JP4402245B2

JP4402245B2 - 鉄道用輪軸の主要寸法測定装置

Info

Publication number: JP4402245B2
Application number: JP2000078412A
Authority: JP
Inventors: 寛福本; 正一横田; 増男山中
Original assignee: 住金関西工業株式会社
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: JP2001264042A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄道用輪軸の検修作業等で行なわれる主要寸法の測定作業を自動化した装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
車軸１ｃに左右の車輪１ａ，１ｂを圧入してなる鉄道用輪軸１（図１参照）は、レール曲線部の通過性能の向上や蛇行動の防止等の諸条件から、その両車輪１ａ，１ｂの踏面１’形状が、図１１に示すような最適な寸法に規定されている。
【０００３】
このため、輪軸１の定期的な検修作業においては、車輪１ａ，１ｂの踏面１’形状を中心とした主要寸法の測定を実施して、上記の規定寸法に誤差が生じているか否かの調査を行なっている。ここで主要寸法とは、▲１▼両車輪間の内面距離、▲２▼所定距離（内面距離／２＋６５ｍｍ）、▲３▼フランジ外面距離（所定距離位置より１０ｍｍ高い位置の輪軸中心線からの距離）、▲４▼フランジ頂点高さ、▲５▼車輪直径の５項目を指し、輪軸にブレーキディスクが付属している場合には、以上の５項目に▲６▼ブレーキディスクの厚さを加えたものを指す。
【０００４】
しかしながら、従来このような主要寸法の測定は、作業員がノギス等を用いて手作業で行なっていたため、作業能率が悪く、また個人差等による測定誤差が生じ易く、精度にも問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、鉄道用輪軸の主要寸法が迅速かつ精度よく測定できる装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の測定装置は、鉄道用輪軸を定位置にて水平保持する位置決め機構と、位置決めされた輪軸の上方で、輪軸の中心線を挟む左右対称位置に対で配置され、輪軸の軸方向に水平移動しながら対応する車輪の踏面を一次元的に走査し、その変位量の連続的変化から前記踏面のプロフィールを検出するとともに上記軸方向の移動量を検出する上部踏面センサと、位置決めされた輪軸の下方で、輪軸の中心線を挟む左右対称位置に対で配置され、対応する車輪の直径測定位置を検出するとともに、該直径測定位置での変位量を検出する下部踏面センサとを備えてなる。そして上記上部踏面センサおよび下部踏面センサの検出データにより輪軸の主要寸法である両車輪の内面間距離、直径測定位置、フランジ外面距離、フランジ高さ、直径が自動的に測定できるようにしている。
【０００７】
上記の位置決め機構は、輪軸の両車輪の踏面を支持する左右の支持部が、いずれも輪軸の軸直交方向に平行に並ぶ対の駆動式回転ローラで形成され、支持した輪軸を所要の角度に回転させる機能を備えているものが良い。
【０００８】
また、上部踏面センサには、レーザのスポット光で車輪の踏面を一次元的に走査する非接触式変位センサを使用し、下部踏面センサには、検出部が車輪の直径測定位置に接触する接触式変位センサを使用するのが好ましい。
【０００９】
位置決めされた輪軸がブレーキディスク付である場合には、該輪軸の上方で、輪軸の中心線を挟む左右対称位置に対で配置されたディスク測定センサが、対応するブレーキディスクに向かって下降しながら該ディスクの両側面部を一定範囲で一次元的に走査し、その変位量の連続的変化を検出することにより、両ブレーキディスクの厚さが自動的に測定できるようにするのが良い。
【００１０】
