JP2003172609A - 鉄道車輪の楕円化、座屈、平面、および転動パラメータを測定する装置と方法 - Google Patents

鉄道車輪の楕円化、座屈、平面、および転動パラメータを測定する装置と方法

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JP2003172609A
JP2003172609A JP2002185407A JP2002185407A JP2003172609A JP 2003172609 A JP2003172609 A JP 2003172609A JP 2002185407 A JP2002185407 A JP 2002185407A JP 2002185407 A JP2002185407 A JP 2002185407A JP 2003172609 A JP2003172609 A JP 2003172609A
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measuring
rolling
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Gomez Jose Luis Lopez
ルイス ロペス ゴメス ホセ
Revuelta Angel Luis Sanchez
ルイス サンチェス レブエルタ アンゲル
Gomez Carlos Javier Gomez
ハビエル ゴメス ゴメス カルロス
Belsue Rafael Navarro
ナヴァロ ベルスー ラファエル
Cascajo Roberto Valerio
ヴァレリオ カスカホ ロベルト
Azcarraga Begona Bariabar
バリアバール アズカラガ ベコーニャ
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Patentes Talgo SL
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    • G01B11/245—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using a plurality of fixed, simultaneously operating transducers
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    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 非測定車輪（１）の最も外側の部分を約１０
ｋｍ／時で通過させる転動レール（２）を使用して、鉄
道車輪の楕円化、座屈、平面、および転動パラメータを
測定する装置と方法を提供すること。 【解決手段】 様々なセンサ（７）が測定域内の車輪の
存在を検出して、それによりこの装置を作動させるよう
にする。コリメート・レーザ光システム（６）が車輪上
に絶え間のない光ビームを投射し、それが車輪に連続的
に干渉して画像を発生させ、それがスクリーン（４）上
に反射される。この画像はカメラ（５）によって記録さ
れて人工観察システム（９）に送信され、そこで必要な
パラメータが計算され、その計算に基づいて、必要な測
定値が得られる。獲得した結果はコンピュータ（１０）
に送られ、そこで測定記録が作成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車輪プロフィルの
復元を得るための人工観察方法を用いて、フランジの厚
さおよび高さ、ｑＲ、鉄道車輪の内側面間の間隔、車輪
直径、その他のパラメータに関して、鉄道車輪の楕円
化、座屈、平面、および転動パラメータを測定すること
に関する。すなわち、本発明は、そのような測定を行う
ために特別に開発された装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄道車輪プロフィルの復元を得るための
人工観察システムが既に知られている。従来技術の例は
文書ＥＰ−Ａ−Ｏ ９８５ ９０４で代表され、同文書
には、人工観察を用いて鉄道車輪の楕円化および直径を
測定する配置と方法が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記先文書
で特許請求された発明に対する新規かつ独創的な開発を
加えるものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、基本的に、約
１０ｋｍ／時で転動する列車に対し、レーザ光を被測定
車輪へ投射し、それが連続的にフランジおよび転動バン
ドに干渉するようにすることにある。ビーム光は車輪上
に入射した後、スクリーン上に投射され、それによって
生じる画像がカメラによって異なった瞬間に捕捉され
