JP2012098048A - 車輪形状校正冶具、車輪形状校正冶具を用いた校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】校正作業のバラツキを最小限にとどめ、車輪の所定の計測項目を計測する際の計測データの信頼性を向上させることができる車輪形状校正冶具、車輪形状校正冶具を用いた校正方法を提供する。
【解決手段】車輪形状校正冶具１０は、光切断法によるレーザ線条光が照射され、所定の計測項目が計測される未使用時の車輪における計測部位と同一寸法であって、かつ、その寸法が既知である計測部位を有する校正冶具本体１１と、レール２に対し平行面上において、校正冶具本体１１を回転させ、レール２に対し任意のアタック角を設定する回転ステージ１２と、レール２に対し平行面上において、校正冶具本体１１を前後左右に移動させるＸ，Ｙ方向移動ステージ１３，１４と、校正冶具本体１１等を搭載し、レール２上に設置される架台１５と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光切断法により鉄道車両用車輪等の寸法や形状を計測する車輪形状計測装置の校正に使用する車輪形状校正冶具と、その車輪形状校正冶具を用いた校正方法に関するものである。

鉄道車両用車輪については、走行中にレールとの摩擦等による摩耗や変形が生じるため、車輪の経時変化の管理は必要不可欠となっている。摩耗した車輪の削正や交換を実施する時期については、車輪の形状や寸法を測定することで管理することができる。

ここで、鉄道車両用車輪の寸法や形状の測定は、人手による目視や手測りの他、機械による自動計測が検討されており、例えば、光切断法を用いてスリットレーザ光であるレーザ線条光を車輪に照射し、そのレーザ線条光の照射部位をカメラにより撮影して、撮影画像から所定の計測項目について計測する車輪形状計測装置が報告されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許第３６１５９８０号公報 特開２００８−１８０６１９号公報

ところで、車輪形状計測装置の校正方法については明確に記載されたものがない。形状や寸法が既知の車輪をカメラの視野内に設定し、レーザ線条光が照射された部位を計測することが理想的であるが、現実的とは言えない。

一方、光切断方式により車輪の寸法や形状を計測する際、基準の車輪断面形状画を準備しておき、パターンマッチングにより計測値を算出する方法があるが、これは相対比較となるうえ、計測機器に異常があったときの原因究明が難しい、という問題がある。

また、車輪径の違いにより撮影画像上でレンズ歪、遠近歪が発生するため、測定精度が悪くなる、という問題もある。

さらには、走行中の車輪は、レールに対し角度ブレや横ズレが発生する場合があり、これらの誤差要因が測定精度に影響を与える恐れがある。

そこで、本発明は、事前に計測機器が正常であるか否かを確認するとともに、誤差要因によるバラツキを最小限にとどめ、車輪の所定の計測項目を計測する際の計測データの信頼性を向上させることができる車輪形状校正冶具、車輪形状校正冶具を用いた校正方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の車輪形状校正冶具の第１の特徴は、光切断法によるレーザ線条光が照射され、所定の計測項目が計測される車輪における計測部位と同一寸法であって、かつ、その寸法が既知である計測部位を有する校正冶具本体と、前記校正冶具本体を搭載し、レール上に設置される架台と、を有することにある。

また、前記課題を解決するため、本発明の車輪形状校正冶具の第２の特徴は、前記車輪形状校正冶具において、前記校正冶具本体と、前記架台との間に、さらに、前記レールに対し平行面上において、前記校正冶具本体を回転させ、前記レールに対し任意のアタック角を設定する回転ステージと、前記レールに対し平行面上において、前記校正冶具本体を前後左右に移動させる移動ステージと、を有することにある。

また、前記課題を解決するため、本発明の車輪形状校正冶具の第３の特徴は、前記車輪形状校正冶具において、前記校正冶具本体は、前記レーザ線条光の被照射面の一部または全部が前記車輪の幅と同一であり、前記校正冶具本体の内側面における、前記車輪のフランジ頂点から基準溝までの長さに相当する個所に直線溝を有する、ことにある。

