JP2011242239A - 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 - Google Patents

Abstract

【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，１３ｂが所定時間オン動作し、レーザ光受信部１４ａ，１４ｂがその反射光を受信し、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂからのレーザ絞の仰角ηの延長線上に車輪１０ａ，１０ｂの径中心が位置したと判断した場合、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１６ａ，１７ｂ等は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，１５ｂが撮影した車輪１０ａ，１０ｂの踏面外側画像と、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

Description

本発明は、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、車輪形状計測方法、および車輪形状計測プログラムに関する。

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。

特開２００８−１８０６１９号公報

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。

そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、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供することを目的とする。

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。

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。

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３の特徴は、前記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、ことにある。

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４の特徴は、前記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、ことにある。

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５の特徴は、前記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、ことにある。

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。

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。

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。

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。

本発明の車輪形状計測装置、車輪形状計測方法、および車輪形状計測プログラムによれば、車輪の径中心を検出して、車輪の径中心に向けてレーザ線条光を照射し、レーザ線条光の照射部位を撮影し、その撮影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ため、撮影誤差が小さくなり、計測精度が向上する。

本発明に係る実施形態１の車輪形状計測装置の全体を示す説明図である。 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。 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。 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。 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。 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。 （ａ）〜（ｄ）、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。 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。 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。 （ａ）〜（ｅ）、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他の動作タイミングを示すタイミングチャートである。 実施形態２の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。 本発明に係る実施形態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。 右車輪を上方から見た場合における実施形態３の車輪形状計測装置カメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。 右車輪をその内側下方から見た場合における実施形態３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。 （ａ）〜（ｃ）、それぞれ、車輪が正常走行している場合と、アタック角がα度の場合と、横ズレしている場合を示す説明図である。 本発明に係る実施形態４の車輪形状計測装置の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る他の実施形態５に使用されるメモリの説明図である。 図１８に示す実施形態５の受信レベルと画像の取り込みタイミングを示す説明図である。

以下、本発明に係る車輪形状計測装置の実施形態１〜５について説明する。

＜実施形態１＞
図１は、本発明に係る実施形態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。

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２１等を有する。

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。

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。

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。

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。

踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂは、本発明の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。

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。

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。

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。

外部Ｉ／Ｆ部２１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。

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。

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。

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。

例えば、車輪１の車輪径（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。

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。

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。

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。

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。

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，踏面外側レーザ光照射部１３ａ，レーザ光受信部１４ａ，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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

このように、仰角ηが６０度では、仰角ηが３０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。

そのため、本実施形態１では、仰角ηを６０度としている。

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。

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。

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。

まず、図８（ａ）に示すように、車輪１０ａ，１０ｂがそれぞれ外側通過センサ１１ａ，１１ｂ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）。

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。

そして、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂのオンの間、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。

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、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂのオンの間、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）。

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（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）。

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（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）。

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。

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。

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）。

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，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。

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。

なお、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂが撮影する画像は、後述する図１２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。

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、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）。

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１０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２１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。

図１０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。

なお、図１０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。

図１０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。

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。

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。

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。

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。

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。

このように、本実施形態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。

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。

なお、本実施形態１では、図１に示すように、光切断法によるレーザ線条光（スリットレーザ光）を照射するレーザ光照射部として、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂと、踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂとを設け、また、レーザ線条光（スリットレーザ光）が照射された部位を撮影するカメラとして、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂと、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂとを設けて説明したが、車輪１０ａ，１０ｂの踏面の外側だけ、あるいは踏面の内側のみ撮影するのであれば、それに応じて、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂと踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂのいずれか一方と、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂと、踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂとのいずれか一方を設けるようにしても勿論よい。なお、この場合、すなわち車輪１０ａ，１０ｂの踏面の外側だけ、あるいは踏面の内側のみ撮影する場合には、画像処理部１８では、踏面外側画像と、踏面内側画像の合成は不要になる。このことは、後述する実施形態２〜４でも同様である。

《実施形態２》
上記実施形態１では、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂから車輪１０ａ，１０ｂの通過検出信号が１回だけオンする１フレームＴｗ内に、１回だけ踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが、それぞれ、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂおよび踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂから照射されたレーザ線条光の照射部位を撮影するものとして説明したが、実施形態２では、１フレームＴｗ内に、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが、複数回撮影するようにしたものである。従って、実施形態２の構成自体は、実施形態１のものと同じなので、実施形態１の構成を参照して、特徴ある動作のみ説明する。

図１１（ａ）〜（ｅ）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他の動作タイミングを示すタイミングチャートである。

