JP2019512698A - 鉄道車両のための車輪セットの車輪の幾何学的パラメータの測量と算定の方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、鉄道車両のための輪軸の車輪の幾何学的パラメータの測量と算定のための方法であって、評価される輪軸が輪軸加工機械中又は輪軸診断システム中に回動可能に軸支され、並びに、この輪軸の回転運動中、輪郭測定のための測定値探知される輪郭損耗について算出される方法に関する。本発明の課題は、更なる幾何学的パラメータが取得され、且つ評価され得るように、公知の輪軸加工と輪軸診断システムにおいて既に使用可能な測量方法を補間することである。この課題は、等価踏面勾配及び輪軸の回転特性の測量と算定のための方法が、新たな計測機能として組み込まれ、この追加の方法のために、解決行程が提案されることによって、解決される。

Description

本発明は、鉄道車両のための車輪セットの車輪の幾何学的パラメータの測量と算定の方法に関し、評価される車輪セットが車輪セット加工機械中、又は車輪セット診断システム中に回動可能に軸支され、並びに、この車輪セットの回転運動中、輪郭測定のための測定値が、検出すべきプロフィール損耗に関し、算出される。

鉄道車両の車輪セットは、第一に走行性能に依る整備義務に従い、且つ、その具体的な使用条件に拠って、定期的に点検され、及び場合によって、修復される必要がある。これら修復作業は通常、車輪削正のための切削加工として、車輪セット加工機械を使用しながら実行され、これら車輪セット加工機械は多様な構造形式において公知である。

この際、移動式の実施形態は、様々な現場で点検される小規模の車両隊に関する使用が有利である。比較的大きい車両団（保線工事等）には、主に定置式機械が使用される。

欧州公開特許０３３２８２３（サーチリポートなし）から、鉄道車両から取り外された車輪セットの加工のための、該当関連する床上旋盤が公知である。これに対し、独国特許１０２００５００１２２０（二次公報）及び独国実用新案２０２００７０１６４６９は、床下車輪セット旋盤について詳述しており、これら床下車輪セット旋盤において、車輪セットは加工の最中に鉄道車両内に取付けられたままで、この鉄道車両は加工位置において床下車輪セット旋盤上を転がされる。

続く使用期間のための出来る限り最善な外形矯正を目的に、本来の切削加工が実行可能となるに先だって、車輪セット加工機械の如何なる具体的発展形にも関わらず、先ずは車輪セット車輪の幾何学的パラメータが、特に正確に算出される必要がある。このためには、既に様々な解決案が提案されている。

故に、独国実用新案２０２００５０１８７５３は、車輪セットの幾何学的検査のための測定装置について詳述している。この測定装置において車輪セットが装置中に回動可能に収容され、且つ複数のセンサを介して軸中央部分の回転偏差が取得される。

欧州公開特許０２２８５００（サーチリポートなし）によって、車輪セットの無接触測定のための技術的解決法が公知である。この解決法においては、評価と画像分析のための中心的評価単位と共に複数のＣＣＤカメラが協動する。車輪輪郭の撮影画像を、事前に記録された参照画像と比較することで、様々な幾何学的パラメータについての質的評価が可能である。

独国公開特許１０１０２６７３によると、測定スライダは、測定区間上を動かされる車輪セットの車輪に平行に動かされる。測定スライダから、測定される車輪の車輪踏面上に、測定光線が向けられる。反射された測定光線は取得され及び、その結果、車輪踏面に対する距離が算出される。理想的外形に対する偏差が算定され、且つ明確な外形の輪郭状態が最良のパラメータと比較して作製される。

欧州公開特許０３３２８２３ 独国特許１０２００５００１２２０ 独国実用新案２０２００７０１６４６９ 独国実用新案２０２００５０１８７５３ 欧州公開特許０２２８５００ 独国公開特許１０１０２６７３

上に記載の文献の他に、数多くの更なる技術的解決法が公知であるが、更に、車輪セットの幾何学的パラメータの測量に関して開発の必要がある。この開発の必要は、とりわけ、鉄道車両の高速域における使用時の安全上の要求性から生じる。