また、前記課題を解決するため、本発明の車輪形状校正冶具を用いた校正方法の第１の特徴は、光切断法により車輪の形状について所定の計測項目を計測する車輪形状計測装置の校正を、前記いずれかの車輪形状校正冶具を用いて行う車輪形状校正冶具を用いた校正方法であって、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校正冶具を、レール上に設置し、前記車輪形状計測装置によって前記光切断法により前記車輪形状校正冶具に対し所定の計測項目を計測し、前記校正冶具本体に対する所定の計測項目の計測値と、前記校正冶具本体の前記既知の寸法とに基づき、前記車輪形状計測装置の校正処理を行う、ことにある。

また、前記課題を解決するため、本発明の車輪形状校正冶具を用いた校正方法の第２の特徴は、前記いずれかの車輪形状校正冶具を用いた校正方法において、前記車輪形状校正冶具における光切断法によるレーザ線条光が照射される照射面の角度は、前記レーザ線条光の入射方向に対し垂直となるように調整して計測する、ことにある。

本発明によれば、光切断法によるレーザ線条光が照射され、所定の計測項目が計測される車輪における計測部位と同一寸法であって、かつ、その寸法が既知である計測部位を有する校正冶具本体と、校正冶具本体を搭載し、レール上に設置される架台と、を有するので、実際の車輪を用いなくても、校正処理を行うことができると共に、誤差要因によるバラツキを最小限にとどめ、車輪の所定の計測項目を計測する際の計測データの信頼性を向上させることができる。また、事前に測定機器の状態を確認出来る。

本実施形態１の車輪形状校正冶具から校正冶具本体を取り外した状態の一例を示す全体図である。 本実施形態１の車輪形状校正冶具を、レールに対し垂直方向から見た側面図である。 本実施形態１の校正冶具本体を上方から見た平面図である。 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４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 本実施形態１の校正冶具本体を上方から見た場合と、寸法等を示す概略図である。 車輪径が異なる２種の車輪を車輪の中心にレーザ線条光を仰角ηで向けたときのレーザと車輪間の距離の差異を示した説明図である。 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。 （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。 校正時の冶具設置例を示した説明図である。 車輪形状校正冶具計測時の位置及び向きを示した図である。

＜実施形態１＞
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。まず、実施形態１では、本発明に係る車輪形状校正冶具の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態１の車輪形状校正冶具１０から校正冶具本体１１を取り外した状態の一例を示す全体図、図２は、本実施形態１の車輪形状校正冶具１０をレール２に対し垂直方向から見た側面図、図３は、本実施形態１の校正冶具本体１１のみ上方から見た平面図である。

図１および図２に示すように、本実施形態１の車輪形状校正冶具１０は、校正冶具本体１１と、回転ステージ１２と、Ｘ方向移動ステージ１３と、Ｙ方向移動ステージ１４と、架台１５とを有する。なお、図１では、説明の便宜上、車輪形状校正冶具１０は、校正冶具本体１１を取り外した状態を示しており、使用時には、図２等に示すように、校正冶具本体１１は、回転ステージ１２上に取り付けられる。

校正冶具本体１１は、図３に示すように、光切断法によるレーザ線条光が照射され、所定の計測項目が計測される、例えば未使用の車輪における計測部位である踏面や、フランジ部、基準溝等と同一寸法であって、かつ、その寸法が既知である計測部位を有するものである。

具体的には、校正冶具本体１１において、レール２の長手方向に対し垂直な正面１１ｅは、図１および図３に示すように、平面から構成されており、段差１１ｄが形成された車輪の踏面に相当する踏面相当面１１ａと、踏面相当面１１ａより高く形成された、車輪のフランジ部に相当するフランジ部相当面１１ｂとが形成されており、後述するように、未使用の車輪の対応する踏面やフランジ部と同一寸法であって、既知の寸法である。

ここで、踏面相当面１１ａの段差１１ｄは、図４にて説明するが、車輪１ａにおいては、基準溝１３０ａが形成された内側面１３０ｂから外側に６２ｍｍの踏面１１０ａの部分が水平になるように設計されており、内側面１３０ｂから外側に６２ｍｍの点を計測項目とする場合もあり、踏面相当面１１ａの段差１１ｄがその内側面１１ｆから６２ｍｍの個所に相当している。これにより、校正冶具本体１１において踏面相当面１１ａの段差１１ｄのある部分が、車輪１ａの踏面１１０ａにおける水平部分となり、校正冶具本体１１を測定した際に、段差１１ｄにより、容易に、車輪１ａの踏面１１０ａにおける水平部分を確認することができる。

