JP2007192687A - 鉄道車両走行車輪検査装置の設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両走行車輪検査装置の設置にあたり、誤差を含むことなく距離センサを所望の位置に容易に設置することができるようにしたい。
【解決手段】レール１１の各踏面にかけて載置する治具ベース２５と、レール１１の内側で少なくとも各踏面より上方において治具ベース２５に垂直に設置した透明な材質でその表面に各距離センサ１ａ，１ｂをレール１１の外側と内側において所望の位置に設置して各距離センサ１ａ，１ｂから光の投受を行ったときに映る輝点の位置に目盛りを設けたスケール２６を備えた設置治具を治具ベース２５がレール１１の延びる方向に対し直交する方向に載置して、各距離センサ１ａ，１ｂから光の投受を行い、スケール２６に映る輝点がスケールに設けてある目盛りを照射する場合の各距離センサの位置に各距離センサを設置する。
【選択図】図３

Description

本発明は鉄道車両車輪検査装置の設置方法に係り、特にレールの外側及び内側で踏面より下にそれぞれ設置し鉄道車両の車輪における外側のフランジ面及び車輪の内側のバック面までのそれぞれの距離を光の投受により非接触で計測してその計測結果を出力する第１距離センサ及び第２距離センサと、各距離センサの計測結果と各距離センサの設置に係る距離のデータから車輪のフランジの厚さを演算する処理部を備えた鉄道車両走行車輪検査装置における各距離センサをレールに対し所望の位置に設置する鉄道車両走行車輪検査装置の設置方法に関する。

鉄道車両の走行車輪（以下、車輪と略記する）は、その内側部分のフランジに案内されてレール面上を走行しているが、曲線通過時にはフランジ外面とレール内側面との間に横圧とすべりが発生し徐々にフランジ磨耗が生じる。また、直線走行にあっても車輪踏面の磨耗等が発生し車輪形状の変形が進み、その結果、車両の遥動の増大や乗心地の悪化等を招く。さらに、車輪形状の変形が一定限界を超えると車輪が脱線するという重大事故につながるので、この車輪形状を監視しておかなければならない。

そのため下記特許文献１に見られるように、レールの外側と内側にそれぞれ設置した距離センサで、走行車輪の外側と内側のフランジ面までの距離を非接触で計測し、それぞれの計測結果および距離センサの設置に係わる距離のデータ等から走行車輪の車輪形状を演算して求めることで、人手と労力を軽減することが提案されている。

その概要を図７に示しており、１ａはレール１１の外側の枕木１２上に設置した光学的距離センサ、１ｂは同様にレール１１の内側に設置した光学的距離センサであり、それぞれの距離センサ１ａ，１ｂは、測定始点が距離Ｌ０だけ離れており、レール１１の踏面よりも下の位置に設置されている。

距離センサ１ａは、鉛直線からθ１の照射角度で車輪１００の外側からフランジ１０２に向かって光を照射し、反射光を得てフランジ１００の外面までの距離Ｌ３を非接触で計測する。一方、距離センサ１ｂは鉛直線からθ２の照射角度で車輪１００の内側面に向かって光を照射し、反射光を得て車輪１００の内面（バック面）までの距離Ｌ４を非接触で計測する。

このように計測した距離Ｌ３，Ｌ４をそれぞれの照射角度θ１，θ２を用いて、それぞれの水平方向に対応する距離Ｌ１，Ｌ２を計算で求め、二つの距離センサ間の距離Ｌ０より、求めた水平方向距離Ｌ１，Ｌ２を減算することで、車輪１００のフランジ厚さｄを求めることができる。

特開２００１−８８５０３号公報

ところが、上記従来の鉄道車両走行車輪検査装置では、それぞれの距離センサ１ａ，
１ｂは枕木１２上に設置されているため、走行車両の通過による車両荷重を枕木１２が受けると、距離センサ１ａ，１ｂを設置した枕木１２に形状変形が生じ、その影響で車輪形状の測定値に誤差を生むことがあった。この場合、枕木１２を交換すると、距離センサ
１ａ，１ｂを新たな枕木１２上に設置し直す必要がある。

また、距離センサ１ａ，１ｂの定期交換や点検修理の後などに、正確な位置に距離センサ１ａ，１ｂを設置する必要があるが、特に、照射角度の調整は難しく多大な労力と手間が掛かった。さらに、距離センサ１ａ，１ｂの設置に係わる誤差は、車輪形状の測定結果に誤差を生む要因となった。

