プログラム、情報記憶媒体及びフランジ角度推定装置
【課題】鉄道用車輪の摩耗によるフランジ角度の変化を、走行距離との関係で定量的に推定可能とすること。
【解決手段】鉄道用車輪の設計時のフランジ角度を設定し、（１）設定されたフランジ角度をＤとし、走行距離をＸ、フランジ角度をＹとした場合の式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」から求まるＸとＹとの関係、（２）推定対象としている鉄道用車輪の計測履歴データにおけるフランジ角度の計測値と当該計測時の走行距離との関係、が所定の近似条件を満たす場合の定数Ａ，Ｂ，Ｃを算出する。
【解決手段】鉄道用車輪の設計時のフランジ角度を設定し、（１）設定されたフランジ角度をＤとし、走行距離をＸ、フランジ角度をＹとした場合の式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」から求まるＸとＹとの関係、（２）推定対象としている鉄道用車輪の計測履歴データにおけるフランジ角度の計測値と当該計測時の走行距離との関係、が所定の近似条件を満たす場合の定数Ａ，Ｂ，Ｃを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランジ角度推定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用の車輪は、走行距離の増加に伴ってその踏面が摩耗し形状が変化する。車輪踏面の摩耗は鉄道車両の安全走行に大きく影響するため、所定周期で摩耗した車輪の踏面形状を整える転削が実施されている。また、車輪直径は走行距離の増加に伴う摩耗や転削によって減少するが、この車輪直径が予め規定された使用限度直径を下回ることがないよう、適切な時期に車輪を交換する必要がある。
【０００３】
現在、車輪の転削時期やその削正量、交換時期（即ち、寿命）の判断は人間によって為されている。即ち、主に走行距離に応じた所定周期で鉄道車両の検査（車両検査）が実施されているが、この車両検査時に、現場の検査担当者が、現時点での車輪の踏面形状から次回の車両検査時での踏面形状を予測し、この予測を基に、今回検査時に転削を行うか否かや、転削を行う場合の削正量、車輪を交換するか否かといったことを判断していた。つまり、車輪の摩耗や転削時期、交換時期等を定量的に推定する方法は無かった。このため、本願に近似する先行技術文献は発見されなかった。
【０００４】
また、車両検査時には、車輪直径やフランジ厚さ、フランジ高さ、フランジ角度といった各種の検査項目値を計測する車輪の寸法検査が実施される。これらの検査項目値の内、車輪直径、フランジ厚さ及びフランジ高さは、計測値に基づく一次補間又は二次補間によって次回の車両検査時の値をある程度予測することができるが、フランジ角度については、走行距離との関係を定式化することができず、定量的な推定が不可能であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、鉄道用車輪の摩耗によるフランジ角度の変化を、走行距離との関係で定量的に推定可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための第１の発明は、
コンピュータに、走行によって摩耗する鉄道用車輪のフランジ角度の変化と走行距離との関係式を求めさせるためのプログラム（例えば、図２０のフランジ角度推定プログラム７１０）であって、
前記鉄道用車輪の設計時のフランジ角度を設定する設計角度設定手段（例えば、図２０の設計値データ７２４）、
（１）前記設計角度設定手段により設定されたフランジ角度をＤとし、走行距離をＸ、フランジ角度をＹとした場合の式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」から求まるＸとＹとの関係、（２）推定対象としている鉄道用車輪の計測履歴データにおけるフランジ角度の計測値と当該計測時の走行距離との関係、が所定の近似条件を満たす場合の定数Ａ，Ｂ，Ｃを算出する定数算出手段（例えば、図２０の処理部６００；図２３のステップＴ１〜Ｔ５）、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラムである。
【０００７】
また、第３の発明は、
走行によって摩耗する鉄道用車輪のフランジ角度の変化と走行距離との関係式を求めるためのフランジ角度推定装置（例えば、図２０のフランジ角度推定装置３０）であって、
前記鉄道用車輪の設計時のフランジ角度を設定する設計角度設定手段と、
（１）前記設計角度設定手段により設定されたフランジ角度をＤとし、走行距離をＸ、フランジ角度をＹとした場合の式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」から求まるＸとＹとの関係、（２）推定対象としている鉄道用車輪の計測履歴データにおけるフランジ角度の計測値と当該計測時の走行距離との関係、が所定の近似条件を満たす場合の定数Ａ，Ｂ，Ｃを算出する定数算出手段と、
を備えるフランジ角度推定装置である。
【０００８】
この第１又は第３の発明によれば、設計時のフランジ角度を定数Ｄとし、走行距離をＸ、フランジ角度をＹとした式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」における定数Ａ，Ｂ，Ｃとして、（１）この式から求まるＸとＹとの関係、（２）フランジ角度の計測値と走行距離との関係、が所定の近似条件を満たす場合の定数Ａ，Ｂ，Ｃが算出される。即ち、フランジ角度の計測値から、鉄道用車輪のフランジ角度と走行距離との関係を定式化することが可能となる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な情報記憶媒体（例えば、図５の記憶部３００、図２０の記憶部７００）である。
【００１０】
ここで「情報記憶媒体」とは、記憶されている情報をコンピュータが読み取り可能な、例えばハードディスクやＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリカード、ＩＣメモリ等の記憶媒体である。従って、この第２の発明によれば、該情報記憶媒体に記憶されている情報をコンピュータに読み取らせて演算処理を実行させることで第１の発明と同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フランジ角度の計測値から、鉄道用車輪のフランジ角度と走行距離との関係を定式化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態における全体構成図。
【図２】データ変換の説明図。
【図３】データ変換の説明図。
【図４】踏面形状データに基づく踏面形状データの推定の説明図。
【図５】車輪摩耗推定装置の構成図。
【図６】転削時期推定の説明図。
【図７】各検査項目値の算出例。
【図８】推定検査項目値データのデータ構成例。
【図９】車輪の検査規定データのデータ構成例。
【図１０】寿命推定の説明図。
【図１１】設計車輪データのデータ構成例。
【図１２】鉛直摩耗量の一例。
【図１３】寿命推定データのデータ構成例。
【図１４】車輪摩耗推定処理の流れ図。
【図１５】車輪摩耗推定処理中で実行される転削時期推定処理の流れ図。
【図１６】車輪摩耗推定処理中で実行される車輪寿命推定処理の流れ図。
【図１７】フランジ角度の計測値と走行距離との関係例。
【図１８】走行距離Ｘとフランジ角度Ｙとの関係式の一例。
【図１９】関係式とフランジ角度の計測値との比較例。
【図２０】第２実施形態におけるフランジ角度推定装置の構成図。
【図２１】設計値データのデータ構成例。
【図２２】関係式データのデータ構成例。
【図２３】フランジ角度推定処理の流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１４】
〔第１実施形態〕
先ず、第１実施形態を説明する。第１実施形態は、計測された鉄道用車輪の踏面形状データから、走行による車輪の摩耗を推定する車輪摩耗推定装置についての実施形態である。
【００１５】
［全体構成］
図１は、本実施形態の全体構成図である。同図に示すように、本実施形態は、形状計測装置１０及び車輪摩耗推定装置２０を備えており、両装置間は所定のケーブルＫによって接続されている。ここで、ケーブルＫとはデータ授受が可能な通信路のことであり、例えばパラレル接続用のケーブルやＵＳＢ（Universal Serial Bus）接続用のケーブル等である。
【００１６】
形状計測装置１０は、対象物体である鉄道車両用の車輪Ｗの踏面形状（厚さ方向の断面形状）を計測する。計測されたデータは、二次元のアナログデータとして出力される。
【００１７】
車輪摩耗推定装置２０は、ＰＣ（Personal Computer）等で構成され、形状計測装置１
０によって計測された車輪Ｗの踏面形状計測データに基づいて、当該車輪Ｗの摩耗を推定（算出）する。具体的には、計測時の走行距離が異なる複数の踏面形状計測データを基に任意の走行距離での車輪Ｗの踏面形状データを算出し、この算出した踏面形状データを用いて車輪Ｗを転削すべき時期（転削時期）や寿命（交換時期）を算出（推定）する。
【００１８】
即ち、先ず、図２に示すように、アナログデータである、計測時の走行距離が異なる複数の踏面形状計測データ３３２それぞれを、デジタルデータ（離散データ）である踏面形状データ３３４に変換する。同図では、計測時の走行距離がＡ１，Ａ２・・・である踏面形状計測データ３３２Ａ，３３２Ｂ・・・それぞれが、踏面形状データ３３４Ａ，３３４Ｂ・・・に変換されている。
【００１９】
データ変換の詳細について説明する。図３（ａ）は、形状計測装置１０によって計測された踏面形状データの一例である。但し、Ｘ方向を車輪の厚さ方向とし、Ｙ方向を高さ方向としている。車輪摩耗推定装置２０は、この踏面形状計測データを、同図（ｂ）に示すように、Ｘ＝４．１〜１２０．０［ｍｍ］の範囲のデータ部分に対して、Ｘ方向のデータ間隔が所定の等間隔のデジタルデータに変換する。同図（ｂ）では、同図（ａ）に示した踏面形状計測データの一部分について、Ｘ方向のデータ間隔を０．１［ｍｍ］の等間隔のデータに変換した場合を示している。
【００２０】
尚ここでは、形状計測装置１０による計測データはアナログデータであるとしたが、デジタルデータで与えられる場合も同様である。即ち、該デジタルデータに対する所定の補間処理を行って、Ｘ方向のデータ間隔が０．１［ｍｍ］の等間隔のデジタルデータに変換すれば良い。
【００２１】
そして、車輪摩耗推定装置２０は、変換後のデジタルデータである踏面形状データを用いて、任意の走行距離での踏面形状データを推定（算出）する。図４は、踏面形状データの推定について説明する図である。車輪摩耗推定装置２０は、走行距離が異なる複数の踏面形状データに対して、走行距離に基づく推定演算として回帰演算を行うことで、任意の走行距離（推定希望走行距離）での踏面形状データを推定する。
