JP2008513754A - 発生した摩耗の測定を特段の目的として好ましくは動的に検出された固体の輪郭形状を再加工するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

発生した摩耗の測定を特段の目的として好ましくは動的に検出された固体の輪郭形状を再加工するためのシステムおよび方法が開示される。本発明により、検出された固体輪郭形状データは表面加工、特に軌条車両車輪の機械的表面加工を行うための少なくとも１台の表面加工機を制御するための制御変数として使用されることが提案される。

Description

本発明は、発生した摩耗の測定を特段の目的として好ましくは動的に検出された固体の輪郭形状を再加工するためのシステムおよび方法に関する。

ドイツ特許出願第１０３ １３ １９１．４号［ＤＥ １０３ １３ １９１．４］明細書および国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ０４／００２９５号［ＰＣＴ／ＥＰ０４／００２９５］パンフレットには、固体に生じた摩耗の評価を特段の目的とした、固体の輪郭形状の非接触式動的検出方法が記載されている。そこに記載の方法において、短い測定時間の遵守と、少なくとも３種の単位レベル、例えば１０分の１ミリメートル、ミリメートルおよびセンチメートルに及ぶ測定範囲と、厳しい使用条件下にあっても高い測定精度とを可能とするために、レーザ装置によって発生させられて少なくとも１つの線状ビーム帯に拡大された少なくとも１本のビームが固体表面の少なくとも１つの領域に照射され、その際、固体はレーザ装置の脇を通過し、固体の表面領域で反射された光は、レーザ装置の照射方向に対して固定的な三角測量角度をなす光学軸を有するとともにレーザ装置から固定的な基準距離を保って配置された結像装置で集束され、前記集束された反射光は固体の運動速度に比して高い周波数で二次元の光センサ素子によって検出され、その後に、光センサ素子によって出力された信号から、データ処理装置内で、三角測量角度と基準距離とに応じ、三角法関係式および固体の運動速度に応じて決定された補正値との結合によって輪郭形状の測定値が得られて、データ処理装置にプロフィログラムとして格納される。

この場合、固体とは並進運動、回転運動または好ましくは転動運動を行う回転対称体、特に車両車輪であってよい。したがって、本発明による方法は、通過走行中の車輪の輪郭形状を測定し、それから摩耗を推定し得る極めて有利な可能性を表している。

この場合、完璧な輪郭形状検出を趣旨として、固体表面のそれぞれ異なった側にある少なくとも３つの領域にビーム帯を照射するレーザ装置とそれらに対応する結像装置とを使用して、複数のプロフィログラムを部分プロフィログラムとして測定し、これらの部分プロフィログラムをデータ処理装置に格納し、それから総プロフィログラムを得るようにすることができる。ここで、基本形状が実質的に円筒状またはリング状の固体、例えば車両車輪であれば、ビーム帯が照射される少なくとも３つの領域は好ましくは円筒またはリングの両側の側面と外周面とに位置していてよい。こうして、プロフィログラム、部分プロフィログラムおよび／または総プロフィログラムはそれぞれ１つまたは複数の基準プロフィログラムと比較され、それぞれの基準プロフィログラムからのそれぞれのずれを確認することができ、これは発生した摩耗の尺度を表すか、或いは、発生した摩耗がなお許容可能な範囲内にあるか否かの尺度を与えるものとなる。これに関連して、固体に生じた負荷時間と確認された摩耗との間の相関結合を援用して、今後どの程度の負荷時間であれば問題がないか、或いは、次の検査が必要となるのはいつかといったことに関する補助的な予測も行うことが可能である。

この場合、プロフィログラム、部分プロフィログラム、総プロフィログラム、それぞれの基準プロフィログラムおよび／またはそれぞれのずれは、固定的な、長期的に不変の幾何学的基礎値、例えば非摩耗性の車輪リム内周を基礎とするのが有利であることが判明した。こうして、例えば摩耗面は、基礎値に比した凹凸輪郭形状が適切な表示手段によって再現される処理結果として表すことができる。例えば、プロフィログラム、部分プロフィログラム、総プロフィログラム、それぞれの基準プロフィログラムおよび／またはそれぞ
れのずれは表示装置、例えばディスプレイ上に視覚化することができる。

上記出願には、そこに記載された方法が適用される、例えば鉄道車輪などの軌条車両車輪用の摩耗テストスタンドも記載されている。この摩耗テストスタンドは測定されるべき固体として、レール上を転動して、並進運動速度および角運動速度で通過する車輪用に構想されている。この場合、基準値として、連立方程式を用いて、動的測定された測定値から、特に転動車輪の基準半径が求められる。算定された半径は、一方で、車輪の外周面で求められる輪郭凹凸の測定値の基線として使用することができ、他方で、この半径を、測定の基礎となるレーザ三角測量法に応じて考慮されるべき補正値の決定に利用することが可能である。

動的検出された輪郭形状の再加工に関しては、それぞれのプロフィログラム、部分プロフィログラムおよび／または総プロフィログラムはそれぞれ１つまたは複数の基準プロフィログラムと比較され、それぞれの基準プロフィログラムからのそれぞれのずれを確認することができる旨が述べられている。ここで、基準プロフィログラムは好ましくは許容される特定のサイズであってよいが、先の測定から得られた測定値の格納データ記録であってもよく、したがって、それぞれのずれは先の測定以降に生じた摩耗の程度に関する情報を供する。

ドイツ特許出願第１０３ １３ １９１．４号明細書 国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ０４／００２９５号パンフレット

本発明の目的は、発生した摩耗の評価を特段の目的として好ましくは動的に検出された固体の輪郭形状を、特に摩耗の確認および基準輪郭形状との比較を行うための固体輪郭形状測定値信号の公知の処理レベルを越えて、再加工するためのシステムおよび方法を創作することである。