それゆえ本発明の目的は、誤差を含むことなく距離センサを所望の位置に容易に設置することができる鉄道車両走行車輪検査装置の設置方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、レールの外側及び内側で踏面より下にそれぞれ設置し鉄道車両の車輪における外側のフランジ面及び車輪の内側のバック面までのそれぞれの距離を光の投受により非接触で計測してその計測結果を出力する第１距離センサ及び第２距離センサと、該各距離センサの計測結果と該各距離センサの設置に係る距離のデータから該車輪のフランジの厚さを演算する処理部を備えた鉄道車両走行車輪検査装置における該各距離センサを該レールに対し所望の位置に設置する鉄道車両走行車輪検査装置の設置方法において、両レールの各踏面にかけて載置する治具ベースと、各レールの内側で少なくとも各踏面より上方において該治具ベースに垂直に設置した透明な材質でその表面に該各距離センサを該レールに対し所望の位置に設置して該各距離センサから光の投受を行ったときに映る輝点の位置に目盛りを設けたスケールを備えた設置治具を該治具ベースが該両レールが延びる方向に対し直交する方向に載置して、該各距離センサから光の投受を行い、該スケールに映る輝点が該スケールに設けてある目盛りを照射する場合の該各距離センサの位置に該各距離センサを該レールに対し設置することにある。

本発明によれば、設置治具を該治具ベースが両レールが延びる方向に対し直交する方向に載置して、各距離センサから光の投受を行い、スケールに映る輝点がスケールに設けてある目盛りを照射するようにするだけで、各距離センサをレールに対し所望の位置に設置誤差を含むことなく、簡単に設置することができる。

以下、図に基づいて実施形態を説明する。

図１は、鉄道車両走行車輪検査装置により鉄道車両の走行車輪を検査する状況を示している。

図１において、１０はレール１１上を走行車輪（以下、車輪と略記する）１００で走行する鉄道車両（以下、車両と略記する）である。この車輪１００は、図２に示すように、外側の部分から内側の部分までの外周面の外径が徐々に大となるように形成された踏面
１０１と、内側の部分に一体に設けたフランジ１０２とからなる。フランジ１０２の外周面は、踏面１０１から連続しかつ内側から外側に行くに従って肉厚が徐々に薄くなるような凸曲面をなしている。

車輪１００は、基準溝１０３を有しており、この基準溝１０３の直径は車輪径にリンクして規定されている。なお、車輪１００の外側のフランジ面１０４をフランジ外面と称し、また車輪１００の内側のフランジ面１０５を車輪内面と称する。車輪１００の踏面101がレール１１の上面（レール面若しくはレールの踏面）を走行する際、車輪１００のフランジ外面１０４がレール１１の内側面で案内される。

図２において、１２は距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂを設置するベース台であり、各距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ等の設置時の位置精度を左右するネジ穴等の加工精度が得られ易く、なお且つ走行車両の通過による車両荷重を受けたときに、その変形を少なくする金属製の剛体部材で構成されている。左右のレール１１には、車両の進入を検出するための軌道回路（図示せず）が構成されている。

軌道回路は左右のレール１１Ｌ，１１Ｒ（以下、左右のレール１１Ｌ，１１Ｒに共通の場合はレール１１と略記する）に微小電流を流しておき、車両１０が任意長で区切られた各レール区間内に進入すると、左右のレール１１の微小電流が、進入車両１０の車輪100および車軸を通して導通され、その電位差変化から車両進入を検知し、信号機に通知するものである。

距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂを設置したレール区間では、ベース台１２は絶縁部材１３を介して左右のレール１１下に固定されている。通過車両の車両荷重は、レール
１１および枕木（図示せず）を介して、レール１１および枕木下に敷設されたバラスト等で構成される道床（図示せず）で荷重を支えている。本実施形態では、ベース台１２下に、一部バラスト等を排除した空洞（図示せず）を構成し、ベース台１２を敷設している。

左右のレール１１の内側面間距離は軌間Ｌｇとして規定されている。例えば、ＪＲ在来線の場合、軌間Ｌｇは１０６７mmであるが、車両１０の通過によりレール１１に大きな力が作用することもあり、点検整備後に時間経過とともに軌間狂いが生じる。このため、必要に応じて軌間狂いを許容範囲内に入れる点検整備が行われる。

従って、距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂは、左右のレール踏頂面と一方のレール
１１の内側面を位置基準として、該両レール１１が延びる方向に対し直交する方向に設置している。具体的には左右のレール１１の頂点部を結ぶ線を高さ方向の位置基準とし、横方向は、左レール１１Ｌの内側面を位置基準とし、図２では２つの位置基準線を一点鎖線で表示している。

