】
そして、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、所定の露光（撮影）時間Ｔｓの間、連続撮影した画像を、画像処理部１８へ出力する。
【００５９】
なお、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂが撮影する画像は、後述する図１０に示すように、少なくとも車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂ、フランジ部１２０ａ，１２０ｂ等を含む踏面外側画像であるのに対し、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが撮影する画像は、少なくとも車輪１０ａ，１０ｂの基準溝１３０ａ，１３０ｂやフランジ部１２０ａ，１２０ｂの内側面側等を含む踏面内側画像である。ただし、これは、あくまで一例であり、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂだけでも、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂだけでも良いし、これらのカメラが撮影する撮影部位も任意である。
【００６０】
すると、画像処理部１８では、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂからの所定の露光（撮影）時間Ｔｓの間、連続撮影された踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂからの踏面外側画像と、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂからの踏面内側画像とを入力すると、図１０に示すように、入力した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、少なくとも車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂからフランジ部１２０ａ，１２０ｂ、基準溝１３０ａ，１３０ｂ等が写った合成画像を生成する（Ｓ７０）。
【００６１】
すなわち、画像処理部１８では、踏面外側カメラ１５ａおよび踏面内側カメラ１７ａが撮影した踏面外側画像１５ａ１（図１０（ａ））と、踏面内側画像１７ａ１（図１０（ｂ））とを入力して合成し、合成画像１８１を生成する（図１０（ｃ））。なお、図１０は、一例として右車輪１０ａについての画像合成を示しているが、左車輪１０ｂについても同様である。
【００６２】
そして、路面形状計測部１９は、画像処理部１８によって合成された合成画像を参照して、図１１に示すように、車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する所定の各計測項目（図３参照）について計測を行い（Ｓ８０）、必要あれば、外部Ｉ／Ｆ部２０を介して、車輪形状計測部１９が計測した車輪１０ａ，１０ｂの形状に関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する。
【００６３】
図１１は、路面形状計測部１９による合成画像に基づく計測処理の手順の一例を示す説明図である。
【００６４】
なお、図１１は、例えば、右車輪１０ａの合成画像を示しており、左車輪１０ｂの合成画像についても同様に所定の各計測項目について計測が行われる。所定の各計測項目については、図３に示す所定の各計測項目と同じである。
【００６５】
図１１において、右車輪１０ａのフランジ部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（６２ｍｍ）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から車輪１０ａ，１０ｂ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。
【００６６】
すると、Ｐ１とＰ２との高低差が、フランジ部高さＨ（図２、図３参照）となる。
【００６７】
また、Ｐ３（踏面）から１３ｍｍ下げた点をＰ４とし、Ｐ４とＰ２との図上水平方向の差がフランジ厚さＦ（図２、図３参照）となる。
【００６８】
また、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（図２、図３参照）として求める。
【００６９】
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。フランジ部１２０ａの頂点Ｐ１と、Ｐ５との差が、フランジ部先端寸法（直立摩耗度限度）Ｓ（図２、図３参照）となる。
【００７０】
また、路面形状計測部１９は、車輪１０ａの径中心１４０ａから基準溝１３０ａまでの距離である基準溝径と、（Ｃ−Ｈ）とを加算して車輪径Ｄ（図２、図３参照）を求めたり、さらに、車輪１０ａの内側面のプロフィールより、バックゲージ（ＢＧ（図２、図３参照））等を求める。
【００７１】
このように、実施形態１の車輪形状計測装置１では、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂが車輪１０ａ，１０ｂの通過を検出した際にシャッタを下ろし撮影するのではなく、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂが車輪１０ａ，１０ｂの通過を検出した際に踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂが所定時間オン動作し、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂにレベルＲｓを超える波長６３０±２０ｎｍの赤色の反射光が入射したとき、すなわち踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂのレーザ照射角度である仰角ηの延長線上に車輪１０ａ，１０ｂの径中心が位置し、入射光の仰角ηと同角度で反射光が反射されときにシャッタを下ろし、撮影する。
【００７２】
これにより、実施形態１の車輪形状計測装置１によれば、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、車輪１０ａ，１０ｂの径中心に向って、踏面１１０ａ，１１０ｂを撮影することができ、光切断法における形状計測誤差の原因も生じなくなり、車輪１０ａ，１０ｂの形状に関する所定の計測項目を、車輪１０ａ，１０ｂに非接触で正確に計測することができる。
【００７３】
また、経年劣化などで装置の位置ずれが発生すると、図１２（Ａ），（Ｂ）に実線と破線で示すように、内外２つのレーザ線条光が車輪上で重ならずにわずかにずれ、二重線になる。