前記目的は、本発明により、検出された固体輪郭形状データが表面加工、特に軌条車両車輪の機械的表面加工を行うための少なくとも１台の表面加工機を制御するための制御変数として使用される上記のタイプの方法によって達成される。

前記目的は、本発明により、検出された固体輪郭形状データを使用して特に軌条車両車輪の機械的表面加工を行うための少なくとも１台の表面加工機の制御を相互作用によって実現する一連のシステム要素を具備する上記のタイプのシステムによっても達成される。

この場合、機械制御用のデータ処理のために、その他の特性量、例えばジオメトリデータ、テクノロジーデータ、ツールデータおよび／またはワークスケジュールを援用することができる。機械へのデータ伝送制御は適切なハードウェアインタフェース、例えば電気インタフェース、例えばＲＳ２３２，ＲＳ４２２，ＴＴＹによって行うことができる。材料供給も同様に制御することができる。

この場合、表面加工はとりわけ、特に検出された固体輪郭形状に対応する摩耗した固体につき、いわゆるリプロファイリングの趣旨で、修繕を目的として行うことができる。ただし、複数の固体輪郭形状から、例えば平均値形成および／または補間法、或いは、更なる耐用期間または所望の総耐用期間に基づく補外法によって、それぞれ定められるジオメトリ用、テクノロジー用、例えば定められる使用材料向けおよび／または当初設定の表面品質向けならびにツールデータ用に一般化して、例えばもはやリプロファインリング不能
な軌条車両車輪に完全を代替する新しい固体製造用の制御変数および、場合により既存のなおリプロファイリング可能な車輪セットへの該固体の適合用の制御変数を用意することも可能である。

冒頭に述べたように、輪郭形状データの再加工がそれぞれのプロフィログラムと基準プロフィログラムとの比較を含み、それぞれの基準プロフィログラムからのそれぞれのずれが確認される場合には、これは修理または場合により新規製造も実際の摩耗に最適な形で適合させることができることを意味している。これによって、テクノロジーおよび材料使用の点で、節減の可能性を切り開くという利点が生ずる。したがって、例えば、プロフィログラムがいわゆる特に摩耗テストスタンドで得られた学習曲線との比較からして所定の摩耗限界値に達していないだけでなく、それよりもっとわずかな摩耗に対応する所定の警告値にも達していない修理不要な車輪はもともと修理から除外することが可能である。

本発明のその他の有利な実施態様は以下に述べる詳細な説明中に含まれている。

添付図面によって具体的に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１に示したように、本発明によるシステムは、それらの特性および機能が図示するブロック中に表されて、矢印によってシンボル化された複数のシステム要素から形成されている。ここで、参照符号１〜１４は図示例において具備の個々のシステム要素を表し、作用矢印に付された参照符号Ｗ１〜Ｗ１１はシステム要素間に存在するシステム連結を表しており、参照符号ＷＷ１およびＷＷ２は相互作用を行う特別なシステム連結を表している。参照符号ＴＳ１〜ＴＳ３は本発明によるシステムのサブシステムを表し、参照符号ＫＳ１〜ＫＳ３はコミュニケーションシステムを表しており、これらのコミュニケーションシステムはまた加工制御に使用されるサブシステムＴＳ３の下位システムである。

加工制御に使用されるサブシステムＴＳ３は具備された３つのコミュニケーションシステムＫＳ１〜ＫＳ３の他に、調整システム５および加工機、特に表面加工、特に軌条車両車輪の機械的表面加工用の自動旋盤８，１１を含んでおり、この加工は、例えば図２に示したように、検出された固体輪郭形状データを使用して実現される。

コミュニケーションシステムＫＳ１〜ＫＳ３はそれぞれ、１つのデータ処理システム要素６，９，１２と、機械（自動旋盤８，１１）又は材料供給系１４への伝送制御用ハードウェアインタフェース７，１０，１３とからなっている。この場合、制御は常に機械専用に、例えば図中に記載されているように、電気インタフェースＲＳ２３２，ＲＳ４２２およびＴＴＹを介して行われる。したがって、例えば、結果として達成されるべき材料凹凸切削に関する送り／送り込み速度が制御される。

データ処理システム要素６，９においては、制御変数として、例えば図２のグラフィック部分“磨耗（DIFFERENZ）［差］”が示しているような、摩耗測定のために好ましくは
基準輪郭形状と比較される検出された固体輪郭形状データ以外に、少なくとも１台の機械つまり表面加工用の自動旋盤８の制御のために、その他の特性量、例えばジオメトリデータ、テクノロジーデータ、ツールデータおよび／またはワークスケジュールが援用される。

データ処理システム要素１２は、図示したように、材料需要および材料供給を決定するために使用することができる。

更に、本発明によるシステムは機械的表面加工機の機能、例えば特に車輪走行面加工用の自動旋盤８の機能だけでなく、複数の加工機の機能、例えばシャフト機械加工用の自動
旋盤１１の機能を併せ持つことも可能である。

主としてそれぞれの入力からそれぞれの出力までの、信号の形態の技術情報の流れが主として線形に （ＫＳ１のＷ３，Ｗ４，Ｗ５、ＫＳ２のＷ６，Ｗ７，Ｗ８、ＫＳ３のＷ９
，Ｗ１０，Ｗ１１）行われる個々のコミュニケーションシステムＫＳ１〜ＫＳ３には、情報信号の相互調整が行われ、こうして、コミュニケーションシステムＫＳ１〜ＫＳ３とともに加工制御用サブシステムＴＳ３を形成する調整システム５が前置されていてよい。