図２に示すように、距離センサ１ａの測定始点は、それぞれの位置基準線より高さ方向が下方にＨ１ａ、横方向が左方向にＬ１ａである。距離センサ１ｂの測定始点は、それぞれの位置基準線より高さ方向が下方にＨ１ｂ、横方向が右方向にＬ１ｂである。さらに、距離センサ２ａ，２ｂの測定始点は、位置基準線よりそれぞれ高さ方向が下方にＨ２ａ，Ｈ２ｂ、横方向が右方向にＬｇ＋Ｌ２ａ、および右方向にＬｇ−Ｌ２ｂである。

また、距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの照射角度は、高さ方向の位置基準線を基準にとり、それぞれθ１ａ，θ１ｂ，θ２ａ，θ２ｂに設定されている。これら、いずれの距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂも車両走行に支障のない建築限界（図示せず）以内に設置されている。

各距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂは三角測量の原理を応用したレーザー測長器であり、距離センサ１ａ，１ｂは左レール１１Ｌの外側と内側から左側の車輪１００におけるフランジ外面１０４までの距離Ｌ３と車輪内面までの距離Ｌ４を時系列に計測出力するものである。

同様に、距離センサ２ａ，２ｂは右レール１１Ｒの外側と内側から、右レール１１Ｌの外側と内側から右側の車輪１００におけるフランジ外面１０４までの距離Ｌ６と車輪内面までの距離Ｌ５を時系列に計測出力するものである。

各距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂとして、発光ダイオードや半導体レーザーなどを用いた発光素子と光位置検出素子の組み合わせで構成される光学式距離センサを用いても良い。

各距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂでの計測結果（距離Ｌ３〜Ｌ６）は、図１に示すように、増幅器２０で各々増幅し、Ａ／Ｄ変換部３で各々逐次Ａ／Ｄ変換していく。

図１において、５は車輪検知を兼ねた速度検出部であり、鉄道車両１０の走行方向イに沿った車輪１００の車輪検知と移動速度を検出する。この速度検出部５は、例えば、距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂのような光学式のもので、図１に示すように、２個の検出部５ａ，５ｂを鉄道車両１０の走行方向イにおいて車輪１００と距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの間になるように配置している。

この速度検出部５は、上記２個の検出部５ａ，５ｂ間（一方の検出部５ａから他方の検出部５ｂまでの間）を通過する車輪１００の通過時間を計測して、その通過時間と両検出部５ａ，５ｂ間の設置距離から車輪１００の速度を得るものである。

速度検出部５での計測結果は、距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの計測結果と共に制御部４に送られる。この制御部４は、Ａ／Ｄ変換部３からの計測データと上記速度検出部５からの車輪１００の速度および経過時間とを逐次取り込み、記憶部６に格納させる制御を行う。また、制御部４は、速度検出部５で得られた車輪１００の速度に応じてＡ／Ｄ変換部３から出力されるデータをサンプリングする周期を適宜変え得るように構成されている。

記憶部６は制御部４に接続されており、Ａ／Ｄ変換部３からの出力データと速度検出部５からの車輪１００の速度と経過時間のデータを制御部４の制御によって逐次格納する。

７は処理部で、記憶部６に格納された計測データと予め固定して設置されている距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの設置距離データＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌｇ＋Ｌ２ａ，Ｌｇ−
Ｌ２ｂおよび軌間Ｌｇ，照射角度データθ１ａ，θ１ｂ，θ２ａ，θ２ｂ，速度検出部５で検出される車輪速度等を用いて、逐次車輪１００のフランジ１０２の厚さｄ(図２参照)や車輪内面距離Ｌｂ（図２参照）等の車輪形状を演算して求める。

また、処理部７は上記のようにして得られたフランジ１０２の厚さｄや車輪内面距離
Ｌｂ等のデータを車輪１００の測定順番と共に記憶部６に格納する。例えば、１０両編成の車両１０の場合、車軸は４０軸あり、車輪１００は左右で８０輪ある。先頭車両から１軸毎に測定し、順次記憶部６に格納する。

以下、左右のレール１１の軌間Ｌｇが規定通りであり、距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂが規定の設置距離データＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌｇ＋Ｌ２ａ，Ｌｇ−Ｌ２ｂ，設置高さ
Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ，照射角度データθ１ａ，θ１ｂ，θ２ａ，θ２ｂを持つように設置されているとして、車輪１００のフランジ１０２の厚さｄや車輪内面距離
Ｌｂ等の車輪形状を演算により求めることを説明する。

先ず、図１に示すように、車輪形状を検査する鉄道車両１０をレール１１上矢印イの方向に走行させ、速度検出部５の２個の検出部５ａ，５ｂ間を通過させ、さらに距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂとの間を走行させる。

