車輪形状測定装置
【課題】作業員の技量にかかわらず短時間で精度高く車輪外周面形状を測定することが可能な車輪形状測定装置を提供する。
【解決手段】車輪１におけるフランジ及び踏面を含む外周面２の形状を測定する車輪形状測定装置１００であって、筐体（基部）１０と、該筐体１０内に取り付けられて車輪１の径方向外側から車輪１の外周面２に向かって光線を照射し、その反射光によって該外周面２までの距離を検出する距離測定部３０と、筐体１０を車輪１に対して位置決めして固定する位置決め手段２０と、距離測定部３０を筐体１０に対して車輪１の軸線Ｏ方向にスライド移動可能とさせるスライド手段４０と、外周面２における光線の反射にて生じる乱反射光を吸収する乱反射光吸収手段６０とを設ける。
【解決手段】車輪１におけるフランジ及び踏面を含む外周面２の形状を測定する車輪形状測定装置１００であって、筐体（基部）１０と、該筐体１０内に取り付けられて車輪１の径方向外側から車輪１の外周面２に向かって光線を照射し、その反射光によって該外周面２までの距離を検出する距離測定部３０と、筐体１０を車輪１に対して位置決めして固定する位置決め手段２０と、距離測定部３０を筐体１０に対して車輪１の軸線Ｏ方向にスライド移動可能とさせるスライド手段４０と、外周面２における光線の反射にて生じる乱反射光を吸収する乱反射光吸収手段６０とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車輪のフランジ及び踏面を含む外周面の形状を測定する車輪形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両の車輪の外周面形状を測定するものとして、例えば特許文献１には、それぞれ地上側に車輪を挟むようにして設置され、車輪に光を照射してその反射光から距離を測定する一対の距離測定装置を備えた車輪形状測定装置が開示されている。この車輪形状測定装置においては、一対の距離測定装置により測定した車輪各部の距離を合成して車輪形状を取得することとしている。
【０００３】
また、上記の他、例えば特許文献２には、車輪踏面に接触する踏面測定針を備えた移動体を備え、踏面測定針の移動に対応して記録ペンで記録テーブルに車輪踏面を描写することによって踏面形状を取得する車輪形状測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５３６０２号公報
【特許文献２】特開２００４−９３２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の車輪形状測定装置においては、地上側に一対の距離測定装置をセットする必要があるため、その位置決め等を行うことが面倒であり、測定作業に長時間を要してしまうという問題があった。また、光線の車輪の外周面での反射により乱反射光が生じるため、当該乱反射光が距離測定装置によって受光される反射光に紛れてしまい、その結果、取得したデータにノイズが生じ、精度高く外周面形状を得ることができないという問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献２の車輪形状測定装置においては、記録ペンが記録テーブルに車輪踏面を描写するという手法のため、例えばレーザーを用いた場合のように厳密な踏面形状までを捉えることができず、精度が劣るという欠点があった。また、作業員の技量の差異によって測定にばらつきが生じ、測定結果の正確性が担保できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、作業員の技量にかかわらず、短時間で精度高く車輪のフランジ及び踏面を含む外周面の形状を測定することが可能な車輪形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る車輪形状測定装置は、車輪におけるフランジ及び踏面を含む外周面の形状を測定する車輪形状測定装置であって、前記車輪の径方向外側に配される基部と、該基部に取り付けられて、前記車輪の径方向外側から該車輪の外周面に向かって光線を照射し、その反射光によって該外周面までの距離を検出する距離測定部と、前記基部を前記車輪に対して位置決めして固定する位置決め手段と、前記距離測定部を前記基部に対して前記車輪の軸線方向にスライド移動可能とさせるスライド手段と、前記外周面における前記光線の反射にて生じる乱反射光を吸収する乱反射光吸収手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このような特徴の車輪形状測定装置によれば、位置決め手段によって基部を車輪に対して位置決めし、この状態において基部内の距離測定部を車輪の軸線方向にスライドさせることで、該距離測定部が車輪の外周面との距離を上記軸線方向にわたって連続的に検出する。これによって、車輪の外周面形状を取得することができる。
また、乱反射光吸収手段を設けたことにより、光線の反射光に乱反射光が紛れることを回避することができるため、距離測定部の検出値にノイズが生じることを抑制することができる。
【００１０】
また、本発明に係る車輪形状測定装置において、前記乱反射光吸収手段は、前記距離測定部に設けられた前記反射光を受光する受光部における前記車輪の径方向内側において、該反射光の光路を取り囲むように設けられた第一光吸収材を有することを特徴とする。
【００１１】
受光部の近傍において乱反射光が第一光吸収材に吸収されることによって、該受光部が受光する反射光に乱反射光が紛れることを防止することができる。したがって、距離測定部によって、より正確に車輪外周面との距離を測定することができるため、精度高く外周面形状を取得することができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る車輪形状測定装置において、前記乱反射光吸収手段は、前記第一光吸収材に加えて、前記第一光吸収材よりも前記車輪の径方向内側において、前記反射光の光路における前記軸線方向の少なくとも一方側に設けられた第二光吸収材を有することを特徴とする。
【００１３】
これによって、より一層確実に、受光部が受光する反射光に乱反射光が紛れることを防止することができる。
【００１４】
また、本発明に係る車輪形状測定装置は、前記基部に設けられ、前記軸線方向に延在するラックと、前記距離測定部に設けられ、前記ラックと噛み合って前記距離測定部のスライド移動に伴って回転するピニオンとをさらに備え、前記距離測定部は、前記ピニオンの回転に伴って、該ピニオンの回転数に対応して予め定められたパルス数で、前記光線をパルス的に照射することを特徴とする。
【００１５】
ピニオンの回転数に対応して距離測定部がパルス的に光線を照射することで、車輪の外周面の軸線方向全域において光線のパルスを均等に分布させることができる。即ち、距離測定部をスライド移動させる速度にかかわらず、軸線方向全域において均等に分布させたパルスでもって外周面までの距離を検出することができるため、作業者の技量の違いによってばらつきが生じることなく、精度高く踏面形状を取得することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る車輪形状測定装置において、前記位置決め手段は、前記車輪の端面に標準形成された車輪溝に係合する係合部と、前記車輪の端面に固着可能なマグネットとを有することを特徴とする。
【００１７】
ここで、鉄道車両の車輪においては、その端面に軸線を中心とした車輪溝が標準的に形成されている。そこで、当該車輪溝に係合部を係合させることで、基部及び該基部内に取り付けられた距離測定部の車輪の径方向及び軸線方向位置を常に同一とすることができる。さらに、この状態でマグネットが車輪に固着されることで、基部を車輪に対して固定することができ、安定した測定作業を行うことができる。これによって、車輪の外周面形状をより一層正確に測定することが可能となる。
【００１８】
また、本発明に係る車輪形状測定装置においては、前記位置決め手段が、前記基部の定位置に着脱可能とされた着脱部材をさらに有し、該着脱部材に前記係合部が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
