JP2004028586A

JP2004028586A - 車輪形状測定装置

Info

Publication number: JP2004028586A
Application number: JP2002180738A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Matsuno; 松野　哲也; Shinichi Watabe; 渡部　慎一
Original assignee: Hitachi Industries Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】従来の車輪形状測定装置で車輪形状を測定すると、フランジ高さが低めに測定されるという問題がある。
【解決手段】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場合に、車輪バック面に設けた基準溝を測定し、車輪突入側のフランジ端部から基準溝までの距離と車輪退出側のフランジ端部から基準溝までの距離とを比較して、長い方の距離を測定値とした
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光で測定した車輪形状測定装置に係り、特に、特にフランジ高さの測定値の精度を向上させた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は特開２００１−８８５０３号公報に記載のように、フランジ高さの算出方法は、レーザ光で測定した車輪の突入部から退出部までを測定データを用いて、演算処理して車輪径やフランジ高さ等を求めていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、突入時と退出時に車輪フランジ先端部が乱反射などの障害により、先端部まで充分な測定が出来なかった場合、フランジ高さの測定値にバラツキが発生する場合があった。すなわち、車両が走行したときに車輪に照射されるレーザ光で測定したデータは、１つの車輪に対してフランジ面と、バッグ面の両方を取得する。この場合、実際の測定ではフランジ先端部は、レーザの反射光を受けづらい角度になるため、先端までのデータを取得できない場合が発生する。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、フランジ高さの測定値精度を向上した車輪形状測定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、バック面に設けた基準溝を計測すると共に、その基準溝から突入側までの距離と、退出側までの距離を比較し、長く測定されたデータを使用することで、フランジ高さの測定値精度を向上させたものである。
【０００６】
【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。
【０００７】
本発明の車輪形状測定装置は、大きくは図１に示すようにレール３２上を走行してくる車両３１の車輪１８にレーザ光を照射してその反射光を受光して、受光した光を光電変換してデータ処理部５に送信する測定部１で構成されている。
【０００８】
図１において、測定部１は、レールを挟んで配置された複数のレーザセンサＳＥ１、ＳＥ２、ＳＥ３、ＳＥ４からなる検出部２で構成されている。各センサにより測定された測定値は、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に送られるようになっている。データ処理部５は、大別すると、測定部１から送られてきた検出データを受信する受信部６と、受信したデータに基づいて実際の車輪形状等の数値に変換するための演算処理を行う演算処理部７と、演算処理したデータ等を記憶するデータベース９からなる。
【０００９】
さらに、本データ処理部５には車輪１８の摩耗量を判定するための判定基準値１３や異常判定基準値１２及び新製・転削情報等のデータベースにそれらのデータを用いて異常判定処理を行う異常判定処理部８が設けてある。
【００１０】
また、このデータ処理部５で処理したデータの一部を別設の管理システムに送信したり、管理システムからの指令を受信するための、インターフェース部を構成する入力部１１と、出力部１０を備えている。なお、この入力部１１には直接データ処理部５に入力するためのキーボード等を接続したり、出力部１０にはモニタ装置を直結できるようになっている。
【００１１】
異常値判定処理部８では、基準値、及び新製、転削情報をもとに測定値を判定する。
【００１２】
尚車輪のバック面（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）。ところで、先に述べたように車輪１８に光を当てて車輪形状を計測する場合、車輪１８が測定区間に突入時又は退出時のどちらか一方の側の測定値が乱反射により、実際の大きさより小さく測定してしまう場合がある。このため、本発明では、基準溝１９から突入点又は退出点までの距離を計測しそれを用いて補正するこてで、フランジ部（特に先端部）を計測したときの乱反射等による影響を取り除くことで、車輪１８のフランジ高さ等を正確に求めることができる。
【００１３】
図２に車輪の形状測定における各部の状態を示す。図２（ａ）は車輪を正面から見た状態を示したもので、便宜上車輪のバック面に設けた基準溝１９も実線で示してある。又、図２（ｂ）は、車輪フランジ部の拡大図を示したものである。これらの図を用いて、演算処理部７における、フランジ高さの精度向上のための算出方法を説明する。
【００１４】
まず、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。フランジ角度θはフランジ面２７の垂直軸に対する傾きのことである。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２０上のポイント２５から垂直に１０ｍｍの距離の地点である。
【００１５】
フランジ高さｈ３（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）は、フランジ１７の半径Ｒｆと車輪径Ｗｄを用いて下記の式で求める。
【００１６】
ｈ３＝Ｒｆ−（Ｗｄ／２）　　　　　　　…（数１）
フランジ半径Ｒｆは、レーザ光が車輪を測定したときの車輪通過距離をもとに算出するため、車輪通過距離Ｌｆと、車輪中心からレーザ光照射位置までの距離ｈ１を用いて下記の式で求める。
【００１７】
Ｒｆ＝ＳＱＲ（Ｌｆ／２）２＋ｈ１２　　…（数２）
車輪通過距離Ｌｆは、突入部１５から基準溝１９までの距離Ｃ１と、基準溝１９からフランジ１７の退出部１６までの距離Ｃ２と基準溝１９間の距離ＬＳの和で求める。
【００１８】
車輪通過距離Ｌｆを求める場合、測定した突入部１５から基準溝１９までの距離Ｃ１と、基準溝１９から退出部１６までの距離Ｃ２の長さの比較を行う。
【００１９】
Ｃ１−Ｃ２＞０の場合は、突入側１５から基準溝１９までの距離が大きく測定されていることから、Ｃ２の距離をＣ１に置き換えて、車輪通過距離（Ｌｆ＝２×Ｃ１）とする。
【００２０】
Ｃ１−Ｃ２＜＝０の場合は、退出側から基準溝までの距離が大きく測定されていることから、Ｃ１の距離をＣ２に置き換えて、車輪通過距離（Ｌｆ＝２×Ｃ２）とする。
【００２１】
また、車輪径Ｗｄは、基準溝１９の径ＷＳとレール踏面からレーザ光照射位置までの距離ｈ２、及び基準溝間距離ＬＳを用いて、下記の式で求める。
【００２２】
Ｗｄ＝（ＳＱＲ（（ＷＳ／２）２−（ＬＳ／２）２）＋ｈ２）×２　　　　　…（数３）
従って、（数１）へ、（数２）と（数３）で求めたフランジ半径、車輪径を代入することにより、フランジ高さｈ１を求めることができる。
【００２３】
この方式により、突入部１５から基準溝までの距離Ｃ１を２０ｍｍ、基準溝から退出部１６までの距離Ｃ２を１６ｍｍとし、基準溝間距離ＬＳを４００ｍｍ、レール踏面からレーザ光照射位置までの距離ｈ２を５０ｍｍ、基準溝径ＷＳを７９０ｍｍとした場合、（数１）の式を用いると従来の算出方式では、フランジ高さｈ３は、２８．１ｍｍと算出されるが、本方式では、２８．６ｍｍと算出される。表１にその結果を示す。
【００２４】
【表１】