本発明の課題は、更なる幾何学的パラメータが取得され、且つ評価され得るように、公知の車輪セット加工と車輪セット診断システムに関する既に使用可能な測量方法を補間することである。具体的には、特に、等価踏面勾配及び車輪セットの同心特性の測量と算定のための方法が、新たな計測機能として組み込まれなくてはならない。その際、車輪又は車輪セットの同心特性は、多角形が場合によって存在することによって、評価されることが前提である。

この課題は、等価踏面勾配の算出のために、測定円周面から出発して、及び、この測定円周面に対して直角に、両側に向かって、及び測定円周面に対しそれぞれ等間隔で、測定値が記録され、この測定値について各測定点がＸＺ座標軸に割り当てられることによって、解決される。測定値の取得は、車輪セット加工機械中又は車輪セット診断システム中の制御システムによって行われ、この制御システムは、点的な走査として実行され、並びに車輪セットの左車輪と右車輪のための輪郭測量を含んでいる。記録された測定値は、データ取得に続いて、左と右に回される車輪輪郭が、共にレールの目標輪郭に対して正しい角度にあるかどうかについて、評価される。オリジナルデータに対して、アルゴリズムによる補間法が実行されることによって、データはさらに処理される。その後、等価踏面勾配が算定され、及び続いて測定結果が可視化され、且つ記憶される。

車輪円周の値が、好ましくは測定円周面で記録されることで、同心特性（多角形）の算出についての課題は解決され、各測定点がＸＣ座標軸に割り当てられる。測定値の取得は、車輪セット加工機械又は車輪セット診断システム中の制御システムによって行われ、この制御システムは、点的な走査として、且つ車輪セットの左車輪と右車輪のための偏心測定を含みつつ実行される。測定値記録後に、これらデータは、アルゴリズムによって抽出され、並びに多角形の振幅及び起伏が算出され、且つ評価されることによって、車輪セットの左車輪と右車輪で記録され、且つさらに処理される。続いて、得られた測定結果が、可視化され、且つ記憶される。

この際の特段の利点は、データ取得、算定、結果表示及びプロトコールのプリントアウトに関する新機能が、完全に既存の制御部中に、実行され得ることである。これら新たに加えられた機能は、選択的に起動される、又は不起動にされることができる。この新たな計測機能が起動されていない場合、各車輪セット加工機械又は車輪セット診断機械は通常、従来機能を活用する。これら新たな計測機能は起動されると、付加的に使用可能であり、従来の計測機能が減縮することはない。

等価踏面勾配のためのデータ取得のために、本来の測量方法に拡大されたプログラム・セグメントによって、測定円周面の領域における値が記録される。この際、車輪セットは周速度で回転し、且つ主軸駆動(Ｚ‐軸)は、様々な速度に設定され得る。走査は、制御システムによって点的に行われ、各点がＸＺ座標軸データに割り当てられる。踏面勾配の測量は、時間が最適化されつつ、実行され、且つ輪郭測量を含んでいる。

輪郭測定の際に（つまり踏面勾配の測量が含まれている輪郭損耗測量の際に）、全ての必要な点が記録されたか、つまり測定点の総数が充分かどうか監視される。誤りが確認される限り、この測量を繰り返すため、及び／又は誤りを診断し、且つ除去するために、操作者インタフェースが起動される。

測定円周面は、リファレンス点として、固定される。この点は、(点が補間的に算出されなくてはならない限り)当初の輪郭を取得する最中、及び補間的に踏面勾配を取得する最中に、測量又は算定される。これが、後の踏面勾配算定のための基点である。

左車輪の値と右車輪の値が測量される。データ取得に続いて、記録された測定値は、左と右に回される車輪輪郭が共にレールの目標輪郭に対して正しい角度にあるかどうかについて、評価される。記録されたデータはさらに処理さ、且つアルゴリズムによって補間法がオリジナルデータに対して実行される。続いて、等価踏面勾配が算定される。

加えて、第一義的に統合的方法が適用されて、このための簡略化された手段は第二義的で、且つ点検としてのみ実行される。踏面勾配測量は、例えば、測量毎に３つの値によって、事前測定、及び／又は事後測定のために行われる。この際、簡略化された踏面勾配は２つの結果を、つまり各々に左車輪ディスク及び右車輪ディスクのために有し、並びに統合的な踏面勾配は１つの結果を、つまり両車輪ディスクのため有する。