すると、速度検出部５で車輪１００を検知するとともに、図２に示すように、外側の距離センサ１ａ，２ａは、それぞれフランジ外面１０４までの距離Ｌ３，Ｌ６をそれぞれ計測し、内側の距離センサ１ｂ，２ｂは、それぞれ車輪内面１０５までの距離Ｌ４，Ｌ５をそれぞれ計測する。

図２に示すように、ベース台１２は、金属製の剛体部材で構成されていても絶縁部材
１３を介してレール１１下に固定されるため、軌道回路（図示せず）はベース台１２の敷設に伴う車両進入の誤検知は発生しない。さらに、車両通過によりレール１１が車両荷重を受けて沈下する際、ベース台１２はレール１１と一体で沈下するが、ベース台１２の下部に空洞（図示せず）があるため、道床からの圧縮応力を回避でき、ベース台１２の圧縮応力による形状変形を避けることができる。

また、車両１０が重くてレール１１が沈んでも、距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂも車輪１００と一緒に沈むから、レール１１の変形は計測結果Ｌ３〜Ｌ６に影響がない。

次に、図１において、上記各距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂからの出力波形は増幅部２０で増幅されてからＡ／Ｄ変換部３でＡ／Ｄ変換され、制御部４の制御によって逐次記憶部６に格納される。一方、速度検出部５で得られた速度は、経過時間と共に制御部４の制御によって逐次記憶部６に格納される。

それから、処理部７において、記憶部６に格納された計測データＬ３〜Ｌ６と予め格納されている距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの設置距離データＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌｇ＋Ｌ２ａ，Ｌｇ−Ｌ２ｂ，照射角度データθ１ａ，θ１ｂ，θ２ａ，θ２ｂ、および軌間データＬｇと速度検出部５で検出される車輪速度を用いて、逐次左右の各車輪１００におけるフランジ１０２の厚さｄＬ，ｄＲ，車輪内面距離Ｌｂ等の車輪形状を下式で演算して求める。
（数１）
ｄＬ＝Ｌ１ａ＋Ｌ１ｂ−Ｌ３×Ｃｏｓ(θ１ａ)−Ｌ４×Ｃｏｓ(θ１ｂ)
（数２）
ｄＲ＝Ｌ２ａ＋Ｌ２ｂ−Ｌ６×Ｃｏｓ(θ２ａ)−Ｌ５×Ｃｏｓ(θ２ｂ)
（数３）
Ｌｂ＝Ｌｇ−(Ｌ１ｂ−Ｌ４×Ｃｏｓ(θ１ｂ))−(Ｌ２ｂ−Ｌ５
×Ｃｏｓ(θ２ｂ))−２ｅ
なお、数式３において、ｅはレール１１の内側面と車輪１００のフランジ外面１０４との間の片側遊間である。

このように鉄道車両走行車輪検査装置によれば、走行車輪１００におけるフランジ102の厚さｄＬ，ｄＲや車輪内面距離Ｌｂ等の車輪形状を非接触状態で計測でき、フランジ
１０２の厚さｄＬ，ｄＲや車輪内面距離Ｌｂの規定値からの減少量で走行車輪１００の脱輪を予測して事故に至らないように早めに走行車輪１００を新製時のフランジ形状に戻す車輪転削をしたり新製品と交換するようにしている。

次に、距離センサ１ａ，１ｂの交換や点検修理などの後に距離センサ１ａ，１ｂを正確に設置することについて説明する。

図３は、本発明になる設置治具２４を用いて距離センサ１ａ，１ｂを設置する状況を示す図である。

図３において、設置治具２４は、治具ベース２５とスケール２６Ｌ，２６Ｒと位置決めリブ２７Ｌ，２７Ｒから構成されている。

治具ベース２５は、剛性が高くて自重による変形が少なく、なお且つ絶縁部材または金属部材で構成し表面に絶縁処理を施したもので構成されるものである。治具ベース２５の下面左方に位置決めリブ２７Ｌがあり、位置決めリブ２７Ｌの左面と上面は、高さ方向と横方向の位置基準線にそれぞれ一致する面を構成する。即ち、位置決めリブ２７Ｌの左面はレール１１Ｌの内側面に当接し、上面は治具ベース２５の下面の位置にあって、治具ベース２５が左右のレール１１Ｌ，１１Ｒの踏面上に載置されることから、位置決めリブ
２７Ｌの上面は水平な横方向の位置基準線と一致する。

治具ベース２５は二つの切り欠き窓ＯＰＬ，ＯＰＲのある板状部材で、図４に示すように、各切り欠き窓ＯＰＬ，ＯＰＲは左右のレール１１Ｌ，１１Ｒの上に治具ベース２５を置いたときにレール１１Ｌ，１１Ｒが切り欠き窓ＯＰＬ，ＯＰＲの中央部に見える位置に設けてある。