ここで、鉄道車両の車輪は種々の形状のものがあり、例えば標準車輪、小径車輪、貨物車輪の三種がある。よって、仮に位置決め手段の係合部が基部の同一箇所にあれば、車輪の種類の違いによって、基部及び距離測定部を適切な箇所に配置することができず、外周面形状の測定の正確性が担保できなくなってしまう。そこで、基部に着脱可能な着脱部材を設け、当該着脱部材に係合部を設けることとし、さらに、この係合部の位置が互いに異なる複数の着脱部材を用意することとする。これにより、車輪の種類に対応して車輪溝との位置関係が適切な着脱部材を装着することで、基部及び距離測定部を車輪に対して適切な箇所に配置することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の車輪形状測定装置によれば、車輪に対して位置決めされた基部内の距離測定部を車輪の軸線方向にスライドさせることで該車輪の外周面形状を取得することができる。また、車輪外周面での反射光に乱反射光が紛れることがない。したがって、作業員の技量にかかわらず、短時間で精度高く車輪外周面形状を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る車輪形状測定装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】車輪の軸線に直交する断面における車輪形状測定装置本体の断面図である。
【図３】車輪の軸線を含む断面における車輪形状測定装置本体の断面図である。
【図４】車輪形状測定装置による車輪の踏面の測定結果の一例を示すグラフ及び表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る車輪形状測定装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、車輪形状測定装置１００は、鉄道用車輪（以下、単に車輪と称する）１に装着されて、該車輪１のフランジ２ａ及び踏面２ｂを含む外周面２の形状を測定する装置本体８０と、装置本体８０による測定結果が表示される表示装置９０とを備えている。
【００２３】
即ち、装置本体８０によって測定された外周面２の形状のデータがケーブル９２を介して表示装置９０に伝送され、当該データに基づく測定結果が表示装置９０の表示画面９１に表示されるようになっている。なお、この表示画面９１はタッチパネル式とされており、表示モードの変更や取得したデータの管理等を行うことができるように構成されている。
【００２４】
装置本体８０は、図２及び図３に示すように、筐体（基部）１０と、位置決め手段２０と、距離測定部３０と、スライド手段４０と、ラックピニオン機構５０と、乱反射光吸収手段６０とを備えて構成されている。
【００２５】
なお、以下では、図２における左右方向を車輪１の周方向と称し、図３における左右方向を軸線Ｏ方向と称することとする。さらに、当該軸線Ｏ方向について、一対の車輪１，１が輪軸５に取り付けられた状態におけるこれら車輪１，１の内側を、車輪１の軸線Ｏ方向内側と称し、一対の車輪１，１の外側を車輪１の軸線Ｏ方向外側と称することとする。
【００２６】
筐体１０は、一部が開口する略箱型をなす部材であって、車輪１の径方向外側において略箱型の開口を車輪１の径方向内側に向けるようにして、即ち、開口を外周面２に対向させるようにして配置されている。より具体的には、この筐体１０は、天板１３と、車輪１の周方向に離間して配置される一対の側板１１ａ，１１ｂ、及び、軸線Ｏ方向に離間して配される一対の側板１１ｃ，１１ｄとから構成されている。
【００２７】
上記側板１１ｃ，１１ｄは、車輪１の軸線Ｏに直交する平面に沿って配置されており、これら側板１１ｃ，１１ｄ同士の間隔は、車輪１の軸線Ｏ方向の厚みよりも大きく設定されている。また、これら一対の側板１１ｃ，１１ｄのうち、車輪１の軸線Ｏ方向内側の側板１１ｃには、該側板１１ｃから車輪１の径方向内側に向かうにしたがって車輪１の周方向に広がるように延出する延出板部１２が一体に形成されている。この延出板部１２は、車輪１の軸線Ｏ方向両側の一対の端面のうち、軸線Ｏ方向内側の端面４に沿うように配置されている。
【００２８】
位置決め手段２０は、一対のマグネット２１，２１及び着脱部材２２から構成されている。
マグネット２１，２１は、延出板部１２の軸線Ｏ方向外側を向く面に、車輪１の周方向に離間して固定されている。これら一対のマグネット２１，２１が金属からなる車輪１の内側の端面４に磁気的に固着されることによって、筐体１０が車輪１に対して強固に固定される。
【００２９】
着脱部材２２は、延出板部１２の軸線Ｏ方向外側を向く面に形成された凹部１２ａに隙間無く嵌り込む金属板であって、該凹部１２ａに埋設されたマグネット２３に磁気的に固着されることによって、延出板部１２に対して、即ち、筐体１０に対して定位置に着脱可能とされている。
【００３０】
この着脱部材２２が筐体１０に装着された状態においては、該着脱部材２２の軸線Ｏ方向外側を向く面が車輪１の端面４に当接可能とされている。そして、この着脱部材２２の軸線Ｏ方向外側を向く面には、軸線Ｏ方向外側に向かって突出するとともに、車輪１の径方向外側に向かって凸となる円弧状をなして延在する係合突条（係合部）２２ａが一体に形成されている。
【００３１】
ここで、車輪１における軸線Ｏ内側の端面には、軸線Ｏを中心とした車輪溝６が、車輪１の種類（例えば、標準車輪、小径車輪、貨物車輪等）にかかわらず標準的に形成されている。そして、上記着脱部材２２における係合突条２２ａの円弧状の曲率は、装置本体８０の装着対象となる車輪１、即ち、装置本体８０による測定対象となる車輪１における車輪溝６の曲率と同一とされている。これによって、該着脱部材２２の軸線Ｏ方向外側を向く面が車輪１の端面４に当接した際に、係合突条２２ａが車輪溝６に対して嵌り込むことで、筐体１０が車輪１に対して軸線Ｏ方向及び径方向に移動不能に固定される。
【００３２】
距離測定部３０は、上記筐体１０内に収納されるように配置されており、スライド手段４０を介して該筐体１０に取り付けられている。この距離測定部３０は、車輪１の径方向内側に向かって開口する直方体箱型をなす測定部本体３１を備えている。そして、この測定部本体３１内には、該測定部本体３１の開口を介して車輪１の径方向内側に向かって光線を照射する投光部３２と、該投光部３２から照射された光線の反射光を受光する受光部３３とが設けられている。
【００３３】
即ち、これら投光部３２と受光部３３とによってレーザ変位計が構成されており、投光部３２が照射した光線の反射光を受光部３３が受光することで、光線の照射対象までの距離が検出されるようになっている。
【００３４】
投光部３２は、測定部本体３１の開口近傍に設けられている一方、受光部３３は、測定部本体３１の開口から投光部３２よりも径方向外側に離間した箇所に設けられている。そして、測定部本体３１内における受光部３３よりも開口側の箇所、即ち、車輪１の径方向内側の箇所には、該受光部３３が受光する反射光の光路を取り囲むようにして配置された第一光吸収材６１が設けられている。
【００３５】
この第一光吸収材６１は、例えばクロロプレンゴム等の黒色の材料から形成されており、測定部本体３１の開口と受光部３３とを連通させる連通路６１ａを備えている。そして、連通路６１ａを通過した反射光が受光部３３によって受光されるようになっている。
【００３６】
なお、本実施形態においては、投光部３２が車輪１の外周面２の周方向の頂部から該周方向に僅かに外れた箇所に対して鉛直方向に沿って光線を照射する構成とされている。したがって、外周面２からの光線の反射光は該外周面２の曲率に従って鉛直方向に対して傾斜して進行する。このような反射光の光路に対応して、連通路６１ａは鉛直方向から傾斜するように形成されている。
【００３７】
また、筐体１０における側板１１ｃの軸線Ｏ方向内側を向く面には、距離測定部３０と電気的に接続された測定開始ボタン３４が設けられており、該測定開始ボタン３４を押し込むことで、距離測定部３０が起動して投光部３２及び受光部３３による光線の照射及び受光が可能な状態となるように構成されている。
さらに、側板１１ｃの軸線Ｏ方向内側を向く面には、ケーブル９２と接続されるコネクタ３５が設けられており、該コネクタ３５は距離測定部３０と電気的に接続されている。これにより、距離測定部３０により測定されたデータがコネクタ３５及びケーブル９２を介して表示装置９０に伝送される。
【００３８】
スライド手段４０は、筐体１０内に設けられており、該筐体１０における天板１３の径方向内側を向く面に固定されて軸線Ｏ方向に延在するレール部４１と、距離測定部３０を軸線Ｏ方向外側から支持する支持部４２と、該支持部４２の径方向外側を向く面に固定され、レール部４１に対して軸線Ｏ方向に摺動可能に連結されたガイド部４３とから構成されている。
また、筐体１０における天板１３には、該天板１３をその厚み方向に貫通するとともに上記レール部４１に平行に、即ち、軸線Ｏ方向に延在するスリット１３ａが形成されている。そして、スリット１３ａには、一端が支持部４２の上面に固定された操作摘み４４が貫通しており、該操作摘み４４の他端は天板１３上に露呈している。