実施形態１の車輪形状計測装置１では、図８（ｂ）に示すように、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂおよび踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂは、外側通過センサ１１ａ，１１ｂおよび内側通過センサ１２ａ，１２ｂから車輪１０ａ，１０ｂの通過検出信号がオンのとき、継続してレーザ線条光を出力すると、図８（ｄ）に示すように、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが所定の露光（撮影）時間Ｔｓの間撮影するように説明したが、実施形態２の車輪形状計測装置２では、例えば、図１１（ｂ１）に示すように、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂおよび踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂのレーザ線条光の点滅周期を、図１１（ｅ）に示すような踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂの電子シャッタのオン・オフ周期２τに同期して点滅させる。

このようにすれば、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のオン・オフ周期である１フレームＴｗ内に、図１１（ｅ）に示すように、複数回（図１１では、同図（ｄ）に示すように、露光（撮影）時間Ｔｓの制限を受けるので、例えば、３回としている）、レーザ線条光が照射された車輪１０ａ，１０ｂを撮影することができ、１フレームＴｗ内に、車輪１０ａ，１０ｂの踏面外側画像と、踏面内側画像とを複数回撮影することができる。

これにより、実施形態２の車輪形状計測装置２によれば、複数回撮影した車輪１０ａ，１０ｂの踏面外側画像と、踏面内側画像とのうち、最適なの踏面外側画像と、踏面内側画像とを選択して合成し、計測することが可能になる。なお、レーザシャッタと電子シャッタを同期させない（非同期）場合には、図８（ｂ）と同様、図１１（ｂ２）に示すタイミング波形となる。

図１２は、実施形態２の車輪形状計測装置２の画像処理部１８による画像合成の一例を示す説明図である。なお、図１２では、右車輪１０ａについての画像合成の一例を示しており、左車輪１０ｂについても同様であるので、省略する。

図１２において、本実施形態２の画像処理部１８では、踏面外側カメラ１５ａおよび踏面内側カメラ１7ａが、図１１（ｅ）に示すように、例えば、３回連続撮影した踏面外側画像１５ａ１〜１５ａ３（図１２（ａ））と、踏面内側画像１７ａ１〜１７ａ３（図１２（ｂ）とを入力し、例えば、踏面内側画像１７ａ１〜１７ａ３に写っている基準溝１３０ａの大きさ等に基づいて、基準溝１３０ａが最大の最適な撮影タイミングとなる１の踏面内側画像と踏面外側画像とを選択する。

これは、踏面内側画像に写っている基準溝１３０ａの大きさが大きい画像ほど、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂが車輪１０ａ，１０ｂの径中心１４０ａ，１４０ｂに近いからである。

そして、図１２（ｃ）に示すように、２回目に撮影した踏面内側画像１７ａ２の場合に、基準溝１３０ａの大きさが最大となっているので、画像処理部１８は、この２回目の踏面外側画像１５ａ２と、踏面内側画像１７ａ２とを選択し合成して、合成画像１８１としている。

なお、画像処理部１８は、踏面外側画像１５ａ１〜１５ａ３と、踏面内側画像１７ａ１〜１７ａ３とのうちから最適な撮影タイミングの踏面内側画像と、踏面外側画像とを選択するようにしても勿論良いが、これに限らず、それらを加算等して最適な踏面内側画像と、踏面外側画像とを生成するようにしても勿論よい。

従って、本実施形態２の車輪形状計測装置２によれば、実施形態１の車輪形状計測装置１と同様に、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ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ときにシャッタを下ろし、撮影するようにしたので、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、車輪１０ａ，１０ｂの径中心を外して撮影することによる、レーザが踏面に当たる画像は中心を外した分だけ歪が生じることがなくなり、光切断法における形状計測誤差の原因も生じなくななり、車輪１０ａ，１０ｂ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。

特に、本実施形態２の車輪形状計測装置２では、図１１（ｂ），（ｅ）に示すように、踏面外側レーザ光照射部１３ａ，１３ｂおよび踏面内側レーザ光照射部１６ａ，１６ｂのレーザ線条光の点滅周期を、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂおよび踏面内側カメラ１７ａ，１７ｂの電子シャッタのオン・オフ周期２τに同期して点滅させ、１フレームＴｗ内に、車輪１０ａ，１０ｂの踏面外側画像と踏面内側画像とを複数回撮影し、複数回撮影した画像のうち最適な踏面外側画像と、踏面内側画像とを選択して合成し、計測するようにしたので、実施形態１の車輪形状計測装置１より、高精度な計測を実行することが可能となる。