治具ベース２５の各切り欠き窓ＯＰＬ，ＯＰＲの中央部には、光を透過するガラス等透明部材からなるスケール２６Ｌ，２６Ｒを設けてある。このスケール２６Ｌ，２６Ｒは予め微調整機構（図示せず）により、それぞれのレール１１Ｌ，１１Ｒの内側面に平行で、且つ治具ベース２５の水平面に対して各側面が垂直になるように調整されている。

左右のレール１１Ｌ，１１Ｒの方向における各スケール２６Ｌ，２６Ｒの厚さｄｓは新製車輪の車輪１００におけるフランジ１０４の厚さ（ｄＬ＝ｄＲ）としてあり、両スケール２６Ｌ，２６Ｒにおける内側面間の距離Ｌｓは新製車輪の車輪内面距離Ｌｂとしてある。

また、スケール２６Ｌ，２６Ｒは治具ベース２５に、図５に示すように、スケール26Ｌ，２６Ｒの外側面とレール１１Ｌ，１１Ｒの内側面の間にそれぞれ新製車輪におけるフランジ外面１０４と同様に片側遊間ｅがあるような配置となるように固定している。

左レール１１Ｌの内側面へ治具ベース２５の下面に離れて位置する二つの位置決めリブ２７Ｌを密着させて、次に治具ベース２５の下面右方に設けた微調整用ネジ２８を右レール１１Ｒの内側面に当接させ、微動送りさせて位置合せをする。なお、二つの位置決めリブ２７Ｌの中心間距離は、精度上軌間Ｌｇ並みとするのが好ましい。

上記位置合せにより、レール１１Ｌ，１１Ｒ間の横方向は、横方向の位置基準面である治具ベース２５の位置決めリブ２７Ｌの左側面を基準にして、左スケール２６Ｌの外側側面までの距離がｅ、内側の側面までの距離がｅ＋ｄｓ、同様に右スケール２６Ｒの内側の側面までの距離がＬｇ−ｅ−ｄｓ、右スケール２６Ｒの外側の側面までの距離がＬｇ−ｅとなる。

横方向における各スケール２６Ｌ，２６Ｒの外面と内面の同一位置に、図６に示す目盛り０，Ｈ１〜Ｈ５を設けてある。

ここで、目盛り０は図２に示した高さ方向の位置基準面に各スケール２６Ｌ，２６Ｒを合わせるための基準目盛りである。即ち、各スケール２６Ｌ，２６Ｒはそれぞれの基準目盛り０が治具ベース２５の下面の位置に一致するように治具ベース２５に固定してある。

目盛りＨ１〜Ｈ５については、図３に示すように左側レール１１Ｌについて説明すると、正規に設置した場合の距離センサ１ｂから角度θ１ｂで発したレーザー光が左側のスケール２６Ｌを照射（投光）して映る輝点の中心位置（以下、照射する位置と略記する）をＨ１とし、ここで反射して右側のスケール２６Ｒを照射する輝点の中心位置をＨ４とする。

また、正規に設置した場合の距離センサ１ａから角度θ１ａで発したレーザー光が左側のスケール２６Ｌの外面を照射する輝点の中心位置をＨ２とし、ここで屈折してスケール２６Ｌの右側内面を照射する輝点の中心位置をＨ３とし、ここで再び屈折して右側のスケール２６Ｒの内側面を照射する輝点の中心位置をＨ５とする。

右側レール１１Ｒについては鏡面対象になっており、正規に設置した場合の距離センサ２ａ，２ｂからそれぞれ角度θ２ａ，θ２ｂで発した各レーザー光が照射する輝点の中心位置は右スケール２６Ｒの目盛りＨ１〜Ｈ３と左スケール２６Ｌの目盛りＨ４，Ｈ５となるようにしてある。

治具ベース２５は絶縁部材で構成されており、治具ベース２５の左右のレール１１上への載置に伴い、軌道回路（図示せず）において車両進入等の誤検知は発生しない。また、軌間Ｌｇに比して、左右の位置決めリブ２７Ｌ，２７Ｒ間の距離を位置決め作業がしやすいように僅かであるが狭く設定してある。

位置精度を出すための微調整は、微調整用ネジ２８を右レール１１Ｒの内側面に当接させ、微動送りしながら治具ベース２５を左方へ微動させ、位置決めリブ２７Ｌの左側面を横方向の位置基準である左レール１１Ｌの内側面へ密着させることで行う。