【００３９】
ラックピニオン機構５０は、筐体１０内において側板１１ｂに固定され軸線Ｏ方向に延在するラック５１と、スライド手段４０における支持部４２に回転可能に設けられ、ラック５１に噛み合うピニオン５２とから構成されている。これによって、支持部４２が軸線Ｏ方向に移動した際には、ラック５１に噛み合うピニオン５２がラック５１との噛み合いに従って回転するようになっている。
【００４０】
ここで、本実施形態においては、上記ピニオン５２が、例えば支持部４２内に設けられたエンコーダ（図示省略）を介して距離測定部３０の投光部３２と接続されている。そして、このエンコーダによって、投光部３２はピニオン５２の回転数に対応して予め定められたパルス数で、光線をパルス的に照射するようになっている。これにより、例えばピニオン５２が一回転する際には、投光部３２からは常に一定のパルス数の光線が照射される。
【００４１】
また、本実施形態においては、延出板部１２の軸線Ｏ方向外側を向く面に、シート状をなす第二光吸収材６２が貼り付けられるようにして設けられている。即ち、この第二光吸収材６２は、上記第一光吸収材６１よりも径方向内側において、投光部３２が照射する光線の反射光の軸線方向内側に設けられている。そして、本実施形態には、この第二光吸収材６２と上記第一光吸収材６１とによって、乱反射光吸収手段６０が構成されている。
【００４２】
次に、本実施形態に係る車輪形状測定装置１００の使用方法及び作用について説明する。
なお、車輪形状測定装置１００の使用前においては、装置本体８０における操作摘み４４は、図３に示すように、最も軸線Ｏ方向内側に位置しており、これに伴って支持部４２、距離測定部３０も最も軸線Ｏ方向内側に位置しているものとする。
【００４３】
この車輪形状測定装置１００によって車輪１の外周面２の形状、即ち、フランジ２ａ及び踏面２ｂの形状を測定する際には、まず作業員が装置本体８０を車輪１に対して装着する。具体的には、筐体１０の開口を車輪１の外周面２に向けた状態で該筐体１０を車輪１の径方向外側に配置し、延出板部１２に装着されている着脱部材２２を車輪１の端面４に当接させるとともに、該着脱部材２２の係合突条２２ａを車輪溝６に嵌め込んで係合させる。
【００４４】
このように係合突条２２ａが車輪溝６に係合することによって、筐体１０の車輪１に対する相対位置、即ち、装置本体８０の車輪１に対する相対位置が位置決めされる。これにより、筐体１０内に収納された距離測定部３０は、図２に示すように、車輪１よりも径方向外側に位置し、さらに、図３に示すように、車輪１よりも軸線Ｏ方向内側に位置した状態となる。
【００４５】
次に、この状態において、筐体１０に設けられた測定開始ボタン３４を押すと、距離測定部３０が起動して、投光部３２が光線を照射可能な状態となるとともに、受光部３３が反射光を受光可能な状態となる。
そして、作業員が操作摘み４４を把持して、該操作摘み４４をスリット１３ａの形状に従って軸線Ｏ方向外側へと向かって移動させる。すると、レール部４１及びガイド部４３に案内されるようにして、支持部４２が軸線Ｏ方向にスライド移動する。これに伴って、該支持部４２に支持された距離測定部３０も軸線Ｏ方向にスライド移動する。
【００４６】
この距離測定部３０スライド移動に伴って、支持部４２に設けらたピニオン５２がラックとの噛み合いに従って回転する。ここで、本実施形態においては、距離測定部３０の投光部３２が、ピニオン５２の回転数に対応して予め定められたパルス数で、光線をパルス的に照射する構成とされている。したがって、距離測定部３０を起動した状態で該距離測定部３０をスライド移動させることで、車輪１の外周面２の軸線Ｏ方向全域において光線のパルスを均等に分布させることができ、これら光線のパルスが照射される外周面２までの距離をそれぞれ検出することができる。
【００４７】
これによって、距離測定部３０から外周面２までの距離が、軸線Ｏ方向全域にわたって連続的に取得される。そして、このように距離測定部３０によって取得された距離データは、コネクタ３５及びケーブル９２を介して表示装置９０に伝送され、該表示装置９０の表示画面に車輪１の外周面２の形状の測定結果が表示される。
【００４８】
ここで、図４に、表示装置９０の表示画面９１に表示される測定結果の一例を示す。距離測定部３０によって測定された距離データは、図４（ａ）に示すように、横軸が車輪１の軸線Ｏ方向、縦軸が車輪１の径方向とされたグラフに外周面形状カーブＣとして表示される。また、図４（ａ）のグラフには、未使用状態の車輪１の外周面形状カーブＣ１、及び、車輪１として使用できる最低限の外周面形状カーブＣ２が表示されており、測定データに基づく外周面形状カーブＣの摩耗状態を一目で把握することができるようになっている。
【００４９】
また、表示画面９１には、上記距離データに基づいて算出された、図４（ｂ）に示すような車輪１の種々の寸法データ、即ち、タイヤ直径、タイヤ厚さ、フランジ距離、フランジ高さの寸法が表示される。なお、ここで言うタイヤとは、車輪１のことを意味している（以下において同じ）。また、フランジ距離とは、輪軸５に取り付けられた一対の車輪１，１におけるフランジ２ａ，２ａの軸線Ｏ方向外側の端部（フランジ２ａと踏面２ｂとの境界）同士の距離を意味しており、フランジ高さとは、フランジ２ａと踏面２ｂとの車輪１径方向の距離を意味している。
【００５０】
さらに、表示画面９１には、図４（ｃ）に示すような削正算出データ、即ち、最大削正量、最小削正量、最小削正後タイヤ直径、最小削正後タイヤ厚さが表示される。ここで、最大削正量とは、測定した外周面形状カーブＣが最低限の外周面形状カーブＣ２を下回らない程度に外周面２を研削可能な削正量の最大値を意味している。また、最小削正量とは、車輪１の外周面２を理想的な形状にするために必要な最少の研削量を意味している。このような、削正算出データが表示されることで、車輪１の外周面２の適切な研削量を容易に把握することができる。
【００５１】
以上のように、本実施形態の車輪形状測定装置１００によれば、位置決め手段２０によって筐体１０を車輪１に対して位置決めし、この状態において筐体１０内に収納された距離測定部３０を車輪１の軸線Ｏ方向にスライドさせることで、該距離測定部３０が車輪１の外周面２との距離を上記軸線Ｏ方向にわたって連続的に検出することができる。これによって、作業員の技量にかかわらず短時間で精度高く車輪１の外周面２形状を容易に取得することができる。
【００５２】
ここで、距離測定部３０によって車輪１の外周面２までの距離を測定する際には、投光部３２から照射される光線の車輪１の外周面２での反射により乱反射光が生じる。このような乱反射光が受光部３３によって受光される反射光に紛れてしまう場合、取得した距離データにノイズが生じるため、精度高く外周面２の形状を得ることができなくなってしまう。
【００５３】
これに対して本実施形態においては、乱反射光吸収手段６０として第一光吸収材６１及び第二光吸収材６２を設けたので、光線の外周面２での反射にて生じる乱反射光を吸収することができ、受光部３３が受光する反射光に乱反射光が紛れてしまうことを回避することができる。
【００５４】
即ち、車輪１の外周面２での乱反射光のうち、筐体１０の延出板部１２に向かって進行する乱反射光は、第二光吸収材６２によって吸収することができる。即ち、この第二光吸収材６２が、第一光吸収材６１よりも径方向内側、かつ、反射光の軸線方向内側に設けられていることから、車輪１の外周面２での乱反射光のうち、軸線Ｏ方向内側に傾斜して進行する光を当該第二光吸収材６２によって吸収することができる。これによって、当該光が延出板部１２の軸線Ｏ方向内側を向く面で反射して距離測定部３０に向かってしまうことを回避することができる。
【００５５】
さらに、距離測定部３０に至ってしまった乱反射光が存在する場合であっても、測定部本体３１内に第一光吸収材６１が設けられており、即ち、受光部３３の近傍において反射光の光路を取り囲むように第一光吸収材６１が設けられているため、当該第一光吸収材６１が乱反射光を吸収することで、受光部３３によって受光される反射光に乱反射光が紛れてしまうことを一層確実に回避することができる。これによって、距離測定部３０が測定した距離データにノイズが生じることを抑制することができる。
【００５６】
また、本実施形態においては、ピニオン５２の回転数に対応して距離測定部３０の投光部３２がパルス的に光線を照射することで、車輪１の外周面２の軸線Ｏ方向全域において光線のパルスを均等に分布させることができる。これにより、距離測定部３０をスライド移動させる速度にかかわらず、軸線Ｏ方向全域において均等に分布させたパルスでもって外周面２までの距離を測定することができるため、作業者の技量の違いによってばらつきが生じることなく、精度高く車輪１の外周面２の形状を取得することができる。