図示したように、加工制御用サブシステムＴＳ３の入力量（システム連結Ｗ２）は、例えば他の少なくとも１つのサブシステムＴＳ１か、または他の２つのサブシステム、例えばサブシステムＴＳ１とＴＳ２（材料倉庫４）との相互作用ＷＷ１に由来していてよい。

上記のサブシステムＴＳ１は図示例において３つの基本システム要素１，２，３を含んでいる。

第一のシステム要素１はパーソナルコンピュータを介して、例えばインターネット（ＩＮＥＴ）接続またはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）接続を実現するインタフェースであり、この場合、有利には、例えば複数の異なった箇所（ プラントＡ，Ｂ，Ｃ，・
・・）で検出された固体輪郭形状データ、特に車輪輪郭形状データの伝送に、従来のデータ伝送用ＴＣＰ／ＩＰプロトコルを使用することができる。

第二のシステム要素２には、異なった箇所（プラントＡ，Ｂ，Ｃ，・・・）で検出された固体輪郭形状データ、特に車輪輪郭形状データが、摩耗データ（既述した、図２のグラフィック部分“磨耗（DIFFERENZ）”、参照）、走行キロ数、目標（nominal)曲線および
／または学習曲線の形でデータを格納するデータベースが含まれている。

第二のシステム要素２は、需要分析システムを表しているとともに材料倉庫ＴＳ２，４との相互作用ＷＷ２を行う第三のシステム要素３との情報交換（相互作用連結ＷＷ１）を行う。需要分析は第三のシステム要素３において、システム要素３に組込まれた知識ベースのデータベースに依拠して行われる。これは摩耗測定値の補外または補間によって経験的に得られたデータベースであるか、または理論的に設定された一定の摩耗モデルを基礎としたデータベースであってよく、また、ハイブリッド型のデータベースも可能である。需要分析により、材料倉庫４に常に “Just-In-Time［ジャストインタイム］”生産の趣
旨で材料が用意されているか、または好ましくは、安定した加工条件の趣旨で、所定の期間、例えば３〜４週間分の材料予備が用意されているようにして、倉庫４への材料供給が制御される。

図２は、本発明により好ましくは図１に示した自動旋盤８の制御変数として使用される摩耗データを測定長全体に及ぶ輪郭形状凹凸の棒グラフの形で示した既述したグラフィック部分“磨耗（DIFFERENZ）”の他に、グラフィック部分“PROFIL［輪郭形状］”の形で
、目標曲線（GELERNT）と対照させた当初に検出された輪郭形状データ（PROFIL）も含ん
でいる。ここで、その表示方法はグラフィック部分“磨耗（DIFFERENZ）”と同じである
が、ただし棒グラフに代えて断面曲線（Profillinie)が記入されている。図２に示した表示は本発明によるシステムのサブシステムＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３に組込まれたディスプレイであり、同所には図形表示（下側）の形で測定箇所および／または加工されるべき箇所も表示される。このディスプレイは、図の左側に表された結果要約（ERGEBNIS）のように、例えば、測定された輪郭形状が限界値または警告値を越えているかあるいは正常であってリプロファイリングが不要であるか否かを表示する言語情報も含むことができる。

サブシステムＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３は、最適設置箇所分布の趣旨で、物理的に分離し
た箇所に位置していてよい。特に輪郭形状データ（PROFIL）の検出はサーバがクライアントから物理的に離れているクライアント−サーバ構成のクライアントにおいて実現することができる。

図３に準拠して、本発明による方法で処理される固体輪郭形状データ（PROFIL）が検出される好ましい方法の基礎を説明する。この説明は特に輪郭形状データ（PROFIL）の性質がデータ検出の原理に由来する点で重要である。

好ましくは速度ｖで運動している三次元の固体２０１のトポグラフを得るため、つまり本発明によって処理される輪郭形状データ（PROFIL）を得るために、図３に示されているように、レーザ装置２０２から出力されてビーム帯２０３に拡大されるレーザビームが用いられる。ビーム帯２０３は固体２０１の表面によって反射光ＲＬとして反射され、二次元記録素子２０６、例えば光センサ素子としてのＣＣＤカメラによって、プロフィログラム像ＰＧの形で検出される。その後、記録素子２０６によって出力された信号から、ここで適用される、それ自体公知に属するレーザ三角測量法の基本に従って、三角測量角度と、反射光RLの光軸及びレーザ装置２０２の間の基準距離Ｂとを考慮して、不図示のデータ処理装置、例えばＰＣで輪郭形状測定値（PROFIL）が決定されて、プロフィログラムとして格納される。図３に示した概略図においては、この種のプロフィログラムに代えて、光センサ素子２０６上のプロフィログラム像ＰＧの連続線が表されている。

図４に示したプログラムフローチャートは、特に、図３に示したレーザ三角測量法による軌条車両車輪、例えば鉄道車輪の輪郭形状（PROFIL）の非接触式検出に適応させられている。この種の軌条車両２１０の車輪は図５に参照符号２０１ａを付して例示的に示されている。

このプログラムフローチャートは、特に、システム要素１として好ましくは図１に示したサブシステムＴＳ１に配されたサーバの要求９０によって開始されるシステムスタートプロセス後に起動される、固体２０１又は２０１ａの輪郭形状（PROFIL）の動的検出用記録ループ１００を含んでいる。このシステムスタートプロセスは図４において参照符号９５の付されたボックスによってシンボル化されており、軌条車両２１０用の交通信号の作動、記録素子２０６の画像生成用トリガのアクティブ化、ならびにレーザ装置２０２のスイッチオンを含むことができる。