この測定結果は、可視化され、少なくとも期間限定的に記憶され、且つ、プロトコール中に明記される。こうして使用可能である結果は、個々の車輪又は車輪セット全体と鉄道車両走行道であるレールとの間における等価踏面勾配が機能的に公正であるか否かを示す指標である。

同心特性(多角形)のためのデータ取得のために、本来の測量方法に加えて拡大されたプログラム・セグメントを伴って、車輪周囲の値は、好ましくは測定円周面において記録される。スピンドル駆動(Ｚ‐軸)は、様々な速度に設定され得る。走査は、制御システムによって点的に行われ、各点がＸＣ座標軸データに割り当てられる。これらのデータは、不平衡、又は車輪ディスクの多角形の後の算定に役立ち、不平衡算出は、既に使用可能な計測機能に属し、これら計測機能は多角測量によって補間される。多角測量の実行によって、測定値記録を伴い、直接に偏心測定も実行され、両測量のために、同じデータ記録が使用される。不平衡及び多角形算出の測量は、時間が最適化されつつ、実行される。

測量された車輪が、測量された車輪直径に相応するかどうかは監視される。これは、直径測量が、多角測量から独立しているので、可能である。誤りが確認されると、この測量を繰り返すために、及び／又は誤りを診断し、且つ除去するために、操作者インタフェースが起動される。

多角測量は、様々な異形において実行され得る。こうして、この測量は、車輪セット加工機械にある、又は車輪セット診断システムにある多機能の測定プローブによって実行され得る。この測定プローブは、例えば損耗輪郭測量のために、又は直径測量のために設置されている。代替的に、多角測量は、シンクロ式のパン測定装置によっても可能で、例えばシンクロ式直径測量のために、及び滑り監視のために個別のメカニズムとして成形されている。この際、同様にして、次の２つの代替案が可能である。

第１の代替案において、多機能の測定プローブが、まず測定円周面において位置付けられる。シンクロ式のパン測定装置は、作業位置に搖動される。この際、計測用車輪面が、及び、それによって計測用車輪の位置が、測定円周面内にないことは注意されなくてはならない。計測用車輪位置は、しかしながら、測定円周面に換算されなくてはならない。これは、車輪セットが極端に損耗した車輪を、又は走行摩損した車輪を伴っている場合、正確には行われ得ない。万一、このような状態が操作者によって確認された場合は、続く第２の代替案が有利にも適用される。

この際、第１の代替案の場合と同じステップが構想されている。但し、計測用車輪面において、多機能の測定プローブによる付加的な部分測量が実行される。これは、計測用車輪面を測定円周面へ後で正確に換算するために、必要である。

Ｘ‐軸とＣ‐軸を介して算出される測定値は、軸の初期値と実際の測定記録値の間で、乖離がある。この際、Ｃ‐軸は、直接に軸位置に対してではなく、それぞれの弧長に対して取得される。このことで、この測定値を、データ処理の最中に、又は、その後でも差引勘定することができる。

記録されたデータは、アルゴリズムによって抽出され、且つ評価される。多角形の振幅及び起伏が、算出され、且つ車輪が要求される公差内にあるかどうかが確認される。測定結果は、可視化され、少なくとも期間限定的に記憶され、且つプロトコールに明記される。こうして使用可能となった結果は、車輪が公正な幾何学的外形を有するかどうか、又は多角形が在るかどうか、又は多角形の兆候を示す多角形的陰影があるかどうかを示す指標である。

続いて、図に関連させつつ、実施例が解説される。下記の図面を提示する。

車輪からレールへの遷移域部分図 例示的データ取得からの部分図 更なる例示的データ取得からの部分図

提案された方法は、鉄道車両のための車輪セットの車輪の幾何学的パラメータの測量及び算定の方法に関する。この際、車輪セットは車輪セット加工機械中、又は車輪セット診断システム中に回動可能に軸支される。車輪セットの回転運動の間、輪郭測定のための測定値が、検出すべき輪郭損耗に関し、算出される。このような経過は、基本的に公知である。