【００５７】
ここで、鉄道車両の車輪１においては、その端面に軸線を中心とした車輪溝６が標準的に形成されている。そこで、本実施形態においては、当該車輪溝６に対して位置決め手段２０の係合突条２２ａを係合させることで、筐体１０の車輪１に対する相対位置、即ち、装置本体８０の車輪１に対する相対位置が位置決めされる。これにより、筐体１０内に収納された距離測定部３０の車輪１の径方向及び軸線方向位置を常に同一とすることができるため、より精度高く車輪１の外周面２形状を測定することが可能となる。
【００５８】
さらに、この状態で一対のマグネット２１，２１が車輪１の端面４に固着されることで、筐体１０を車輪１に対して確実に固定することができ、安定した測定作業を行うことができる。これによって、車輪１の外周面２の形状をより一層正確に測定することが可能となる。
【００５９】
ここで、鉄道車両の車輪１においては種々の形状のものがあり、例えば標準車輪、小径車輪、貨物車輪の三種がある。したがって、位置決め手段２０の係合突条２２ａが筐体１０の同一箇所にあれば、車輪１の種類の違いによって、筐体１０及び距離測定部３０を適切な箇所に配置することができず、外周面形状の測定の正確性が担保できなくなってしまう。
【００６０】
そこで、本実施形態のように、筐体１０の定位置に着脱可能な着脱部材２２を設け、当該着脱部材２２に係合突条２２ａを設けることとし、さらに、この係合突条２２ａの位置が互いに異なる複数の着脱部材２２を用意することとする。これにより、車輪１の種類に応じて車輪溝６との位置関係が適切な着脱部材２２を装着することで、車輪１の種類に柔軟に対応して、筐体１０及び距離測定部３０を車輪１に対して適切な箇所に配置することが可能となる。
【００６１】
また、本実施形態の車輪形状測定装置１００は、全体としてコンパクトな構成とすることができるため、作業員が持ち運びし易く、即ち、携帯性に優れているため、場所を選ばずして車輪１の外周面２の形状を測定することができる。したがって、鉄道用車両の台車から取り外された車輪１の外周面２を測定可能であることはもちろん、鉄道用車両に取り付けられた状態の車輪１の外周面２も測定することができる。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、実施形態においては、乱反射光吸収手段６０として、第一光吸収材６１及び第二光吸収材６２を備えたものについて説明したが、これに限定されることはなく、乱反射光が至る箇所であれば、他の箇所に第一光吸収材６１及び第二光吸収材６２と同様の光吸収材を配置してもよい。
【００６３】
また、このような光吸収材としては、クロロプレンゴム等の黒色の材料のみならず、光を積極的に吸収可能であれば他の材料、色彩のいかなる部材であってもよい。
【００６４】
また、本実施形態においては、ラックピニオン機構５０を採用したが、たとえば、ピニオン５２に代えて回転体を設けるとともに、ラック５１に代えて回転体の外周面が高摩擦で接触するガイド部材を設け、支持部４２及び測定部本体３１のスライド移動に伴って回転体がガイド部材との接触により回転する構成であってもよい。これによっても実施形態と同様、距離測定部３０の投光部３２が回転体の回転数に対応した所定のパルスで光線を照射する構成とすることができる。
【００６５】
さらに、距離測定部３０の照射する光線は、照射対象に点光線を照射するもの、あるいは、ライン光線を照射するもののいずれであってもよい。なお、測定結果としての外周面形状カーブを滑らかなものとするためには、ライン光線を照射するものであることが好ましい。
【００６６】
また、本実施形態においては、筐体１０の延出板部１２が該筐体１０の軸線Ｏ内側のみにいたち形成されているが、これに限定されず、例えば軸線Ｏ方向外側にも延出板部１２が形成されていてもよい。この場合、軸線Ｏ方向他方側の延出板部にも、位置決め手段２０のマグネット２１を設けて、車輪１に対して固定可能な構成としてもよい。これによって、より強固に装置本体８０を車輪１に対して固定することができる。
【００６７】
さらに、軸線Ｏ方向外側の延出板部における軸線Ｏ方向内側を向く面にも第二光吸収材６２を設けてもよい。これによって、当該延出板部によって乱反射光が距離測定部３０に反射されてしまうことを防止することができる。
【００６８】
また、位置決め手段２０においては、マグネット２１，２１によって車輪１の端面４に固着される構成としたが、当該マグネット２１，２１が車輪１の他の箇所、例えば、外周面２等に固着される構成としてもよい。また、マグネット２１，２１は必ずしも一対に限られず、複数であってもよいし、もちろん単一であってもよい。
【００６９】
さらに、位置決め手段２０は、マグネット２１，２１に代えて例えばベルトや治具等を介して車輪１に対して筐体１０を固定する構成であってもよい。
【００７０】
また、実施形態では、係合突条２２ａが着脱部材２２に設けられている構成としたが、該係合突条２２ａが筐体１０に直接的に設けられている構成であってもよい。また、係合突条２２ａに代えて、例えば、車輪溝６に嵌り込む複数の突起部を車輪１に対して筐体１０を位置決めするための係合部としてもよい。
【００７１】
さらに、実施形態では、基部として筐体１０を採用した例について説明したが、基部の形状は必ずしも筐体１０に限定されることはなく、位置決め手段２０によって位置決めされるとともに、距離測定部３０が取り付け可能な構造ならば、他の形状の部材を基部として採用してもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１ 車輪
２ 外周面
２ａ フランジ
２ｂ 踏面
４ 端面
５ 輪軸
６ 車輪溝
１０ 筐体
１１ａ 側板
１１ｂ 側板
１１ｃ 側板
１１ｄ 側板
１２ 延出板部
１３ 天板
１３ａ スリット
２０ 位置決め手段
２１ マグネット
２２ 着脱部材
２２ａ 係合突条（係合部）
２３ マグネット
３０ 距離測定部
３１ 測定部本体
３２ 投光部
３３ 受光部
３４ 測定開始ボタン
３５ コネクタ
４０ スライド手段
４１ レール部
４２ 支持部
４３ ガイド部
４４ 操作摘み
５０ ラックピニオン機構
５１ ラック
５２ ピニオン
６０ 乱反射光吸収手段
６１ 第一光吸収材
６１ａ 連通路
６２ 第二光吸収材
８０ 装置本体
９０ 表示装置
９１ 表示画面
９２ ケーブル
１００ 車輪形状測定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車輪のフランジ及び踏面を含む外周面の形状を測定する車輪形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両の車輪の外周面形状を測定するものとして、例えば特許文献１には、それぞれ地上側に車輪を挟むようにして設置され、車輪に光を照射してその反射光から距離を測定する一対の距離測定装置を備えた車輪形状測定装置が開示されている。この車輪形状測定装置においては、一対の距離測定装置により測定した車輪各部の距離を合成して車輪形状を取得することとしている。
【０００３】
また、上記の他、例えば特許文献２には、車輪踏面に接触する踏面測定針を備えた移動体を備え、踏面測定針の移動に対応して記録ペンで記録テーブルに車輪踏面を描写することによって踏面形状を取得する車輪形状測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５３６０２号公報