上記のディスク測定センサには、レーザのスポット光でブレーキディスクの両側面を一元的に走査する非接触式変位センサを使用するのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図４に示すように、本発明に係る鉄道用輪軸の主要寸法測定装置は、輪軸１の搬送レール２₁，２₂，２を上下左右から囲む矩形の枠状架台３を形成し、該架台の下枠部３ａに輪軸の位置決め機構４₁，４₂，４₃，と下部踏面センサ１３₁, １３₂, １３₃を設け、同架台３の上枠部３ｂに上部踏面センサ１７ａ, １７ｂとディスク測定センサ２１ａ，２１ｂを設けた構造になっている。
【００１２】
すなわち、輪軸１の搬送レール２₁，２₂，２₃は、２₁と２₂の間隔が狭軌道幅に、２₁と２₃の間隔が標準軌道幅に設定してあり、測定する輪軸１がいずれの軌道幅を使用するものであっても測定できるようになっている。
【００１３】
架台３の下枠部３ａ上面に設けられ、上記各搬送レール２₁，２₂，２₃，の外側下方に位置する位置決め機構４₁，４₂，４₃は、輪軸１を測定位置に保持するものであり、測定する輪軸１が狭軌道幅のものである場合は４₁と４₂が対で作動し、測定する輪軸１が想像線で示す標準軌道幅のものである場合は４₁と４₃が対で作動するようになっている。
【００１４】
これらの位置決め機構４₁，４₂，４₃は、輪軸１の車輪踏面を支持するツインローラ５ａ，５ｂと、その取り付け基盤６、昇降用油圧シリンダ７、リニアゲージ８等で構成してあり、油圧シリンダ７のロッドを伸長させると、ツインローラ５ａ，５ｂがレールの上方一定高さに上昇し、輪軸１を車輪踏面１’で支持するようになっている。ツインローラ５ａ，５ｂは、一方５ａが減速機９を介して油圧モータ１０で直接回転される駆動ローラ、他方５ｂが伝導ベルト１１を介して回転される従動ローラであり、その回転方向および回転速度が油圧モータ１０の操作で自在に切り換えられ、回転数が油圧モータ１０に組み込まれたエンコーダ１２で検出されるようになっている。したがって、ツインローラ５ａ，５ｂを回転させると、これに支持された輪軸１を回転させることができる。しかもエンコーダ１２の検出する回転数から輪軸１の回転角度が割り出されるので、輪軸１を所定の角度に回転させることができる。なお、架台３の左右の垂直枠部３ｃ，３ｄに対峙させて設置してある光電スイッチ２５，２５は、輪軸１が位置決めする測定位置にあるか否かを検出するものである。
【００１５】
各位置決め機構４₁，４₂，４₃の基盤６上面には、それぞれ下部踏面センサ１３₁，１３₂，１３₃が設けてある。これらの下部踏面センサは、図５に示すように、輪軸１の主要寸法の一つである車輪直径Φの測定において、その対応する車輪（例えば１ａ）の直径測定位置Ｐを検出するとともに、該直径測定位置Ｐでの踏面１’とレール（例えば２₁）天場間の距離変位量Δｔを検出するものである。
【００１６】
図示例の下部踏面センサ１３₁，１３₂，１３₃は、いずれも図６及び図７に示すように、空気圧にて上下に伸縮するスピンドル１３ａを、案内台１４の先端に立設した構造となっている。すなわち、案内台１４は、前記基盤６上面のツインローラ５ａ，５ｂ間中央部を、空気圧シリンダ１５の作動により、位置決めされた輪軸１の軸Ｘ方向へスライドし、該案内台の後端に立設してある基準出しプレート１６が車輪（例えば１ｂ）の外側面に接触すると停止するように設けてある。一方、前記スピンドル１３ａは、基準出しプレート１６と定距離（車輪全幅が１２５ｍｍの場合は６０ｍｍ）を置いて、案内台１４の先端に立設してある。したがって、案内台１４をスライドさせ、基準出しプレート１６が車輪１ｂの外側面に接触すると、スピンドル１３ａが自動的に車輪１ａの直径測定位置（フランジ１’’内面から６５ｍｍの位置）Ｐを検出する。そして、直径測定位置Ｐに位置するスピンドル１３ａを空気圧で伸長し、その先端が車輪１ｂ踏面１’に接触したときの移動量から、前記した距離変位量Δｔを直接的に検出するのである。
【００１７】
架台３の上枠部３ｂ下面側に設けられた左右一対の上部踏面センサ１７ａ，１７ｂは、非接触で対象物までの距離を検出するレーザ変位センサであり、図８に示すように、半導体レーザのスポット光を一定距離から対象物表面に照射し、その反射光を別角度から受光して観測面上に結像させ、対象物表面が変位した場合には、これに応じて変化する上記観測面上の結像の位置の変位量から、対象物表面の距離変位量を検出する仕組みのものである。