この場合、記録ループ１００において、特に光センサ素子２０６であるレーザ距離センサ１０１によって、信号調節１０２の後、特に距離信号１０３が供給される。つまり、開始時点t₀に固体２０１，２０１ａの開始条件、例えばレーザ装置２０２との距離、光強度分布および、場合により、この距離の時間的変化が、時間に応じた変位の一次および、また加速運動であれば、二次導関数として算出される。

次いで、方法ステップ“信号評価”１０４において、開始条件、特に距離信号１０３から、記録素子２０６によって出力された信号が輪郭形状測定値（PROFIL）を得るために選択される検出時点t_flashの決定が行われる。これは詳細には、トリガインパルス１０５が記録素子２０６、例えばカメラに出力され、これによって検出時点t_flashに画像生成１０６が行われることを意味している。この場合、開始条件から決定される検出時点t_flashは開始時点t₀に時間的に可能なかぎり最も近いことを基準にして算定される必要があるが、それは、こうした場合、開始時点t₀と検出時点t_flashに存在する信号が信号評価にとって有利なことにわずかしか異なっていないからである。

この場合、開始条件（距離信号１０３）からの検出時点t_flashの決定は特に、好ましくは既存のデータ処理装置に組み込むことのできるディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）に
よって行うことができる。これには場合により、例えばレーザ距離センサ１０１がディジタル信号を供給しない場合、ＤＳＰの前段にアナログ−ディジタル変換器を配置することが必要である。

ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）はその正確な予測性と所要時間がきわめてわずかである点で、特にリアルタイムの、つまり連続的な信号処理のための所望の演算を実行するのにうってつけである。これを信号評価１０４に使用することにより、有利には、ディジタル信号の形で存在するデータを、データ操作、例えばデータ移動、記憶および／またはチェックの点でも、数学的計算、例えば加算および乗算の点でも、最適に処理することが可能である。したがって、数学的計算に関して言えば、信号評価１０４に際して、フィルタリング、フォールディングならびにフーリエ変換、ラプラス変換および／またはｚ変換をミリ秒レベルで行うことができる。また、データ操作に関して言えば、ＤＳＰにより、データ格納またはデータ遠隔転送前に、同じくミリ秒レベルで、非常に効果的なデータ圧縮を行うことが可能である。

ＤＳＰの使用下で、レーザ装置２０２に対する固体２０１，２０１ａの距離の時間的変化つまり、例えば、好ましくは検出時点t_flashの決定に援用することのできる、動的輪郭形状検出にとって特に重要な固体２０１，２０１ａの個々の部分領域の速度を、この速度が開始条件に属するものとして直接の決定によって検出すること、または、固定的に所与ないし設定されていないかぎりで開始条件から求めることも可能である。

迅速な信号処理および、それと同時に開始時点t₀と検出時点t_flashとの時間的近接の趣旨で、開始時点t₀での固体２０１，２０１ａの開始条件の算定のため、記録素子２０６によって出力された信号がパターン、特に２進コードマスクを得るために使用され、検出時点t_flashが好ましくはこのパターンの存在つまりこのパターンの認識を基準にして決定されれば有利である。

この場合、パターンの獲得および認識のために、有利には、開始時点t₀および／または検出時点t_flashに固体２０１，２０１ａ上に存在する、特に透明度分布の形態の光強度分布はヒストグラムで検出されて、好ましくはルックアップテーブル（ＬＵＴ）の使用下で、画像変換、特に、しきい値演算、例えば好ましくはラプラス変換によって行われるハイパスフィルタリングに付されることができる。ここで、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）とは、画像処理において通例のように、領域の索引番号と出力値とが相関的に結び付けられた構造として理解される。公知のＬＵＴは、例えばカラーマップまたはパレットである。これによって、限定された数の色指標、通例２５６の色および強度値が対応させられる。本発明の範囲内で、特に、検出されたおよび／またはその後に変換されたルックアップテーブルは動的に当該時点t₀の開始条件に適合させられる。したがって、この種の信号処理には、偶然的に変化するまたは規則的に存在する環境条件、例えば、ホール光、太陽の位置または季節ごとの影響、例えば戸外検出であれば雪などによる照明条件の変化が最適な形で考慮される。

パターン、特に２進コードマスクの獲得および認識のために、特にアルファチャネル好ましくは２進アルファチャネルが使用される。ここで、アルファチャネル（αチャネル）とは、ディジタル画像において撮像および処理に際して、一般に使用される３つのカラーチャネルに追加して存在する、色空間でコード化された色情報以外に個々の画素の透明度も記憶するチャネルとして理解される。このために１画素あたり１バイトを供することができ、これによって、既述したように、２^８＝２５６通りの光強度の段階付けが生ずる。２進アルファチャネルは、透明度のコード化に１ビットのみを使用し、したがって、１画素が完全に透明（黒）であるかまたは完全に不透明（白）であるかのみを表すことのできる最小化されたアルファチャネルである。

上記に例示的に説明した手順を補完するかもしくは別法として、認識パターンの抽出および認識のために、一般に“インテリジェント画像処理”の名で総称されるその他の方法、特にフィルタ演算、例えばいわゆる画像のフォーカスまたはクロム効果（Chromeffektes)の生成も使用することができる。

検出時点t_flashに画像生成１０６が行われると、特に画像マトリックス１０７が、好ましくはトリガインパルス１０５に応じた第一の完全な画像として検出され、検出された画像は記憶部１０８に供される。その際同時に、タイマのリセット１０９が行われる。以上に述べたプロセスは、記録ループ１００によって具体化されているように、繰り返して行われる。

