JPH1019523A

JPH1019523A - 踏面制輪子の計測装置

Info

Publication number: JPH1019523A
Application number: JP17113596A
Authority: JP
Inventors: Sakae Kusakabe; 栄日下部; Shingo Sekiguchi; 眞吾関口
Original assignee: Toshiba FA Systems Engineering Corp
Current assignee: Toshiba FA Systems Engineering Corp
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】走行中の車両の踏面制輪子に対し、非接触で
高精度な摩耗の計測が可能な踏面制輪子の計測装置を提
供する。【解決手段】センサ５ａ、５ｂにより走行している車
両の車輪１０３を検知し、その検知情報に基づきフラッ
シュランプ６ａにより車輪の制輪子１０１を照射してＣ
ＣＤカメラ７ａにより制輪子１０１を撮影する。このＣ
ＣＤカメラ７ａの撮影画像を画像処理部９で画像処理
し、制輪子の厚さ（制輪子の摩耗状況）を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、踏面制輪子の計測
装置に関し、特に電車等の車両がレール上を通過する間
に非接触にて車輪踏面の制輪子を高精度で計測する踏面
制輪子の計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来の電車等の車両の制動装置
の一部をなす制輪子１０１の側面図であり、図９は制輪
子１０１を備えた電車の台車の側面図である。図８およ
び図９に示すように、制輪子１０１は、車輪１０３の踏
面部に接触される鋳鉄や合成金属等からなる制輪子摩耗
部１０１ａと、該摩耗部１０１ａの外周側の制輪子残部
１０１ｂとにより構成されている。制輪子１０１の外側
は押圧部１０２により覆われ、該押圧部１０２を車輪１
０３の中心方向に押すことにより、車輪の踏面に制輪子
摩耗部１０１ａが押圧接触されブレーキがかけられる。

【０００３】このブレーキ動作が累積されると制輪子摩
耗部１０１ａが徐々に摩耗され、崩れていく。この崩れ
量が規定値以上になると、安全を確保するために制輪子
１０１を交換しなければならない。従来、制輪子１０１
の崩れ量を確認する手段としては、例えば制輪子摩耗部
１０１ａを定期検査時に目視によって検査したり、或い
は、車輪真横のレール近傍に撮影機材及び照明機材を配
置し、自動的に制輪子の厚さを計測するようにしてい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車両に
使用する台車の種類によっては、例えば図９に示すよう
に、車輪１０３の横側（外側）に側ばり１０４ａや軸箱
支持腕１０４ｂ（台車支持金具１０４と総称する）等が
組込まれており、該台車支持金具１０４が撮影視野に入
ってしまうので、車輪１０３の真横からの撮影による制
輪子１０１の摩耗計測は不可能である。

【０００５】又、走行中の車両を撮影した画像には、車
両の走行に伴って発生する制輪子１０１の横ブレ方向変
動，レール長手方向変動，上下方向変動が含まれてい
る。従って、これらの各種変動（ブレ）が含まれた撮影
画像そのままでは、高精度な制輪子の摩耗計測を行うこ
とは不可能である。そこで、本発明の目的は、走行中の
車両の踏面制輪子に対し、非接触で高精度な摩耗の計測
が可能な踏面制輪子の計測装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項１記載の発明は、走行中の車両の車輪を検知す
る車輪検知手段と、該車輪検知手段の車輪検知情報に基
づき前記車輪の制輪子部分を照明する照明手段と、該照
明手段で照明された前記制輪子部分を撮影する制輪子撮
影手段と、該制輪子撮影手段が撮影した画像に基づき前
記制輪子の厚さを求める画像処理手段とを備えたことを
特徴とする。請求項１記載の発明によれば、車輪検知手
段は走行中の車両の車輪を検知し、照明手段は車輪検知
手段の車輪検知情報に基づき車輪の制輪子部分を照明す
る。制輪子撮影手段は照明手段で照明された制輪子部分
を撮影し、画像処理手段は制輪子撮影手段が撮影した画
像に基づき制輪子の厚さを求める。