なお、本実施形態２の車輪形状計測装置２では、実施形態１の車輪形状計測装置１に適用して説明したが、後述する実施形態３，４に適用しても勿論よい。

《実施形態３》
次に、本発明に係る実施形態３の車輪形状計測装置３について説明する。

実施形態３の車輪形状計測装置３は、図１に示す実施形態１の車輪形状計測装置１に対し、車輪のアタック角および車輪の横ズレを検出して、車輪の踏面、フランジ部および基準溝を少なくとも含む車輪の合成画像を修正するようにしたものである。

図１３は、本発明に係る実施形態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、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る。

図１３において、実施形態３の車輪形状計測装置３は、図１に示す実施形態１の車輪形状計測装置１の構成要素に対し、さらに、内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂと、内側面カメラ３２ａ，３２ｂとを追加して設けると共に、画像処理部２８に合成画像の修正機能を追加したものである。

内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂは、それぞれ、車輪１０ａ，１０ｂの内側面に複数のレーザ線条光を照射する。

内側面カメラ３２ａ，３２ｂは、内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂにより車輪１０ａ，１０ｂの内側面に照射された複数のレーザ線条光を撮影して、撮影画像を画像処理部２８に出力する。

実施形態３の画像処理部２８は、実施形態１の画像処理部１８と同様にして車輪１０ａ，１０ｂの踏面１１０ａ，１１０ｂと、フランジ部１２０ａ，１２０ｂおよび基準溝１３０ａ，１３０ｂとを少なくとも含む車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１８１を生成すると共に、内側面カメラ３２ａ，３２ｂが撮影した複数のレーザ線条光の撮影画像に基づいて、車輪１０ａ，１０ｂのアタック角および車輪１０ａ，１０ｂの横ズレの双方を検出して、検出した車輪１０ａ，１０ｂのアタック角および車輪１０ａ，１０ｂの横ズレの双方に基づいて、生成した車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１８１を修正する。

図１４は、列車の右車輪１０ａを上方から見た場合における実施形態３の車輪形状計測装置３カメラやセンサの配置等の一例を示す説明図である。

また、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３の車輪形状計測装置３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。また、図１４では、図１３にて示している外側通過センサ１１ａと、内側通過センサ１２ａとは、省略している。

図１４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。

列車の右車輪１０ａの両側には、図４に示す実施形態１と同様の位置および水平角度で、外側通過センサ１１ａ，内側通過センサ１２ａ，外側通過センサ１１ａ，踏面外側カメラ１５ａ，踏面内側カメラ１7ａ，踏面外側レーザ光照射部１３ａ，レーザ光受信部１４ａ，および踏面内側レーザ光照射部１6ａが設けられている。

そして、本実施形態３では、さらに、内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂと、内側面カメラ３２ａ．３２ｂとが、図１４および図１５に示すように、車輪１０ａ，１０ｂの内側面に向けて設けられている。

特に、内側面カメラ３２ａ．３２ｂは、図１４に示すように、車輪１０ａ，１０ｂの進行方向である矢印３１の方向、すなわちレールに対し垂直方向に向けて設けられ、内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂによって車輪１０ａ，１０ｂの内側面に照射されたレーザ線条光を撮影するように設けられている。

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。なお、ここでは、実施形態３特有の内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂおよび内側面カメラ３２ａ．３２ｂの動作についてのみ説明する。

内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂは、レーザ光受信部１４ａからの動作開始信号に基づき、車輪１０ａ，１０ｂの下部に対し、図１４に示すように、地面に対し平行に３本のレーザ線条光、すなわちレーザ線条光３１ａｘ、レーザ線条光３１ａｙ、レーザ線条光３１ａｚを照射する。

そして、内側面カメラ３２ａ．３２ｂは、中央の１本のレーザ線条光３１ａｙが車輪１０ａ，１０ｂの径中心を通過するとき、車輪１０ａ，１０ｂに照射されているレーザ線条光３１ａｘ、レーザ線条光３１ａｙ、レーザ線条光３１ａｚの照射部位を撮影し、画像処理部１４がその撮影画像を画像処理して解析する。

図１６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、車輪１０ａ，１０ｂが正常走行している場合と、アタック角がα度の場合と、横ズレしている場合を示している。

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に対し対象に左右対象に写る。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。

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は、その分歪んで写る。

アタック角αと、レーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙの歪みとは相関関係があり、アタック角αが大きければレーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙの歪みも大きくなるので、本実施形態３の画像処理部２８は、内側面カメラ３２ａ，３２ｂが撮影した複数のレーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙの撮影画像に基づいて、車輪１０ａ，１０ｂのアタック角αを検出する。そして、アタック角αだけ歪んだ合成画像１８１をキャリブレーションしてアタック角αが０の状態で形状を求める。