【００７４】
実施形態１では、波長６３０±２０ｎｍの赤色領域のレーザ線条光(図中、破線で示す)と、波長５８０±２０ｎｍの緑色領域のレーザ線条光（図中、実線で示す）を用いている。すなわち、図１２（Ａ）に示すように、踏面内側レーザ照射部１６ａから照射された波長５８０±２０ｎｍのレーザ光は緑色のレーザ線条光として車輪内側で反射され、踏面内側カメラ１７ａに入射される。また、踏面外側レーザ照射部１３ａから照射された波長６３０±２０ｎｍの赤色領域のレーザ線条光の一部（図中破線で示す１５ａ１）も入射される。このとき、踏面内側カメラ１７ａには波長５８０±２０ｎｍ領域を透過するバンドパスフィルタ２４ａが取り付けられているので、緑色のレーザ線条光（実線で示す１７ａ１）のみが取り込まれることとなる。同様に、踏面外側レーザ照射部１３ａから照射される波長６３０±２０ｎｍのレーザ光は、赤色のレーザ線条光（破線で示す１５ａ１）として、車輪外側で反射され、踏面外側カメラ１５ａに入射される。また、踏面内側レーザ照射部１６ａから照射された波長５８０±２０ｎｍの緑色領域のレーザ線条光の一部（実線で示す１７ａ１）も入射される。このとき、踏面外側カメラ１５ａには波長６３０±２０ｎｍ領域を透過するバンドパスフィルタ２３ａが取り付けられているので、赤色のレーザ線条光のみが取り込まれることとなる。
【００７５】
このように、実施形態１によれば、経年劣化などで装置の位置ずれが発生して内外２つのレーザ線条光が車輪上で重ならずにわずかにずれ、二重線になっても、画像処理上不要なレーザ線条光を取り込まれないので、不要なレーザ線条光を除去するといった処理が不要になり、正確で迅速な画像処理を行うことが可能になる。
【００７６】
なお、実施形態１では、踏面外側レーザ照射部１３ａ，１３ｂから照射されるレーザ線条光の波長が赤色領域である６３０±２０ｎｍ、踏面内側レーザ照射部１６ａ，１６ｂから照射されるレーザ線条光の波長が緑色領域である５８０±２０ｎｍとしたが、波長領域はこれに限られるものではなく、２本のレーザ線条光を識別できれば波長領域は限定されない。
【００７７】
＜実施形態２＞
図１３は、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1と同一構成部分には同一番号を付してその説明は省略する。また、実施形態２では、実施形態１で使用した図２、図３、図６、図９〜図１１もそのまま援用することができる。
【００７８】
実施形態２では、外側レーザのみを点灯させ、レーザ受光部に中心検出信号として受信させるとともに、外側カメラで撮影、所定の微小時間内に外側レーザを消灯させ、内側レーザを点灯させて内側カメラで撮影するようにしている。なお、レーザ光受信部１４ａの位置を変えて、内側レーザを中心検出信号送信用としても良い。
【００７９】
他方のレーザを点灯させて、他方のカメラで受光させるようにしている。
【００８０】
この実施形態２の車輪形状計測装置２は、図１３に示すように、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、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂ、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、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２０等を有する。図１との相違点は、レーザ光受信部１４ａで車輪の中心が検出された後、踏面外側レーザ１３ａの発光タイミングと、踏面内側レーザ１６ａの発光タイミングとの間に所定の時間差があることである。同様に、踏面外側カメラ１５ａの受光タイミングと、踏面内側カメラ１７ａの受光タイミングとの間にも、前記所定に時間差を持っている。これは、従来のように、同一タイミングで発光、受光がされると、レーザとカメラの位置ずれ等により、画像を合成した場合、二重画像部分が生じてしまい、正確な車輪形状を測定することができないからである。
【００８１】
図１４は、右車輪１０ａ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。図１５は、右車輪１０ａをその内側下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。なお、左車輪１０ｂについても同様に配置されている。これら図１４、図１５と図４、図５とを比較すると分かるように、実施形態２では、レーザ光受信部１４ａ、踏面外側カメラ１５ａ、及び踏面内側カメラ１７ａの各入力端には、いずれにもバンドパスフィルタは設けられていない。
【００８２】
次に、実施形態２の車輪形状計測装置２の動作について、フローチャートおよびタイミングチャートを参照して説明する。
【００８３】
図１６は、実施形態２の車輪形状計測装置２の動作例を示すフローチャートである。
【００８４】
図１７（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、実施形態２の車輪形状計測装置２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。
【００８５】
まず、図１７（ａ）に示すように、外側通過センサ１１ａ，１１ｂが車輪および内側通過センサ１２ａ，１２ｂの間に入ると、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（Ｓ１１０）。
【００８６】
なお、図１７（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、Ｔｗとしている。
【００８７】
そして、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂがオンとなると、車輪検出信号を、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂに出力する。
【００８８】
外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂがオンになると、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂは、図１７（ｂ）に示すように、所定期間だけ、レーザ線条光を、各レーザ線条光が作成する面が同一面になるように、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂに対し、所定の仰角ηで照射する（Ｓ１２０）。
【００８９】