【０００７】また、請求項２記載の発明は、前記照明手
段は前記制輪子部分を瞬時に照明する瞬時照明手段から
なることを特徴とする。請求項２記載の発明によれば、
瞬時照明手段は制輪子部分を瞬時に照明する。この瞬時
照明により高速走行中の車両であっても、撮影が可能と
なる。

【０００８】また、請求３項記載の発明は、前記照明手
段は前記制輪子部分を連続照明する連続照明手段からな
り、前記制輪子撮影手段は高速開閉のシャッタ機能を有
する高速電子シャッタ撮影手段からなることを特徴とす
る。請求項３記載の発明によれば、連続照明手段は制輪
子部分を連続照明し、高速電子シャッタ撮影手段は高速
開閉して高速走行中の車両であっても、撮影が可能とな
る。

【０００９】また、請求項４記載の発明は、前記車輪検
知手段は、車両の進行方向に沿って配置された複数の検
知手段からなることを特徴とする。請求項４記載の発明
によれば、車輪検知手段は、例えば図６（Ａ）に示すよ
うに、車両の進行方向に沿って２組［（５ａ，５ｂ）の
組と（５ｃ，５ｄ）の組］配置されている。そして、図
６（Ｂ）に示すように、２組の検知手段（センサ）が同
時にオンしているときに画像を取り込む。このようにす
れば、より正確に制輪子の画像の取り込みが行える。

【００１０】また、請求項５記載の発明は、前記車両の
走行に伴って発生する、制輪子の横ブレ変動またはレー
ル長手方向変動または上下方向変動の少なくとも１つを
補正する制輪子変動補正手段を備えたことを特徴とす
る。請求項５記載の発明によれば、制輪子変動補正手段
は、例えば図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、取得画像
と予め用意した補正カーブとに基づいて、車両の走行に
伴って発生する制輪子の横ブレ変動の大きさを求める。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態例
に基づいて説明する。なお、既に説明した部分には同一
符号を付し、重複記載を省略する。

【００１２】（１）第１実施形態例図１（Ａ），（Ｂ）は本実施形態例の踏面制輪子の計測
装置の構成図である。

【００１３】図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、レール
４上を車両１が走行可能にされていて、該レール４の車
輪接触面を挟むようにセンサの投光部５ｂと受光部５ｂ
が配置されている。従来技術で説明した如く車輪１０３
の外側側面には台車支持金具１０４が配置され、車輪１
０３の踏面に対向して制輪子１０１が配置されている。
なお、図１において台車支持金具１０４は模式的に示さ
れており、該金具１０４の正確な形状は前記図９に示し
た形状である。

【００１４】レール４の外側側面下方には瞬時照明用の
ストロボ等からなるフラッシュランプ６ａが設置され、
該フラッシュランプ６ａの近傍には、画像受光面に画素
としてＣＣＤ撮像素子を平面状に配置してなるＣＣＤカ
メラ７ａが設置されている。フラッシュランプ６ａはフ
ラッシュ強度，フラッシュ時間等を制御するフラッシュ
ランプ制御部６に接続され、該フラッシュランプ制御部
６は次に説明する各種の画像処理を行う画像処理部９に
接続されている。

【００１５】ＣＣＤカメラ７ａは該カメラに電源を供給
するＣＣＤカメラ電源部７を介して前記画像処理部９に
接続されている。該ＣＣＤカメラ電源部７にはＣＣＤカ
メラ７ａで撮影した画像（取込画像）を表示するモニタ
８が接続されている。ＣＣＤカメラ電源部７を介しての
画像の取込み、およびフラッシュランプ制御部６への指
令は、画像処理部９にて実行される。

【００１６】ここに、車両１の車輪１０３が通過時に、
制輪子１０１が台車支持金具１０４に邪魔されないでＣ
ＣＤカメラ７ａの画像視野に入るように、該ＣＣＤカメ
ラ７ａおよびフラッシュランプ６ａが配置されている。
また、前記センサの投光部５ａと受光部５ｂとは、これ
らに電源を供給するセンサ電源部５を介して前記画像処
理部９に接続されている。