ただし、この関係における本質は、過去通常よりも更なるパラメータが算出されることである。これは、等価踏面勾配と同心特性に関している。後者は、多角形の不意な存在によって評価される。

図１は、鉄道車両用の車輪セットの車輪１から鉄道車両の走行道を形成するレール２への遷移域の部分図を示している。この図において本発明に係る方法にとって本質的要素が簡潔に示されている。

等価踏面勾配算出のために、測定円周面ＭＫＥから出発して、この測定円周面ＭＫＥに対して直角に、車輪輪郭に沿って、両側に向かって、及び、測定円周面ＭＫＥに対してそれぞれ等間隔で、測定値が記録される。この領域は、図１において、参照符号Ｐ‘とＰ‘‘で記され、且つ参照符号Sが車輪背面から測定円周面ＭＫＥの間隔を記している。

各測定点はＸＺ座標軸によって特定されている。この測定値の取得は、機械側にある制御システムによって、点的な走査として行われ、同時にそれ自体公知の完全な輪郭測量が行われる。走査は、左車輪と右車輪１のために、例えばそれぞれのフランジ先端部で始められ、且つ測定円周面ＭＫＥの背後まで実行される。図１において、矢印を伴う輪郭の外形測定の領域は、参照符号３によって記されている。参照符号４の領域で、外形測定に加えて、等価踏面勾配の算定のための測定値の継続的記録が行われる。点的な走査は、例えば、測定点から測定点へ約０，２ｍｍ間隔で行われ、例えば約４００の測定点が記録される。これらの点は、参照符号３の矢印上側における点線として記されている。

図２は、これに該当する例示的データ取得からの部分図を示している。図上部の数量記載(７５１．１１０４)は、ここで、Ｚ‐軸上における測定円周面ＭＫＥの座標を記している。この測定円周面ＭＫＥは、リファレンス点として固定される。この測定円周面ＭＫＥが、例えば車輪背面から７０ｍｍ隔たっている場合、要するにリファレンス点としてのＺ座標軸は、７０ｍｍを値する。この点は、等価踏面勾配の算定のための基点である。プロトコールは、３つの欄で表として描かれている。これら欄内に左から順に、車輪１の測定点の番号、Ｘ座標軸上の測定点及びＺ座標軸上の測定点が明記されている。

測定値は、例えば、測定円周面ＭＫＥに対して、＋／−１０ｍｍから＋／−４０ｍｍまでの領域で記録される。測定値取得の間、スピンドル駆動(Ｚ‐軸)は、好ましくは、最大限可能な速度に設定されて、且つ車輪セットは、例えば５ｍ×ｍｉｎ^−１の周速度で動かされる。
測量されるのは、左車輪及び右車輪１の値である。データ取得の後に、記録された測定値は左と右に回される車輪輪郭が、共にレールの目標輪郭に対して正しい角度にあるかどうか評価される。記録されたデータは、さらに処理さ、且つアルゴリズムによって補間法がオリジナルデータに対して実行される。その後、等価踏面勾配が算定され、及び続いて測定結果が可視化され、且つ、記憶される。

図３は、該当する例示的データ取得の部分図を示している。このデータ取得は、３つの欄で表として記載されている。これら欄内に左から順に、車輪１の測定点の番号、Ｘ座標軸上の測定点の座標及びＣ座標軸上の測定点が明記されている。

測定値取得の間、スピンドル駆動(Ｚ‐軸)は、好ましくは、最大限可能な速度に設定される。

データ取得の後に、測量の初期値と次の測定値記録の間における偏差が確認され、且つ車輪セットの左車輪及び右車輪１で記録されたデータは、アルゴリズムによって抽出されることで、後加工される。多角形の振幅と起伏が算出され、且つ評価されて、例えば、車輪１が事前に定義された公差範囲内にあるかどうかについての言明が可能となる。その後、測定結果は、可視化され、且つ記憶される。

測定結果の可視化は、具体的な使用者の希望によって、多様に成形され得て、例えばＸ‐軸及びＣ‐軸に沿う画像又はＺ‐軸上の画像といった映像画面表示が有利である。

同心特性(多角形)の算出のための測量は、好ましくは多機能の測定プローブによって、及び場合により付加的に、シンクロ式のパン測定装置によって実行される。この際、「シンクロ式」という表現によって、加工に対しシンクロ式（同期的）である運動が記される。