【００２２】
即ち、Ｘ値２２ａ毎に、各走行距離２２ｂでのＹ値に対する回帰演算を行って推定希望走行距離２２ｃでのＹ値を算出する。同図では、走行距離２２ａが「０」、「１．４３万キロ」・・・それぞれでの踏面形状データ３３４に対して回帰演算を行い、推定希望走行距離２２ｃが「１８万キロ」での踏面形状データを推定した場合を示している。ここで、走行距離が「０」の踏面形状データとは、出場時の車輪の踏面形状データである。「出場時」とは、当該車輪への交換直後、又は、転削直後の未走行時を意味する。
【００２３】
ここで、踏面形状の推定に用いる複数の踏面形状データは次の条件を満たすことが望ましい。即ち、計測時の走行距離が５万キロ未満の踏面形状データについては、計測された走行距離間隔が１万キロ以下であり、走行距離が５万キロ以上の踏面形状データについては、計測された走行距離間隔が５万キロ以下である。
【００２４】
これは、フランジ角度と走行距離との関係に基づくものである。即ち、フランジ角度と走行距離との間には、走行距離が５万キロ未満の場合には、走行距離の変化に対してフランジ角度が大きく変化し、走行距離が５万キロ以上の場合には、走行距離に対してフランジ角度が殆ど変化しないといった特性がある。このため、上記条件を満たす踏面形状データを用いて踏面形状の推定を行うことで、推定した踏面形状データから、車輪直径やフランジ厚さ、フランジ高さ、フランジ角度といった検査項目値を精度よく推定することが可能となる。
【００２５】
［車輪摩耗推定装置］
図５は、車輪摩耗推定装置２０のブロック構成図である。同図によれば、車輪摩耗推定装置２０は、通信部１２０と、入力部１４０と、処理部２００と、記憶部３００と、出力部１６０とを備えて構成される。
【００２６】
通信部１２０は、ケーブルＫを介して形状計測装置１０等の外部装置とデータ通信を行う。特に、本実施形態では、形状計測装置１０から、計測された車輪Ｗの形状データを取り込む。取り込んだ形状データは、該データの計測時の走行距離と対応付けられて踏面形状計測データ３３２として記憶部３００に記憶される。この通信部１２０は、外部接続用のインターフェースボード等によって実現される。
【００２７】
入力部１４０は、車輪摩耗推定装置２０に対するユーザ（使用者）の操作入力を受け付け、操作データを処理部２００に出力する。この入力部１４０は、例えばキーボードやマウス、ボタンスイッチ、タッチパネル、各種センサ、マイク等によって実現される。
【００２８】
処理部２００は、車輪摩耗推定装置２０の全体制御を行う。この処理部２００は、ＣＰＵ等の演算装置やＩＣメモリ等の記憶装置等によって実現される。また、処理部２００は、データ変換部２１０と、転削時期推定部２２０と、車輪寿命推定部２３０とを含み、記憶部３００から読み出したプログラムやデータに従って、車輪の摩耗を推定する車輪摩耗推定処理を実行する。
【００２９】
データ変換部２１０は、踏面形状計測データ３３２を、Ｘ方向のデータ間隔が所定間隔（例えば、０．１［ｍｍ］）のデジタルデータに変換する。変換後のデータは、踏面形状データ３３４として記憶部３００に記憶される。具体的には、図４を参照して説明したように、踏面形状計測データ３３２の内、例えばＸ値が、ｘ＝４．０〜１２０．０［ｍｍ］、の範囲のデータ部分をＸ方向のデータ間隔が０．１［ｍｍ］のデジタルデータに変換し、当該走行距離での踏面形状データ３３４とする。
【００３０】
転削時期推定部２２０は、踏面形状推定部２２２と検査項目値推定部２２４とを含み、踏面形状データ３３４に基づいて当該車輪を転削すべき時期（転削時期）を推定（算出）する。
【００３１】
図６は、転削時期推定部２２０による転削時期の推定を説明するための図である。車輪の踏面形状の計測は、例えば交番検査などの所定の車両検査時に行われる。そこで、本実施形態において、転削時期推定部２２０は、各車両検査の時点での踏面形状データを算出（推定）し、算出した踏面形状データが、予め定められている検査規定を満たす車輪の形状条件（規定車輪形状条件）を満たすか否かを判断することで、当該車輪の転削時期を推定する。即ち、各車両検査時について、算出した踏面形状データを基に条件の充足／不充足を判断し、最初に「不充足」と判断した車両検査時の直前の車両検査時を「転削時期」とする。
【００３２】
同図では、出場時から数えて初回及び２回目の車両検査時において、踏面形状が計測され、その次の３回目以降の各車両検査時について、踏面形状データが推定されている。そして、３回目からｎ回目の車両検査時においては、何れも「充足」と判断され、その次の（ｎ＋１）回目の車両検査時において「不充足」と判断されている。従って、ｎ回目の車両検査時が「転削時期」と推定されている。
【００３３】
踏面形状推定部２２２は、踏面形状データ３３４を基に、各車輪検査時での車輪の踏面形状データを算出する。各車両検査時の走行距離間隔を一定距離ｌとすると、ｉ回目の車両検査時間での走行距離Ｌiは「ｉ×ｌ」となる。従って、ｉ回目の車両検査時の踏面形状データとして、踏面形状データ３３４に基づき、走行距離Ｌiでの踏面形状データを算出する。算出された踏面形状データは、踏面形状推定データ（Ａ）３３６として記憶部３００に記憶される。
【００３４】
検査項目値推定部２２４は、踏面形状推定部２２２によって算出された踏面形状推定データ（Ａ）３３６に基づき、検査項目値として、車輪直径、フランジ厚さ、フランジ高さ及びフランジ角度を算出する。
【００３５】
図７は、各検査項目値の算出方法の説明図であり、Ｘ方向を車輪の厚さ方向とし、Ｙ方向を高さ方向とした踏面形状データを示している。また、車輪のバック面の位置をｘ＝０とし、ｘ＝６５［ｍｍ］のＹ方向の位置をｙ＝０とする。そして、車輪直径は、式（１）に示すように、出場時の車輪直径（設計値）から踏面摩耗量の２倍の値を減算した値とする。
車輪直径＝出場時の車輪直径−２×踏面摩耗量 ・・（１）
ここで、踏面摩耗量は、ｘ＝６５［ｍｍ］におけるｙ値と、図中一点鎖線で示す出場時の踏面形状データにおける、ｘ＝６５［ｍｍ］におけるｙ値との差分とする。尚、出場時の踏面形状データは、後述する設計車輪データ３２２に格納されている。
【００３６】
また、フランジ厚さは、ｙ＝−１０［ｍｍ］でのｘ値とする。フランジ高さは、ｘ＝６５［ｍｍ］でのｙ値と、フランジトップでのｙ値の差、即ちｙ値の最小値の絶対値とする。フランジ角度は、ｙ＝−１８〜−１２［ｍｍ］の範囲について、補間処理を行ってＹ方向のデータ間隔が０．１［ｍｍ］の等間隔データに変換し、変換後の各データ点の位置でのフランジ角度の平均値とする。尚、フランジ高さは、次式（２）に示す算出式に従って算出しても良い。
フランジ高さ＝出場時のフランジ高さ＋踏面摩耗量 ・・（２）
【００３７】
検査項目値推定部２２４によって算出された各検査項目値は、推定検査項目値データ３３８に格納される。図８に、推定検査項目値データ３３８のデータ構成の一例を示す。同図によれば、推定検査項目値データ３３８は、検査項目３３８ａ毎に、推定値３３８ｂと、判定結果３３８ｃとを対応付けて格納している。検査項目３３８ａとしては、車輪直径、フランジ厚さ、フランジ高さ及びフランジ角度が設定されている。
【００３８】
推定値３３８ｂは、検査項目値推定部２２４によって算出された値が格納される。判定結果３３８ｃは、対応する推定値３３８ｂが、車輪形状条件である規定値を満たすか否かの判定結果であり、満たすならば「○」が、満たさないならば「×」が格納される。
【００３９】
ここで、各検査項目値が規定値を満たすか否かの判定は踏面形状推定部２２２によって行われる。また、各検査項目値の規定値は、車輪の検査規定データ３２４に格納されている。図９に、車輪の検査規定データ３２４のデータ構成の一例を示す。同図によれば、車輪の検査規定データ３２４は、検査項目３２４ａ毎に、規定値３２４ｂを対応付けて格納している。検査項目３２４ａとしては、車輪直径、フランジ厚さ、フランジ高さ及びフランジ角度が設定されている。
【００４０】
転削時期推定部２２０は、最後に車輪の踏面形状の計測が行われた車両検査時の次の車両検査時から順に転削候補時期とする。そして、該転削候補時期について、踏面形状推定部２２２によって算出された踏面形状推定データ（Ａ）３３６を基に、検査項目値推定部２２４によって算出された検査項目値が規定値を満たすか否かを判断し、車輪形状条件の充足／不充足を判断する。即ち、検査項目値の全てが規定値を満たしているならば「充足」と判断し、検査項目値の内の１つでも満たしていないならば「不充足」と判断する。その結果、最初に「不充足」と判断した転削候補時期の直前の車両検査時を、転削時期とする。
【００４１】
車輪寿命推定部２３０は、転削時期推定部２２０によって算出された転削時期を基に、当該車輪の寿命（交換すべき時期。車輪交換時期）を算出する。
【００４２】
図１０は、車輪寿命推定部２３０による車輪の寿命の推定方法を説明するための図である。車輪寿命推定部２３０は、出場時から転削時期推定部２２０によって推定された転削時期までの走行距離を転削走行距離とし、出場時からこの転削走行距離間隔で転削を行ったと仮定した場合の当該車輪の寿命を推定（算出）する。
【００４３】
具体的には、先ず、初回転削時の踏面形状データを算出する。即ち、踏面形状データ３３４に基づいて、転削走行距離での踏面形状データを算出する。そして、この算出した踏面形状データから、初回転削時期での削正量を算出する。ここで、算出された初回転削時の踏面形状データは、踏面形状推定データ（Ｂ）３４２として記憶部３００に記憶される。
【００４４】
削正量は、次のように算出する。即ち、先ず、図７に示したように、踏面形状推定データ（Ｂ）３４２と、出場時の踏面形状データとから踏面摩耗量を算出する。ここで、出場時の踏面形状データは、設計時の踏面形状データであり、踏面形状設計データとして設計車輪データ３２２に格納されている。図１１に、設計車輪データ３２２のデータ構成の一例を示す。同図によれば、設計車輪データ３２２は、踏面形状設計データ３２２ａと、設計値テーブル３２２ｂとを含んでいる。
【００４５】
踏面形状設計データ３２２ａは、少なくとも、車輪の厚さ方向であるＸ方向の値（ｘ値）が、例えば、ｘ＝４．１〜１２０．０［ｍｍ］の範囲のデータであって、このＸ方向のデータ間隔が例えば０.１［ｍｍ］の等間隔であるデジタルデータの形態で格納されている。設計値テーブル３２２ｂは、検査項目３２２ｂ−１毎に、設計値３２２ｂ−２を対応付けて格納している。検査項目３２２ｂ−１としては、車輪直径、フランジ厚さ、フランジ高さ及びフランジ角度が設定されている。
【００４６】