【００１８】
これらの上部踏面センサ１７ａ，１７ｂは、サーボモータ１８で駆動されるボールねじの送り機構１９により、位置決めされた輪軸１の対応する車輪１ａ，１ｂ上方を、輪軸１の軸Ｘに沿って矢印のように左右へ水平移動するように設けられている。したがって、これらの両センサ１７ａ，１７ｂを、それぞれ輪軸１の両車輪１ａ，１ｂ間で、輪軸１の中心線Ｙを挟む左右対称な測定開始位置にセットし、各車輪１ａ，１ｂの上方を水平移動させると、これらの踏面１’が同時に一次元的に走査される。すなわち、図５に示すように、両センサ１７ａ，１７ｂの検出する各車輪１ａ，１ｂ踏面１’までの距離変位量Δｙの連続的な変化により、各車輪１ａ，１ｂごとの踏面１’のプロフィール（断面形状）が求められる。また、このプロフィールに対応した両センサ１７ａ，１７ｂの測定開始位置からの水平移動量Δｘが、各サーボモータ１８の位置制御により連続的に検出される。
【００１９】
なお、上部踏面センサ１７ａ，１７ｂは、狭軌道とを標準軌道いずれを使用する輪軸１の測定にも対応できるように、一方のセンサ１７ｂの水平送りねじ機構１９を、他方のセンサ１７ａの送りねじ機構１９よりも長く形成してある。
【００２０】
上部踏面センサ１７ａ，１７ｂで検出された輪軸両車輪１ａ，１ｂの踏面１’のプロフィールおよび水平移動量Δｘのデータは、これに対応する前記下部踏面センサ１３₁，１３₂が検出する両車輪１ａ，１ｂの距離変位量Δｔのデータとともに、演算器（図示せず）に出力される。演算器では、これらの入力データに基づいて、輪軸の主要寸法を求める演算処理が行なわれる。
【００２１】
すなわち、輪軸の主要寸法とは、図９に示す▲１▼内面距離、▲２▼所定距離、▲３▼フランジ外面距離、▲４▼フランジ高さ、▲５▼車輪直径の５項目であり、▲１▼内面距離は、両車輪１ａ，１ｂの踏面１’プロフィールからフランジ１’’内面を検出したときの位置（Δｘ）を求める。▲２▼所定距離は、所定距離＝内面距離／２＋６５ｍｍの式により、両車輪１ａ，１ｂの直径測定位置Ｐを▲１▼で求めた内面距離から求める。▲３▼フランジ外面距離は、▲２▼で求めた直径測定位置Ｐの高さ（Δｙ）より１０ｍｍ高い位置の輪軸中心線Ｙからの距離を求める。▲４▼フランジ高さは、踏面プロフィールの頂点位置の高さ（Δｙ）と、直径測定位置Ｐの高さ（Δｙ）との差を求める。▲５▼車輪直径Φは、上部踏面センサの検出する直径測定位置Ｐの高さ（Δｙ）と、下部踏面センサの検出する直径測定位置Ｐの高さ（Δｔ）とを、既定値であるＬ（上部踏面センサとレール天場間の距離：図５参照）から差し引いて求める。このようにして求められた主要寸法の各測定値は、ディスプレイ表示されるとともに、プリンタで印刷される。
【００２２】
なお、図示例では、これらの測定値は、輪軸１を位置決め機構により１２０度ずつ回転させて３回測定した結果の平均値で表示し、より高精度の測定値が得られるようにしている。
【００２３】
また、図示例の装置には、測定する輪軸１の両車輪がブレーキディスク付である場合に、両ブレーキディスク２０ａ，２０ｂの厚みを測定する対のディスクセンサ２１ａ，２１ｂが設けてある。これらのディスクセンサ２１ａ，２１ｂは、上枠部３ｂの前面部に並べて配置してあり、いずれも別個のサーボモータ２２₁，２２₂で制御される縦横２系統のボールねじ送り機構２３₁，２３₂により、矢印で示すように、位置決めされた輪軸１に対して上下に昇降し、かつ輪軸１の軸Ｘ上方を左右へ水平移動するようになっている。また各ディスクセンサ２１ａ，２１ｂは、対応するブレーキディスク２０ａ，２０ｂの上部を覆うハット形に形成されたヘッド２４の両垂直部下端に、図８で説明した上部踏面センサと同様の２個のレーザ変位センサ２１₁，２１₂を対峙させて取り付けた構造になっている。
【００２４】
すなわち、これらのディスクセンサ２１ａ，２１ｂは、それぞれ対応するブレーキディスク２０ａ，２０ｂの直上へ水平移動させた後、垂直に下降させる。そして、図５に示すように、各ブレーキディスクにあらかじめ設定登録してある一定の測定範囲Ｓを、２個の対峙するレーザ変位センサ２１₁，２１₂で両側から一次元的に走査し、これらの検出する距離変位量Δｗ１，Δｗ２の連続的な変化から、該測定範囲Ｓの連続的な厚みＷを演算器に貯蔵してある式［Ｗ＝既定値Ｄ−（Δｗ１＋Δｗ２）：Ｄは図５に示すセンサ２１₁，２１₂間の距離］により求めるのである。