また、校正冶具本体１１において、レール２の長手方向に対し平行な内側面１１ｆには、図１および図３に示すように、そのフランジ部相当面１１ｂの稜線１１ｂ１と平行であって、未使用の車輪１のフランジ頂点から基準溝までの長さに相当する箇所に、直線溝１１ｃが形成されている。

なお、実際の車輪の計測部位や計測項目等と、校正冶具本体１１の計測部位や計測項目等との関係については、後述する。

回転ステージ１２は、レール２と水平な水平面上において、回動軸１２ａ１を中心として、矢印Ａ方向の車輪の直進方向に対しα度だけ校正冶具本体１１を回転させ、レール２に対し校正冶具本体１１にアタック角を設定させるものである。

Ｘ方向移動ステージ１３は、Ｘ方向調整つまみ１３ａを操作することにより、レール２と水平な水平面上において、校正冶具本体１１をレール２の伸長方向に対し垂直方向の矢印Ｘ方向に移動させるものである。

Ｙ方向移動ステージ１４は、Ｙ方向調整つまみ１４ａを操作することにより、レール２と水平な水平面上において、校正冶具本体１１をレール２の伸長方向の矢印Ｙ方向に移動させるものである。

架台１５は、Ｙ方向移動ステージ１４を介し、Ｘ方向移動ステージ１３、回転ステージ１２および校正冶具本体１１を搭載するもので、レール２上に設置される。

なお、本実施形態１では、Ｘ方向移動ステージ１３およびＹ方向移動ステージ１４は、作業者がＸ方向調整つまみ１３ａおよびＹ方向調整つまみ１４ａを回す等の操作により、それぞれ、手動によるネジ送り式で矢印Ｘ方向、Ｙ方向に移動させるようにしているが、本発明ではこれに限らず、方向調整つまみ１３ａおよびＹ方向調整つまみ１４ａの操作ではなく、サーボモータ等により矢印Ｘ方向、Ｙ方向に移動させるようにしても勿論よい。

また、回転ステージ１２、Ｘ方向移動ステージ１３およびＹ方向移動ステージ１４は、本発明に必須のものではなく省略しても良いし、さらには、回転ステージ１２のみを省略して、Ｘ方向移動ステージ１３およびＹ方向移動ステージ１４のみから構成しても良いし、さらには、Ｙ方向移動ステージ１４を省略して、回転ステージ１２とＸ方向移動ステージ１３から構成するなど、適宜、構成を変えても良い。

≪実際の車輪の計測部位や計測項目等と、校正冶具本体１１の計測部位や計測項目等との関係≫
次に、実際の車輪の計測部位や計測項目等と、校正冶具本体１１の計測部位や計測項目等との関係について説明する。

図４、図５は実際の右車輪１ａ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。

具体的には、図４は、列車の右車輪１ａの踏面を含む下側部分を、列車前方から見ている正面図であり（左車輪１ｂについても、右車輪１ａと同様であるが、図示は省略する。）、図５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４に示すように、右車輪１ａでは、レール２に接触する面を踏面１１０ａ、レール２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、右車輪１ａの内側面の溝を基準溝１３０ａという。

そして、図５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、右車輪１ａ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、右車輪１ａ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６は、右車輪１ａに対応する校正冶具本体１１を上方、すなわち図２上、Ｂ方向から見た場合における計測部位や計測項目等を示す図である。

なお、図６では、校正冶具本体１１と共に、校正冶具本体１１の外側から校正冶具本体１１における踏面相当面１１ａ等に向かってレーザ線条光を照射する踏面外側レーザ２３ａと、校正冶具本体１１の内側から校正冶具本体１１におけるフランジ部１１ｃや直線溝１１ａ等に向かってレーザ線条光を照射する踏面内側レーザ２６ａとを示している。なお、踏面外側レーザ２３ａと、踏面内側レーザ２６ａ以外にもレーザやカメラ等が設けられているが、ここでは、省略しており、後述の図８および図９にて説明する。

校正冶具本体１１における計測部位の寸法は、実際に計測する車輪の初期形状の計測部位や計測項目等を基準に作成することが好ましい。また、左右対称形で作成し、それぞれ左右の車輪１ａ，１ｂに使い分ける。

