【手続補正書】
【提出日】平成25年4月24日(2013.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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にレーザ線条光を送信するレーザ光送信部と、
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正反射された前記レーザ線条光を受信し、前記レーザ線条光が前記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、
前記車輪に対し前記所定の仰角方向を向け設置され、前記レーザ光受信部によって前記レーザ線条光が前記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、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を撮影するカメラと、
前記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する画像処理部と、
前記画像処理部が処理し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、
を有することを特徴とする車輪形状計測装置。
【請求項２】
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正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、
前記所定の仰角方向を向け設置され、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、前記所定の仰角方向で前記車輪に対しレーザ線条光を送信するレーザ光送信部と、
前記車輪に対し前記所定の仰角方向を向け設置され、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、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を撮影するカメラと、
前記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する画像処理部と、
前記画像処理部が処理し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、
前記カメラの電子シャッタのオン・オフ周期は、前記レーザ光送信部からのレーザ線条光の点滅周期と同期しており、
前記カメラは、
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】
請求項１〜請求項３のいずれか一の請求項に記載の車輪形状計測装置において、
前記レーザ光送信部は、
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設置され、前記車輪の踏面に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設置され、前記車輪の基準溝およびフランジ部にレーザ線条光を送信する踏面内側レーザ光送信部と、からなり、
前記カメラは、
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設置され、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設置され、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、からなり、
前記画像処理部は、
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し、
前記車輪形状計測部は、
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、
ことを特徴とする車輪形状計測装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一の請求項に記載の車輪形状計測装置において、
さらに、
前記車輪の内側面に複数のレーザ線条光を送信する内側面レーザ光送信部と、
前記内側面レーザにより前記車輪の内側面に送信された複数のレーザ線条光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、フランジ部およ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６】
レール上を通過する車輪の踏面に対し所定の仰角方向にレーザ線条光を送信するステップと、
前記車輪の踏面により正反射され、前記所定の仰角方向で入射する前記レーザ線条光を受信し、前記レーザ線条光が前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するステップと、
前記レーザ線条光が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、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を撮影するステップと、
撮影された前記車輪の照射部位の画像を画像処理するステップと、
画像処理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、
を有することを特徴とする車輪形状計測方法。
【請求項７】
レール上を通過する車輪の踏面に対し所定の仰角方向で中心検出信号を送信するステップと、
前記車輪の踏面により正反射され、前記所定の仰角方向で入射する前記中心検出信号を受信し、前記中心検出信号が前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するステップと、
前記中心検出信号が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、前記所定の仰角方向で前記車輪に対しレーザ線条光を送信するステップと、
前記中心検出信号が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、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を撮影するステップと、
撮影された前記車輪の照射部位の画像を画像処理するステップと、
画像処理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、
を有することを特徴とする車輪形状計測方法。
【請求項８】
コンピュータに、
レール上を通過する車輪の踏面に対し所定の仰角方向にレーザ線条光を送信するステップと、
前記車輪の踏面により正反射され、前記所定の仰角方向で入射する前記レーザ線条光を受信し、前記レーザ線条光が前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するステップと、
前記レーザ線条光が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、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を撮影するステップと、
撮影された前記車輪の照射部位の画像を画像処理するステップと、
画像処理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。
【請求項９】
コンピュータに、
レール上を通過する車輪の踏面に対し所定の仰角方向で中心検出信号を送信するステップと、
前記車輪の踏面により正反射され、前記所定の仰角方向で入射する前記中心検出信号を受信し、前記中心検出信号が前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するステップと、
前記中心検出信号が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、前記所定の仰角方向で前記車輪に対しレーザ線条光を送信するステップと、
前記中心検出信号が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、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を撮影するステップと、
撮影された前記車輪の照射部位の画像を画像処理するステップと、
画像処理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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明に係る車輪形状計測装置の第１の特徴は、所定の仰角方向を向け設置され、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にレーザ線条光を送信するレーザ光送信部と、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正反射された前記レーザ線条光を受信し、前記レーザ線条光が前記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、前記車輪に対し前記所定の仰角方向を向け設置され、前記レーザ光受信部によって前記レーザ線条光が前記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、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を撮影するカメラと、前記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する画像処理部と、前記画像処理部が処理し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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、前記目的を達成するため、本発明に係る車輪形状計測装置の第２の特徴は、所定の仰角方向を向け設置され、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正