【００２５】
図示例では、このようにして求められたディスク厚Ｗの測定値を基にして、ディスクの取り替え基準と、ディスクの削正基準が演算されるようになっている。ディスクの取り替え基準は、測定範囲Ｓにおけるディスク厚Ｗの測定値の内から最小値を選択して、これを取り替え基準値とするものである。また、ディスクの削正基準は、図１０示すように、ディスクの測定範囲Ｓ内において、片面ごとに、距離変位量の最大値から最小値を差し引き（Δｗ１_max−Δｗ１_min），（Δｗ２_max−Δｗ２_min）、これを削正基準値とするものである。
【００２６】
なお、ディスクの取り替え基準値および削正基準値は、いずれも輪軸１を位置決め機構により１２０度ずつ回転させて３回測定した結果の平均値とし、より高精度の測定値が得られるようにしている。
【００２７】
上記の如く構成された装置により、輪軸１の主要寸法を測定するには、測定しようとする輪軸１を装置の架台３内に搬入する。そして、輪軸１が測定位置に有るのを光電スイッチ２５，２５が検出すると、位置決め機構により輪軸１の位置決めが行なわれる。このとき、搬入される輪軸１が、図示例のように狭軌道２₁，２₂を使用するものである場合は、これに対応する位置決め機構４₁，４₂が対で作動して、輪軸１を測定位置に位置決めする。位置決めされた輪軸１は、その両車輪１ａ，１ｂがツインローラ５ａ，５ｂにより支持され、軌道上方に水平保持された状態となる。
【００２８】
次に、上部踏面センサ１７ａ，１７ｂが、それぞれの測定開始位置（両車輪１ａ，１ｂ間で、輪軸の中心線Ｙを挟む左右対称位置）へ水平移動する。このときの移動は、測定に影響しないので、サーボモータ１８の制御により比較的高速（０．５ｍｍピッチ以上）で行なわれる。各センサ１７ａ，１７ｂが測定開始位置まで移動すると、移動速度が低速（０，１ｍｍピッチ程度）に制御される。そして、これらのセンサ１７ａ，１７ｂが、対応する各車輪１ａ，１ｂの上方を低速で水平走行しながら、測定開始位置からの水平方向の移動量Δｘと、踏面１’までの垂直方向の距離変位量Δｙを連続的に検出することにより、各車輪１ａ，１ｂ踏面１’のプロフィールが求められる。このプロフィールは、踏面１’のフランジ１’’エッジ部からフランジ頂部を経て直径測定位置Ｐに到るまで測定される。
【００２９】
上記踏面プロフィールの測定途中において、下部踏面センサ１３₁，１３₂が、それぞれ対応する車輪１ａ，１ｂの直径測定位置Ｐの直下に案内される。そして、そのスピンドル１３ａの先端が空気圧で伸長し、踏面１’に接触すると、踏面１’とレール天場間の距離変位量Δｔが検出される。
【００３０】
上部踏面センサ１７ａ，１７ｂの検出する変位量Δｘ，Δｙのデータ（踏面プロフィール）および下部踏面センサ１３₁，１３₂の検出する変位量Δｔのデータは、演算器に出力して記憶させてある。演算器では、これらの入力データを基にして、主要寸法である▲１▼内面距離、▲２▼所定距離、▲３▼フランジ外面距離、▲４▼フランジ高さ、▲５▼車輪直径の各寸法値を演算する。
【００３１】
輪軸１にブレーキディスクが付いている場合は、次に、ディスク測定センサ２１ａ，２１ｂが、それぞれ対応するブレーキディスク２０ａ，２０ｂの直上位置に水平移動し、さらに各ディスク２０ａ，２０ｂに向けて垂直下降を開始する。そして、各ディスクに設定された測定範囲Ｓを、対のレーザ変位センサ２１₁，２１₂が両側から一次元的に走査する。これにより、上記測定範囲Ｓ両面の距離変位量Δｗ１．Δｗ２が連続的に検出され、その検出値が演算器に出力されて、測定範囲Ｓの厚さＷが演算される。同時に、ディスクの取り替え基準値と削正基準値が演算される。なお、ディスク測定センサ２１ａ，２１ｂは、水平移動を高速（０，５ｍｍピッチ以上）で行い、下降移動は測定範囲Ｓに到達するまでを高速で、測定範囲Ｓの上限位置から下限位置までを低速（０，１ｍｍピッチ）で行なうようにしてある。
【００３２】