記録ループ１００のプロセスの中止基準として、参照符号１１０、１１１の付されたボックスによって示された条件チェックが行われる。この場合、一方で、タイマがすでに１０秒以上経過しているか否かがチェックされ（ボックス１１０）、他方で、軌条車両２１０のすべてのシャフトが撮像されているか否かがチェックされる（ボックス１１１）。これらの条件のいずれか一方が当てはまる場合には、撮像は中止される（ボックス１１２）。ここで、タイマがすでに１０秒以上経過しているか否かの質問は固体２０１ないし２０１ａが場合により停止したか否かを確認することを狙いとしている。撮像の中止１１２の後、格納された画像データ１０８はサーバに送られる（ボックス１１３）。同時に、参照符号１９５で表されたボックスによってシンボル化されたシステム停止プロセス、“トリガ・スイッチオフ”、“レーザ装置２０２・スイッチオフ”および“軌条車両２１０用交通信号の作動”が行われる。

図５は、本発明による方法の代表的な適用例、特に摩耗測定への適用例を示している。図は、レール２０９上を転動して速度ｖで通過する車輪２０１ａを測定されるべき固体２０１として想定した摩耗テストスタンド２０８の斜視図を示している。この場合、図４のプログラムサイクルに示したプロセス、特に記録ループ１００を実現するため、テストスタンド２０８には当該ハードウェアが組込まれており、これによって、有利には、既述したように、クライアントはレール２０９の箇所に位置し、サーバは物理的に離れた設置箇所に位置しているクライアント−サーバ構成が実現される。

軌条車両２１０の車輪２０１ａは基本形状が実質的に円筒状またはリング状の回転対称体である固体１を表しており、この場合、図示例において、ビーム帯２０３が投射される２つの領域が設定されている。これらの領域は円筒ないしリングの両側面Ｄ１，Ｄ２および周面Ｍに位置している。ここで２本のビーム帯３ａ，３ｂを使用する利点は以下のとおりである。開始時点t₀に固体２０１，２０１ａの開始条件１０３の算定が行われて、その後に、開始条件１０３から、記録素子２０６によって出力された信号が選択される検出時点t_flashが決定されることにより、ビーム帯２０３を、同時にあるいはまた時間的にずらして、周面Ｍ上の同一ポジションの測定箇所に投射することができる。これによってまた、好ましくはビーム帯２０３の側方入射による陰影形成によりビーム帯２０３によって検出されない固体１の表面の異なった面Ｄ１，Ｄ２，Ｍの領域は、レーザ装置２０２を互いに適切に相対ポジショニングすることにより、それぞれ異なったビーム帯２０３によって検出可能とすることができる。こうして求められた部分プロフィログラムはデータ処理装置に格納され、それから重ね合わせによって総プロフィログラムを得ることができる。

本発明による方法は、有利なことに、極めて短い測定時間で輪郭形状（PROFIL）の検出および処理を可能にする。したがって、軌条車両２１０がその上を通過するレール２０９の両側に配置されたレーザ装置２０２と結像装置５を用いて、例えば５台の台車つまり１０個の車輪対につき、実時間操作にて、直後に再加工に供されるそれぞれ１つの三次元プ
ロフィログラムを作成することができる。その際、この種のプロフィログラムのために２．０ｍｍ未満の解像度、特に０．２ｍｍ未満の解像度を達成することができる。

装置技術面で有利なことに、固体２０１の並進運動速度が３．５ｍ／ｓ未満であれば高速度撮影カメラを使用する必要はなく、また高速度撮影カメラを使用すれば固体の並進運動速度が非常に高速時の測定を行うことができるため、本発明によれば公知の方法に比較して装置コストの大幅な削減が可能である。例えば、テストスタンド２０８の脇を最高速度で通過中のＩＣＥの軌条車両車輪２０１ａの輪郭測定を行うことが可能であり、その後、検出された輪郭形状（PROFIL）は最短時間にて、例えば列車が切削加工ホールに進入した後、表面加工機８に制御変数として供される。

本発明は図示実施例に制限されるものではなく、本発明の趣旨と同等に機能するすべての手段と方策を包括するものである。したがって、例えば摩耗測定は図２に挙げた曲線“GELERNT”で行われる必要はなく、対比曲線は、そうしたものが存在しかつ対応付けが可
能であれば、同一対象に関する以前の測定によって代表されていてもよい。図３〜５に示した輪郭形状（PROFIL）の検出方法は、好ましい、方法効果・精度の趣旨からして本発明による輪郭形状（PROFIL）の再加工との相互作用の点で相乗的な、ただし本発明による再加工を制限するものではない、データ取得方法を示している。

上述したテストスタンド２０８の大きさが軌条車両車輪２０１ａとの対比でおおよそ看取される図５に関連して、本発明による方法に使用するためのテストスタンド２０８は、例えば靴箱のおおよそ２倍の大きさの図示例よりも遥かに小さい、コンパクトな構造寸法を有することができる旨確認することができる。したがって、多くの場合に有利なことに、軌条設備にテストスタンド２０８を組込むにあたってコスト高なコンクリート作業を不要とすることができる。

更に、本発明は請求項１〜２５に記載した特徴コンビネーションに限定されるものではなく、その他の、全体として開示されたすべての個別特徴のうちの一定の特徴のいかなる任意のコンビネーションによって定義されてもよい。これは基本的に、特に独立した請求項１および２０に記載されたいかなる個別特徴が実際に省かれても、もしくは本願明細書の他の箇所で開示された少なくともいずれか１つの個別特徴によって置き換えられてもよいとのことを意味している。そのかぎりで上記の請求項は単に発明を定式化する第一の試みとして解されなければならない。