それぞれの多機能の測定プローブは、全ての必要な測量(Ｘ‐軸及びＣ‐軸)を実行できるように形成されている限り、そのような測定プローブのみが必要とされる。

それに対して、多機能の測定プローブがＸ‐値だけを記録できる場合、Ｃ‐軸の測定値記録は、シンクロ式のパン測定装置を介して、行われる。この代替案において、測定プローブが、まず測定円周面ＭＫＥにおいて位置付けられ、且つ、続いてシンクロ式のパン測定装置が作業位置に搖動される。計測用車輪位置は、測定円周面ＭＫＥに換算される。

代替的には、計測用車輪位置が測定円周面ＭＫＥに換算される前に、計測用車輪面MREにおいて、多機能の測定プローブによる付加的な部分測量が実行可能である。低度のサイクル時間が、第一義的(比較的悪い測定結果の場合)である場合、シンクロ式のパン測定装置による加工が実行されている最中に測量が実行され得る。

Claims (6)

1. 鉄道車両のための車輪セットの車輪の幾何学的パラメータを測定し算定するための方法であって、
   評価すべき車輪セットが、車輪セット加工機械又は車輪セット診断システムに回動可能に軸支され、
   輪郭測定のため、検出すべき輪郭摩耗に関する測定値が、この車輪セットの回転運動中に算出される当該方法において、
   等価踏面勾配を算出するため、測定円周面(ＭＫＥ)から出発し、この測定円周面(ＭＫＥ)に対して直角に、両側に向かって、前記測定円周面（ＭＫＥ）に対して等間隔ごとに、複数の測定値が記録され、前記複数の測定値のそれぞれの測定点が、ＸＺ座標軸に割り当てられ、
   前記複数の測定値の取得が、測定点ごとの走査として前記車輪セット加工機械又は前記車輪セット診断システム内にある制御システムによって実行され、前記車輪セットの左車輪と右車輪とに対する前記輪郭測定を含めて実行され、
   当該記録される複数の測定値が、そのデータ取得後に、左右に回転された車輪の輪郭が共に、レールの目標輪郭に対して正しい角度を成しているか否かについて評価され、
   当該測定値の記録後に、アルゴリズムによる補間が、当該複数のオリジナルデータに対して実行され、その後に、前記等価踏面勾配が算定され、次いで、その測定結果が可視化され記憶されることによって、前記車輪セットの左車輪と右車輪とで記録されたデータがさらに処理されることを特徴とする方法。
2. 鉄道車両のための車輪セットの車輪の幾何学的パラメータを測定し算定するための方法であって、
   評価すべき車輪セットが、車輪セット加工機械又は車輪セット診断システムに回動可能に軸支され、
   輪郭測定のため、検出すべき輪郭摩耗に関する測定値が、この車輪セットの回転運動中に算出される当該方法において、
   同心特性を算出するため、測定円周面（ＭＫＥ）内の車輪周囲の値が記録され、それぞれの測定点が、ＸＣ座標軸に割り当てられ、
   前記複数の測定値の取得が、測定点ごとの走査として前記車輪セット加工機械又は前記車輪セット診断システム内にある制御システムによって実行され、前記車輪セットの左車輪と右車輪とに対する偏心測定を含めて実行され、
   当該測定値の記録後に、前記車輪セットの左車輪と右車輪とで記録されたデータが、アルゴリズムによってフィルタリングされ、多角形の振幅及び起伏が算出され評価され、次いで、その測定結果が可視化され記憶されることによって、当該データがさらに処理されことを特徴とする方法。
3. スピンドル駆動(Ｚ‐軸)が、前記測定値の取得中に可能な最大速度に設定され、前記車輪セットが、約５ｍ×ｍｉｎ^−１の周速度で作動されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. スピンドル駆動(Ｚ‐軸)が、前記測定値の取得中に可能な最大速度に設定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記車輪セットの左車輪と右車輪とで記録されたデータは、それぞれの車輪が既定の公差の範囲内にあるか否かについて評価されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
6. 加工パラメータを車輪セット加工機械によって自動的に変更するため、加工計画が、測定結果から導き出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。

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