レーザ光受信部１４ａ，１４ｂは、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂから反射される踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂからのレーザ光を受信すると（Ｓ１３０）、中心検出信号受信部として機能して、そのレーザ光の受信レベルが、図９に示すように、所定のスレショルドレベルＲｓ以上に上がり、図１７（ｃ）に示すように、その後スレショルドレベルＲｓ以下に下がるまでの時間が所定のスレショルド時間Ｔｒ以上あるか否か、すなわちピーク点を過ぎるか否かを判断する（Ｓ１４０）。
【００９０】
そして、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂは、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂから反射される、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂからのレーザ光が、所定のスレショルドレベルＲｓ以上に上がり、その後スレショルドレベルＲｓ以下に下がるまでの時間が所定のスレショルド時間Ｔｒ以上になると（Ｓ１４０“ＹＥＳ”）、レーザ光の受信レベルがピーク点を過ぎ、中心検出信号としても機能させているレーザ光の照射方向線上に、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂが来たものと判断して、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、および踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂに対し動作開始信号を出力する（Ｓ１５０）。
【００９１】
そして、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂは、その動作開始信号の入力によりシャッタを下ろし、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに向かって所定の仰角ηにて、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂおよびそれらに映るレーザ線条光を所定の露光時間Ｔｓだけ撮影する（Ｓ１６０）。
【００９２】
踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂによる撮影が終了すると、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂはオフとなる（Ｓ１７０）、次いで、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂからのレーザ線条光が、各レーザ線条光が作成する面と同一面になるように、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに向けて照射され、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂやフランジ部１２０ａ，１２０ｂ等にて反射される（Ｓ１８０）。
【００９３】
そして、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、その動作開始信号の入力によりシャッタを下ろし、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに向かって所定の仰角ηにて、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂやフランジ部１２０ａ，１２０ｂ等およびそれらに映るレーザ線条光を所定の露光時間Ｔｓだけ撮影する（Ｓ１９０、Ｓ２００）。
【００９４】
つまり、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂからの動作開始信号に基づき、図１７（ｄ）、（ｆ）に示すように、所定の時間差を持って、所定の時間Ｔｓだけ露光し，レーザ線条光が照射されている、それぞれの撮影部位を撮影する。
【００９５】
そして、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂは、所定の露光（撮影）時間Ｔｓの間、連続撮影した画像を、画像処理部１８へ出力する。画像処理部での処理（Ｓ２１０，Ｓ２２０）については、実施形態１と同様であるため、その説明は省略する。
【００９６】
このように、実施形態２では、外側レーザ（第１のレーザ線条光）とは所定の時間差を有する、異なるタイミングで内側レーザ（第２のレーザ線条光）を送信するとともに、外側カメラとは所定の時間差を有する、異なるタイミングで内側カメラが撮像するので、画像を合成する場合でも画像が２重になることはなく、正確な車輪形状を測定することができる。
【００９７】
＜実施形態３＞
次に、実施形態３の車輪形状計測装置３について説明する。
【００９８】
図１８は、実施形態３の車輪形状計測装置３の構成例を示すブロック図である。なお、図１７は、左車輪１０ｂ側のセンサやカメラの構成は、右車輪１０ａ側のものと同様であり、その説明は省略する。
【００９９】
実施形態１、２の車輪形状計測装置１、２では、図１や図１３に示すように、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂに、中心検出信号送信部としての機能を併設したが、図１８に示すように、独立して、中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂを設け、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂの代わりに中心検出信号受信部４２ａ，４２ｂを設けるようにしても勿論よい。したがって、実施形態３の踏面外側レーザ光照射部４３ａ，４３ｂは、中心検出信号の送信機能を有してなく、光切断法による形状計測のためのレーザ光としてのみレーザ線条光を送信する。なお、図１８は、実施形態２で説明した踏面外側レーザと踏面外側レーザとを所定の時間差をおいて発光する例に対応するものである。踏面外側レーザと踏面内側レーザとの波長を異ならせる実施形態１に対応させる場合には、図１に示したように、各カメラの入力端にバンドパスフィルタを設けること、およびレーザの発光タイミング制御及びカメラの受光タイミング制御が不要となる点のみが相違するため、図示は省略する。
【０１００】
この実施形態３の車輪形状計測装置３は、図１８に示すように、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、踏面外側レーザ光照射部４３ａ，４３ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂ、中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂ、中心検出信号受信部４２ａ，４２ｂ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２０等を有する。