本発明による方法およびシステムを具体的に示すブロック図 本発明による方法およびシステムに使用することのできるプロフィログラムのディスプレイによる視覚化を示す図 本発明による方法によって処理される固体輪郭形状を検出する好ましい方法の基礎を具体的に示す概略的な透視図による原理図 本発明による方法と関連した固体輪郭形状の検出に関するプログラムフローチャートを示す図 好ましくは本発明による方法が適用される、軌条車両車輪、例えば鉄道車輪用の摩耗テストスタンドの斜視図

符号の説明

１ 〜 １４ システム要素
９０ サーバの要求
９５ システムスタート
１００ 記録ループ
１０１ レーザ距離センサ
１０２ 信号処理
１０３ 距離信号
１０４ 信号評価
１０５ 作動パルス（トリガ）
１０６ 画像生成
１０７ 画像マトリックス
１０８ 記憶部
１０９ タイマリセット
１１０，１１１ １００の中止条件のチェック
１１２ 撮像中止
１１３ サーバへのデータ送付
１９５ システム停止
２０１ 固体
２０１ａ ２１０の車輪
２０２ レーザ装置
２０３ ２０２からのビーム帯
２０６ 記録素子
２０８ 摩耗テストスタンド
２０９ レール
２１０ 軌条車両
Ｂ 基準距離
Ｄ１，Ｄ２ ２０１，２０１ａの側面
ＫＳ１〜ＫＳ３ コミュニケーションシステム、ＴＳ３の下位システム
Ｍ ２０１，２０１ａの周面
ＰＧ プロフィログラム像
ＰＲＯＦＩＬ ２０１，２０１ａの輪郭形状
ＲＬ 反射光
ＴＳ１〜ＴＳ３ サブシステム
ｖ ２０１，２０１ａの（並進）速度
Ｗ１〜Ｗ１１ システム連結、作用矢印
ＷＷ１，ＷＷ２ システム連結、相互作用矢印

Claims (41)