【００１７】次に動作を説明する。走行中の車両１の車
輪１０３がセンサ投光部５ａとセンサ受光部５ｂとの間
を横切るとセンサの検知機能が働き、この車輪１０３の
検知信号はセンサ電源部５を介して画像処理部９に伝え
られる。該車輪１０３の検知信号により制輪子１０１が
ＣＣＤカメラ７ａの画像視野に入るタイミングでフラッ
シュランプ制御部６に点灯指令が発せられ、フラッシュ
ランプ６ａが点灯される。

【００１８】フラッシュランプ６ａへの点灯指令と同時
にＣＣＤカメラ電源部７に画像取込み指令が出され、Ｃ
ＣＤカメラ７ａにて画像（制輪子の摩耗状況の画像、モ
ニタ８の画面参照）が取り込まれる。取り込まれた画像
は、画像処理部９にて画像処理されて制輪子１０１の厚
さ寸法が計算され、合否判定が行なわれる。

【００１９】（２）第２実施形態例図２は本実施形態例の踏面制輪子の計測装置の構成図で
ある。本実施形態例と第１実施形態例との相違点は、画
像処理部９内に次に説明する補正機能部９ａを追加した
点である。

【００２０】前記補正機能部９ａについて説明する。車
両１の走行中には、台車に取り付けてある車輪１０３及
び踏面制輪子１０１に、横ブレ変動（レールに直交する
方向の変動、ｘ方向），レールの長手方向の変動（ｙ方
向），上下方向の変動（ｚ方向）の３種類の方向変動が
発生する可能性が高い。これらの変動が生じている状態
でＣＣＤカメラ７ａで車輪１０３等を撮影した場合に
は、取り込まれた画像（取得画像）にブレが含まれてい
る。このブレを補正機能部９ａにおいて補正する。

【００２１】横ブレ変動に対する補正横ブレ変動（ｘ方向）は、車軸方向に設置されたＣＣＤ
カメラ７ａに対して遠近方向の変動となり、光学倍率が
変化する。図３（Ｂ）にＣＣＤカメラ７ａで撮影した取
得画像（紙面に垂直な横ブレ変動を含む画像）を示す。

【００２２】図３（Ｂ）に示すように、取得画像におい
て予め摩耗しない部分の長さを基準長さとして決めてお
く（例えば、押圧手段１０２の先端部の厚さを「基準厚
さｘ_og」とする）。そして、前記取得画像から押圧手段
１０２の横ブレを含んだ厚さｘ_gを計測し、基準厚さｘ
_ogに対する変動量△ｘ_gを算出する。なお、Ｔ_gは制輪
子１０１の取込画像における計測値である。

【００２３】△ｘ_g＝ｘ_g−ｘ_og 一方、図３（Ａ）に示すように、予め横ブレの大きさが
△ｘである場合に（Ｘ軸方向）、その大きさΔｘが、Ｃ
ＣＤカメラ７ａを構成するＣＣＤ撮像素子の画素数で何
個分に相当するかを（Ｙ軸方向）補正カーブＣ_xとして
求めておく（表でもよい）。そして、真値“０”（ブレ
が無い場合）に対して変動量が△ｘ_gであるときの変動
量△ｘ_tgを求める。この変動量△ｘ_tgを補正量として使
用し、横ブレを含んだ取得画像から「真の制輪子の厚さ
Ｔ」を求める。この求め方は、後の「真の制輪子の厚
さＴの算出」において、説明する。

【００２４】レール長手方向変動の補正レール長手方向変動（ｙ方向）は、主に車輪径の違いに
より発生し、取得画像の左右に変動するため、撮影距離
が変わり光学倍率が変化する。図４（Ｂ）にＣＣＤカメ
ラ７ａで撮影した取得画像（紙面の横方向に変動するレ
ール長手方向変動を含む画像）を示す。