【特許文献２】特開２００４−９３２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の車輪形状測定装置においては、地上側に一対の距離測定装置をセットする必要があるため、その位置決め等を行うことが面倒であり、測定作業に長時間を要してしまうという問題があった。また、光線の車輪の外周面での反射により乱反射光が生じるため、当該乱反射光が距離測定装置によって受光される反射光に紛れてしまい、その結果、取得したデータにノイズが生じ、精度高く外周面形状を得ることができないという問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献２の車輪形状測定装置においては、記録ペンが記録テーブルに車輪踏面を描写するという手法のため、例えばレーザーを用いた場合のように厳密な踏面形状までを捉えることができず、精度が劣るという欠点があった。また、作業員の技量の差異によって測定にばらつきが生じ、測定結果の正確性が担保できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、作業員の技量にかかわらず、短時間で精度高く車輪のフランジ及び踏面を含む外周面の形状を測定することが可能な車輪形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る車輪形状測定装置は、車輪におけるフランジ及び踏面を含む外周面の形状を測定する車輪形状測定装置であって、前記車輪の径方向外側に配される基部と、該基部に取り付けられて、前記車輪の径方向外側から該車輪の外周面に向かって光線を照射し、その反射光によって該外周面までの距離を検出する距離測定部と、前記基部を前記車輪に対して位置決めして固定する位置決め手段と、前記距離測定部を前記基部に対して前記車輪の軸線方向にスライド移動可能とさせるスライド手段と、前記外周面における前記光線の反射にて生じる乱反射光を吸収する乱反射光吸収手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このような特徴の車輪形状測定装置によれば、位置決め手段によって基部を車輪に対して位置決めし、この状態において基部内の距離測定部を車輪の軸線方向にスライドさせることで、該距離測定部が車輪の外周面との距離を上記軸線方向にわたって連続的に検出する。これによって、車輪の外周面形状を取得することができる。
また、乱反射光吸収手段を設けたことにより、光線の反射光に乱反射光が紛れることを回避することができるため、距離測定部の検出値にノイズが生じることを抑制することができる。
【００１０】
また、本発明に係る車輪形状測定装置において、前記乱反射光吸収手段は、前記距離測定部に設けられた前記反射光を受光する受光部における前記車輪の径方向内側において、該反射光の光路を取り囲むように設けられた第一光吸収材を有することを特徴とする。
【００１１】
受光部の近傍において乱反射光が第一光吸収材に吸収されることによって、該受光部が受光する反射光に乱反射光が紛れることを防止することができる。したがって、距離測定部によって、より正確に車輪外周面との距離を測定することができるため、精度高く外周面形状を取得することができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る車輪形状測定装置において、前記乱反射光吸収手段は、前記第一光吸収材に加えて、前記第一光吸収材よりも前記車輪の径方向内側において、前記反射光の光路における前記軸線方向の少なくとも一方側に設けられた第二光吸収材を有することを特徴とする。
【００１３】
これによって、より一層確実に、受光部が受光する反射光に乱反射光が紛れることを防止することができる。
【００１４】
また、本発明に係る車輪形状測定装置は、前記基部に設けられ、前記軸線方向に延在するラックと、前記距離測定部に設けられ、前記ラックと噛み合って前記距離測定部のスライド移動に伴って回転するピニオンとをさらに備え、前記距離測定部は、前記ピニオンの回転に伴って、該ピニオンの回転数に対応して予め定められたパルス数で、前記光線をパルス的に照射することを特徴とする。
【００１５】
ピニオンの回転数に対応して距離測定部がパルス的に光線を照射することで、車輪の外周面の軸線方向全域において光線のパルスを均等に分布させることができる。即ち、距離測定部をスライド移動させる速度にかかわらず、軸線方向全域において均等に分布させたパルスでもって外周面までの距離を検出することができるため、作業者の技量の違いによってばらつきが生じることなく、精度高く踏面形状を取得することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る車輪形状測定装置において、前記位置決め手段は、前記車輪の端面に標準形成された車輪溝に係合する係合部と、前記車輪の端面に固着可能なマグネットとを有することを特徴とする。
【００１７】
ここで、鉄道車両の車輪においては、その端面に軸線を中心とした車輪溝が標準的に形成されている。そこで、当該車輪溝に係合部を係合させることで、基部及び該基部内に取り付けられた距離測定部の車輪の径方向及び軸線方向位置を常に同一とすることができる。さらに、この状態でマグネットが車輪に固着されることで、基部を車輪に対して固定することができ、安定した測定作業を行うことができる。これによって、車輪の外周面形状をより一層正確に測定することが可能となる。
【００１８】
また、本発明に係る車輪形状測定装置においては、前記位置決め手段が、前記基部の定位置に着脱可能とされた着脱部材をさらに有し、該着脱部材に前記係合部が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
ここで、鉄道車両の車輪は種々の形状のものがあり、例えば標準車輪、小径車輪、貨物車輪の三種がある。よって、仮に位置決め手段の係合部が基部の同一箇所にあれば、車輪の種類の違いによって、基部及び距離測定部を適切な箇所に配置することができず、外周面形状の測定の正確性が担保できなくなってしまう。そこで、基部に着脱可能な着脱部材を設け、当該着脱部材に係合部を設けることとし、さらに、この係合部の位置が互いに異なる複数の着脱部材を用意することとする。これにより、車輪の種類に対応して車輪溝との位置関係が適切な着脱部材を装着することで、基部及び距離測定部を車輪に対して適切な箇所に配置することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の車輪形状測定装置によれば、車輪に対して位置決めされた基部内の距離測定部を車輪の軸線方向にスライドさせることで該車輪の外周面形状を取得することができる。また、車輪外周面での反射光に乱反射光が紛れることがない。したがって、作業員の技量にかかわらず、短時間で精度高く車輪外周面形状を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る車輪形状測定装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】車輪の軸線に直交する断面における車輪形状測定装置本体の断面図である。
【図３】車輪の軸線を含む断面における車輪形状測定装置本体の断面図である。
【図４】車輪形状測定装置による車輪の踏面の測定結果の一例を示すグラフ及び表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る車輪形状測定装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、車輪形状測定装置１００は、鉄道用車輪（以下、単に車輪と称する）１に装着されて、該車輪１のフランジ２ａ及び踏面２ｂを含む外周面２の形状を測定する装置本体８０と、装置本体８０による測定結果が表示される表示装置９０とを備えている。
【００２３】
即ち、装置本体８０によって測定された外周面２の形状のデータがケーブル９２を介して表示装置９０に伝送され、当該データに基づく測定結果が表示装置９０の表示画面９１に表示されるようになっている。なお、この表示画面９１はタッチパネル式とされており、表示モードの変更や取得したデータの管理等を行うことができるように構成されている。
【００２４】
装置本体８０は、図２及び図３に示すように、筐体（基部）１０と、位置決め手段２０と、距離測定部３０と、スライド手段４０と、ラックピニオン機構５０と、乱反射光吸収手段６０とを備えて構成されている。
【００２５】
なお、以下では、図２における左右方向を車輪１の周方向と称し、図３における左右方向を軸線Ｏ方向と称することとする。さらに、当該軸線Ｏ方向について、一対の車輪１，１が輪軸５に取り付けられた状態におけるこれら車輪１，１の内側を、車輪１の軸線Ｏ方向内側と称し、一対の車輪１，１の外側を車輪１の軸線Ｏ方向外側と称することとする。
【００２６】
筐体１０は、一部が開口する略箱型をなす部材であって、車輪１の径方向外側において略箱型の開口を車輪１の径方向内側に向けるようにして、即ち、開口を外周面２に対向させるようにして配置されている。より具体的には、この筐体１０は、天板１３と、車輪１の周方向に離間して配置される一対の側板１１ａ，１１ｂ、及び、軸線Ｏ方向に離間して配される一対の側板１１ｃ，１１ｄとから構成されている。
【００２７】
上記側板１１ｃ，１１ｄは、車輪１の軸線Ｏに直交する平面に沿って配置されており、これら側板１１ｃ，１１ｄ同士の間隔は、車輪１の軸線Ｏ方向の厚みよりも大きく設定されている。また、これら一対の側板１１ｃ，１１ｄのうち、車輪１の軸線Ｏ方向内側の側板１１ｃには、該側板１１ｃから車輪１の径方向内側に向かうにしたがって車輪１の周方向に広がるように延出する延出板部１２が一体に形成されている。この延出板部１２は、車輪１の軸線Ｏ方向両側の一対の端面のうち、軸線Ｏ方向内側の端面４に沿うように配置されている。