る。前記カメラはその画像を人工観察システムに伝送
し、そこで楕円化、座屈、平面、および転動パラメータ
を得るために必要なパラメータが計算される。前記パラ
メータはシステム自体で処理されてコンピュータに送ら
れ、コンピュータがその結果を表示する。前記コンピュ
ータは、例えば車輪欠陥自動検出装置や、同軸車輪間の
直径差異を測定する装置などの他の測定装置に接続する
ことができる。
【０００５】より詳細には、本発明の提供する、人工観
察を用いて鉄道車輪の楕円化、座屈、平面、および転動
パラメータを測定する装置は、その軌道の各側面の測定
域と、被測定車輪を約１０ｋｍ／時の速度で通過させる
転動レールと、測定過程中に前記車輪をセンタリングす
るためのカウンタレールと、レーザ光システムから到来
して、車輪が測定域を通過する間、フランジおよび転動
プロフィルを照射するコリメート・レーザ光と、陰影が
投影されるスクリーンと、スクリーン上に投影される画
像を捕捉して伝送するビデオ・カメラと、ビデオ・カメ
ラに接続され、受信画像をデジタル化して処理し、楕円
化、座屈、平面および転動パラメータに関して測定する
べきパラメータを獲得するようにする人工観察システム
と、その人工観察システムに接続され、獲得値を表示
し、捕捉画像を記憶するコンピュータと、車輪の有無を
検出して画像の捕捉を可能にしまた不可能にする車輪位
置光センサと、そのセンサを制御する制御システムとを
備える。
【０００６】本発明の装置は、回折および潜在的な光学
的欠陥の補償を含む適切な数学的アルゴリズムを使用し
て、プロフィルが、車輪とスクリーンの瞬間的距離とは
無関係に、高い解像度で得られるようにする。
【０００７】本発明によれば、制御システムは、第１車
輪センサが作動する瞬間から第２車輪センサが作動する
瞬間までの経過時間から、車両速度を計算する。
【０００８】同様に、制御システムは、１車輪について
の処理画像数が速度に関係なく全ての場合で同一となる
ように、ビデオ・カメラが捕捉して人工観察システムに
伝送するべき１秒あたりの画像数を、列車速度の関数と
して計算する。
【０００９】本発明の別の態様によれば、人工観察シス
テムは、１車輪あたり少なくとも５０の画像を処理する
ように設計されている。
【００１０】好ましくは、測定域に１つの車輪がある時
にのみ、制御システムがビデオ・カメラに対し画像の捕
捉をするよう指令する。
【００１１】また、コンピュータをその他の測定設備に
も接続して、前記コンピュータが、異なる測定設備から
得る全てのデータを処理できるようにすることも好まし
い。
【００１２】本発明のさらなる態様によれば、測定域が
転動レールの高さよりも数ミリメートル下にあり、それ
によってスクリーンおよびコリメート・レーザ・システ
ムが前記レールの下に収容されるようになり、車輪がク
レードル形のレールを経て測定域に進入する。
【００１３】もう１つの方法として、測定域を転動レー
ルと同じ高さに配置し、それによってスクリーンおよび
コリメート・レーザ・システムが、列車の通過中は、転
動レールに適合可能な機構内に収容され、車輪が通過し
た後測定位置を回復するようにすることもできる。
【００１４】さらに、本発明は、上記の装置を使用す
る、鉄道車輪の楕円化、座屈、平面、および転動パラメ
ータの測定方法を提供する。前記方法によれば、測定装
置を車輪位置光センサによって作動し、レーザ・システ
ムから到来する平行ビーム光を車輪に投射し、それによ
って、車輪が測定域を通過する間、ビーム光が連続的に
フランジと転動バンドを照射するようにして、画像を獲
得し、それをスクリーン上に投影してビデオ・カメラで
捕捉し、前記画像を人工観察システムで処理し、獲得し
た結果をコンピュータに表示する。
【００１５】本発明を、添付図面に詳細に示す。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１ａを参照すると、被測定車輪
１を備えたボギーＢがあり、これが、カウンタレール３
（図２）によってセンタリングされながら、転動レール
２に沿って回転していく。前記カウンタレールは、測定
過程中も車輪をセンタリングする。レーザ光システム６
から到来する平行レーザ光が、車輪が測定域Ｌを通過す
る間、フランジと転動プロフィルを照射する。陰影がス
クリーン４に投影され、車輪の前進中に生ずる画像がビ
デオ・カメラ５によって捕捉され、人工観察システム９
内でデジタル化され、リアルタイムでコンピュータ１０
に伝送される。スクリーン４上に投影される画像は、光
の回折のため鮮明ではない。したがって、人工観察シス
テムは、回折および起こり得る光学的欠陥への補償を含
む数学的アルゴリズムを使用して、高解像度（サブピク
セル）のプロフィルを復元し、それが車輪とスクリーン
の瞬間的な距離とは無関係に変化なく保たれる。画像の