図１６（ｃ）は、レール２１ａ，２１ｂに対して車輪１０ａ，１０ｂが横方向に平行にＪだけ横ズレしている場合を示している。この場合、車輪１０ａ，１０ｂにおいて、どちらか一方の車輪にてレーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙが大きく写り、他方の車輪にてレーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙが小さく写ることになる。例えば、図１６（ｃ）に示すように、右側の車輪１０ａの方向に横ズレがある場合、右側の車輪１０ａの内側面に写るレーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙは大きく写る一方、左側の車輪１０ｂの内側面に写るレーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙは小さく写ることになる。

そのため、本実施形態３の画像処理部２８では、内側面カメラ３２ａ，３２ｂが撮影した複数のレーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙの撮影画像に基づいて、車輪１０ａ，１０ｂの横ズレ量Ｊを求める。そして、車輪１０ａ，１０ｂの横ズレ量Ｊだけ歪んだ画像１８１をキャリブレーションして横ズレ量Ｊが０の状態で形状を求める。

なお、説明の便宜上図示しなかったが、場合によっては、アタック角αが生じると同時に、横ズレ量Ｊが生じる場合もある。つまり、図１６（ｂ）と図１６（ｃ）の場合が同時に発生する場合である。

この場合には、本実施形態３の画像処理部２８では、内側面カメラ３２ａ，３２ｂが撮影した複数のレーザ線条光３１ａｘ〜３１ａｙの撮影画像に基づいて、車輪１０ａ，１０ｂのアタック角αおよび横ズレ量Ｊを求め、検出した車輪１０ａ，１０ｂのアタック角αおよび横ズレ量Ｊに基づいて、生成した車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１８１のアタック角αおよび横ズレ量Ｊが０になるように修正する。

従って、本実施形態３の車輪形状計測装置３によれば、実施形態１の車輪形状計測装置１，２等と同様に、踏面外側カメラ１５ａ，１５ｂ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ときにシャッタを下ろし、撮影するようにしたので、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、車輪１０ａ，１０ｂの径中心を外して撮影することによる、レーザが踏面に当たる画像は中心を外した分だけ歪が生じることがなくなり、光切断法における形状計測誤差の原因も生じなくななり、車輪１０ａ，１０ｂ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。

また、特に、本実施形態３の車輪形状計測装置３では、実施形態１の車輪形状計測装置１の構成要素に対し、さらに、内側面レーザ光照射部３１ａ，３１ｂと、内側面カメラ３２ａ．３２ｂとを設け、車輪１０ａ，１０ｂのアタック角αおよび横ズレ量Ｊを求め、検出した車輪１０ａ，１０ｂのアタック角αおよび横ズレ量Ｊに基づいて、生成した車輪１０ａ，１０ｂの合成画像１８１のアタック角αおよび横ズレ量Ｊが０になるようキャリブレーションするので、アタック角αおよび横ズレ量Ｊによる車輪１０ａ，１０ｂのブレの影響も排除することができ、より正確に踏面の形状を計測することができる。

《実施形態４》
次に、本発明に係る実施形態４の車輪形状計測装置４について説明する。

実施形態１〜３の車輪形状計測装置１〜３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、本発明の中心検出信号送信部としての機能を併設したが、図１７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４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。

図１７は、本発明に係る実施形態４の車輪形状計測装置４の構成例を示すブロック図である。なお、図１７は、図１３と同様、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。

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２１等を有する。

中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂは、実施形態１〜３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。

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。

次に、実施形態４の車輪形状計測装置４の動作を説明する。

まず、実施形態４の車輪形状計測装置４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４の中心検出信号送信部４１ａ，４１ｂは、実施形態１〜３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。

実施形態４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１〜３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。

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。

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２１等は、実施形態１の車輪形状計測装置１のものと同様に動作する。

従って、実施形態４の車輪形状計測装置４によっても、上記実施形態１〜３の車輪形状計測装置１〜３と同様の効果が得られる。

《実施形態５》
以上の実施形態１〜４では、レーザ線条光またはミリ波等の中心検出信号の受信レベルが、所定のスレショルドレベルＲｓ以上になってからスレショルドレベルＲｓ以下になるまでの時間が所定のスレショルド時間Ｔｒ以上であるとき（図９参照）、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ようにしている。

しかし、図１８に示すように、車輪が検出された後、数ｍsec単位で画像をメモリに複数枚保存しておき、図１９に示すスレショルドレベルＲｓを越えてピークが検出された後、ＲｓからＲｓ／２だけ遡った画像を中心画像として取り出すようにしても良い。このように構成することによって、一層精度の良い画像（より中心に近い画像）を取ることが可能になる。

以上、各実施形態１〜５の説明では、本発明に係る車輪形状計測装置１〜４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。

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
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

Claims (9)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

Images