【００２５】図４（Ｂ）に示すように、前述の横ブレ変
動の場合と同様の考え方で、予め決めておいた基準位置
ｙ_oに対して、今回の取得画像での位置ｙ_gを計測し、
「位置」の変化量△ｙ_gを算出する。

【００２６】△ｙ_g＝ｙ_g−ｙ_o 一方、図４（Ａ）に示すに、予めレール長手方向（△
ｙ）に対する補正カーブｃ_yを求めておき（表でもよ
い）、真値“０”に対する△ｙ_gの変動量△ｙ_tgを求め
る。この変動量△ｙ_tgを補正量として使用し、レール長
手方向変動を含んだ取得画像から「真の制輪子の厚さ
Ｔ」を求める。

【００２７】上下方向変動の補正車輪上下方向変動（△ｚ）は、主に車輪径の違いによる
変動および走行中車両の振動による変動により発生し、
取得画像が上下方向に変動するため、撮影距離が変わり
光学倍率が変化する。図５（Ｂ）にＣＣＤカメラ７ａで
撮影した取得画像（紙面の縦方向に変動する上下方向変
動を含む画像）を示す。

【００２８】図５（Ｂ）に示すように、予め決めておい
た基準位置ｚ_oに対して今回取得画像での位置ｚ_gを計
測し、変動量△ｚ_gを算出する。

【００２９】△ｚ_g＝ｚ_g−ｚ_o 図５（Ａ）に示すように、予め上下方向（△ｚ）に対す
る補正カーブＣ_zを求めておき（表でもよい）、真値
“０”に対する△ｚ_gの変動量△ｚ_tgを求める。

【００３０】この変動量△ｚ_tgを補正量として使用し、
レール長手方向変動を含んだ取得画像から「真の制輪子
の厚さＴ」を求める。

【００３１】真の制輪子の厚さＴの算出以上のようにして算出したｘ方向（横ブレ），ｙ方向
（レール長手方向），ｚ方向（上下方向）の各変動量
（Δｘ_tg，△ｙ_tg，△ｚ_tg）を補正値として、取得画像
で計測した制輪子の厚さの値（Ｔ_g、図３（Ｂ）参照）
に適用し、真値（Ｔ）を算出する。

【００３２】即ち、計測厚さＴ_gをｘ₀，ｙ₀，ｚ₀の
ｘｙｚ座標系で置換し、この各ｘ，ｙ，ｚ座標値に前記
のｘｙｚ方向の各変動量（Δｘ_tg，△ｙ_tg，△ｚ_tg）を
加減算することにより、真値Ｔのｘｙｚ座標値［Ｔ（ｘ
₁，ｙ₁，ｚ₁）］を算出する。ここに、座標値は取得
画像における１画素を単位とする。

【００３３】

【数１】Ｔ（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）＝Ｔ_g（ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀）−Δｘ_g（又は、Δｘ_tg）−△ｙ_g−△ｚ_g ＝Ｔ_g｛（ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀）−（Δｘ_g，０，０）−（０，△ｙ_g，０） −（０，０，△ｚ_g）｝＝Ｔ_g｛（ｘ₀−Δｘ_g），（ｙ₀−△ｙ_g），（ｚ₀−△ｚ_g）｝但し、画像を得るために光学系を介しているので、光学
倍率αを考慮する必要がある。従って、次式のようにな
る。

【００３４】

【数２】Ｔ_g｛（ｘ₀−Δｘ_g），（ｙ₀−△ｙ_g），
（ｚ₀−△ｚ_g）｝／α＝Ｔ（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）（３）第３実施形態例図６（Ａ）は本実施形態例の概略構成図であり、図６
（Ｂ）は本実施形態例のタイムチャートである。本実施
形態例と第１，第２実施形態例との相違点は、第１，第
２実施形態例が車輪検知センサ５ａ，５ｂを１組配置し
たのに対して（図１，図２参照）、本実施形態例は、図
６（Ａ）に示すように、２組の車輪検知センサ（５ａ，
５ｂ）と（５ｃ，５ｄ）を車輪１０３の前後に配置した
点である。