図６に示す校正冶具本体１１は、図４に示す右車輪１ａに対応するもので、光切断法によるレーザ線条光が照射され、所定の計測項目が計測される未使用時の右車輪１ａの計測部位と同一寸法であって、かつ、既知の寸法を有し、計測項目は、基本的には、図４に示す右車輪１ａのものと同様となる。

具体的には、図６に示す校正冶具本体１１でも、フランジ幅Ｆ、第１フランジ部高さＨ、第２フランジ高さ（Ｈ−Ｇ）、基準溝高さＣ、車輪幅Ａ、踏面において平面となる点までの規定の６２ｍｍの距離Ｂ、エッジ幅Ｄ、Ｅ等を計測して、校正用のデータとして使用する。

このように、本実施形態１の車輪形状校正冶具１０では、光切断法によるレーザ線条光が照射され、所定の計測項目が計測される未使用の車輪１ａにおける計測部位と同一寸法であって、かつ、その寸法が既知である測定部位を有し、さらに、車輪１の基準溝１３０ａに相当する部分に同様の直線溝１１ａを有するので、未使用の車輪１を用いた校正処理と同じ校正処理を実行することができる。

また、校正冶具本体１１の計測時に、摩耗等の変化のない外面側エッジ部分を基点として、未使用時または製造直後の初期の車輪寸法形状プロファイルを作成して表示し、実際の車輪実測データと比較することで、摩耗状態等の変化を視認することもできる。

なお、図５に示す実際の右車輪１ａの計測項目も、図６に示す校正冶具本体１１の計測項目は、あくまで一例である。

従って、本実施形態１の車輪形状校正冶具１０によれば、計測すべき所定の計測項目が計測される未使用の車輪１における計測部位と同一寸法であって、かつ、その寸法が既知である計測部位を有する校正冶具本体１１と、校正冶具本体１１を搭載する架台１５と、を有するので、車輪形状校正冶具１０の既知の寸法と、測定値とを利用して校正作業を行うことができ、校正作業のバラツキや測定精度の誤差を最小限にとどめ、確実な校正処理が可能となり、計測データの信頼性を向上させることができる。

その結果、本実施形態１の車輪形状校正冶具１０を用いて校正処理を行うことにより、校正作業のバラツキや測定精度の誤差を最小限にとどめ、確実な校正処理が可能となり、データの信頼性を向上させることができる。

特に、本実施形態１の車輪形状校正冶具１０では、校正冶具本体１１と、架台１５との間に、レール２に対し平行な面において任意のアタック角αを設定可能な回転ステージ１２と、Ｘ方向（レール２に対し垂直方向）およびＹ方向（レール２に対し平行方向）に移動可能なＸ方向移動ステージ１３およびＹ方向移動ステージ１４とを有するので、アタック角αの角度ブレや、横ズレ等も計測して、校正値として利用することが可能となり、より高精度な校正および計測が可能となる。

また、本実施形態１の車輪形状校正冶具１０の校正冶具本体１１は、レーザ線条光の被照射面の一部又は全体が実際の車輪１の幅と同一寸法であり、かつ、未使用の車輪１のフランジ頂点から基準溝１３０ａまでの長さに相当する箇所に直線溝１１ｃを有するようにしたので、実際の車輪１における計測項目を、車輪形状校正冶具１０を用いて計測することができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２である、実施形態１の車輪形状校正冶具１０を用いた車両形状計測装置の校正方法について説明する。

≪径の異なる車輪（大径、小径）の車輪の径中心に照射したときのレーザと車輪間の距離の差異≫
まず、光切断法に用いるレーザ線条光の照射角度である仰角η固定で、径の異なる車輪（大径、小径）の径中心に照射したときのレーザと車輪間の距離の差異について説明する。

図７は、光切断法に用いるレーザ線条光（スリットレーザ光）の照射角度固定で、径の異なる車輪（大径、小径）の車輪の径中心に照射したときのレーザと車輪間の距離の差異について示す説明図である。