捕捉は車輪位置光センサ７によって可能になりまた不可
能になる。第１車輪センサ７は、第２センサ７が画像の
捕捉を可能にするように、制御システム８を介して、測
定装置に対し、第１車輪が測定域に進入している旨を指
示する。制御システム８は、第１センサを作動可能にし
てから第２センサを作動可能にするまでの経過時間を察
知して、列車の走行速度を計算する。第２車輪が測定域
に進入すると、第１車輪の画像捕捉が不可能になり、第
１車輪が前記域から出てしまうまでそれが再び可能にな
ることはなく、これにより、測定域に１つの車輪がある
場合にのみ測定が行われることが保証される。
【００１７】車輪ごとに捕捉される画像の総数は列車速
度に関係する。制御システム８が、測定域への進入時に
察知される列車速度に応じて、カメラ５が人工観察シス
テム９に送るべき１秒当たりの画像数を計算しているか
らである。人工観察システム９は、得られた画像から、
適切な数学的アルゴリズムを使用して回折の影響を補償
した後に、フランジの厚みと高さ、ｑＲ、内側面間の間
隔、車輪直径、および車輪プロフィルから測定する他の
パラメータに関して、楕円化、座屈、平面、および転動
パラメータを得るために必要なパラメータを計算する。
図３で詳述するような前記プロフィルの復元が得られる
からである。得られた値およびプロフィルはコンピュー
タ１０に送られ、そこで表示され、その結果が記憶され
る。また、得られた画像の少なくとも１つが前記コンピ
ュータに記憶され、獲得したプロフィルを他の標準プロ
フィルと、さらに過去に記憶された同じ車輪のプロフィ
ルとも比較することができる。同様に、前記コンピュー
タを、例えば、車輪欠陥のための自動検出装置、同軸車
輪間の直径差の測定装置など、他の測定装置１１に接続
して、前記装置とデータ交換をすることができる。
【００１８】レールの両側に共通するコンピュータ１０
を除いた、それ以外の装置構成要素は、向かい合う車輪
に対して対照的に配置される。
【００１９】測定域Ｌは、車輪展開の長さに一致して、
最大直径が測定されるようになる。
【００２０】図１ｂの示す、上述の装置の変形形態で
は、スクリーン４およびコリメート・レーザ・システム
６は、各車輪の通過中は、軌道に適合することが可能な
機構内に収容され、車輪が通過した後に測定位置を取り
戻す。この変形を除いた、作動の残りの部分は基本的に
既述のものと同じである。
【００２１】図２を参照すると、この図は図１ａの装置
に関し、走行方向から見たものであるが、レール２およ
び車輪１が２つの位置にあることが分かる。つまり測定
域Ｌへの進入前の位置１（上）と、車輪が降りて前記域
に進入する位置１’である。カウンタレール３によって
センタリングが両方の域で行われ、測定過程中、車輪が
所定位置に保たれる。また、図２にはスクリーン４も見
られるが、そこに転動バンドの下方縁部の画像が連続的
に投影される。
【００２２】フランジの周部は楕円化しないので、転動
バンドが楕円化するとき、車輪の展開に沿ってフランジ
高さに変化が起こるという事実に基づいて、フランジ高
さの最大と最小の差として楕円化が測定される。したが
って、楕円化を算出するために、車輪プロフィル上に３
点を取る。前記点は、車輪内側面へのそれぞれの距離か
ら分析点として選定される。通常、これら３つの点の１
つは、内側面から７０ミリのところにある。
【００２３】人工観察システムは、得られた各画像か
ら、各分析点とフランジ間の垂直距離ｈを測定して、車
輪展開の異なった点について、測定値ｈ1、ｈ2、および
ｈ3を得る。これらの測定値が図３に示されている。
【００２４】この３つの測定点に対応する３つの転動円
Ｃ1、Ｃ2、およびＣ3、の楕円化は、各分析点で得られ
る距離ｈの最大値と最小値の差として得られる： ｏi＝ｈimax−ｈimin
【００２５】座屈は、所定の高さにおける各車輪の内側
面と、最近スクリーン端との間の水平距離ｄから算出さ
れる。各画像について、前記距離ｄの和（ｄ1＋ｄ2）が
算出され、前記和の最大値と最小値の差として座屈が得
られる： ａ＝（ｄi1＋ｄ2i）max−（ｄi1＋ｄ2i）min
【００２６】内側面間の間隔（ＤＩＦ）は、先の各車輪
についての値ｄの和にスクリーン間の距離値ａを加えた
ものとして、各画像ごとに算出される。前記値の平均が
内側面間の距離値となる。
【数１】
【００２７】フランジの厚さおよび高さとｑＲに対する
転動パラメータは、必要に応じて１つまたは数個の画像
について直接測定される。数個の画像を使用する場合
は、測定値の平均を算出する。
【００２８】車輪直径は、平均直径値Ｄmと、最終機械
加工で測定されたフランジ高さｈから算出される。前記
直径の値を出し、これに最終機械加工時のフランジ高さ
の２倍分を加え、この装置によって測定された値の平均
値として得られた高さの２倍分を減じる。車輪の現在の
直径は以下の通りとなり：