このことは、よりフランジ部の先端を捉えたデータでフランジ高さを求めたこととなり、フランジ高さの測定値精度が向上したと判断できる。
【００２５】
図３に、演算処理７における突入側、退出側のデータの判定処理フローを示す。
【００２６】
まず、レーザセンサで取り込んだデータＳ１から測定された距離を算出Ｓ２する。次に、測定距離の長さ判定をバック面側とフランジ面側で比較Ｓ３し、フランジ面側が長い場合は、フランジ面側のデータを採用しＳ５、フランジ高さの測定値算出Ｓ１１を行う。
【００２７】
バック面側が長い場合は、バック面側のデータを採用Ｓ４する。バック面側のデータにおいて、突入側と退出側のデータ長を比較Ｓ６する。突入側のデータが長い場合は、突入側のデータを採用Ｓ７し、退出側のデータを置換Ｓ８する。退出側のデータが長い場合は、退出側のデータを採用Ｓ９し、突入側のデータを置換Ｓ１０する。これにより、求められた測定距離を元にフランジ高さ算出Ｓ１１する。
【００２８】
このように、測定したデータを突入側と退出側の両方を比較し、車輪フランジ先端までのデータを最も長く捉えたデータを採用することにより、フランジ先端部の乱反射によりフランジ高さを小さく測定することがなくなり、フランジ高さの精度向上が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、車輪形状測定装置で測定した測定データから、フランジ高さの精度を向上させることが可能となる。このことは、本装置で採用しているレーザ光を利用した測定方法に対し有効な手法であり、精度を向上させる効果が得られる。
【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】測定データからのフランジ高さ算出方法を示す。
【図３】測定距離の判定フローを示す。
【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、１５…車輪突入部、１７…フランジ先端、１８…車輪踏面、１９…基準溝、２０…レーザ光照射位置、２１…レール踏面。

Claims

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、
車輪バック面に設けた基準溝を測定し、車輪突入側のフランジ端部から基準溝までの距離と車輪退出側のフランジ端部から基準溝までの距離を比較して、長い方の距離を測定値としたことを特徴とする車輪形状測定装置。