このようにして１回目の主要寸法およびブレーキディスク厚さの測定が完了すると、位置決め機構４₁，４₂のツインローラ５ａ，５ｂを駆動して輪軸１を１２０度回転させ、異なる断面における２回目の同様の測定を行なう。そして、２回目の測定が完了したなら、さらに輪軸１を１２０度回転させて、異なる断面における３回目の同様の測定を行なう。このようにして測定された各主要寸法およびブレーキディスク厚さの３回の測定値は、いずれも演算器において平均値化されてディスプレイ表示されるとともに、プリントアウトされる。
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の測定装置によれば、従来ノギス等を用いて手作業で行なわれていた輪軸の各主要寸法の測定およびブレーキディスク厚さの寸法測定を自動的に行なうことができる。したがって、この種の寸法測定に要する時間と労力を大幅に削減し得るとともに、常に測定誤差のない高精度の測定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測定装置の一例を示す正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ側面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ側面図である。
【図５】本発明装置における各種センサの動作および検出する変位量を説明する模式図である。
【図６】下部踏面センサを説明する要部拡大正面図である。
【図７】下部踏面センサを説明する要部拡大平面図である。
【図８】レーザ変位センサの原理を説明する模式図である。
【図９】輪軸の主要寸法を説明する図である。
【図１０】ブレーキディスクの削正基準値を説明する図である。
【図１１】車輪踏面の標準的な規定形状を説明する図である。
【符号の説明】
１輪軸
１ａ，１ｂ車輪
２₁，２₂，２₃ レール
４₁，４₂，４₃ 位置決め機構
１３₁，１３₂，１３₃ 下部踏面センサ
１３ａスピンドル
１４案内台
１７ａ，１７ｂ上部踏面センサ
２０ａ，２０ｂブレーキディスク
２１ａ，２１ｂディスク測定センサ
２１₁，２１₂ ディスク測定センサを構成する対のレーザ変位センサ

Claims

鉄道用輪軸を定位置にて水平保持する位置決め機構と、位置決めされた輪軸の上方で、輪軸の中心線を挟む左右対象位置に対で配置され、輪軸の軸方向に水平移動しながら対応する車輪の踏面を一次元的に走査し、その変位量の連続的変化から前記踏面のプロフィールを検出するとともに上記軸方向の移動量を検出する上部踏面センサと、位置決めされた輪軸の下方で、輪軸の中心線を挟む左右対称位置に対で配置され、対応する車輪の直径測定位置を検出するとともに、該直径測定位置での変位量を検出する下部踏面センサとを備えてなり、上記上部踏面センサおよび上記下部踏面センサの検出データにより輪軸の主要寸法である両車輪の内面間距離、直径測定位置、フランジ外面距離、フランジ高さ、直径が自動的に測定できるようにしたことを特徴とする鉄道用輪軸の主要寸法測定装置。
前記上部踏面センサは、レーザのスポット光で車輪の踏面を一次元的に走査する非接触式変位センサであり、前記下部踏面センサは、検出部が車輪の直径測定位置に接触する接触式変位センサである請求項１に記載の鉄道用輪軸の主要寸法測定装置。
位置決めされた輪軸がブレーキディスク付である場合に、該輪軸の上方で、輪軸の中心線を挟む左右対称位置に対で配置されたディスク測定センサが、対応するブレーキディスクに向かって下降しながら該ディスクの両側面部を一定範囲で一次元的に走査し、その変位量の連続的変化を検出することにより、両ブレーキディスクの厚さが自動的に測定できるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道用輪軸の主要寸法測定装置。
前記ディスク測定センサは、レーザのスポット光でブレーキディスクの両側面を一次元的に走査する非接触式変位センサである請求項３に記載の鉄道用輪軸の主要寸法測定装置。
前記位置決め機構は、輪軸を両車輪の踏面部で支持するものであり、両車輪の踏面と接する支持部が、いずれも輪軸の軸直交方向に並ぶ対の駆動式回転ローラで形成され、支持した輪軸を所要の角度に回転させる機能を備えていることを特徴とする請求項１または２、３、４に記載の鉄道用輪軸の主要寸法測定装置。