また、車輪寿命推定部２３０は、図７に示したように、踏面形状推定データ（Ｂ）３４２と踏面形状設計データ３２２ａとから鉛直摩耗量の最大値（最大鉛直摩耗量）を算出する。即ち、データ点として設定されている例えば０．１［ｍｍ］間隔のｘ値毎に、踏面形状データ３３４のｙ値と踏面形状設計データ３２２ａのｙ値との差分を鉛直摩耗量として算出する。図１２は、算出された鉛直摩耗量の一例を示すグラフである。そして、この鉛直摩耗量の最大値を最大鉛直摩耗量とする。
【００４７】
次いで、次式（３）に示す算出式に従って、初回転削時の削正量を算出する。但し、ここで算出される削正量は車輪半径相当分である。
削正量＝最大鉛直摩耗量−踏面摩耗量 ・・（３）
【００４８】
続いて、車輪寿命推定部２３０は、初回転削時における転削前の車輪直径を、次式（４）に示す算出式に従って算出する。但し、出場時の車輪直径とは、新品車輪である未走行時、又は、転削直後の車輪直径とする。
転削前車輪直径＝出場時の車輪直径−２×踏面摩耗量 ・・（４）
【００４９】
そして、算出した転削前車輪直径が、予め定められた使用限度直径である規定値を満たすか否かにより、当該車輪の使用可／不可を判定する。ここで、車輪直径の規定値は、車輪の検査規定データ３２４に格納されている。即ち、車輪の検査規定データ３２４において、検査項目３２４ａ「車輪直径」に対応する規定値３２４ｂである。
【００５０】
転削前車輪直径が規定値を満たすならば、続いて、初回転削時における転削後の車輪直径（転削直後車輪直径）を、次式（５）に示す算出式に従って算出する。
転削直後車輪直径＝転削前車輪直径−２×削正量 ・・（５）
【００５１】
そして、車輪寿命推定部２３０は、上述した転削前車輪直径の場合と同様に、算出した転削直後車輪直径が予め定められた使用限度直径である規定値を満たすか否かにより、当該車輪の使用可／不可を判定する。
【００５２】
転削直後車輪直径が規定値を満たすならば、続いて、初回転削時から転削走行距離間隔で順に転削時期とする。そして、各転削時期について、式（４）に従って転削前車輪直径を算出して、算出した転削前車輪直径が規定値を満たすか否かを判定し、また、式（５）に従って転削直後車輪直径を算出して、算出した転削直後車輪直径が規定値を満たすか否かを判定することにより、当該転削時期において、車輪の使用可／不可を判定する。その結果、最初に「使用不可」と判定した転削時期の直前の転削時期を、当該車輪の寿命とする。
【００５３】
図１０では、出場時から数えてｍ回目までの転削時期において「使用可」と判定され、その次の（ｍ＋１）回目の転削時期において初めて「使用不可」と判定されている。従って、ｍ回目の転削時期が「寿命」と推定されている。また、転削走行距離をｋとすると、寿命までの累積走行距離は「ｋ×ｍ」となる。
【００５４】
ここで、車輪寿命推定部２３０により算出された各値は、寿命推定データ３４４に格納される。図１３に、寿命推定データ３４４のデータ構成の一例を示す。同図によれば、寿命推定データ３４４は、各転削時データ３４５と、寿命推定結果データ３４６とを含んでいる。
【００５５】
各転削時データ３４５は、転削時期３４５ａと、転削走行距離３４５ｂと、踏面摩耗量３４５ｃと、最大鉛直摩耗量３４５ｄと、削正量３４５ｅと、出場時の車輪直径３４５ｆと、転削前車輪直径３４５ｇと、転削直後車輪直径３４５ｈとを格納している。これらの内、転削時期３４５ａ、転削走行距離３４５ｂ、踏面摩耗量３４５ｃ、最大鉛直摩耗量３４５ｄ及び削正量３４５ｅは、初回転削時の推定の際に更新され、出場時の車輪直径３４５ｆ、転削前車輪直径３４５ｇ及び転削直後車輪直径３４５ｈは、各転削時の推定毎に更新される。
【００５６】
また、寿命推定結果データ３４６は、転削回数３４６ａ毎に、転削直後車輪直径３４６ｂと、判定結果３４６ｃと、累積走行距離３４６ｄとを対応付けて記憶している。
【００５７】
記憶部３００は、処理部２００に車輪摩耗推定装置２０を統合的に制御させるための各種プログラムやデータ等を記憶する。具体的には、プログラムとして車輪摩耗推定プログラム３１０を記憶し、データとして、踏面形状計測データ３３２と、踏面形状データ３３４と、踏面形状推定データ（Ａ）３３６と、推定検査項目値データ３３８と、踏面形状推定データ（Ｂ）３４２と、寿命推定データ３４４と、設計車輪データ３２２と、車輪の検査規定データ３２４とを記憶する。この記憶部３００は、例えばハードディスクやＲＯＭ、ＲＡＭ、ＭＯ等によって実現される。
【００５８】
出力部１６０は、処理部２００による処理結果を出力するものであり、ＣＲＴやＬＣＤ、ＥＬＤ等の表示装置、スピーカ等の音声出力装置、プリンタ等の印字装置等で実現される。
【００５９】
［処理の流れ］
図１４は、本実施形態における車輪摩耗推定処理の流れを説明するためのフローチャートである。この処理は、処理部２００が車輪摩耗推定プログラム３１０に従った処理を実行することで実現される。同図によれば、先ず、データ変換部２１０が、踏面形状計測データ３３２を、Ｘ方向のデータ間隔が所定間隔（例えば、０．１［ｍｍ］）のデジタルデータである踏面形状データ３３４に変換する（ステップＳ１）。次いで、転削時期推定部２２０が転削周期推定処理を行って転削時期を推定する（ステップＳ３）。
【００６０】
図１５は、転削時期推定処理の流れを説明するためのフローチャートである。同図によれば、転削時期推定部２２０は、先ず、最後に車輪踏面形状の計測が行われた車両検査時の次の車両検査時を転削候補時期とする（ステップＳ１１）。次いで、出場時から転削候補時期までの走行距離を推定走行距離とし（ステップＳ１３）、踏面形状推定部２２２が、踏面形状データ３３４に対する回帰演算を行って、この推定走行距離での踏面形状推定データ（Ａ）３３６を算出する（ステップＳ１５）。
【００６１】
続いて、検査項目値推定部２２４が、算出された踏面形状推定データ（Ａ）３３６に基づいて、車輪直径、フランジ厚さ、フランジ高さ及びフランジ角度といった各検査項目値を算出する（ステップＳ１７）。そして、転削時期推定部２２０は、車輪の規定検査データ３２４を参照して、算出された各検査項目値が規定値を満たすか否かを判定する。検査項目値の全てが規定値を満たすならば（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、現在の転削候補時期における車輪形状条件は「充足」と判断し、転削候補時期を、その次の車両検査時に変更した後（ステップＳ２１）、ステップＳ１３に戻り、同様の処理を再度実行する。
【００６２】
一方、算出した各検査項目値の内、一項目でも規定値を満たさないならば（ステップＳ１９：ＮＯ）、転削候補時期における車輪形状条件は「不充足」と判断し、この転削候補時期の直前の車両検査時を転削時期とする（ステップＳ２３）。そして、本転削時期推定処理を終了して、図１４のステップＳ５に戻る。
【００６３】
図１４において、転削時期推定処理が終了すると、続いて、車輪寿命推定部２３０が車輪寿命推定処理を行って車輪の寿命を推定する（ステップＳ５）。
【００６４】
図１６は、車輪寿命推定処理の流れを説明するためのフローチャートである。同図によれば、車輪寿命推定部２３０は、先ず、初期設定として、転削回数ｊを「１」に設定するとともに、累積走行距離を「０」に設定する（ステップＳ３１）。次に出場時の車輪直径を設定する（ステップＳ３２）。続いて、出場時から転削時期算出処理によって算出された初回転削時までの走行距離を転削走行距離とし（ステップＳ３３）、踏面形状データ３３４に対する回帰演算を行って、この転削走行距離での踏面形状推定データ（Ｂ）３４２を算出する（ステップＳ３５）。
【００６５】
続いて、車輪寿命推定部２３０は、踏面形状設計データ３２２ａを参照して、算出した踏面形状推定データ（Ｂ）３４２から踏面摩耗量を算出するとともに（ステップＳ３７）、鉛直摩耗量の最大値（最大鉛直摩耗量）を算出する（ステップＳ３９）。そして、算出した最大鉛直摩耗量から踏面摩耗量を減算して削正量を算出する（ステップＳ４１）。
【００６６】
その後、車輪寿命推定部２３０は、予め設定した出場時の車輪直径から踏面摩耗量の２倍の値を減算して、転削前車輪直径を算出する（ステップＳ４３）。そして、車輪の検査規定データ３２４を参照して、算出した転削前車輪直径が規定値を満たすか否かを判定する。満たさないならば（ステップＳ４４：ＮＯ）、（ｊ−１）回目の転削時を当該車輪の寿命とし（ステップ５５）、本寿命推定処理を終了する。
【００６７】
転削前車輪直径が規定値を満たすならば（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、車輪寿命推定部２３０は、転削前車輪直径から削正量の２倍の値を減算して転削直後車輪直径を算出する（ステップＳ４５）。そして、車輪の検査規定データ３２４を参照して、算出した転削直後車輪直径が規定値を満たすか否かを判定する。満たすならば（ステップＳ４９：ＹＥＳ）、累積走行距離に転削走行距離を加算し（ステップＳ４７）、転削回数を「１」加算した値に更新するとともに（ステップＳ５１）、転削直後車輪直径を出場時の車輪直径に再設定した後（ステップＳ５３）、ステップＳ４３に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、転削直後車輪直径が規定値を満たさないならば（ステップＳ４９：ＮＯ）、（ｊ−１）回目の転削時を当該車輪の寿命とする。そして、本寿命推定処理を終了する。
そして、図１４において、車輪寿命推定処理が終了すると、本車輪摩耗推定処理は終了となる。
【００６８】
［作用・効果］
以上、第１実施形態によれば、車輪摩耗推定装置２０は、計測時の走行距離が異なる車輪Ｗの複数の踏面形状計測データ３３２それぞれを、車輪厚さ方向であるＸ方向のデータ間隔が所定の等間隔（例えば、０．１［ｍｍ］）である踏面形状データ３３４に変換し、変換後の複数の踏面形状データ３３４を用いて、当該車輪Ｗの摩耗を推定する。
【００６９】
即ち、転削時期推定部２２０が、踏面形状データ３３４を基に、所定の走行距離間隔で実施される交番検査などの各車両検査の時点での踏面形状推定データ（Ａ）３３６を算出し、この踏面形状推定データ（Ａ）３３６から算出される各検査項目値が車輪の検査規定データ３２４で規定される規定値を満たすか否かにより、当該車輪の転削時期を推定（算出）する。また、車輪寿命推定部２３０が、転削時期推定部２２０により算出された転削時期での削正量を算出し、この削正量を基に、該転削時期までの走行距離間隔での転削を行った場合の各転削時での転削前車輪直径及び転削直後車輪直径を算出し、算出した転削前車輪直径及び転削直後車輪直径が車輪の検査規定データ３２４で規定される規定値を満たすか否かを判定することにより、当該車輪Ｗの寿命を算出する。このように、鉄道用車輪の摩耗した踏面形状が定量的に推定可能になるとともに、当該車輪の転削時期や寿命（交換時期）を定量的に推定可能となる。
【００７０】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態を説明する。第２実施形態は、フランジ角度の計測値からフランジ角度と走行距離との関係を推定するフランジ角度推定装置についての実施形態である。