【００２８】
位置決め手段２０は、一対のマグネット２１，２１及び着脱部材２２から構成されている。
マグネット２１，２１は、延出板部１２の軸線Ｏ方向外側を向く面に、車輪１の周方向に離間して固定されている。これら一対のマグネット２１，２１が金属からなる車輪１の内側の端面４に磁気的に固着されることによって、筐体１０が車輪１に対して強固に固定される。
【００２９】
着脱部材２２は、延出板部１２の軸線Ｏ方向外側を向く面に形成された凹部１２ａに隙間無く嵌り込む金属板であって、該凹部１２ａに埋設されたマグネット２３に磁気的に固着されることによって、延出板部１２に対して、即ち、筐体１０に対して定位置に着脱可能とされている。
【００３０】
この着脱部材２２が筐体１０に装着された状態においては、該着脱部材２２の軸線Ｏ方向外側を向く面が車輪１の端面４に当接可能とされている。そして、この着脱部材２２の軸線Ｏ方向外側を向く面には、軸線Ｏ方向外側に向かって突出するとともに、車輪１の径方向外側に向かって凸となる円弧状をなして延在する係合突条（係合部）２２ａが一体に形成されている。
【００３１】
ここで、車輪１における軸線Ｏ内側の端面には、軸線Ｏを中心とした車輪溝６が、車輪１の種類（例えば、標準車輪、小径車輪、貨物車輪等）にかかわらず標準的に形成されている。そして、上記着脱部材２２における係合突条２２ａの円弧状の曲率は、装置本体８０の装着対象となる車輪１、即ち、装置本体８０による測定対象となる車輪１における車輪溝６の曲率と同一とされている。これによって、該着脱部材２２の軸線Ｏ方向外側を向く面が車輪１の端面４に当接した際に、係合突条２２ａが車輪溝６に対して嵌り込むことで、筐体１０が車輪１に対して軸線Ｏ方向及び径方向に移動不能に固定される。
【００３２】
距離測定部３０は、上記筐体１０内に収納されるように配置されており、スライド手段４０を介して該筐体１０に取り付けられている。この距離測定部３０は、車輪１の径方向内側に向かって開口する直方体箱型をなす測定部本体３１を備えている。そして、この測定部本体３１内には、該測定部本体３１の開口を介して車輪１の径方向内側に向かって光線を照射する投光部３２と、該投光部３２から照射された光線の反射光を受光する受光部３３とが設けられている。
【００３３】
即ち、これら投光部３２と受光部３３とによってレーザ変位計が構成されており、投光部３２が照射した光線の反射光を受光部３３が受光することで、光線の照射対象までの距離が検出されるようになっている。
【００３４】
投光部３２は、測定部本体３１の開口近傍に設けられている一方、受光部３３は、測定部本体３１の開口から投光部３２よりも径方向外側に離間した箇所に設けられている。そして、測定部本体３１内における受光部３３よりも開口側の箇所、即ち、車輪１の径方向内側の箇所には、該受光部３３が受光する反射光の光路を取り囲むようにして配置された第一光吸収材６１が設けられている。
【００３５】
この第一光吸収材６１は、例えばクロロプレンゴム等の黒色の材料から形成されており、測定部本体３１の開口と受光部３３とを連通させる連通路６１ａを備えている。そして、連通路６１ａを通過した反射光が受光部３３によって受光されるようになっている。
【００３６】
なお、本実施形態においては、投光部３２が車輪１の外周面２の周方向の頂部から該周方向に僅かに外れた箇所に対して鉛直方向に沿って光線を照射する構成とされている。したがって、外周面２からの光線の反射光は該外周面２の曲率に従って鉛直方向に対して傾斜して進行する。このような反射光の光路に対応して、連通路６１ａは鉛直方向から傾斜するように形成されている。
【００３７】
また、筐体１０における側板１１ｃの軸線Ｏ方向内側を向く面には、距離測定部３０と電気的に接続された測定開始ボタン３４が設けられており、該測定開始ボタン３４を押し込むことで、距離測定部３０が起動して投光部３２及び受光部３３による光線の照射及び受光が可能な状態となるように構成されている。
さらに、側板１１ｃの軸線Ｏ方向内側を向く面には、ケーブル９２と接続されるコネクタ３５が設けられており、該コネクタ３５は距離測定部３０と電気的に接続されている。これにより、距離測定部３０により測定されたデータがコネクタ３５及びケーブル９２を介して表示装置９０に伝送される。
【００３８】
スライド手段４０は、筐体１０内に設けられており、該筐体１０における天板１３の径方向内側を向く面に固定されて軸線Ｏ方向に延在するレール部４１と、距離測定部３０を軸線Ｏ方向外側から支持する支持部４２と、該支持部４２の径方向外側を向く面に固定され、レール部４１に対して軸線Ｏ方向に摺動可能に連結されたガイド部４３とから構成されている。
また、筐体１０における天板１３には、該天板１３をその厚み方向に貫通するとともに上記レール部４１に平行に、即ち、軸線Ｏ方向に延在するスリット１３ａが形成されている。そして、スリット１３ａには、一端が支持部４２の上面に固定された操作摘み４４が貫通しており、該操作摘み４４の他端は天板１３上に露呈している。
【００３９】
ラックピニオン機構５０は、筐体１０内において側板１１ｂに固定され軸線Ｏ方向に延在するラック５１と、スライド手段４０における支持部４２に回転可能に設けられ、ラック５１に噛み合うピニオン５２とから構成されている。これによって、支持部４２が軸線Ｏ方向に移動した際には、ラック５１に噛み合うピニオン５２がラック５１との噛み合いに従って回転するようになっている。
【００４０】
ここで、本実施形態においては、上記ピニオン５２が、例えば支持部４２内に設けられたエンコーダ（図示省略）を介して距離測定部３０の投光部３２と接続されている。そして、このエンコーダによって、投光部３２はピニオン５２の回転数に対応して予め定められたパルス数で、光線をパルス的に照射するようになっている。これにより、例えばピニオン５２が一回転する際には、投光部３２からは常に一定のパルス数の光線が照射される。
【００４１】
また、本実施形態においては、延出板部１２の軸線Ｏ方向外側を向く面に、シート状をなす第二光吸収材６２が貼り付けられるようにして設けられている。即ち、この第二光吸収材６２は、上記第一光吸収材６１よりも径方向内側において、投光部３２が照射する光線の反射光の軸線方向内側に設けられている。そして、本実施形態には、この第二光吸収材６２と上記第一光吸収材６１とによって、乱反射光吸収手段６０が構成されている。
【００４２】
次に、本実施形態に係る車輪形状測定装置１００の使用方法及び作用について説明する。
なお、車輪形状測定装置１００の使用前においては、装置本体８０における操作摘み４４は、図３に示すように、最も軸線Ｏ方向内側に位置しており、これに伴って支持部４２、距離測定部３０も最も軸線Ｏ方向内側に位置しているものとする。
【００４３】
この車輪形状測定装置１００によって車輪１の外周面２の形状、即ち、フランジ２ａ及び踏面２ｂの形状を測定する際には、まず作業員が装置本体８０を車輪１に対して装着する。具体的には、筐体１０の開口を車輪１の外周面２に向けた状態で該筐体１０を車輪１の径方向外側に配置し、延出板部１２に装着されている着脱部材２２を車輪１の端面４に当接させるとともに、該着脱部材２２の係合突条２２ａを車輪溝６に嵌め込んで係合させる。
【００４４】
このように係合突条２２ａが車輪溝６に係合することによって、筐体１０の車輪１に対する相対位置、即ち、装置本体８０の車輪１に対する相対位置が位置決めされる。これにより、筐体１０内に収納された距離測定部３０は、図２に示すように、車輪１よりも径方向外側に位置し、さらに、図３に示すように、車輪１よりも軸線Ｏ方向内側に位置した状態となる。
【００４５】
次に、この状態において、筐体１０に設けられた測定開始ボタン３４を押すと、距離測定部３０が起動して、投光部３２が光線を照射可能な状態となるとともに、受光部３３が反射光を受光可能な状態となる。
そして、作業員が操作摘み４４を把持して、該操作摘み４４をスリット１３ａの形状に従って軸線Ｏ方向外側へと向かって移動させる。すると、レール部４１及びガイド部４３に案内されるようにして、支持部４２が軸線Ｏ方向にスライド移動する。これに伴って、該支持部４２に支持された距離測定部３０も軸線Ｏ方向にスライド移動する。
【００４６】
この距離測定部３０スライド移動に伴って、支持部４２に設けらたピニオン５２がラックとの噛み合いに従って回転する。ここで、本実施形態においては、距離測定部３０の投光部３２が、ピニオン５２の回転数に対応して予め定められたパルス数で、光線をパルス的に照射する構成とされている。したがって、距離測定部３０を起動した状態で該距離測定部３０をスライド移動させることで、車輪１の外周面２の軸線Ｏ方向全域において光線のパルスを均等に分布させることができ、これら光線のパルスが照射される外周面２までの距離をそれぞれ検出することができる。