左右のレール１１Ｌ，１１Ｒが横方向に水平で正規の軌間Ｌｇにあり、このような構成の設置治具２４を左右のレール１１Ｌ，１１Ｒ上に図５の位置関係で載置してあるとき、後述するように、新たに設置した距離センサ１ａ，１ｂや距離センサ２ａ，２ｂから発したレーザー光がそれぞれ左右各スケール２６Ｌ，２６Ｒの目盛りＨ１〜Ｈ５を照射した
（レーザー光の輝点における中心位置が目盛りＨ１〜Ｈ５に一致するということ、以下同じ）なら、目盛りＨ１〜Ｈ５に対する照射状態を維持したまま距離センサ１ａ，１ｂや距離センサ２ａ，２ｂをボルトなどによりベース台１２に固定することにより、各距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂは枕木１２上に正しく設置されたことになり、設置後は距離センサ１ａ，１ｂや距離センサ２ａ，２ｂによりレール１１Ｌ，１１Ｒの形状を誤差を含まずに計測できる。

距離センサ１ａ，１ｂや距離センサ２ａ，２ｂから発したレーザー光がそれぞれ左右各スケール２６Ｌ，２６Ｒの目盛りＨ１〜Ｈ５を照射しない場合には、距離センサ１ａ，
１ｂや距離センサ２ａ，２ｂから発したレーザー光がそれぞれ左右各スケール２６Ｌ，
２６Ｒの目盛りＨ１〜Ｈ５を照射するように距離センサ１ａ，１ｂや距離センサ２ａ，
２ｂの設置位置や照射角度を微調整すればよく、この調整はレーザー光の照射点を確認しつつ目盛りＨ１〜Ｈ５を照射するように距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの位置を調整すればよいので、簡単に位置調整ができる。

次に、距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂから発したレーザー光が各目盛りＨ１〜Ｈ５を照射する場合、距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂが正規位置に設置されたとする根拠となる各目盛りＨ１〜Ｈ５の位置関係について説明する。

先ず、距離センサ１ｂを例に説明する。図２および図３において、距離センサ１ｂから照射されたスケール２６Ｌ上の目盛りＨ１は、距離センサ１ｂの設置位置と照射角度θ1bとの間の位置関係が数式４で示される。
（数４）
Ｈ１＋Ｈ１ｂ＝(Ｌ１ｂ−ｅ−ｄｓ)×Ｔａｎ(θ１ｂ)
ここで、距離（Ｌ１ｂ−ｅ−ｄｓ）は距離センサＬ１ｂの照射始点とスケール２６Ｌの内側面（車輪１００の車輪内面１０５相当）までの水平距離であり、ｅはレール１１と車輪フランジ外面１０４との片側の遊間であり、ｄｓはフランジ１０２の厚さｄに等しいスケール２６Ｌの板厚である。またＨ１ｂは距離センサＬ１ｂの照射始点と高さ方向の基準位置０までの距離である。したがって、距離センサ１ｂから発したレーザー光がスケール２６Ｌ内側面のＨ１上に重なるように距離センサＬ１ｂの照射角と設定位置とを調整することで、距離センサ１ｂを正しい値に調整できる。

距離センサ１ｂから照射されたレーザー光がスケール２６Ｌ内側面上の目盛りＨ１で反射し、スケール２６Ｒ内側面の目盛りＨ４に到達する場合、これら目盛りＨ１，Ｈ４の位置関係は数式５で示される。
（数５）
Ｈ４−Ｈ１＝(Ｌｇ−２ｅ−２ｄｓ)×Ｔａｎ(θ１ｂ)
ここで、距離（Ｌｇ−２ｅ−２ｄｓ）は軌間Ｌｇから二つのスケール２６Ｌ，２６Ｒの板厚ｄｓと左右の遊間ｅを差し引いたもので、両スケール２６Ｌ，２６Ｒにおける内側面間の距離Ｌｓまたは新製車輪の車輪内面距離Ｌｂに等しく、Ｌｇ−２ｅ−２ｄｓ≫Ｌ１ｂ−ｅ−ｄｓである。また、入反射の法則からスケール２６Ｌ内側面での反射角は照射角
θ１ｂに等しい。

従って、距離センサ１ｂから照射されたレーザー光がスケール２６Ｌ内側面の目盛り
Ｈ１およびスケール２６Ｒにおける内側面の目盛りＨ４を同時に照射するように距離センサＬ１ｂの照射角θ１ｂと設定位置とを調整すると、距離センサ１ｂをより精度よく調整することができる。