【数２】 上式において、点２は常に内側面から７０ミリのところ
で測定されるものと見なす。
【００２９】画像の数を増加させることにより、この装
置は、平面などの表面の欠陥を検出することが可能にな
る。
【００３０】上記内容は、本発明にとって重要と考えら
れる特徴を網羅したものだが、本発明は、当業者が指示
するように変更および修正することができる。このた
め、本発明の範囲は、頭記の特許請求の範囲の内容によ
ってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この装置の構成の２つの変更形態を示す図であ
る。
【図１ａ】測定域がレール高さの下にあり、レーザ・シ
ステムおよびスクリーンがレール高さの下に位置し、測
定域Ｌへの進入が、クレードル形のレールを経て可能に
なる装置を示す図である。
【図１ｂ】測定域がレールと同一高さにあり、レーザ・
システムおよびスクリーンが、車輪経路に適合される機
構内に収容され、車輪が通過した後に測定位置を取り戻
す装置を示す図である。
【図２】図１ａの変形における、測定域Ｌに進入する前
および後のレールに沿った車輪の転動、および転動プロ
フィルの画像が投影されるスクリーンを示す図である。
【図３】楕円化、座屈、平面、および転動パラメータの
値を得るための装置で得られる画像がどのようなものか
を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 車輪 ２ 転動レール ３ カウンタレール ４ スクリーン ５ ビデオ・カメラ ６ レーザ光システム ７ 車輪位置光センサ ８ 制御システム ９ 人工観察システム １０ コンピュータ １１ 測定設備
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年７月２２日（２００２．７．２
２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】測定域がレール高さの下にあり、レーザ・シ
ステムおよびスクリーンがレール高さの下に位置し、測
定域Ｌへの進入が、クレードル形のレールを経て可能に
なる装置を示す図である。
【図１ｂ】測定域がレールと同一高さにあり、レーザ・
システムおよびスクリーンが、車輪経路に適合される機
構内に収容され、車輪が通過した後に測定位置を取り戻
す装置を示す図である。
【図２】図１ａの変形における、測定域Ｌに進入する前
および後のレールに沿った車輪の転動、および転動プロ
フィルの画像が投影されるスクリーンを示す図である。
【図３】楕円化、座屈、平面、および転動パラメータの
値を得るための装置で得られる画像がどのようなものか
を示す概略図である。
【符号の説明】 １ 車輪 ２ 転動レール ３ カウンタレール ４ スクリーン ５ ビデオ・カメラ ６ レーザ光システム ７ 車輪位置光センサ ８ 制御システム ９ 人工観察システム １０ コンピュータ １１ 測定設備
フロントページの続き (72)発明者 アンゲル ルイス サンチェス レブエル タ スペイン国、マドリッド、ラス ロザス、 ガブリエル ガルシア マルクェズ、４ (72)発明者 カルロス ハビエル ゴメス ゴメス スペイン国、マドリッド、ラス ロザス、 ガブリエル ガルシア マルクェズ、４ (72)発明者 ラファエル ナヴァロ ベルスー スペイン国、マドリッド、ラス ロザス、 ガブリエル ガルシア マルクェズ、４ (72)発明者 ロベルト ヴァレリオ カスカホ スペイン国、マドリッド、ラス ロザス、 ガブリエル ガルシア マルクェズ、４ (72)発明者 ベコーニャ バリアバール アズカラガ スペイン国、マドリッド、ラス ロザス、 ガブリエル ガルシア マルクェズ、４ Ｆターム(参考） 2F065 AA00 AA22 AA24 AA65 AA67 BB15 BB16 CC12 FF04 GG04 HH03 JJ03 JJ14 JJ26 QQ03

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 人工観察を使用して、鉄道車輪の楕円
    化、座屈、平面、および転動パラメータを測定する装置
    であって、鉄道軌道の各側面の測定域（Ｌ）と、被測定
    車輪（１）を約１０ｋｍ／時の速度で通過させる転動レ
    ール（２）と、測定過程中に前記車輪（１）をセンタリ
    ングするためのカウンタレール（３）と、レーザ・シス
    テム（６）から到来して、前記車輪（１）が前記測定域
    を通過する間、フランジおよび転動プロフィルを照射す
    るコリメート・レーザ光と、陰影が投影されるスクリー
    ン（４）と、前記スクリーン上に投影される画像を捕捉
    して伝送するビデオ・カメラ（５）と、前記ビデオ・カ
    メラに接続され、受信画像をデジタル化して処理し、そ