【００７１】
［走行距離とフランジ角度との関係］
図１７は、ある走行距離におけるフランジ角度の計測値をプロットした図である。但し、横軸を走行距離とし、縦軸をフランジ角度の計測値としている。また、車両の種類によって該車両で使用される車輪の摩耗の仕方が異なるため、ここでは、ある特定の鉄道車両で使用される車輪（但し、同一の車輪とは限らない）について計測したフランジ角度の値のみを対象としている。
【００７２】
同図に示すように、走行距離とフランジ角度との間には、走行距離が５万キロまでの間は、走行距離の変化に対してフランジ角度は大きく変化（増加）するが、走行距離が５万キロを超えると、走行距離の変化に対してフランジ角度はほとんど変化しないといった特性がある。更に、車両の種類により摩耗の仕方が異なるため、走行距離が５万キロ以降でのフランジ角度の変化には、（ａ）ほぼ一定、（ｂ）やや増加する、（ｃ）やや減少する、の３パターンがあることが分かった。同図では、（ｃ）やや減少する場合に相当する。
【００７３】
そして、蓄積された多数のフランジ角度の計測値を分析することで、走行距離Ｘとフランジ角度Ｙとの関係式として、次式（６）が適当であると分かった。
Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ ・・（６）
但し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは定数である。
【００７４】
図１８は、式（６）の曲線の一例を示す図である。但し、横軸をＸとし、縦軸をＹとしている。同図に示すように、式（６）の曲線は、Ｘ値が所定値未満の図中左部分では、Ｘ値の変化に対してＹ値が大きく変化し、Ｘ値が所定値以上の図中右部分では、Ｘ値の変化に対してＹ値の変化が小さいといった特性を持つ。即ち、上述した走行距離とフランジ角度との関係と同様の特性である。また、当該曲線の左部分の傾きは、主に定数Ａ，Ｂの値によって決定され、右部分の傾きは、主に定数Ｃの値によって決定される。そして、定数Ｃの値に応じて、右部分の傾きが、（ａ）０、（ｂ）正、（ｃ）負、の何れかとなる。
【００７５】
従って、蓄積されたフランジ角度の計測値と走行距離との関係に応じて定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを適当に設定することで、式（６）により、走行距離とフランジ角度との関係を定式化できる。尚、定数Ｄは、Ｘ＝０、でのＹ値、即ちフランジ角度の設計値となる。そして、式（５）において、主に、第１項は走行距離Ｘが５万キロ以下の部分の特性を表し、第２項は走行距離Ｘが５万キロ以上の部分の特性を表す。また、第３項（定数項）は、フランジ角度の設計値である。
【００７６】
図１９は、式（６）で与えられる走行距離Ｘとフランジ角度Ｙとの関係式と、蓄積されたフランジ角度の計測値との比較結果を示す図である。但し、横軸を走行距離Ｘとし、縦軸をフランジ角度Ｙとしている。また、式（６）において、Ａ＝５．３、Ｂ＝１．８、Ｃ＝６０、Ｄ＝６５、とした関係式の曲線を示している。同図に示すように、式（６）で示される関係式の曲線とフランジ角度の計測値とがほぼ一致しており、この関係式が適切であることが分かる。
【００７７】
［フランジ角度推定装置］
図２０は、本実施形態におけるフランジ角度推定装置３０のブロック構成図である。同図によれば、フランジ角度推定装置３０は、入力部５２０と、処理部６００と、記憶部７００と、出力部５４０とを備えて構成される。
【００７８】
入力部５２０は、フランジ角度推定装置３０に対するユーザ（使用者）の操作入力を受け付け、操作データを処理部６００に出力する。この入力部５２０は、例えばキーボードやマウス、ボタンスイッチ、タッチパネル、各種センサ、マイク等によって実現される。
【００７９】
処理部６００は、フランジ角度推定装置３０の全体制御を行う。この処理部６００は、ＣＰＵ等の演算装置やＩＣメモリ等の記憶装置等によって実現される。また、処理部６００は、記憶部７００から読み出したプログラムやデータ等に従って、フランジ角度の計測値から走行距離とフランジ角度との関係を推定するフランジ角度推定処理を実行する。
【００８０】
具体的には、計測値蓄積データ７２２及び設計値データ７２４に基づいて、式（６）で示される関係式の定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを決定し、推定の対象としている車輪の走行距離とフランジ角度との関係式を推定する。ここで、計測値蓄積データ７２２とは、推定の対象としている車輪が使用される鉄道車両で過去に使用された各車輪についての、フランジ角度の測定値を該計測時の走行距離と対応付けて多数蓄積したデータ（履歴データ）であり、例えば図１７に示したデータ群である。
【００８１】
また、設計値データ７２４とは、推定の対象としている車輪の設計時の寸法データである。図２１に、設計値データ７２４の一例を示す。同図に示すように、設計値データ７２４は、設計値としてフランジ角度７２４ａを格納している。
【００８２】
処理部６００は先ず、設計値データ７２４に格納されているフランジ角度の設計値を、式（６）における定数Ｄとして決定する。次いで、式（６）における定数Ａ，Ｂ，Ｃを様々に変化させた複数（多数）の候補式を算出する。そして、各候補式について、その曲線と計測値蓄積データ７２２の各データ値との近似度を所定の近似度算出方法で算出し、近似度が最も高い（最も近似している）候補式を、推定の対象としている車輪に最も適切な関係式として確定する。
【００８３】
確定された関係式は、関係式データ７２６に格納される。図２２に、関係式データ７２６のデータ構成の一例を示す。同図によれば、関係式データ７２６は、関係式７２６ａと、この関係式７２６ａにおける各定数７２６ｂの値とを格納している。
【００８４】
記憶部７００は、処理部６００にフランジ角度推定装置３０を統合的に制御させるための各種プログラムやデータ等を記憶する。具体的には、プログラムとして、処理部６００にフランジ角度推定処理を実行させるためのフランジ角度推定プログラム７１０を記憶し、データとして、計測値蓄積データ７２２と、設計値データ７２４と、関係式データ７２６とを記憶する。
【００８５】
［処理の流れ］
図２３は、第２実施形態におけるフランジ角度推定処理の流れを説明するためのフローチャートである。この処理は、処理部６００がフランジ角度推定プログラム７１０に従った処理を実行することで実現される。
【００８６】
同図によれば、処理部６００は、先ず、設計値データ７２４に設定されているフランジ角度の設計値を、式（６）に示す関係式における定数Ｄとして設定する（ステップＴ１）。次いで、この関係式において定数Ａ，Ｂ，Ｃを様々に変化させた候補式を複数（多数）生成する（ステップＴ３）。そして、生成した各候補式について、その曲線と計測値蓄積データ７２２に蓄積されている各データ値との近似度を算出し、最も近似している候補式を、推定対象としている車輪について最も適切な関係式であると判定する（ステップＴ５）。以上の処理を行うと、処理部６００はフランジ角度推定式を終了する。
【００８７】
［作用・効果］
以上、第２実施形態によれば、フランジ角度推定装置３０は、ある車輪についての走行距離Ｘとフランジ角度Ｙとの関係式を、式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」における定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを決定することで推定（算出）する。即ち、定数Ｄを、設計値データ７２４に設定されている当該車輪のフランジ角度の設計値とする。そして、定数Ａ，Ｂ，Ｃと様々に変化させた複数の候補式の内、当該車輪が使用される鉄道車両で過去に使用されていた各車輪についてのフランジ角度の計測値を該計測時の走行距離と対応付けて多数蓄積した計測値蓄積データ７２２の各データと最も近似する候補式を、当該車輪についての関係式として推定（算出）する。このように、フランジ角度の計測値から、鉄道用車輪のフランジ角度と走行距離との関係を定式化することが可能となる。
【００８８】
〔変形例〕
尚、本発明の適用は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 形状計測装置
２０ 車輪摩耗推定装置
１２０ 通信部
１４０ 入力部
２００ 処理部
２１０ データ変換部
２２０ 転削時期推定部
２２２ 踏面形状推定部
２２４ 検査項目値推定部
２３０ 車輪寿命推定部
３００ 記憶部
３１０ 車輪摩耗推定プログラム
３２２ 設計車輪データ
３２４ 車輪の検査規定データ
３３２ 踏面形状計測データ
３３４ 踏面形状データ
３３６ 踏面形状推定データ（Ａ）
３３８ 推定検査項目値データ
３４２ 踏面形状推定データ（Ｂ）
３４４ 寿命推定データ
１６０ 出力部
３０ フランジ角度推定装置
５２０ 入力部
６００ 処理部
７００ 記憶部
７１０ フランジ角度推定プログラム
７２２ 計測値蓄積データ
７２４ 設計値データ
７２６ 関係式データ
５４０ 出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランジ角度推定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用の車輪は、走行距離の増加に伴ってその踏面が摩耗し形状が変化する。車輪踏面の摩耗は鉄道車両の安全走行に大きく影響するため、所定周期で摩耗した車輪の踏面形状を整える転削が実施されている。また、車輪直径は走行距離の増加に伴う摩耗や転削によって減少するが、この車輪直径が予め規定された使用限度直径を下回ることがないよう、適切な時期に車輪を交換する必要がある。
【０００３】
現在、車輪の転削時期やその削正量、交換時期（即ち、寿命）の判断は人間によって為されている。即ち、主に走行距離に応じた所定周期で鉄道車両の検査（車両検査）が実施されているが、この車両検査時に、現場の検査担当者が、現時点での車輪の踏面形状から次回の車両検査時での踏面形状を予測し、この予測を基に、今回検査時に転削を行うか否かや、転削を行う場合の削正量、車輪を交換するか否かといったことを判断していた。つまり、車輪の摩耗や転削時期、交換時期等を定量的に推定する方法は無かった。このため、本願に近似する先行技術文献は発見されなかった。
【０００４】