距離センサ１ｂのレール１１Ｌに対する直角度は、二つのスケール２６Ｌ，２６Ｒが治具ベース２５上で位置決めリブ２７Ｌの左側面に対して、直角になるように予め調整されている場合に、図６において、距離センサ１ｂから二つのスケール２６Ｌ，２６Ｒへ照射されて形成されたレーザー光の輝点がスケール２６Ｌ，２６Ｒ上の鉛直線上に並ぶようにすることで、正しい位置に設置できたことが確認できる。

次に、距離センサ１ａを例に説明する。図２および図３において、距離センサ１ａから照射したレーザー光がスケール２６Ｌ外側面上の目盛りＨ２を照射した場合、距離センサ１ａの設置位置と照射角度θ１ａとの間の位置関係は数式６で示される。
（数６）
Ｈ２＋Ｈ１ａ＝Ｌ１ａ×Ｔａｎ(θ１ａ)
Ｈ１ａは、距離センサＬ１ａの照射始点と高さ方向の基準位置０までの距離である。

従って、距離センサ１ａから照射したレーザー光がスケール２６Ｌ外側面の目盛りＨ２上に重なるように距離センサＬ１ａの照射角θ１ａと設定位置とを調整すれば、距離センサ１ａを正しい位置に設置できたことを確認できる。

距離センサ１ａから照射されたレーザー光がスケール２６Ｌの外側面上の目盛りＨ２を照射し、さらに、スケール２６Ｌ内で屈折して、スケール２６Ｌの内側面に到達し目盛りＨ３を照射し、さらに、空気中で再屈折されてスケール２６Ｒ内側面の目盛りＨ５を照射する場合、これらの位置関係は以下の数式で示される。

先ず、スケール２６Ｌ上の目盛りＨ２とＨ３との位置関係は、スケール２６Ｌでの屈折角をθｎで表わすと、数式７で示される。
（数７）
Ｈ３−Ｈ２＝ｄｓ×Ｔａｎ(θｎ)
ここで、屈折角θｎは、スケール２６Ｌの屈折率をｎ（スケール２６Ｌがガラス製であれば、屈折率ｎは１.５ ）として、屈折の法則から数式８で得ることができる。
（数８）
ｎ×Ｓｉｎ(θｎ)＝Ｓｉｎ(θ１ａ)
続いて、目盛りＨ３と目盛りＨ５の位置関係は、数式９で示される。
（数９）
Ｈ５−Ｈ３＝(Ｌｇ−２ｅ−２ｄｓ)×Ｔａｎ(θ１ａ)
ここで、距離（Ｌｇ−２ｅ−２ｄｓ）は軌間Ｌｇから二つのスケール２６Ｌ，２６Ｒの板厚ｄｓと左右の遊間ｅを差し引いたものであり、Ｌｇ−２ｅ−２ｄｓ≫Ｌ１ａである。また、光の屈折の法則からスケール２６Ｌの外側面上の目盛りＨ２における空気中からスケール２６Ｌ内への入射角と、スケール２６Ｌ内側面上の目盛りＨ３におけるスケール
２６Ｌ内から空気中への入射角が等しく且つ照射角θ１ａに等しい。

従って、距離センサ１ａから照射したレーザー光がスケール２６Ｌ，２６Ｒの各内側面の目盛りＨ３およびＨ５上に重なるように距離センサＬ１ａの照射角θ１ａと設定位置とを調整することで、距離センサ１ａをより精度よく調整できたことが確認できる。

この場合も二つのスケール２６Ｌ，２６Ｒが治具ベース２５上で位置決めリブ２７Ｌの左側面に対して、直角になるように予め調整されていれば、距離センサ１ａのレール11Ｌに対する直角度は、図６において、距離センサ１ａから二つのスケール２６Ｌ，２６Ｒへ照射されて形成された各々の輝点がスケール２６Ｌ，２６Ｒ上の鉛直線上に並ぶようにすることで、正しい位置に設置できたことが確認できる。

距離センサ２ａ，２ｂについても、同様の要領でそれぞれの照射角度θ２ａ，θ２ｂや設置位置を正しい位置に設置することができる。

このように、本実施形態によれば、スケールに目盛りを設けて置き、距離センサの設定するときに投光で目盛りを照射することにより、距離センサの設定（設置位置および照射角度）を容易に行うことができ、しかも設定位置の精度向上を簡易な操作で実現できる。

また、両スケールに０，Ｈ１〜Ｈ５の目盛りを設けておくことにより、設置治具２４のレール上での載置を左右に反転させることなく、４個の距離センサ１ａ，１ｂ，２ａ，
２ｂを正確に設置することができる。