図７において、大径の車輪１Ｌ、小径の車輪１Ｓの半径をそれぞれｒ_１，ｒ_２とする。踏面外側レーザ２３ａおよび踏面内側レーザ２６ａがレール２面と同一高さと仮定して０点とし、仰角ηで照射したときの大径の車輪１Ｌ、小径１Ｓの車輪照射位置をそれぞれ（ｘ_１，ｚ_１）、（ｘ_２，ｚ_２）としたとき、踏面外側レーザ２３ａおよび踏面内側レーザ２６ａの位置と、ｘ_１，ｘ_２とのｘ方向の距離ａ，ｂは、それぞれ、次の式１，式２により、
ａ＝ｒ_１・（１−sinη）・cosη／sinη ・・・（式１）
ｂ＝ｒ_２・（１−sinη）・cosη／sinη ・・・（式２）
と表すことができる。

また、大径の車輪１Ｌ、小径の車輪１Ｓに対するレーザ線条光の照射位置のｘ方向の移動距離ｃは、ｃ＝ａ−ｂとなるので、次の式３により、
ｃ＝（ｒ_１−ｒ_２）・（１−sinη）・cosη／sinη ・・・（式３）
と表すことができる。

従って、上記式３により表わされるｘ方向の移動距離ｃは、レーザ線条光照射角度の仰角ηが小さくなるほど大きくなる。

そのため、大径の車輪１Ｌ、小径の車輪１Ｓに対するレーザ線条光の照射位置の撮影を、一つのカメラの同一視野内で画像処理を行おうとすると、遠近歪や、レンズ歪により、計測値に誤差が生じやすくなる。

そこで、本実施形態２では、計測する車輪の車輪径、レーザ線条光照射角度である仰角ηによって一義的に決まる照射位置で、予め本実施形態１の車輪形状校正冶具１０を用いて計測し、校正を行う。

つまり、計測する車輪が大径の車輪１Ｌ、小径の車輪１Ｓの２種類であれば、前記（式１）および（式２）、さらには（式３）に基づき、実施形態１の車輪形状校正冶具１０あるいは校正冶具本体１１を移動させて、２箇所で計測する。

その際、車両形状計測装置は、車輪形状校正冶具１０の計測部位について既知の真値である寸法を有しているので、車輪形状校正冶具１０それぞれの計測部位で計測し、計測した計測値とその既知の寸法とを比較して、校正を行う。

また、実施形態１の車輪形状校正冶具１０は、回転ステージ１２と、Ｘ方向移動ステージ１３と、Ｙ方向移動ステージ１４とを有するので、車輪形状校正冶具１０を計測する際、これらのステージ１２〜１４を使用して、それぞれの計測部位で左右に移動した位置や、左右に角度を変えた位置にて、同様に計測を行い、その移動分の補正関数等を求めておくことにより、実際の車輪を計測したときに、車輪形状校正冶具１０の計測位置の範囲内において正確な補正処理が可能となる。

≪車輪形状計測装置におけるレーザや、カメラ、センサの配置等の一例≫
次に、車輪形状計測装置におけるレーザや、カメラ、センサの配置等の一例について説明する。

図８は、右車輪１ａ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におけるレーザや、カメラ、センサの配置等の一例を示す説明図である。

なお、図８は、列車の右車輪１ａを上方から見ている正面図である。なお、左車輪１ｂについても同様に配置されている。

図８において、矢印３１は、列車の右車輪１ａの進行方向を示している。

列車の右車輪１ａの両側には、外側通過センサ２６ａと、内側通過センサ２７ａ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２６ａと、内側通過センサ２７ａの進行方向側には、踏面外側カメラ２５ａ、踏面内側カメラ２7ａ、踏面外側レーザ２３ａ、レーザ光受信部２４ａ、踏面内側レーザ２６ａ等が設けられている。

ここで、レーザ光受信部２４ａは、踏面外側レーザ２３ａからのレーザ線条光が受信できるような位置および水平角度で設けられ、踏面外側カメラ２５ａおよび踏面内側カメラ２7ａは、それぞれ踏面外側レーザ２３ａ、踏面内側レーザ２６ａからのレーザ線条光部位が撮影できるような位置および水平角度で設けられている。

図９は、右車輪１ａ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におけるレーザや、カメラ、センサの配置等の一例を示す説明図である。なお、左車輪１ｂについても同様に配置されている。