    れによって楕円化、座屈、平面および転動パラメータに
    関して測定するべきパラメータを獲得するようにする人
    工観察システム（９）と、前記人工観察システムに接続
    され、獲得値を表示し捕捉画像を記憶するコンピュータ
    （１０）と、車輪の有無を検出し、画像の捕捉を可能に
    しまた不可能にする車輪位置光センサ（７）と、前記セ
    ンサ７を制御する制御システム（８）とを備えることを
    特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 回折および起こり得る光学的欠陥の補償
    を含む適切な数学的アルゴリズムを使用し、それによ
    り、車輪と前記スクリーンの瞬間的距離とは無関係にプ
    ロフィルが高い解像度で得られることを特徴とする、請
    求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記制御システム（８）が、センサ
    （７）を作動可能にしてからその次のセンサを作動可能
    にするまでの経過時間から車両速度を計算することを特
    徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記制御システム（８）が、１車輪につ
    いての処理画像数が速度に関係なく全ての場合で同一と
    なるように、前記ビデオ・カメラ（５）が捕捉して前記
    人工観察システム（９）に伝送するべき１秒あたりの画
    像総数を、列車速度の関数として計算することを特徴と
    する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載
    の装置。
  5. 【請求項５】 前記人工観察システム（９）が、１車輪
    あたり少なくとも５０の画像を処理するように設計され
    ていることを特徴とする、請求項１から請求項４までの
    いずれか一項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記測定域（Ｌ）に１つの車輪がある場
    合にのみ、前記制御システム（８）が前記ビデオ・カメ
    ラ（５）に対し画像の捕捉をするよう指令することを特
    徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか一項に
    記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記コンピュータ（１０）をその他の測
    定設備（１１）にも接続して、前記コンピュータ（１
    ０）が、前記異なる測定設備から得る全てのデータを処
    理できるようにすることを特徴とする、請求項１から請
    求項６までのいずれか一項に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記測定域が前記転動レール（２）の高
    さよりも数ミリメートル下にあり、それによって前記ス
    クリーン（４）および前記コリメート・レーザ・システ
    ム（６）が前記レールの下に収容され、車輪がクレード
    ル形のレールを経て前記測定域に進入することを特徴と
    する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載
    の装置。
  9. 【請求項９】 前記測定域を前記転動レール（２）と同
    じ高さに配置し、それによって前記スクリーン（４）お
    よび前記コリメート・レーザ・システム（６）が、列車
    の通過中には転動軌道に適合することが可能な機構内に
    収容され、車輪が通過した後には測定位置を回復するよ
    うになることを特徴とする、請求項１から請求項６まで
    のいずれか一項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１から請求項９までのいずれか
    一項に記載の装置を使用する、鉄道車輪の楕円化、座
    屈、平面、および転動パラメータの測定方法であって、
    測定装置を車輪位置光センサ（７）によって作動可能に
    し、レーザ・システム（６）からコリメート・ビーム光
    を車輪（１）に対して投射することにより、車輪が測定
    域を通過する間、前記光が連続的にフランジおよび転動
    バンドを照射するようにして、画像を獲得し、それをス
    クリーン（４）上に投影し、ビデオ・カメラ（５）で捕
    捉して、前記画像を人工観察システム（９）内で処理
    し、獲得した結果をコンピュータ（１０）に表示するこ
    とを特徴とする測定方法。
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