【００４７】
これによって、距離測定部３０から外周面２までの距離が、軸線Ｏ方向全域にわたって連続的に取得される。そして、このように距離測定部３０によって取得された距離データは、コネクタ３５及びケーブル９２を介して表示装置９０に伝送され、該表示装置９０の表示画面に車輪１の外周面２の形状の測定結果が表示される。
【００４８】
ここで、図４に、表示装置９０の表示画面９１に表示される測定結果の一例を示す。距離測定部３０によって測定された距離データは、図４（ａ）に示すように、横軸が車輪１の軸線Ｏ方向、縦軸が車輪１の径方向とされたグラフに外周面形状カーブＣとして表示される。また、図４（ａ）のグラフには、未使用状態の車輪１の外周面形状カーブＣ１、及び、車輪１として使用できる最低限の外周面形状カーブＣ２が表示されており、測定データに基づく外周面形状カーブＣの摩耗状態を一目で把握することができるようになっている。
【００４９】
また、表示画面９１には、上記距離データに基づいて算出された、図４（ｂ）に示すような車輪１の種々の寸法データ、即ち、タイヤ直径、タイヤ厚さ、フランジ距離、フランジ高さの寸法が表示される。なお、ここで言うタイヤとは、車輪１のことを意味している（以下において同じ）。また、フランジ距離とは、輪軸５に取り付けられた一対の車輪１，１におけるフランジ２ａ，２ａの軸線Ｏ方向外側の端部（フランジ２ａと踏面２ｂとの境界）同士の距離を意味しており、フランジ高さとは、フランジ２ａと踏面２ｂとの車輪１径方向の距離を意味している。
【００５０】
さらに、表示画面９１には、図４（ｃ）に示すような削正算出データ、即ち、最大削正量、最小削正量、最小削正後タイヤ直径、最小削正後タイヤ厚さが表示される。ここで、最大削正量とは、測定した外周面形状カーブＣが最低限の外周面形状カーブＣ２を下回らない程度に外周面２を研削可能な削正量の最大値を意味している。また、最小削正量とは、車輪１の外周面２を理想的な形状にするために必要な最少の研削量を意味している。このような、削正算出データが表示されることで、車輪１の外周面２の適切な研削量を容易に把握することができる。
【００５１】
以上のように、本実施形態の車輪形状測定装置１００によれば、位置決め手段２０によって筐体１０を車輪１に対して位置決めし、この状態において筐体１０内に収納された距離測定部３０を車輪１の軸線Ｏ方向にスライドさせることで、該距離測定部３０が車輪１の外周面２との距離を上記軸線Ｏ方向にわたって連続的に検出することができる。これによって、作業員の技量にかかわらず短時間で精度高く車輪１の外周面２形状を容易に取得することができる。
【００５２】
ここで、距離測定部３０によって車輪１の外周面２までの距離を測定する際には、投光部３２から照射される光線の車輪１の外周面２での反射により乱反射光が生じる。このような乱反射光が受光部３３によって受光される反射光に紛れてしまう場合、取得した距離データにノイズが生じるため、精度高く外周面２の形状を得ることができなくなってしまう。
【００５３】
これに対して本実施形態においては、乱反射光吸収手段６０として第一光吸収材６１及び第二光吸収材６２を設けたので、光線の外周面２での反射にて生じる乱反射光を吸収することができ、受光部３３が受光する反射光に乱反射光が紛れてしまうことを回避することができる。
【００５４】
即ち、車輪１の外周面２での乱反射光のうち、筐体１０の延出板部１２に向かって進行する乱反射光は、第二光吸収材６２によって吸収することができる。即ち、この第二光吸収材６２が、第一光吸収材６１よりも径方向内側、かつ、反射光の軸線方向内側に設けられていることから、車輪１の外周面２での乱反射光のうち、軸線Ｏ方向内側に傾斜して進行する光を当該第二光吸収材６２によって吸収することができる。これによって、当該光が延出板部１２の軸線Ｏ方向内側を向く面で反射して距離測定部３０に向かってしまうことを回避することができる。
【００５５】
さらに、距離測定部３０に至ってしまった乱反射光が存在する場合であっても、測定部本体３１内に第一光吸収材６１が設けられており、即ち、受光部３３の近傍において反射光の光路を取り囲むように第一光吸収材６１が設けられているため、当該第一光吸収材６１が乱反射光を吸収することで、受光部３３によって受光される反射光に乱反射光が紛れてしまうことを一層確実に回避することができる。これによって、距離測定部３０が測定した距離データにノイズが生じることを抑制することができる。
【００５６】
また、本実施形態においては、ピニオン５２の回転数に対応して距離測定部３０の投光部３２がパルス的に光線を照射することで、車輪１の外周面２の軸線Ｏ方向全域において光線のパルスを均等に分布させることができる。これにより、距離測定部３０をスライド移動させる速度にかかわらず、軸線Ｏ方向全域において均等に分布させたパルスでもって外周面２までの距離を測定することができるため、作業者の技量の違いによってばらつきが生じることなく、精度高く車輪１の外周面２の形状を取得することができる。
【００５７】
ここで、鉄道車両の車輪１においては、その端面に軸線を中心とした車輪溝６が標準的に形成されている。そこで、本実施形態においては、当該車輪溝６に対して位置決め手段２０の係合突条２２ａを係合させることで、筐体１０の車輪１に対する相対位置、即ち、装置本体８０の車輪１に対する相対位置が位置決めされる。これにより、筐体１０内に収納された距離測定部３０の車輪１の径方向及び軸線方向位置を常に同一とすることができるため、より精度高く車輪１の外周面２形状を測定することが可能となる。
【００５８】
さらに、この状態で一対のマグネット２１，２１が車輪１の端面４に固着されることで、筐体１０を車輪１に対して確実に固定することができ、安定した測定作業を行うことができる。これによって、車輪１の外周面２の形状をより一層正確に測定することが可能となる。
【００５９】
ここで、鉄道車両の車輪１においては種々の形状のものがあり、例えば標準車輪、小径車輪、貨物車輪の三種がある。したがって、位置決め手段２０の係合突条２２ａが筐体１０の同一箇所にあれば、車輪１の種類の違いによって、筐体１０及び距離測定部３０を適切な箇所に配置することができず、外周面形状の測定の正確性が担保できなくなってしまう。
【００６０】
そこで、本実施形態のように、筐体１０の定位置に着脱可能な着脱部材２２を設け、当該着脱部材２２に係合突条２２ａを設けることとし、さらに、この係合突条２２ａの位置が互いに異なる複数の着脱部材２２を用意することとする。これにより、車輪１の種類に応じて車輪溝６との位置関係が適切な着脱部材２２を装着することで、車輪１の種類に柔軟に対応して、筐体１０及び距離測定部３０を車輪１に対して適切な箇所に配置することが可能となる。
【００６１】
また、本実施形態の車輪形状測定装置１００は、全体としてコンパクトな構成とすることができるため、作業員が持ち運びし易く、即ち、携帯性に優れているため、場所を選ばずして車輪１の外周面２の形状を測定することができる。したがって、鉄道用車両の台車から取り外された車輪１の外周面２を測定可能であることはもちろん、鉄道用車両に取り付けられた状態の車輪１の外周面２も測定することができる。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、実施形態においては、乱反射光吸収手段６０として、第一光吸収材６１及び第二光吸収材６２を備えたものについて説明したが、これに限定されることはなく、乱反射光が至る箇所であれば、他の箇所に第一光吸収材６１及び第二光吸収材６２と同様の光吸収材を配置してもよい。
【００６３】
また、このような光吸収材としては、クロロプレンゴム等の黒色の材料のみならず、光を積極的に吸収可能であれば他の材料、色彩のいかなる部材であってもよい。
【００６４】
また、本実施形態においては、ラックピニオン機構５０を採用したが、たとえば、ピニオン５２に代えて回転体を設けるとともに、ラック５１に代えて回転体の外周面が高摩擦で接触するガイド部材を設け、支持部４２及び測定部本体３１のスライド移動に伴って回転体がガイド部材との接触により回転する構成であってもよい。これによっても実施形態と同様、距離測定部３０の投光部３２が回転体の回転数に対応した所定のパルスで光線を照射する構成とすることができる。
【００６５】