ここで、図９では、説明の便宜上、外側通過センサ２６ａと、内側通過センサ２７ａとは、省略しているが、本来は、存在している。

図９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２３ａ、レーザ光受信部２４ａ、踏面外側カメラ２５ａ、踏面内側レーザ２6ａ、踏面内側カメラ２7ａは、全て、左車輪１ｂの径中心１４０ａに向け、所定の仰角ηの方向に向けて取り付けられている。

これにより、レール上を列車が走行して来て、外側通過センサ２６ａと、内側通過センサ２７ａが車輪の通過を検出し、踏面外側レーザ２３ａをオンさせ、踏面外側レーザ２３ａから所定の仰角ηで照射されたレーザ線条光が、右車輪１ａ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２４ａに所定の仰角ηで入射することになる。

次に、車輪形状計測装置の動作を説明する。

図８に示すように、通過センサ２１ａ，２２ａが右車輪１ａの通過を検知すると、そのタイミングで踏面外側レーザ２３ａがオンになり、レーザ線条光を右車輪１ａの踏面１１０ａに向け、所定の仰角ηで照射する。

レーザ光受信器１４ａは、踏面外側レーザ２３ａから車輪１ａの径中心に向けて送信されたレーザ線条光の反射光を検出すると、その検出信号を内面側レーザ２６ａや、外側カメラ２５ａ，内側カメラ２７ａへ出力する。

すると、内面側レーザ２６ａは、オンして、踏面外側レーザ２３ａのレーザ線条光が作る面と同一面になるようにレーザ線条光を右車輪１ａのフランジ部や基準溝に、所定の仰角ηで照射する。

一方、外側カメラ２５ａおよび内側カメラ２７ａは、レーザ光受信器１４ａから検出信号を受信すると、オンして、踏面外側レーザ２３ａが車輪１ａの径中心に向いたタイミングで車輪１に照射されたレーザ線条光の照射部位、例えば、踏面１１０ａや、フランジ部、さらには基準溝１３０ａ等の計測部位を撮影する。なお、レーザ線条光の代わりに、ミリ波レーダを追加し、踏面１１０ａにミリ波の電波を当て、その反射波を受信機で受信し、踏面外側レーザ２３ａ、踏面内側レーザ２６ａ、外側カメラ２５ａおよび内側カメラ２７ａに対し動作の開始信号を送るようにしても良い。

≪車輪が正常走行する場合、アタック角がα度で入る場合、横ズレする場合の一例≫
次に、車輪が正常走行する場合、アタック角がα度で入る場合、横ズレする場合の一例について説明する。

図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、車輪１ａ，１ｂ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１０（ａ）に示すように、車輪１ａ，１ｂがレール２ａ，２ｂ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。

図１０（ｂ）は、車輪１ａ，１ｂがレール２ａ，２ｂに対し平行でない場合、すなわちレール２ａ，２ｂに対し車輪１ａ，１ｂが傾き、アタック角αを生じている場合を示している。

図１０（ｃ）は、レール２ａ，２ｂに対して車輪１ａ，１ｂ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。

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１０（ｂ）と図１０（ｃ）の場合が同時に発生する場合である。

以上、図１０（ａ）〜（ｃ）に示す通り、走行中の車輪を計測しようとした場合、車輪１ａ，１ｂの走行状態により、レール２ａ，２ｂに対し角度ブレや、横ズレが発生する場合がある。

≪車輪形状校正冶具１０を用いた実施形態２の校正方法の一例≫。

次に、車輪形状校正冶具１０を用いた実施形態２の校正方法の一例について説明する。

図１１は、レール２上に設置した車輪形状校正冶具１０と、踏面外側レーザ２３ａおよび外面側カメラ２５ａの設置位置の関係の一例を示している。

図２でも説明したように、本実施形態１の車輪形状校正冶具１０は、回転ステージ１２、Ｘ方向移動ステージ１３、Ｙ方向移動ステージ１４の上に、校正冶具本体１１を固定している。

このとき、図１１に示すように、校正冶具本体１１における光切断法によるレーザ線条光の被照射面となる正面１１ｅは、踏面外側レーザ２３ａからのレーザ線条光の照射角度の仰角ηに対し、垂直となるよう設定する。