【０１０１】
中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂは、実施形態２の踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂと同様に、中心検出信号としてレーザ光を送信しても良いし、あるいは車輪１０ａ，１０ｂの径中心を検出できれば良いので、中心検出信号としてミリ波等を送信するようにしても良い。
【０１０２】
中心検出信号受信部４２ａ，４２ｂは、中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂが中心検出信号としてレーザ光を送信する場合には、車輪１０ａ，１０ｂにより反射されるそのレーザ光を受信し、中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂが中心検出信号としてミリ波等を送信する場合には、車輪１０ａ，１０ｂにより反射されるそのミリ波等を受信して、その受信レベルによりカメラ等を動作させることになる。なお、図１に示す実施形態１の車輪形状計測装置１の構成要素と同じ構成要素には、同一符号を付しているので、説明を省略する。
【０１０３】
次に、実施形態３の車輪形状計測装置３の動作を説明する。
【０１０４】
まず、実施形態３の車輪形状計測装置３では、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂがオンになると、実施形態３の中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂは、実施形態２の踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂと同様に、レーザ線条光またはミリ波等の中心検出信号を、各レーザ線条光が作成する面が同一面になるように、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂに対し、所定の仰角ηで照射する。
【０１０５】
実施形態３の中心検出信号受信部４２ａ，４２ｂは、車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂから反射される中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂからのレーザ線条光またはミリ波等の中心検出信号を受信して、実施形態２のレーザ光受信部１４ａ，１４ｂと同様に、そのレーザ線条光またはミリ波の受信レベルが、所定のスレショルドレベルＲｓ以上に上がり、その後スレショルドレベルＲｓ以下に下がるまでの時間が所定のスレショルド時間Ｔｒ以上あるか否か、すなわちレーザ線条光またはミリ波等の中心検出信号の照射方向線上に、車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂが来たものと判断して、踏面外側レーザ光照射部４３ａ，４３ｂ、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、および踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂに対し動作開始信号を出力する。
【０１０６】
すると、踏面外側レーザ光照射部４３ａ，４３ｂは、列車の左右車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの外側から、車輪１０ａ，１０ｂそれぞれの踏面１１０ａ，１１０ｂと、フランジ部１２０ａ，１２０ｂとに向かい、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送信する。
【０１０７】
なお、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂ、および踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂ、画像処理部１８、車輪形状計測部１９、外部Ｉ／Ｆ部２０等は、実施形態１、２の車輪形状計測装置１のものと同様に動作する。
【０１０８】
従って、実施形態３の車輪形状計測装置３によっても、上記実施形態１、２の車輪形状計測装置１、２と同様の効果が得られる。
【０１０９】
以上、各実施形態１〜３の説明では、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。
【０１１０】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１１】
１〜４  車輪形状計測装置
１０ａ，１０ｂ…車輪
２１ａ，２１ｂ…レール
１１ａ，１１ｂ…外側通過センサ
１２ａ，１２ｂ…内側通過センサ
１３ａ，１３ｂ…踏面外側レーザ光照射部（中心検出信号送信部）
１４ａ，１４ｂ…レーザ光受信部（中心検出信号受信部）
１５ａ，１５ｂ…踏面外側カメラ（撮影部）
１６ａ，１６ｂ…踏面内側レーザ光照射部
１７ａ，１７ｂ…踏面内側カメラ（撮影部）
１８…画像処理部
１９…路面形状計測部
２１…外部Ｉ／Ｆ部
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ…バンドパスフィルタ
３１ａ，３１ｂ…内側面レーザ光照射部
３２ａ，３２ｂ…内側面カメラ（撮影部）
４１ａ，４１ｂ…中心検出信号送信部
４２ａ，４２ｂ…中心検出信号受信部
４３ａ，４３ｂ…踏面外側レーザ光照射部
【図１】
2013205045.tif 000003
【図２】
2013205045.tif 000004
【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】
2013205045.tif 000009
【図８】
2013205045.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2013205045.tif 000012
【図１１】
2013205045.tif 000013
【図１２】
2013205045.tif 000014
【図１３】
2013205045.tif 000015
【図１４】
2013205045.tif 000016
【図１５】
2013205045.tif 000017
【図１６】
2013205045.tif 000018
【図１７】
2013205045.tif 000019
【図１８】
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