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、前記所定の仰角方向を向け設置され、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、前記所定の仰角方向で前記車輪に対しレーザ線条光を送信するレーザ光送信部と、前記車輪に対し前記所定の仰角方向を向け設置され、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、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を撮影するカメラと、前記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する画像処理部と、前記画像処理部が処理し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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、前記目的を達成するため、本発明に係る車輪形状計測方法の第１の特徴は、レール上を通過する車輪の踏面に対し所定の仰角方向にレーザ線条光を送信するステップと、前記車輪の踏面により正反射され、前記所定の仰角方向で入射する前記レーザ線条光を受信し、前記レーザ線条光が前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するステップと、前記レーザ線条光が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、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を撮影するステップと、撮影された前記車輪の照射部位の画像を画像処理するステップと、画像処理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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、前記目的を達成するため、本発明に係る車輪形状計測方法の第２の特徴は、レール上を通過する車輪の踏面に対し所定の仰角方向で中心検出信号を送信するステップと、前記車輪の踏面により正反射され、前記所定の仰角方向で入射する前記中心検出信号を受信し、前記中心検出信号が前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するステップと、前記中心検出信号が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、前記所定の仰角方向で前記車輪に対しレーザ線条光を送信するステップと、前記中心検出信号が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、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を撮影するステップと、撮影された前記車輪の照射部位の画像を画像処理するステップと、画像処理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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、前記目的を達成するため、本発明に係る車輪形状計測プログラムの第１の特徴は、コンピュータに、レール上を通過する車輪の踏面に対し所定の仰角方向にレーザ線条光を送信するステップと、前記車輪の踏面により正反射され、前記所定の仰角方向で入射する前記レーザ線条光を受信し、前記レーザ線条光が前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するステップと、前記レーザ線条光が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、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を撮影するステップと、撮影された前記車輪の照射部位の画像を画像処理するステップと、画像処理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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、前記目的を達成するため、本発明に係る車輪形状計測プログラムの第２の特徴は、コンピュータに、レール上を通過する車輪の踏面に対し所定の仰角方向で中心検出信号を送信するステップと、前記車輪の踏面により正反射され、前記所定の仰角方向で入射する前記中心検出信号を受信し、前記中心検出信号が前記車輪の径中心に向かい送信されたことを検出するステップと、前記中心検出信号が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、前記所定の仰角方向で前記車輪に対しレーザ線条光を送信するステップと、前記中心検出信号が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、前記レーザ線条光が照射された前記車輪の照射部位を撮影するステップと、撮影された前記車輪の照射部位の画像を画像処理するステップと、画像処理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。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
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。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂは、本発明の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の踏面外側レーザ光照射部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本発明のレーザ光送信部としての機能を、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂではなく、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂに持たせるようにしても良い。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
レーザ光受信部１４ａ，１４ｂは、本発明の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（正反射）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。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
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が撮影した踏面内側画像とを画像処理および画像合成して、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。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
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。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
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。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
例えば、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。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
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。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
これにより、本実施形態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。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
つまり、図１６（ａ）に示すように、車輪１０ａ，１０ｂがレール２１ａ，２１ｂ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３２ａ．３２ｂには、レーザ線条光３１ａｘ、レーザ線条光３１ａｚは、レーザ線条光３１ａｙに対しある一定間隔で左右対称に写る。この場合、実施形態３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。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
図１６（ｂ）は、車輪１０ａ，１０ｂがレール２１ａ，２１ｂに対し平行でない場合、すなわちレール２１ａ，２１ｂに対し車輪１０ａ，１０ｂが傾き、アタック角αを生じている場合を示している。この場合は、レーザ線条光３１ａｘ、レーザ線条光３１ａｚは、レーザ線条光３１ａｙに対して、その分、間隔が歪んで写る。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１８】
この実施形態４の車輪形状計測装置４は、図１７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。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011242239.tif 000001
【手続補正２２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2011242239.tif 000002
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１７】
2011242239.tif 000003