また、車両検査時には、車輪直径やフランジ厚さ、フランジ高さ、フランジ角度といった各種の検査項目値を計測する車輪の寸法検査が実施される。これらの検査項目値の内、車輪直径、フランジ厚さ及びフランジ高さは、計測値に基づく一次補間又は二次補間によって次回の車両検査時の値をある程度予測することができるが、フランジ角度については、走行距離との関係を定式化することができず、定量的な推定が不可能であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、鉄道用車輪の摩耗によるフランジ角度の変化を、走行距離との関係で定量的に推定可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための第１の発明は、
コンピュータに、走行によって摩耗する鉄道用車輪のフランジ角度の変化と走行距離との関係式を求めさせるためのプログラム（例えば、図２０のフランジ角度推定プログラム７１０）であって、
前記鉄道用車輪の設計時のフランジ角度を設定する設計角度設定手段（例えば、図２０の設計値データ７２４）、
（１）前記設計角度設定手段により設定されたフランジ角度をＤとし、走行距離をＸ、フランジ角度をＹとした場合の式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」から求まるＸとＹとの関係、（２）推定対象としている鉄道用車輪の計測履歴データにおけるフランジ角度の計測値と当該計測時の走行距離との関係、が所定の近似条件を満たす場合の定数Ａ，Ｂ，Ｃを算出する定数算出手段（例えば、図２０の処理部６００；図２３のステップＴ１〜Ｔ５）、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラムである。
【０００７】
また、第３の発明は、
走行によって摩耗する鉄道用車輪のフランジ角度の変化と走行距離との関係式を求めるためのフランジ角度推定装置（例えば、図２０のフランジ角度推定装置３０）であって、
前記鉄道用車輪の設計時のフランジ角度を設定する設計角度設定手段と、
（１）前記設計角度設定手段により設定されたフランジ角度をＤとし、走行距離をＸ、フランジ角度をＹとした場合の式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」から求まるＸとＹとの関係、（２）推定対象としている鉄道用車輪の計測履歴データにおけるフランジ角度の計測値と当該計測時の走行距離との関係、が所定の近似条件を満たす場合の定数Ａ，Ｂ，Ｃを算出する定数算出手段と、
を備えるフランジ角度推定装置である。
【０００８】
この第１又は第３の発明によれば、設計時のフランジ角度を定数Ｄとし、走行距離をＸ、フランジ角度をＹとした式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」における定数Ａ，Ｂ，Ｃとして、（１）この式から求まるＸとＹとの関係、（２）フランジ角度の計測値と走行距離との関係、が所定の近似条件を満たす場合の定数Ａ，Ｂ，Ｃが算出される。即ち、フランジ角度の計測値から、鉄道用車輪のフランジ角度と走行距離との関係を定式化することが可能となる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な情報記憶媒体（例えば、図５の記憶部３００、図２０の記憶部７００）である。
【００１０】
ここで「情報記憶媒体」とは、記憶されている情報をコンピュータが読み取り可能な、例えばハードディスクやＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリカード、ＩＣメモリ等の記憶媒体である。従って、この第２の発明によれば、該情報記憶媒体に記憶されている情報をコンピュータに読み取らせて演算処理を実行させることで第１の発明と同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フランジ角度の計測値から、鉄道用車輪のフランジ角度と走行距離との関係を定式化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態における全体構成図。
【図２】データ変換の説明図。
【図３】データ変換の説明図。
【図４】踏面形状データに基づく踏面形状データの推定の説明図。
【図５】車輪摩耗推定装置の構成図。
【図６】転削時期推定の説明図。
【図７】各検査項目値の算出例。
【図８】推定検査項目値データのデータ構成例。
【図９】車輪の検査規定データのデータ構成例。
【図１０】寿命推定の説明図。
【図１１】設計車輪データのデータ構成例。
【図１２】鉛直摩耗量の一例。
【図１３】寿命推定データのデータ構成例。
【図１４】車輪摩耗推定処理の流れ図。
【図１５】車輪摩耗推定処理中で実行される転削時期推定処理の流れ図。
【図１６】車輪摩耗推定処理中で実行される車輪寿命推定処理の流れ図。
【図１７】フランジ角度の計測値と走行距離との関係例。
【図１８】走行距離Ｘとフランジ角度Ｙとの関係式の一例。
【図１９】関係式とフランジ角度の計測値との比較例。
【図２０】第２実施形態におけるフランジ角度推定装置の構成図。
【図２１】設計値データのデータ構成例。
【図２２】関係式データのデータ構成例。
【図２３】フランジ角度推定処理の流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１４】
〔第１実施形態〕
先ず、第１実施形態を説明する。第１実施形態は、計測された鉄道用車輪の踏面形状データから、走行による車輪の摩耗を推定する車輪摩耗推定装置についての実施形態である。
【００１５】
［全体構成］
図１は、本実施形態の全体構成図である。同図に示すように、本実施形態は、形状計測装置１０及び車輪摩耗推定装置２０を備えており、両装置間は所定のケーブルＫによって接続されている。ここで、ケーブルＫとはデータ授受が可能な通信路のことであり、例えばパラレル接続用のケーブルやＵＳＢ（Universal Serial Bus）接続用のケーブル等である。
【００１６】
形状計測装置１０は、対象物体である鉄道車両用の車輪Ｗの踏面形状（厚さ方向の断面形状）を計測する。計測されたデータは、二次元のアナログデータとして出力される。
【００１７】
車輪摩耗推定装置２０は、ＰＣ（Personal Computer）等で構成され、形状計測装置１
０によって計測された車輪Ｗの踏面形状計測データに基づいて、当該車輪Ｗの摩耗を推定（算出）する。具体的には、計測時の走行距離が異なる複数の踏面形状計測データを基に任意の走行距離での車輪Ｗの踏面形状データを算出し、この算出した踏面形状データを用いて車輪Ｗを転削すべき時期（転削時期）や寿命（交換時期）を算出（推定）する。
【００１８】
即ち、先ず、図２に示すように、アナログデータである、計測時の走行距離が異なる複数の踏面形状計測データ３３２それぞれを、デジタルデータ（離散データ）である踏面形状データ３３４に変換する。同図では、計測時の走行距離がＡ１，Ａ２・・・である踏面形状計測データ３３２Ａ，３３２Ｂ・・・それぞれが、踏面形状データ３３４Ａ，３３４Ｂ・・・に変換されている。
【００１９】
データ変換の詳細について説明する。図３（ａ）は、形状計測装置１０によって計測された踏面形状データの一例である。但し、Ｘ方向を車輪の厚さ方向とし、Ｙ方向を高さ方向としている。車輪摩耗推定装置２０は、この踏面形状計測データを、同図（ｂ）に示すように、Ｘ＝４．１〜１２０．０［ｍｍ］の範囲のデータ部分に対して、Ｘ方向のデータ間隔が所定の等間隔のデジタルデータに変換する。同図（ｂ）では、同図（ａ）に示した踏面形状計測データの一部分について、Ｘ方向のデータ間隔を０．１［ｍｍ］の等間隔のデータに変換した場合を示している。
【００２０】
尚ここでは、形状計測装置１０による計測データはアナログデータであるとしたが、デジタルデータで与えられる場合も同様である。即ち、該デジタルデータに対する所定の補間処理を行って、Ｘ方向のデータ間隔が０．１［ｍｍ］の等間隔のデジタルデータに変換すれば良い。
【００２１】
そして、車輪摩耗推定装置２０は、変換後のデジタルデータである踏面形状データを用いて、任意の走行距離での踏面形状データを推定（算出）する。図４は、踏面形状データの推定について説明する図である。車輪摩耗推定装置２０は、走行距離が異なる複数の踏面形状データに対して、走行距離に基づく推定演算として回帰演算を行うことで、任意の走行距離（推定希望走行距離）での踏面形状データを推定する。
【００２２】
即ち、Ｘ値２２ａ毎に、各走行距離２２ｂでのＹ値に対する回帰演算を行って推定希望走行距離２２ｃでのＹ値を算出する。同図では、走行距離２２ａが「０」、「１．４３万キロ」・・・それぞれでの踏面形状データ３３４に対して回帰演算を行い、推定希望走行距離２２ｃが「１８万キロ」での踏面形状データを推定した場合を示している。ここで、走行距離が「０」の踏面形状データとは、出場時の車輪の踏面形状データである。「出場時」とは、当該車輪への交換直後、又は、転削直後の未走行時を意味する。
【００２３】
ここで、踏面形状の推定に用いる複数の踏面形状データは次の条件を満たすことが望ましい。即ち、計測時の走行距離が５万キロ未満の踏面形状データについては、計測された走行距離間隔が１万キロ以下であり、走行距離が５万キロ以上の踏面形状データについては、計測された走行距離間隔が５万キロ以下である。
【００２４】
これは、フランジ角度と走行距離との関係に基づくものである。即ち、フランジ角度と走行距離との間には、走行距離が５万キロ未満の場合には、走行距離の変化に対してフランジ角度が大きく変化し、走行距離が５万キロ以上の場合には、走行距離に対してフランジ角度が殆ど変化しないといった特性がある。このため、上記条件を満たす踏面形状データを用いて踏面形状の推定を行うことで、推定した踏面形状データから、車輪直径やフランジ厚さ、フランジ高さ、フランジ角度といった検査項目値を精度よく推定することが可能となる。
【００２５】
［車輪摩耗推定装置］
図５は、車輪摩耗推定装置２０のブロック構成図である。同図によれば、車輪摩耗推定装置２０は、通信部１２０と、入力部１４０と、処理部２００と、記憶部３００と、出力部１６０とを備えて構成される。
【００２６】
通信部１２０は、ケーブルＫを介して形状計測装置１０等の外部装置とデータ通信を行う。特に、本実施形態では、形状計測装置１０から、計測された車輪Ｗの形状データを取り込む。取り込んだ形状データは、該データの計測時の走行距離と対応付けられて踏面形状計測データ３３２として記憶部３００に記憶される。この通信部１２０は、外部接続用のインターフェースボード等によって実現される。
【００２７】
入力部１４０は、車輪摩耗推定装置２０に対するユーザ（使用者）の操作入力を受け付け、操作データを処理部２００に出力する。この入力部１４０は、例えばキーボードやマウス、ボタンスイッチ、タッチパネル、各種センサ、マイク等によって実現される。
【００２８】
処理部２００は、車輪摩耗推定装置２０の全体制御を行う。この処理部２００は、ＣＰＵ等の演算装置やＩＣメモリ等の記憶装置等によって実現される。また、処理部２００は、データ変換部２１０と、転削時期推定部２２０と、車輪寿命推定部２３０とを含み、記憶部３００から読み出したプログラムやデータに従って、車輪の摩耗を推定する車輪摩耗推定処理を実行する。