さらに、距離測定部３０の照射する光線は、照射対象に点光線を照射するもの、あるいは、ライン光線を照射するもののいずれであってもよい。なお、測定結果としての外周面形状カーブを滑らかなものとするためには、ライン光線を照射するものであることが好ましい。
【００６６】
また、本実施形態においては、筐体１０の延出板部１２が該筐体１０の軸線Ｏ内側のみにいたち形成されているが、これに限定されず、例えば軸線Ｏ方向外側にも延出板部１２が形成されていてもよい。この場合、軸線Ｏ方向他方側の延出板部にも、位置決め手段２０のマグネット２１を設けて、車輪１に対して固定可能な構成としてもよい。これによって、より強固に装置本体８０を車輪１に対して固定することができる。
【００６７】
さらに、軸線Ｏ方向外側の延出板部における軸線Ｏ方向内側を向く面にも第二光吸収材６２を設けてもよい。これによって、当該延出板部によって乱反射光が距離測定部３０に反射されてしまうことを防止することができる。
【００６８】
また、位置決め手段２０においては、マグネット２１，２１によって車輪１の端面４に固着される構成としたが、当該マグネット２１，２１が車輪１の他の箇所、例えば、外周面２等に固着される構成としてもよい。また、マグネット２１，２１は必ずしも一対に限られず、複数であってもよいし、もちろん単一であってもよい。
【００６９】
さらに、位置決め手段２０は、マグネット２１，２１に代えて例えばベルトや治具等を介して車輪１に対して筐体１０を固定する構成であってもよい。
【００７０】
また、実施形態では、係合突条２２ａが着脱部材２２に設けられている構成としたが、該係合突条２２ａが筐体１０に直接的に設けられている構成であってもよい。また、係合突条２２ａに代えて、例えば、車輪溝６に嵌り込む複数の突起部を車輪１に対して筐体１０を位置決めするための係合部としてもよい。
【００７１】
さらに、実施形態では、基部として筐体１０を採用した例について説明したが、基部の形状は必ずしも筐体１０に限定されることはなく、位置決め手段２０によって位置決めされるとともに、距離測定部３０が取り付け可能な構造ならば、他の形状の部材を基部として採用してもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１ 車輪
２ 外周面
２ａ フランジ
２ｂ 踏面
４ 端面
５ 輪軸
６ 車輪溝
１０ 筐体
１１ａ 側板
１１ｂ 側板
１１ｃ 側板
１１ｄ 側板
１２ 延出板部
１３ 天板
１３ａ スリット
２０ 位置決め手段
２１ マグネット
２２ 着脱部材
２２ａ 係合突条（係合部）
２３ マグネット
３０ 距離測定部
３１ 測定部本体
３２ 投光部
３３ 受光部
３４ 測定開始ボタン
３５ コネクタ
４０ スライド手段
４１ レール部
４２ 支持部
４３ ガイド部
４４ 操作摘み
５０ ラックピニオン機構
５１ ラック
５２ ピニオン
６０ 乱反射光吸収手段
６１ 第一光吸収材
６１ａ 連通路
６２ 第二光吸収材
８０ 装置本体
９０ 表示装置
９１ 表示画面
９２ ケーブル
１００ 車輪形状測定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪におけるフランジ及び踏面を含む外周面の形状を測定する車輪形状測定装置であって、
前記車輪の径方向外側に配される基部と、
該基部に取り付けられて、前記車輪の径方向外側から該車輪の外周面に向かって光線を照射し、その反射光によって該外周面までの距離を検出する距離測定部と、
前記基部を前記車輪に対して位置決めして固定する位置決め手段と、
前記距離測定部を前記基部に対して前記車輪の軸線方向にスライド移動可能とさせるスライド手段と、
前記外周面における前記光線の反射にて生じる乱反射光を吸収する乱反射光吸収手段とを備えることを特徴とする車輪形状測定装置。
【請求項２】
前記乱反射光吸収手段は、
前記距離測定部に設けられた前記反射光を受光する受光部における前記車輪の径方向内側において、該反射光の光路を取り囲むように設けられた第一光吸収材を有することを特徴とする請求項１に記載の車輪形状測定装置。
【請求項３】
前記乱反射光吸収手段は、
前記第一光吸収材に加えて、
前記第一光吸収材よりも前記車輪の径方向内側において、前記反射光の光路における前記軸線方向の少なくとも一方側に設けられた第二光吸収材を有することを特徴とする請求項２に記載の車輪形状測定装置。
【請求項４】
前記基部に設けられ、前記軸線方向に延在するラックと、
前記距離測定部に設けられ、前記距離測定部のスライド移動に伴って前記ラックとの噛み合いにより回転するピニオンとをさらに備え、
前記距離測定部は、前記ピニオンの回転に伴って、該ピニオンの回転数に対応して予め定められたパルス数で、前記光線をパルス的に照射することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車輪形状測定装置。
【請求項５】
前記位置決め手段は、前記基部にそれぞれ設けられた、
前記車輪の端面に標準形成された車輪溝に係合する係合部と、
前記車輪に固着可能なマグネットとを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の車輪形状測定装置。
【請求項６】
前記位置決め手段が、前記基部の定位置に着脱可能とされた着脱部材をさらに有し、前記基部に代えて該着脱部材に前記係合部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の車輪形状測定装置。
【請求項１】
車輪におけるフランジ及び踏面を含む外周面の形状を測定する車輪形状測定装置であって、
前記車輪の径方向外側に配される基部と、
該基部に取り付けられて、前記車輪の径方向外側から該車輪の外周面に向かって光線を照射し、その反射光によって該外周面までの距離を検出する距離測定部と、
前記基部を前記車輪に対して位置決めして固定する位置決め手段と、
前記距離測定部を前記基部に対して前記車輪の軸線方向にスライド移動可能とさせるスライド手段と、
前記外周面における前記光線の反射にて生じる乱反射光を吸収する乱反射光吸収手段とを備えることを特徴とする車輪形状測定装置。
【請求項２】
前記乱反射光吸収手段は、
前記距離測定部に設けられた前記反射光を受光する受光部における前記車輪の径方向内側において、該反射光の光路を取り囲むように設けられた第一光吸収材を有することを特徴とする請求項１に記載の車輪形状測定装置。
【請求項３】
前記乱反射光吸収手段は、
前記第一光吸収材に加えて、
前記第一光吸収材よりも前記車輪の径方向内側において、前記反射光の光路における前記軸線方向の少なくとも一方側に設けられた第二光吸収材を有することを特徴とする請求項２に記載の車輪形状測定装置。
【請求項４】
前記基部に設けられ、前記軸線方向に延在するラックと、
前記距離測定部に設けられ、前記距離測定部のスライド移動に伴って前記ラックとの噛み合いにより回転するピニオンとをさらに備え、
前記距離測定部は、前記ピニオンの回転に伴って、該ピニオンの回転数に対応して予め定められたパルス数で、前記光線をパルス的に照射することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車輪形状測定装置。
【請求項５】
前記位置決め手段は、前記基部にそれぞれ設けられた、
前記車輪の端面に標準形成された車輪溝に係合する係合部と、
前記車輪に固着可能なマグネットとを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の車輪形状測定装置。
【請求項６】
前記位置決め手段が、前記基部の定位置に着脱可能とされた着脱部材をさらに有し、前記基部に代えて該着脱部材に前記係合部が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の車輪形状測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１８０６０（Ｐ２０１２−１８０６０Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５５０５５（Ｐ２０１０−１５５０５５）
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【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２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【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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