1. 発生した摩耗（DIFFERENZ）の測定を特段の目的として好ましくは動的に検出された固
   体（２０１，２０１ａ）の輪郭形状（PROFIL）を再加工するための方法であって、
   検出された輪郭形状データ（PROFIL）は表面加工、特に軌条車両車輪（２０１ａ）の機械的表面加工を行うための少なくとも１台の表面加工機（８）を制御するための制御変数として使用されることを特徴とする方法。
2. 請求項１において、
   前記検出された輪郭形状データ（PROFIL）は少なくとも１台の前記加工機（８）によって切削されるべき材料凹凸調整用の送り／送り込み速度を制御するための制御変数として使用されることを特徴とする方法。
3. 請求項１または２において、
   固体（２０１，２０１ａ）のジオメトリデータ、テクノロジーデータ、ツールデータおよび／またはワークスケジュールのようなその他の特性量のデータが少なくとも１台の前記表面加工機（８）を制御するための制御変数として使用されることを特徴とする方法。
4. 請求項１から３までの何れか一項において、
   前記検出された輪郭形状データ（PROFIL）および／またはその他の特性量のデータは材料倉庫（ＴＳ２，４）から前記表面加工機（８）への材料供給の制御に使用されることを特徴とする方法。
5. 請求項１から４までの何れか一項において、
   前記検出された輪郭形状データ（PROFIL）は特に知識ベース（wissensbasierten）の需要分析システムを用いて実施される需要分析に用いられ、該需要分析を基礎として材料倉庫（ＴＳ２，４）への供給が制御されることを特徴とする方法。
6. 請求項１から５までの何れか一項において、
   前記表面加工は前記検出された輪郭形状（PROFIL）に対応する摩耗した固体（２０１，２０１ａ）の修繕を目的としたリプロファイリングとして行われることを特徴とする方法。
7. 請求項１から５までの何れか一項において、
   前記制御変数の適用はもはやリプロファイリング不可能な軌条車両車輪（２０１ａ）を完全に代替する新しい固体（２０１，２０１ａ）の製造に使用されることを特徴とする方法。
8. 請求項１から７までの何れか一項において、
   複数の固体（２０１，２０１ａ）の輪郭形状（PROFIL）から、それぞれ定められるジオメトリ用および／またはテクノロジー用ならびに使用されるツールのデータ用に一般化して、新しい固体（２０１，２０１ａ）製造用の制御変数が用意されることを特徴とする方法。
9. 請求項１から８までの何れか一項において、
   前記制御変数は複数の固体（２０１，２０１ａ）の輪郭形状（PROFIL）から、平均値形成、補間法により、および／または、軌条車両車輪（２０１ａ）の更なる耐用期間または所望の総耐用期間に基づく補外法によって得られることを特徴とする方法。
10. 請求項１から９までの何れか一項において、
    前記制御変数はそれぞれ定められる使用材料に関しておよび／または固体（２０１，２０１ａ）の所定の表面品質に関して用意されることを特徴とする方法。
11. 請求項１から１０までの何れか一項において、
    前記輪郭形状データ（PROFIL）は複数の異なった箇所（プラントＡ，Ｂ，Ｃ，テストスタンド２０８）で検出されることを特徴とする方法。
12. 請求項１から１１までの何れか一項において、
    前記輪郭形状データ（PROFIL）の検出はサーバ（システム要素１）がクライアントから物理的に離れているクライアント−サーバ構成のクライアントにおいて実現されることを特徴とする方法。
13. 請求項１２において、
    軌条車両（２１０）用交通信号の制御、ＣＣＤカメラのような記録素子（２０６）による画像生成（１０６）用トリガのアクティブ化、輪郭形状データ（PROFIL）を得るために使用されるレーザ装置（２０２）のスイッチオンおよび／または前記輪郭形状データ（PROFIL）を得るための記録ループ（１００）のスタートのようなクライアントのシステムスタートプロセス（９５）は、前記サーバ（ システム要素１）の要求によって起動される
    ことを特徴とする方法。
14. 請求項１２または１３において、
    記録素子（２０６）によって出力された信号が輪郭形状データ（PROFIL）を得るために選択される検出時点（t_flash）の決定は記録ループ（１００）において行われ、該記録ループ（１００）は、軌条車両（２１０）用のレール（２０９）の箇所に位置するテストスタンド（２０８）にハードウェアコンポーネントを組込むことで実現されることを特徴とする方法。
15. 請求項１から１４までの何れか一項、特に請求項１４において、
    特に前記記録ループ（１００）において前記輪郭形状データ（PROFIL）を検出するために、開始時点（t₀）にレーザ距離センサ（１０１，２０６）により、前記固体（２０１，２０１ａ）の開始条件、特にレーザ装置（２０２）との距離、この距離の時間的変化および／または光強度分布を表す信号（１０３）が供給されることを特徴とする方法。
16. 請求項１５において、
    前記固体（２０１，２０１ａ）の前記開始条件を表す信号（１０３）から信号評価部（１０４）によって、前記輪郭形状データ（PROFIL）を得るための検出時点（t_flash）の決定が行われ、該時点にトリガインパルス（１０５）が記録素子（２０６）に出力され、これによって画像生成（１０６）が行われて画像マトリックス（１０７）が検出され、検出された画像は記憶部（１０８）に供されることを特徴とする方法。
17. 請求項１６において、
    前記記録素子（２０６）によって出力された信号が輪郭形状データ（PROFIL）を得るために選択される前記検出時点（t_flash）の決定にディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が使用されることを特徴とする方法。
18. 請求項１６または１７において、
    前記開始条件から決定される前記検出時点（t_flash）は前記開始時点（t₀）に時間的に可能なかぎり最も近いことを基準にして算定されることを特徴とする方法。
19. 請求項１６から１８までの何れか一項において、
    前記開始時点（t₀）での固体（２０１，２０１ａ）の前記開始条件の算定のため、前記記録素子（２０６）によって出力された信号はパターン、特に２進コードマスクを得るために使用され、前記検出時点（t_flash）は好ましくはこのパターンの存在つまりこのパターンの認識を基準にして決定されることを特徴とする方法。
20. 請求項１９において、
    前記パターンの獲得および認識のために、前記開始時点（t₀）および／または前記検出時点（t_flash）に固体（２０１，２０１ａ）上に存在する、特に透明度分布（Transparenzverteilung)の形態の光強度分布がヒストグラムで検出されて、好ましくはルックアップテーブル（ＬＵＴ）の使用下で、画像変換、特に、好ましくはラプラス変換によって行われるハイパスフィルタリングのようなしきい値演算に付されることを特徴とする方法。
21. 請求項１９または２０において、
    前記パターン、特に２進コードマスクの獲得および認識のために、アルファチャネル好ましくは２進アルファチャネルが使用されることを特徴とする方法。
22. 請求項１９から２１までの何れか一項において、
    前記パターンの獲得および認識のために、インテリジェント画像処理の方法、特に画像のフォーカスまたはクロム効果（Chromeffektes)の生成のようなフィルタ演算が使用されることを特徴とする方法。
23. 請求項１２から２２までの何れか一項、特に請求項１４において、
    前記クライアントにおいて、特に前記記録ループ（１００）において、輪郭形状データ（PROFIL）取得の中止条件として、タイマおよび／または若干数の所定の測定と結びついた条件チェック（１１０，１１１）が行われることを特徴とする方法。
24. 請求項１２から２３までの何れか一項において、