これは、図９に示すように、踏面外側レーザ２３ａや内面側レーザ２６ａは、実際の輪１ａ，１ｂに対し、照射角度の仰角ηでレーザ線条光を照射するからである。

そのため、Ｙ方向移動ステージ１３を用い、校正冶具本体１１を、踏面外側レーザ２３ａに対し予め決められた所定の距離、すなわち前述の式１により算出されたａの位置で、レール２上に水平に設置された架台１５に固定する。

次に、本実施形態１の車輪形状校正冶具１０を用いた校正方法の一例について説明する。

図１２（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、車輪形状校正冶具１０を用いた校正内容の一例を示す説明図である。なお、説明の便宜上、車輪形状校正冶具１０の校正冶具本体１１と、レールのみ示している。

図１２（ａ）は、原点状態（校正１）である。つまり、校正冶具本体１１へのレーザ線条光の照射位置は、踏面外側レーザ２３ａに対し、図２に示した車輪照射位置（ｘ_１，ｚ_１）となるように設置して、車輪形状計測装置にて原点状態の校正冶具本体１１の計測を行い、その際の計測値と、その原点状態の既知のデータ等を用いて校正を行う（校正１）。この状態を原点とする。

図１２（ｂ）は、回転ステージ１２を作動させて、校正冶具本体１１をレール２に対し左に１０°、すなわちアタック角α＝＋１０°だけ傾けた状態（校正２）、図１２（ｃ）は、校正冶具本体１１をレール２に対し右に１０°、すなわちアタック角α＝−１０°だけ傾けた状態（校正３）をそれぞれ示している。

このように、校正冶具本体１１をレール２に対し左右に１０°傾けた状態（校正２，校正３）でそれぞれ計測を行い、その際の計測値と、左右に１０°傾けた状態の既知のデータ等を用いて校正を行う。

図１２（ｄ）は、Ｘ方向移動ステージ１３を作動させて、校正冶具本体１１を、図１２（ａ）に示す原点状態から図上右側、すなわちレール２の内側に１０ｍｍ移動した状態(校正４)を示している。

また、図１２（ｅ）は、Ｙ方向移動ステージ１４を作動させて、校正冶具本体１１を、図１２（ａ）に示す原点状態から図上左側、すなわちレール２の外側に１０ｍｍ移動した状態(校正５)を示している。

このように、Ｘ方向移動ステージ１３およびＹ方向移動ステージ１４を作動させて、校正冶具本体１１をレール２に対し、原点状態から左右方向および前後方向に所定量移動させて、それぞれの状態(校正４，校正５)にて計測を行い、その際の計測値と、原点状態から左右方向および前後方向に所定量移動させたき値のデータ等を用いて校正を行う。

このように、車輪形状計測装置のカメラやレーザが所定位置および所定仰角ηにて設置されたレール２上に車輪形状校正冶具１０を設置して、例えば、以上の校正１〜校正５のような校正処理を行う。

そして、仮に、車輪形状校正冶具１０を用いた今までの校正１〜校正５の計測が大径の車輪１Ｌについてであり、さらに小径の車輪１Ｓについても行う場合には、Ｙ方向移動ステージ１４を作動させて、図７に示すように、前記（３）式に基づき、車輪形状校正冶具１０をｃ（＝ａ−ｂ）の距離だけ、踏面外側レーザ２３ａや踏面内側レーザ２6ａ、踏面外側カメラ２５ａ，踏面内側カメラ２7ａの方向へスライドさせ、照射位置が（ｘ_２，ｚ_２）となるように設置して、以下、小径の車輪１Ｓについても、照射位置１の大径の車輪１Ｌと同様の手順にて校正１〜校正５の校正処理を行う。

これにより、大径の車輪１Ｌについてだけでなく、小径の車輪１Ｓについても、校正１〜校正５の計測を実行することができる。

そして、実際の大径の車輪１Ｌおよび小径の車輪１Ｓの計測値に対し、車輪形状校正冶具１０を用いた大径の車輪１Ｌおよび小径の車輪１Ｓそれぞれの校正１〜校正５の計測値により校正をかけることにより、走行中の大径の車輪１Ｌおよび小径の車輪１Ｓ車輪のあらゆるケースに対し、高精度の計測が可能となる。