さて、図２において、距離センサ１ｂ，２ｂで計測される車輪１００の車輪内面１０５の位置変位量Ｄは、数式１０で得られる。
（数１０）
Ｄ＝Ｌ１ｂ−ｅ−ｄｓ−Ｌ４×Ｃｏｓ(θ１ｂ)
＝Ｌ２ｂ−ｅ−ｄｓ−Ｌ５×Ｃｏｓ(θ２ｂ)
ここで、車両１０がレール１１上の中正位置にあるならば、車輪１００のフランジ102の位置関係は、図５における左スケール２６Ｌとちょうど同じ位置関係に設定してあるので、そのときの距離センサ１ｂの設定位置Ｌ１ｂは、数式１１，数式１２の関係がある。
（数１１）
Ｌ１ｂ−ｅ−ｄｓ＝Ｌ４×Ｃｏｓ(θ１ｂ)
（数１２）
Ｌ２ｂ−ｅ−ｄｓ＝Ｌ５×Ｃｏｓ(θ２ｂ)
数式１１または数式１２の関係を数式１０へ適用すると、車輪１００の車輪内面１０５の位置変位量Ｄはゼロとなる。

従って、図１の鉄道車両走行車輪検査装置により走行中の車両における車輪の形状を計測しているときに、数式１０により演算を行い、位置変位量Ｄがゼロと算出された場合には、車両１０がレール１１の中正位置にあることを認識することができる。

このように、車輪内面１０５の位置変位量Ｄを計測することで、車輪形状変化の要因のひとつと考えられる車輪１００の左右方向の遥動等を検知することも可能となる。

鉄道車両走行車輪検査装置により車輪を検査する状況を示す図である。 図１に示す鉄道車両走行車輪検査装置において距離センサで走行車輪までの距離を非接触で計測する状況を示す図である。 本発明になる設置治具を用いて距離センサを設置する状況を示す図である。 図３に示す設置治具をレール上に置いた状況を示す図である。 図３に示す設置治具をレール上に置いた場合の寸法関係を説明する図である。 図３に示す設置治具におけるスケールに設けた目盛りを示す図である。 従来の鉄道車両走行車輪検査装置により車輪を検査する状況を示す図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ…距離センサ、３…Ａ／Ｄ変換部、４…制御部、５…速度検出部、６…記憶部、７…処理部、１０…鉄道車両、１１Ｌ，１１Ｒ…レール、１２…ベース台、１３…絶縁部材、２５…治具ベース、２６Ｌ,２６Ｒ…スケール、１００…車輪、０，Ｈ１〜Ｈ５…目盛り。

Claims (5)

1. レールの外側及び内側で踏面より下にそれぞれ設置し鉄道車両の車輪における外側のフランジ面及び車輪の内側のバック面までのそれぞれの距離を光の投受により非接触で計測してその計測結果を出力する第１距離センサ及び第２距離センサと、該各距離センサの計測結果と該各距離センサの設置に係る距離のデータから該車輪のフランジの厚さを演算する処理部を備えた鉄道車両走行車輪検査装置における該各距離センサを該レールに対し所望の位置に設置する鉄道車両走行車輪検査装置の設置方法において、
   両レールの各踏面にかけて載置する治具ベースと、各レールの内側で少なくとも各踏面より上方において該治具ベースに垂直に設置した透明な材質でその表面に該各距離センサを該レールに対し所望の位置に設置して該各距離センサから光の投受を行ったときに映る輝点の位置に目盛りを設けたスケールを備えた設置治具を該治具ベースが該両レールが延びる方向に対し直交する方向に載置して、該各距離センサから光の投受を行い、該スケールに映る輝点が該スケールに設けてある目盛りを照射する場合の該各距離センサの位置に該各距離センサを該レールに対し設置することを特徴とする鉄道車両走行車輪検査装置の設置方法。
2. 上記請求項１において、該スケールは両レールの内側にそれぞれ設けられ、その厚さは新製時の車輪におけるフランジの厚さに等しいものとし、各スケールの内側の間隔は該車輪における内面距離に等しいものとしてあることを特徴とする鉄道車両走行車輪検査装置の設置方法。
3. 上記請求項２において、該設置治具の治具ベースは該両スケール間の中心位置が両レール間の中心位置に一致するように両レールの各踏面にかけて載置することを特徴とする鉄道車両走行車輪検査装置の設置方法。
4. 上記請求項１において、該設置治具の治具ベースは絶縁物を介して両レールの各踏面にかけて載置することを特徴とする鉄道車両走行車輪検査装置の設置方法。
5. 上記請求項１において、該各距離センサは該両レールが延びる方向に対し直交する方向に設置して、該各距離センサから光の投受を行い、該スケールに映る輝点が該スケールに設けてある目盛りを照射するようにすることを特徴とする鉄道車両走行車輪検査装置の設置方法。
   

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