【００３５】このように構成すれば、図６（Ｂ）に示す
ように、車輪を先に検知するセンサ５ｃ，５ｄと次に検
知するセンサ５ａ，５ｂとの両者がオンになっていると
きにＣＣＤカメラ７により画像の取り込みを行えば、車
両の中央部に存在する制輪子の厚さを正確に撮影するこ
とができる。

【００３６】（４）第４実施形態例図７は本実施形態例の要部構成図である。本実施形態例
と第１，第２実施形態例との相違点は、第１，第２実施
形態例が通常のＣＣＤカメラ７ａと、例えばストロボ等
のフラッシュランプ６ａを使用していたのに対し、本実
施形態例が高速電子シャッターを備えたＣＣＤカメラ７
ａと、連続点灯が可能な照明６ｃ，照明電源６ｂを使用
した点である。このように構成することにより、撮像タ
イミングが高速になるため、高速走行中の車両の制輪子
の計測が可能になる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように各請求項記載の発明
によれば、車輪検知手段により走行車両の車輪を検知
し、この車輪検知情報により瞬時照明や連続照明で車輪
の制輪子部分を照明し、高速電子シャッタ等を備えた高
速撮影が可能な制輪子撮影手段で制輪子部分を撮影し、
その撮影画像を画像処理手段で画像処理し、また、制輪
子変動補正手段により車両走行に伴って発生する横ブレ
変動，レール長手方向変動，上下方向変動等を補正して
画像処理を行っているので、真の制輪子の厚さを求める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例の構成図である。

【図２】同第２実施形態例の構成図である。

【図３】同第２実施形態例における横ブレ変動の補正機
能を説明する図である。

【図４】同第２実施形態例におけるレール長手方向変動
の補正機能を説明する図である。

【図５】同第２実施形態例における上下変動の補正機能
を説明する図である。

【図６】同第３実施形態例の構成図である。

【図７】同第４実施形態例の構成図である。

【図８】制輪子の摩耗を説明する図である。

【図９】制輪子が備えられた車両の台車の側面図であ
る。

【符号の説明】１車両４レール５センサ電源５ａ，５ｃセンサの投光部５ｂ，５ｄセンサの受光部６フラッシュランプ制御部６ａフラッシュランプ部６ｂ照明電源部６ｄ照明部７ＣＣＤカメラ電源部７ａＣＣＤカメラ７ｂ高速電子シャッタ付ＣＣＤカメラ８モニタ９画像処理部９ａ補正機能部１０１制輪子１０３車輪１０４台車支持金具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行中の車両の車輪を検知する車輪検知
手段と、該車輪検知手段の車輪検知情報に基づき前記車輪の制輪
子部分を照明する照明手段と、該照明手段で照明された前記制輪子部分を撮影する制輪
子撮影手段と、該制輪子撮影手段が撮影した画像に基づき前記制輪子の
厚さを求める画像処理手段とを備えたことを特徴とする
踏面制輪子の計測装置。
【請求項２】前記照明手段は前記制輪子部分を瞬時に
照明する瞬時照明手段からなることを特徴とする請求項
１記載の踏面制輪子の計測装置。
【請求項３】前記照明手段は前記制輪子部分を連続照
明する連続照明手段からなり、前記制輪子撮影手段は高
速開閉のシャッタ機能を有する高速電子シャッタ撮影手
段からなることを特徴とする請求項１記載の踏面制輪子
の計測装置。
【請求項４】前記車輪検知手段は、車両の進行方向に
沿って配置された複数の検知手段からなることを特徴と
する請求項１記載の踏面制輪子の計測装置。
【請求項５】前記車両の走行に伴って発生する、制輪
子の横ブレ変動またはレール長手方向変動または上下方
向変動の少なくとも１つを補正する制輪子変動補正手段
を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
れかに記載の踏面制輪子の計測装置。