    輪郭形状データ（PROFIL）の取得後、特に画像記録の中止（１１２）後に、輪郭形状データ（PROFIL）、特に格納された画像データ（１０８）は前記クライアントから前記サーバ（システム要素１）に送られる（１１３）ことを特徴とする方法。
25. 発生した摩耗（DIFFERENZ）の測定を特段の目的として好ましくは動的に検出された固
    体（２０１，２０１ａ）の輪郭形状（PROFIL）を再加工するためのシステム、特に請求項１から２４までの何れか一項に記載の方法を実施するためのシステムであって、
    検出された固体（２０１，２０１ａ）の輪郭形状データ（PROFIL）を使用して表面加工、特に軌条車両車輪（２０１ａ）の機械的表面加工を行うための少なくとも１台の表面加工機（８）の制御を、連結（Kopplungen)（Ｗ１〜Ｗ１１）および相互作用（Wechselwirkungen)（ＷＷ１，ＷＷ２）によって実現するシステム要素（１〜１４，ＴＳ１〜ＴＳ３，ＫＳ１，ＫＳ２，ＫＳ３）を具備することを特徴とするシステム。
26. 請求項２５において、
    前記検出された固体（２０１，２０１ａ）の輪郭形状データ（PROFIL）を使用して表面加工を行う、シャフトの機械的表面加工を行う自動旋盤（１１）のような更に別の加工機（１１）の制御を、連結（Ｗ１〜Ｗ１１）および相互作用（ＷＷ１，ＷＷ２）によって実現するシステム要素（１〜１４，ＴＳ１〜ＴＳ３，ＫＳ１，ＫＳ２，ＫＳ３）を具備することを特徴とするシステム。
27. 請求項２５または２６において、
    機械専用の材料供給制御（１４）を連結（Ｗ１〜Ｗ１１）および相互作用（ＷＷ１，ＷＷ２）によって実現するシステム要素（１〜１４，ＴＳ１〜ＴＳ３，ＫＳ１，ＫＳ２，Ｋ
    Ｓ３）を具備することを特徴とするシステム。
28. 請求項２５から２７までの何れか一項において、
    前記表面加工機（８，１１）への前記検出された輪郭形状データ（PROFIL）の伝送制御（Ｗ５，Ｗ８）および／または材料供給系（１４）への前記検出された輪郭形状データ（PROFIL）の伝送制御（Ｗ１１）のために、ＲＳ２３２，ＲＳ４２２，ＴＴＹのような電気インタフェースのようなハードウェアインタフェースが設けられていることを特徴とするシステム。
29. 請求項２５から２８までの何れか一項において、
    材料倉庫（４）によって形成される少なくとも１つのサブシステム（ＴＳ２）と加工制御サブシステム（ＴＳ３）とを含む、複数の、特に物理的に切り離されて異なった箇所に配置されたサブシステム（ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３）を具備することを特徴とするシステム。
30. 請求項２９において、
    前記加工制御サブシステム（ＴＳ３）は情報信号（Ｗ２，Ｗ３，Ｗ６，Ｗ９）の相互調整が行われる少なくとも１つの調整システム（５）と、一方のシステム要素から他方のシステム要素への主として線形の情報フロー（ＫＳ１のＷ３，Ｗ４，Ｗ５； ＫＳ２のＷ６
    ，Ｗ７，Ｗ８；ＫＳ３のＷ９，Ｗ１０，Ｗ１１）が行われる複数のコミュニケーションシステム（ＫＳ１，ＫＳ２，ＫＳ３）とを含むことを特徴とするシステム。
31. 請求項３０において、
    コミュニケーションシステム（ＫＳ１，ＫＳ２，ＫＳ３）はそれぞれ、データ処理を行うシステム要素（６，９，１２）と、前記表面加工機（８，１１）および／または材料供給系（１４）への前記検出された輪郭形状データ（PROFIL）の伝送制御（Ｗ５，Ｗ８，Ｗ１１）を行うハードウェアインタフェース（７，１０，１３）とを有することを特徴とするシステム。
32. 請求項２５から３１までの何れか一項において、
    前記システム要素（１〜１４，ＴＳ１〜ＴＳ３，ＫＳ１，ＫＳ２，ＫＳ３）間の連結（Ｗ１〜Ｗ１１）および相互作用（ＷＷ１，ＷＷ２）を実現するために、特に好ましくはフィールドバスおよび／またはＴＣＰ／ＩＰプロトコルの使用下で、特にインターネット（ＩＮＥＴ）および／またはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を介した、好ましくはコンピュータ（システム要素１）によって支援された遠隔データ伝送が使用されることを特徴とするシステム。
33. 請求項２５から３２までの何れか一項において、特に請求項２９において、
    データ伝送のために、特に、複数の異なった箇所（プラントＡ，Ｂ，Ｃ，テストスタンド２０８）で検出された特に軌条車両車輪（２０１ａ）の輪郭形状データ（PROFIL）の伝送のために、システム要素（１）にインタフェースを含み、インターネット（ＩＮＥＴ）またはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を介した接続を実現するサブシステム（ＴＳ１）を具備することを特徴とするシステム。
34. 請求項３３において、
    前記検出された輪郭形状データ（PROFIL）のデータ伝送に使用される前記サブシステム（ＴＳ１）はクライアント−サーバ構成のサーバ（システム要素１）を含み、前記輪郭形状データ（PROFIL）は前記クライアントによって検出されることを特徴とするシステム。
35. 請求項３３および３４において、
    前記検出された特に軌条車両車輪（２０１ａ）の輪郭形状データ（PROFIL）のデータ伝送に使用される前記サブシステム（ＴＳ１）は更に別のシステム要素（２）としてデータベースを含み、該データベースには、異なった箇所（プラントＡ，Ｂ，Ｃ，テストスタンド２０８）で検出された輪郭形状データが摩耗データ（DIFFERENZ）の形で、場合により
    走行キロ数ならびに目標曲線および／または学習曲線（GELERNT）と結び付けられて、格
    納されていることを特徴とするシステム。
36. 請求項３３から３５までの何れか一項において、
    検出された特に軌条車両車輪（２０１ａ）の輪郭形状データ（PROFIL）のデータ引渡しに使用されるサブシステム（ＴＳ１）はシステム要素（３）として需要分析システムを含むことを特徴とするシステム。
37. 請求項３５および３６において、
    前記需要分析システム（３）は一方でデータベース（２）と、他方で材料倉庫（ＴＳ２，４）と相互作用 （ＷＷ１，ＷＷ２）することを特徴とするシステム。
38. 請求項３６または３７において、
    前記需要分析システム（３）にデータベース、特に知識ベースのデータベースが組込まれていることを特徴とするシステム。
39. 請求項３８において、
    前記需要分析システム（３）に組込まれたデータベースは摩耗測定値（DIFFERENZ）の
    補外または補間によって経験的に得られたデータおよび／または理論的に設定された摩耗モデルを基礎としたデータを含むことを特徴とするシステム。
40. 請求項２５から３９までの何れか一項において、特に請求項３４において、
    輪郭形状データ（PROFIL）の検出が行われる検出時点（t_flash）を決定するためのディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が特に前記クライアントに配置されていることを特徴とするシステム。
41. 請求項２５から４０までの何れか一項において、
    サブシステム（ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３）には、図形表示および／または言語情報の形で、検出された輪郭形状データ（PROFIL）、目標曲線（GELERNT）、摩耗データ（DIFFERENZ）、測定および／または加工されるべき箇所に関する情報および／または前記検出された輪郭形状データ（PROFIL）と限界値（GRENZWERT）または警告値（WARNWERT）との比較
    から得られた結果要約（ERGEBNIS）が表示されるディスプレイが組込まれていることを特徴とするシステム。

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