従って、実施形態１の車輪形状校正冶具１０を用いた実施形態２の校正方法によれば、計測すべき所定の計測項目が計測される未使用の車輪１における計測部位と同一寸法であって、かつ、その寸法が既知である計測部位を有する校正冶具本体１１と、校正冶具本体１１を搭載する架台１５とを有する実施形態１の車輪形状校正冶具１０を用いて計測を行い、その計測値を車輪形状校正冶具１０の既知のデータである真値で校正することにより、校正作業のバラツキや測定精度の誤差を最小限にとどめ、確実な校正処理が可能となり、計測データの信頼性を向上させることができる。

特に、実施形態１の車輪形状校正冶具１０は、校正冶具本体１１と、架台１５との間に、レール２に対し平行な面において任意のアタック角αを設定可能な回転ステージ１２と、Ｘ方向（レール２に対し垂直方向）およびＹ方向（レール２に対し平行方向）に移動可能なＸ方向移動ステージ１３およびＹ方向移動ステージ１４とを有するので、実施形態１の車輪形状校正冶具１０の校正冶具本体１１をレール上の所定位置に容易に設置し、校正冶具本体１１を前後左右にスライドしたり、回転させることができるので、車輪の大径、小径に関わらず、アタック角αの角度ブレや、横ズレ等も計測して、その計測値を真値で校正し、補正することが可能となり、より高精度な校正および計測が可能となる。

なお、上記実施形態１，２の説明では、校正冶具本体１１の段差１１ｄの高さについては、何ら言及しなかったが、例えば、その高さＧを、大径の車輪１Ｌ、小径の車輪１Ｓに対するレーザ線条光の照射位置のｘ方向の移動距離ｃ＝ａ−ｂ、すなわち式３により表される長さとすれば、一度に、校正冶具本体１１の踏面相当面１１ａにおける高い方の面で大径の車輪１Ｌの踏面を、校正冶具本体１１の踏面相当面１１ａにおける低い方の面で小径の車輪１Ｓの踏面を計測摺ることが可能となる。

１０ 車輪形状校正冶具
１１ 校正冶具本体
１１ｃ 直線溝
１２ 回転ステージ
１３ Ｘ方向移動ステージ
１４ Ｙ方向移動ステージ
１５ 架台

Claims (5)

1. 光切断法によるレーザ線条光が照射され、所定の計測項目が計測される車輪における計測部位と同一寸法であって、かつ、その寸法が既知である計測部位を有する校正冶具本体と、
   前記校正冶具本体を搭載し、レール上に設置される架台と、
   を有することを特徴とする車輪形状校正冶具。
2. 請求項１記載の車輪形状校正冶具において、
   前記校正冶具本体と、前記架台との間に、さらに、
   前記レールに対し平行面上において、前記校正冶具本体を回転させ、前記レールに対し任意のアタック角を設定する回転ステージと、
   前記レールに対し平行面上において、前記校正冶具本体を前後左右に移動させる移動ステージと、
   を有することを特徴とする車輪形状校正冶具。
3. 請求項１または請求項２記載の車輪形状校正冶具において、
   前記校正冶具本体は、前記レーザ線条光の被照射面の一部または全部が前記車輪の幅と同一であり、前記校正冶具本体の内側面における、前記車輪のフランジ頂点から基準溝までの長さに相当する個所に直線溝を有する、
   ことを特徴とする車輪形状校正冶具。
4. 光切断法により車輪の形状について所定の計測項目を計測する車輪形状計測装置の校正を、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校正冶具を用いて行う車輪形状校正冶具を用いた校正方法であって、
   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校正冶具を、レール上に設置し、前記車輪形状計測装置によって前記光切断法により前記車輪形状校正冶具に対し所定の計測項目を計測し、
   前記校正冶具本体に対する所定の計測項目の計測値と、前記校正冶具本体の前記既知の寸法とに基づき、前記車輪形状計測装置の校正処理を行う、
   ことを特徴とする車輪形状校正冶具を用いた校正方法。
5. 請求項４記載の車輪形状校正冶具を用いた校正方法において、
   前記車輪形状校正冶具における光切断法によるレーザ線条光が照射される照射面の角度は、前記レーザ線条光の入射方向に対し垂直となるように調整して計測する、ことを特徴とする車輪形状校正冶具を用いた校正方法。

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