【００２９】
データ変換部２１０は、踏面形状計測データ３３２を、Ｘ方向のデータ間隔が所定間隔（例えば、０．１［ｍｍ］）のデジタルデータに変換する。変換後のデータは、踏面形状データ３３４として記憶部３００に記憶される。具体的には、図４を参照して説明したように、踏面形状計測データ３３２の内、例えばＸ値が、ｘ＝４．０〜１２０．０［ｍｍ］、の範囲のデータ部分をＸ方向のデータ間隔が０．１［ｍｍ］のデジタルデータに変換し、当該走行距離での踏面形状データ３３４とする。
【００３０】
転削時期推定部２２０は、踏面形状推定部２２２と検査項目値推定部２２４とを含み、踏面形状データ３３４に基づいて当該車輪を転削すべき時期（転削時期）を推定（算出）する。
【００３１】
図６は、転削時期推定部２２０による転削時期の推定を説明するための図である。車輪の踏面形状の計測は、例えば交番検査などの所定の車両検査時に行われる。そこで、本実施形態において、転削時期推定部２２０は、各車両検査の時点での踏面形状データを算出（推定）し、算出した踏面形状データが、予め定められている検査規定を満たす車輪の形状条件（規定車輪形状条件）を満たすか否かを判断することで、当該車輪の転削時期を推定する。即ち、各車両検査時について、算出した踏面形状データを基に条件の充足／不充足を判断し、最初に「不充足」と判断した車両検査時の直前の車両検査時を「転削時期」とする。
【００３２】
同図では、出場時から数えて初回及び２回目の車両検査時において、踏面形状が計測され、その次の３回目以降の各車両検査時について、踏面形状データが推定されている。そして、３回目からｎ回目の車両検査時においては、何れも「充足」と判断され、その次の（ｎ＋１）回目の車両検査時において「不充足」と判断されている。従って、ｎ回目の車両検査時が「転削時期」と推定されている。
【００３３】
踏面形状推定部２２２は、踏面形状データ３３４を基に、各車輪検査時での車輪の踏面形状データを算出する。各車両検査時の走行距離間隔を一定距離ｌとすると、ｉ回目の車両検査時間での走行距離Ｌiは「ｉ×ｌ」となる。従って、ｉ回目の車両検査時の踏面形状データとして、踏面形状データ３３４に基づき、走行距離Ｌiでの踏面形状データを算出する。算出された踏面形状データは、踏面形状推定データ（Ａ）３３６として記憶部３００に記憶される。
【００３４】
検査項目値推定部２２４は、踏面形状推定部２２２によって算出された踏面形状推定データ（Ａ）３３６に基づき、検査項目値として、車輪直径、フランジ厚さ、フランジ高さ及びフランジ角度を算出する。
【００３５】
図７は、各検査項目値の算出方法の説明図であり、Ｘ方向を車輪の厚さ方向とし、Ｙ方向を高さ方向とした踏面形状データを示している。また、車輪のバック面の位置をｘ＝０とし、ｘ＝６５［ｍｍ］のＹ方向の位置をｙ＝０とする。そして、車輪直径は、式（１）に示すように、出場時の車輪直径（設計値）から踏面摩耗量の２倍の値を減算した値とする。
車輪直径＝出場時の車輪直径−２×踏面摩耗量 ・・（１）
ここで、踏面摩耗量は、ｘ＝６５［ｍｍ］におけるｙ値と、図中一点鎖線で示す出場時の踏面形状データにおける、ｘ＝６５［ｍｍ］におけるｙ値との差分とする。尚、出場時の踏面形状データは、後述する設計車輪データ３２２に格納されている。
【００３６】
また、フランジ厚さは、ｙ＝−１０［ｍｍ］でのｘ値とする。フランジ高さは、ｘ＝６５［ｍｍ］でのｙ値と、フランジトップでのｙ値の差、即ちｙ値の最小値の絶対値とする。フランジ角度は、ｙ＝−１８〜−１２［ｍｍ］の範囲について、補間処理を行ってＹ方向のデータ間隔が０．１［ｍｍ］の等間隔データに変換し、変換後の各データ点の位置でのフランジ角度の平均値とする。尚、フランジ高さは、次式（２）に示す算出式に従って算出しても良い。
フランジ高さ＝出場時のフランジ高さ＋踏面摩耗量 ・・（２）
【００３７】
検査項目値推定部２２４によって算出された各検査項目値は、推定検査項目値データ３３８に格納される。図８に、推定検査項目値データ３３８のデータ構成の一例を示す。同図によれば、推定検査項目値データ３３８は、検査項目３３８ａ毎に、推定値３３８ｂと、判定結果３３８ｃとを対応付けて格納している。検査項目３３８ａとしては、車輪直径、フランジ厚さ、フランジ高さ及びフランジ角度が設定されている。
【００３８】
推定値３３８ｂは、検査項目値推定部２２４によって算出された値が格納される。判定結果３３８ｃは、対応する推定値３３８ｂが、車輪形状条件である規定値を満たすか否かの判定結果であり、満たすならば「○」が、満たさないならば「×」が格納される。
【００３９】
ここで、各検査項目値が規定値を満たすか否かの判定は踏面形状推定部２２２によって行われる。また、各検査項目値の規定値は、車輪の検査規定データ３２４に格納されている。図９に、車輪の検査規定データ３２４のデータ構成の一例を示す。同図によれば、車輪の検査規定データ３２４は、検査項目３２４ａ毎に、規定値３２４ｂを対応付けて格納している。検査項目３２４ａとしては、車輪直径、フランジ厚さ、フランジ高さ及びフランジ角度が設定されている。
【００４０】
転削時期推定部２２０は、最後に車輪の踏面形状の計測が行われた車両検査時の次の車両検査時から順に転削候補時期とする。そして、該転削候補時期について、踏面形状推定部２２２によって算出された踏面形状推定データ（Ａ）３３６を基に、検査項目値推定部２２４によって算出された検査項目値が規定値を満たすか否かを判断し、車輪形状条件の充足／不充足を判断する。即ち、検査項目値の全てが規定値を満たしているならば「充足」と判断し、検査項目値の内の１つでも満たしていないならば「不充足」と判断する。その結果、最初に「不充足」と判断した転削候補時期の直前の車両検査時を、転削時期とする。
【００４１】
車輪寿命推定部２３０は、転削時期推定部２２０によって算出された転削時期を基に、当該車輪の寿命（交換すべき時期。車輪交換時期）を算出する。
【００４２】
図１０は、車輪寿命推定部２３０による車輪の寿命の推定方法を説明するための図である。車輪寿命推定部２３０は、出場時から転削時期推定部２２０によって推定された転削時期までの走行距離を転削走行距離とし、出場時からこの転削走行距離間隔で転削を行ったと仮定した場合の当該車輪の寿命を推定（算出）する。
【００４３】
具体的には、先ず、初回転削時の踏面形状データを算出する。即ち、踏面形状データ３３４に基づいて、転削走行距離での踏面形状データを算出する。そして、この算出した踏面形状データから、初回転削時期での削正量を算出する。ここで、算出された初回転削時の踏面形状データは、踏面形状推定データ（Ｂ）３４２として記憶部３００に記憶される。
【００４４】
削正量は、次のように算出する。即ち、先ず、図７に示したように、踏面形状推定データ（Ｂ）３４２と、出場時の踏面形状データとから踏面摩耗量を算出する。ここで、出場時の踏面形状データは、設計時の踏面形状データであり、踏面形状設計データとして設計車輪データ３２２に格納されている。図１１に、設計車輪データ３２２のデータ構成の一例を示す。同図によれば、設計車輪データ３２２は、踏面形状設計データ３２２ａと、設計値テーブル３２２ｂとを含んでいる。
【００４５】
踏面形状設計データ３２２ａは、少なくとも、車輪の厚さ方向であるＸ方向の値（ｘ値）が、例えば、ｘ＝４．１〜１２０．０［ｍｍ］の範囲のデータであって、このＸ方向のデータ間隔が例えば０.１［ｍｍ］の等間隔であるデジタルデータの形態で格納されている。設計値テーブル３２２ｂは、検査項目３２２ｂ−１毎に、設計値３２２ｂ−２を対応付けて格納している。検査項目３２２ｂ−１としては、車輪直径、フランジ厚さ、フランジ高さ及びフランジ角度が設定されている。
【００４６】
また、車輪寿命推定部２３０は、図７に示したように、踏面形状推定データ（Ｂ）３４２と踏面形状設計データ３２２ａとから鉛直摩耗量の最大値（最大鉛直摩耗量）を算出する。即ち、データ点として設定されている例えば０．１［ｍｍ］間隔のｘ値毎に、踏面形状データ３３４のｙ値と踏面形状設計データ３２２ａのｙ値との差分を鉛直摩耗量として算出する。図１２は、算出された鉛直摩耗量の一例を示すグラフである。そして、この鉛直摩耗量の最大値を最大鉛直摩耗量とする。
【００４７】
次いで、次式（３）に示す算出式に従って、初回転削時の削正量を算出する。但し、ここで算出される削正量は車輪半径相当分である。
削正量＝最大鉛直摩耗量−踏面摩耗量 ・・（３）
【００４８】
続いて、車輪寿命推定部２３０は、初回転削時における転削前の車輪直径を、次式（４）に示す算出式に従って算出する。但し、出場時の車輪直径とは、新品車輪である未走行時、又は、転削直後の車輪直径とする。
転削前車輪直径＝出場時の車輪直径−２×踏面摩耗量 ・・（４）
【００４９】
そして、算出した転削前車輪直径が、予め定められた使用限度直径である規定値を満たすか否かにより、当該車輪の使用可／不可を判定する。ここで、車輪直径の規定値は、車輪の検査規定データ３２４に格納されている。即ち、車輪の検査規定データ３２４において、検査項目３２４ａ「車輪直径」に対応する規定値３２４ｂである。
【００５０】
転削前車輪直径が規定値を満たすならば、続いて、初回転削時における転削後の車輪直径（転削直後車輪直径）を、次式（５）に示す算出式に従って算出する。
転削直後車輪直径＝転削前車輪直径−２×削正量 ・・（５）
【００５１】
そして、車輪寿命推定部２３０は、上述した転削前車輪直径の場合と同様に、算出した転削直後車輪直径が予め定められた使用限度直径である規定値を満たすか否かにより、当該車輪の使用可／不可を判定する。
【００５２】
転削直後車輪直径が規定値を満たすならば、続いて、初回転削時から転削走行距離間隔で順に転削時期とする。そして、各転削時期について、式（４）に従って転削前車輪直径を算出して、算出した転削前車輪直径が規定値を満たすか否かを判定し、また、式（５）に従って転削直後車輪直径を算出して、算出した転削直後車輪直径が規定値を満たすか否かを判定することにより、当該転削時期において、車輪の使用可／不可を判定する。その結果、最初に「使用不可」と判定した転削時期の直前の転削時期を、当該車輪の寿命とする。
【００５３】
図１０では、出場時から数えてｍ回目までの転削時期において「使用可」と判定され、その次の（ｍ＋１）回目の転削時期において初めて「使用不可」と判定されている。従って、ｍ回目の転削時期が「寿命」と推定されている。また、転削走行距離をｋとすると、寿命までの累積走行距離は「ｋ×ｍ」となる。
【００５４】
ここで、車輪寿命推定部２３０により算出された各値は、寿命推定データ３４４に格納される。図１３に、寿命推定データ３４４のデータ構成の一例を示す。同図によれば、寿命推定データ３４４は、各転削時データ３４５と、寿命推定結果データ３４６とを含んでいる。
【００５５】
各転削時データ３４５は、転削時期３４５ａと、転削走行距離３４５ｂと、踏面摩耗量３４５ｃと、最大鉛直摩耗量３４５ｄと、削正量３４５ｅと、出場時の車輪直径３４５ｆと、転削前車輪直径３４５ｇと、転削直後車輪直径３４５ｈとを格納している。これらの内、転削時期３４５ａ、転削走行距離３４５ｂ、踏面摩耗量３４５ｃ、最大鉛直摩耗量３４５ｄ及び削正量３４５ｅは、初回転削時の推定の際に更新され、出場時の車輪直径３４５ｆ、転削前車輪直径３４５ｇ及び転削直後車輪直径３４５ｈは、各転削時の推定毎に更新される。
【００５６】
また、寿命推定結果データ３４６は、転削回数３４６ａ毎に、転削直後車輪直径３４６ｂと、判定結果３４６ｃと、累積走行距離３４６ｄとを対応付けて記憶している。
【００５７】
記憶部３００は、処理部２００に車輪摩耗推定装置２０を統合的に制御させるための各種プログラムやデータ等を記憶する。具体的には、プログラムとして車輪摩耗推定プログラム３１０を記憶し、データとして、踏面形状計測データ３３２と、踏面形状データ３３４と、踏面形状推定データ（Ａ）３３６と、推定検査項目値データ３３８と、踏面形状推定データ（Ｂ）３４２と、寿命推定データ３４４と、設計車輪データ３２２と、車輪の検査規定データ３２４とを記憶する。この記憶部３００は、例えばハードディスクやＲＯＭ、ＲＡＭ、ＭＯ等によって実現される。
【００５８】
出力部１６０は、処理部２００による処理結果を出力するものであり、ＣＲＴやＬＣＤ、ＥＬＤ等の表示装置、スピーカ等の音声出力装置、プリンタ等の印字装置等で実現される。
【００５９】
［処理の流れ］
図１４は、本実施形態における車輪摩耗推定処理の流れを説明するためのフローチャートである。この処理は、処理部２００が車輪摩耗推定プログラム３１０に従った処理を実行することで実現される。同図によれば、先ず、データ変換部２１０が、踏面形状計測データ３３２を、Ｘ方向のデータ間隔が所定間隔（例えば、０．１［ｍｍ］）のデジタルデータである踏面形状データ３３４に変換する（ステップＳ１）。次いで、転削時期推定部２２０が転削周期推定処理を行って転削時期を推定する（ステップＳ３）。
【００６０】
図１５は、転削時期推定処理の流れを説明するためのフローチャートである。同図によれば、転削時期推定部２２０は、先ず、最後に車輪踏面形状の計測が行われた車両検査時の次の車両検査時を転削候補時期とする（ステップＳ１１）。次いで、出場時から転削候補時期までの走行距離を推定走行距離とし（ステップＳ１３）、踏面形状推定部２２２が、踏面形状データ３３４に対する回帰演算を行って、この推定走行距離での踏面形状推定データ（Ａ）３３６を算出する（ステップＳ１５）。
【００６１】
続いて、検査項目値推定部２２４が、算出された踏面形状推定データ（Ａ）３３６に基づいて、車輪直径、フランジ厚さ、フランジ高さ及びフランジ角度といった各検査項目値を算出する（ステップＳ１７）。そして、転削時期推定部２２０は、車輪の規定検査データ３２４を参照して、算出された各検査項目値が規定値を満たすか否かを判定する。検査項目値の全てが規定値を満たすならば（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、現在の転削候補時期における車輪形状条件は「充足」と判断し、転削候補時期を、その次の車両検査時に変更した後（ステップＳ２１）、ステップＳ１３に戻り、同様の処理を再度実行する。
【００６２】
一方、算出した各検査項目値の内、一項目でも規定値を満たさないならば（ステップＳ１９：ＮＯ）、転削候補時期における車輪形状条件は「不充足」と判断し、この転削候補時期の直前の車両検査時を転削時期とする（ステップＳ２３）。そして、本転削時期推定処理を終了して、図１４のステップＳ５に戻る。
【００６３】
図１４において、転削時期推定処理が終了すると、続いて、車輪寿命推定部２３０が車輪寿命推定処理を行って車輪の寿命を推定する（ステップＳ５）。
【００６４】
図１６は、車輪寿命推定処理の流れを説明するためのフローチャートである。同図によれば、車輪寿命推定部２３０は、先ず、初期設定として、転削回数ｊを「１」に設定するとともに、累積走行距離を「０」に設定する（ステップＳ３１）。次に出場時の車輪直径を設定する（ステップＳ３２）。続いて、出場時から転削時期算出処理によって算出された初回転削時までの走行距離を転削走行距離とし（ステップＳ３３）、踏面形状データ３３４に対する回帰演算を行って、この転削走行距離での踏面形状推定データ（Ｂ）３４２を算出する（ステップＳ３５）。
【００６５】
続いて、車輪寿命推定部２３０は、踏面形状設計データ３２２ａを参照して、算出した踏面形状推定データ（Ｂ）３４２から踏面摩耗量を算出するとともに（ステップＳ３７）、鉛直摩耗量の最大値（最大鉛直摩耗量）を算出する（ステップＳ３９）。そして、算出した最大鉛直摩耗量から踏面摩耗量を減算して削正量を算出する（ステップＳ４１）。
【００６６】
その後、車輪寿命推定部２３０は、予め設定した出場時の車輪直径から踏面摩耗量の２倍の値を減算して、転削前車輪直径を算出する（ステップＳ４３）。そして、車輪の検査規定データ３２４を参照して、算出した転削前車輪直径が規定値を満たすか否かを判定する。満たさないならば（ステップＳ４４：ＮＯ）、（ｊ−１）回目の転削時を当該車輪の寿命とし（ステップ５５）、本寿命推定処理を終了する。
【００６７】
転削前車輪直径が規定値を満たすならば（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、車輪寿命推定部２３０は、転削前車輪直径から削正量の２倍の値を減算して転削直後車輪直径を算出する（ステップＳ４５）。そして、車輪の検査規定データ３２４を参照して、算出した転削直後車輪直径が規定値を満たすか否かを判定する。満たすならば（ステップＳ４９：ＹＥＳ）、累積走行距離に転削走行距離を加算し（ステップＳ４７）、転削回数を「１」加算した値に更新するとともに（ステップＳ５１）、転削直後車輪直径を出場時の車輪直径に再設定した後（ステップＳ５３）、ステップＳ４３に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、転削直後車輪直径が規定値を満たさないならば（ステップＳ４９：ＮＯ）、（ｊ−１）回目の転削時を当該車輪の寿命とする。そして、本寿命推定処理を終了する。
そして、図１４において、車輪寿命推定処理が終了すると、本車輪摩耗推定処理は終了となる。
【００６８】
［作用・効果］
以上、第１実施形態によれば、車輪摩耗推定装置２０は、計測時の走行距離が異なる車輪Ｗの複数の踏面形状計測データ３３２それぞれを、車輪厚さ方向であるＸ方向のデータ間隔が所定の等間隔（例えば、０．１［ｍｍ］）である踏面形状データ３３４に変換し、変換後の複数の踏面形状データ３３４を用いて、当該車輪Ｗの摩耗を推定する。
【００６９】
即ち、転削時期推定部２２０が、踏面形状データ３３４を基に、所定の走行距離間隔で実施される交番検査などの各車両検査の時点での踏面形状推定データ（Ａ）３３６を算出し、この踏面形状推定データ（Ａ）３３６から算出される各検査項目値が車輪の検査規定データ３２４で規定される規定値を満たすか否かにより、当該車輪の転削時期を推定（算出）する。また、車輪寿命推定部２３０が、転削時期推定部２２０により算出された転削時期での削正量を算出し、この削正量を基に、該転削時期までの走行距離間隔での転削を行った場合の各転削時での転削前車輪直径及び転削直後車輪直径を算出し、算出した転削前車輪直径及び転削直後車輪直径が車輪の検査規定データ３２４で規定される規定値を満たすか否かを判定することにより、当該車輪Ｗの寿命を算出する。このように、鉄道用車輪の摩耗した踏面形状が定量的に推定可能になるとともに、当該車輪の転削時期や寿命（交換時期）を定量的に推定可能となる。
【００７０】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態を説明する。第２実施形態は、フランジ角度の計測値からフランジ角度と走行距離との関係を推定するフランジ角度推定装置についての実施形態である。
【００７１】
［走行距離とフランジ角度との関係］
図１７は、ある走行距離におけるフランジ角度の計測値をプロットした図である。但し、横軸を走行距離とし、縦軸をフランジ角度の計測値としている。また、車両の種類によって該車両で使用される車輪の摩耗の仕方が異なるため、ここでは、ある特定の鉄道車両で使用される車輪（但し、同一の車輪とは限らない）について計測したフランジ角度の値のみを対象としている。
【００７２】
同図に示すように、走行距離とフランジ角度との間には、走行距離が５万キロまでの間は、走行距離の変化に対してフランジ角度は大きく変化（増加）するが、走行距離が５万キロを超えると、走行距離の変化に対してフランジ角度はほとんど変化しないといった特性がある。更に、車両の種類により摩耗の仕方が異なるため、走行距離が５万キロ以降でのフランジ角度の変化には、（ａ）ほぼ一定、（ｂ）やや増加する、（ｃ）やや減少する、の３パターンがあることが分かった。同図では、（ｃ）やや減少する場合に相当する。
【００７３】
そして、蓄積された多数のフランジ角度の計測値を分析することで、走行距離Ｘとフランジ角度Ｙとの関係式として、次式（６）が適当であると分かった。
Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ ・・（６）
但し、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは定数である。
【００７４】
図１８は、式（６）の曲線の一例を示す図である。但し、横軸をＸとし、縦軸をＹとしている。同図に示すように、式（６）の曲線は、Ｘ値が所定値未満の図中左部分では、Ｘ値の変化に対してＹ値が大きく変化し、Ｘ値が所定値以上の図中右部分では、Ｘ値の変化に対してＹ値の変化が小さいといった特性を持つ。即ち、上述した走行距離とフランジ角度との関係と同様の特性である。また、当該曲線の左部分の傾きは、主に定数Ａ，Ｂの値によって決定され、右部分の傾きは、主に定数Ｃの値によって決定される。そして、定数Ｃの値に応じて、右部分の傾きが、（ａ）０、（ｂ）正、（ｃ）負、の何れかとなる。
【００７５】
従って、蓄積されたフランジ角度の計測値と走行距離との関係に応じて定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを適当に設定することで、式（６）により、走行距離とフランジ角度との関係を定式化できる。尚、定数Ｄは、Ｘ＝０、でのＹ値、即ちフランジ角度の設計値となる。そして、式（５）において、主に、第１項は走行距離Ｘが５万キロ以下の部分の特性を表し、第２項は走行距離Ｘが５万キロ以上の部分の特性を表す。また、第３項（定数項）は、フランジ角度の設計値である。
【００７６】
図１９は、式（６）で与えられる走行距離Ｘとフランジ角度Ｙとの関係式と、蓄積されたフランジ角度の計測値との比較結果を示す図である。但し、横軸を走行距離Ｘとし、縦軸をフランジ角度Ｙとしている。また、式（６）において、Ａ＝５．３、Ｂ＝１．８、Ｃ＝６０、Ｄ＝６５、とした関係式の曲線を示している。同図に示すように、式（６）で示される関係式の曲線とフランジ角度の計測値とがほぼ一致しており、この関係式が適切であることが分かる。
【００７７】
［フランジ角度推定装置］
図２０は、本実施形態におけるフランジ角度推定装置３０のブロック構成図である。同図によれば、フランジ角度推定装置３０は、入力部５２０と、処理部６００と、記憶部７００と、出力部５４０とを備えて構成される。
【００７８】
入力部５２０は、フランジ角度推定装置３０に対するユーザ（使用者）の操作入力を受け付け、操作データを処理部６００に出力する。この入力部５２０は、例えばキーボードやマウス、ボタンスイッチ、タッチパネル、各種センサ、マイク等によって実現される。
【００７９】
処理部６００は、フランジ角度推定装置３０の全体制御を行う。この処理部６００は、ＣＰＵ等の演算装置やＩＣメモリ等の記憶装置等によって実現される。また、処理部６００は、記憶部７００から読み出したプログラムやデータ等に従って、フランジ角度の計測値から走行距離とフランジ角度との関係を推定するフランジ角度推定処理を実行する。
【００８０】
具体的には、計測値蓄積データ７２２及び設計値データ７２４に基づいて、式（６）で示される関係式の定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを決定し、推定の対象としている車輪の走行距離とフランジ角度との関係式を推定する。ここで、計測値蓄積データ７２２とは、推定の対象としている車輪が使用される鉄道車両で過去に使用された各車輪についての、フランジ角度の測定値を該計測時の走行距離と対応付けて多数蓄積したデータ（履歴データ）であり、例えば図１７に示したデータ群である。
【００８１】
また、設計値データ７２４とは、推定の対象としている車輪の設計時の寸法データである。図２１に、設計値データ７２４の一例を示す。同図に示すように、設計値データ７２４は、設計値としてフランジ角度７２４ａを格納している。
【００８２】
処理部６００は先ず、設計値データ７２４に格納されているフランジ角度の設計値を、式（６）における定数Ｄとして決定する。次いで、式（６）における定数Ａ，Ｂ，Ｃを様々に変化させた複数（多数）の候補式を算出する。そして、各候補式について、その曲線と計測値蓄積データ７２２の各データ値との近似度を所定の近似度算出方法で算出し、近似度が最も高い（最も近似している）候補式を、推定の対象としている車輪に最も適切な関係式として確定する。
【００８３】
確定された関係式は、関係式データ７２６に格納される。図２２に、関係式データ７２６のデータ構成の一例を示す。同図によれば、関係式データ７２６は、関係式７２６ａと、この関係式７２６ａにおける各定数７２６ｂの値とを格納している。
【００８４】
記憶部７００は、処理部６００にフランジ角度推定装置３０を統合的に制御させるための各種プログラムやデータ等を記憶する。具体的には、プログラムとして、処理部６００にフランジ角度推定処理を実行させるためのフランジ角度推定プログラム７１０を記憶し、データとして、計測値蓄積データ７２２と、設計値データ７２４と、関係式データ７２６とを記憶する。
【００８５】
［処理の流れ］
図２３は、第２実施形態におけるフランジ角度推定処理の流れを説明するためのフローチャートである。この処理は、処理部６００がフランジ角度推定プログラム７１０に従った処理を実行することで実現される。
【００８６】
同図によれば、処理部６００は、先ず、設計値データ７２４に設定されているフランジ角度の設計値を、式（６）に示す関係式における定数Ｄとして設定する（ステップＴ１）。次いで、この関係式において定数Ａ，Ｂ，Ｃを様々に変化させた候補式を複数（多数）生成する（ステップＴ３）。そして、生成した各候補式について、その曲線と計測値蓄積データ７２２に蓄積されている各データ値との近似度を算出し、最も近似している候補式を、推定対象としている車輪について最も適切な関係式であると判定する（ステップＴ５）。以上の処理を行うと、処理部６００はフランジ角度推定式を終了する。
【００８７】
［作用・効果］
以上、第２実施形態によれば、フランジ角度推定装置３０は、ある車輪についての走行距離Ｘとフランジ角度Ｙとの関係式を、式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」における定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを決定することで推定（算出）する。即ち、定数Ｄを、設計値データ７２４に設定されている当該車輪のフランジ角度の設計値とする。そして、定数Ａ，Ｂ，Ｃと様々に変化させた複数の候補式の内、当該車輪が使用される鉄道車両で過去に使用されていた各車輪についてのフランジ角度の計測値を該計測時の走行距離と対応付けて多数蓄積した計測値蓄積データ７２２の各データと最も近似する候補式を、当該車輪についての関係式として推定（算出）する。このように、フランジ角度の計測値から、鉄道用車輪のフランジ角度と走行距離との関係を定式化することが可能となる。
【００８８】
〔変形例〕
尚、本発明の適用は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 形状計測装置
２０ 車輪摩耗推定装置
１２０ 通信部
１４０ 入力部
２００ 処理部
２１０ データ変換部
２２０ 転削時期推定部
２２２ 踏面形状推定部
２２４ 検査項目値推定部
２３０ 車輪寿命推定部
３００ 記憶部
３１０ 車輪摩耗推定プログラム
３２２ 設計車輪データ
３２４ 車輪の検査規定データ
３３２ 踏面形状計測データ
３３４ 踏面形状データ
３３６ 踏面形状推定データ（Ａ）
３３８ 推定検査項目値データ
３４２ 踏面形状推定データ（Ｂ）
３４４ 寿命推定データ
１６０ 出力部
３０ フランジ角度推定装置
５２０ 入力部
６００ 処理部
７００ 記憶部
７１０ フランジ角度推定プログラム
７２２ 計測値蓄積データ
７２４ 設計値データ
７２６ 関係式データ
５４０ 出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータに、走行によって摩耗する鉄道用車輪のフランジ角度の変化と走行距離との関係式を求めさせるためのプログラムであって、
前記鉄道用車輪の設計時のフランジ角度を設定する設計角度設定手段、
（１）前記設計角度設定手段により設定されたフランジ角度をＤとし、走行距離をＸ、フランジ角度をＹとした場合の式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」から求まるＸとＹとの関係、（２）推定対象としている鉄道用車輪の計測履歴データにおけるフランジ角度の計測値と当該計測時の走行距離との関係、が所定の近似条件を満たす場合の定数Ａ，Ｂ，Ｃを算出する定数算出手段、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項２】
請求項１に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な情報記憶媒体。
【請求項３】
走行によって摩耗する鉄道用車輪のフランジ角度の変化と走行距離との関係式を求めるためのフランジ角度推定装置であって、
前記鉄道用車輪の設計時のフランジ角度を設定する設計角度設定手段と、
（１）前記設計角度設定手段により設定されたフランジ角度をＤとし、走行距離をＸ、フランジ角度をＹとした場合の式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」から求まるＸとＹとの関係、（２）推定対象としている鉄道用車輪の計測履歴データにおけるフランジ角度の計測値と当該計測時の走行距離との関係、が所定の近似条件を満たす場合の定数Ａ，Ｂ，Ｃを算出する定数算出手段と、
を備えるフランジ角度推定装置。
【請求項１】
コンピュータに、走行によって摩耗する鉄道用車輪のフランジ角度の変化と走行距離との関係式を求めさせるためのプログラムであって、
前記鉄道用車輪の設計時のフランジ角度を設定する設計角度設定手段、
（１）前記設計角度設定手段により設定されたフランジ角度をＤとし、走行距離をＸ、フランジ角度をＹとした場合の式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」から求まるＸとＹとの関係、（２）推定対象としている鉄道用車輪の計測履歴データにおけるフランジ角度の計測値と当該計測時の走行距離との関係、が所定の近似条件を満たす場合の定数Ａ，Ｂ，Ｃを算出する定数算出手段、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項２】
請求項１に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な情報記憶媒体。
【請求項３】
走行によって摩耗する鉄道用車輪のフランジ角度の変化と走行距離との関係式を求めるためのフランジ角度推定装置であって、
前記鉄道用車輪の設計時のフランジ角度を設定する設計角度設定手段と、
（１）前記設計角度設定手段により設定されたフランジ角度をＤとし、走行距離をＸ、フランジ角度をＹとした場合の式「Ｙ＝Ａ×ｔａｎｈ（Ｂ×Ｘ）＋Ｃ×Ｘ＋Ｄ」から求まるＸとＹとの関係、（２）推定対象としている鉄道用車輪の計測履歴データにおけるフランジ角度の計測値と当該計測時の走行距離との関係、が所定の近似条件を満たす場合の定数Ａ，Ｂ，Ｃを算出する定数算出手段と、
を備えるフランジ角度推定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１０−１５１８２７（Ｐ２０１０−１５１８２７Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６０８（Ｐ２０１０−２５６０８）
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【分割の表示】特願２００５−９１２００（Ｐ２００５−９１２００）の分割
【原出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【分割の表示】特願２００５−９１２００（Ｐ２００５−９１２００）の分割
【原出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【Ｆターム（参考）】
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