JPH01501785A - 通過中の鉄道車輪の車輪輪郭の軌道基準検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 通過中の鉄道車輪の車輪輪郭の軌道基準検出装置本発明は軌道上の測定領域を通 過する時に通過中の鉄道車輪の車輪輪郭の軌道基準検出装置に関する。

鉄道車輪のフランジが摩耗現象を起ず乞とは公知である。

摩耗によって運転コストが増大し、しかも欠陥が急速にあられれない場合には安 全性が低下する。従って当該車輌は運転を中止して鉄道操業に適当な時期に修理 を受ける。

通常、車輪輪郭の修正は車輪踏み面の検査によって行なわれるが、この検査は制 御困難なものであり、また車輪輪郭を機械的に測定検査することは実際上困難で ある。

現今の車輪保全は一般に現場点検を基礎にして行なわれるものではなく統計的な 経験データを基礎にして行なわれる。

このため複数の車輪の欠陥を個々に発見しないで一つの欠陥車輪を発見すると一 斉に修理する。従って多くの欠陥のない他の車輪が不必要な点検を受けることに なる。しかし踏み面やフランジは、レールの不充分な潤滑等のために予想以上に 早く摩耗する。踏み８面又はフランジが摩耗した車輪は欠陥を生ずるとすみやか に修理せねばならない。これは車輪にこのような欠陥があると摩耗が増加して軌 道のスイッチ部を破かいし、曲線部及びスイッチ部を走行すると脱線の可能性が 増加するためである。

西独特許第１．２９３．８１０号明細書に鉄道車輪の車輪輪郭を測定する装置が 開示されている。しかしこの装置は修理工場用のもので、車輪対を取外す必要が あり煩雑で費用がかかり、従っ−Ｃ修理保全作業にしか使用できない。この装置 は車輪対を測定装置に固定する必要があるので、通過中の車輪の輪郭測定に使用 できない。従って通過中の鉄道ＩＦ輪の小輪輪郭の現場点検には全く不向きであ る。

アメリカ特許第４．１５５．５２６号明細書に開示の鉄道車輪測定装置は測定領 域を通過する鉄道車輪のフランジ高さを測定する。測定領域は通過中の車輪を多 数のセンサで検出し、このようにして得たデータを用いて車輪直径、踏み面の厚 さ及びフランジ高さを計算する。この測定方法ではかなり粗い測定しか得られず 、又車輪の僅かの箇所についてのみ測定するので車輪の摩耗度合を得ることは難 しい。又車輪フランジについて測定することは困難である。

本発明の目的は、通過する車輪の鉄道車輪のフランジ厚さと共に車輪輪郭を測定 する軌道基準の測定装置を提供し、車輪の踏み面及びフランジの断面輪郭の精密 で正確な検出を行なうことである。従って該測定装置は鉄道操業に影テを及ぼす ことなく図形を精密にしかも自動的に測定即ち検出するものでなくてはならない 。

上記の目的は請求項１の特徴項に記載した本発明の構成によって達成される。車 輪が通過中に該車輪で横切られる１本又は複数本の測定基準線によって測定を行 なうので測定装置は可動部分を有しない。従って車輪の外部輪郭に亘った検出を する可動部分を構成するのは車輪自体である。測定基準線が車輪輪郭の所望の場 所に打当たると距離測定が行なわれ、装置の電子回路に測定結果を車輪輪郭をあ られすデジタル値に変換し、又車輪の横方向の位置の測定値を修正する。このよ うにして測定点における車輪輪郭が瞬時に測定される。

請求項２の特徴項に記載の如く唯一つの測定基準線を使用すると、距離測定すべ き点は車輪の運動に起因して湾曲経路に沿って車輪輪郭上を移動し、従って列車 即ち車輪の回転速度の測定結果の修正及び、測定基準線が車輪輪郭を検出する場 合に該測定基準線の方向に関する情報の修正に使用せねばならない。これと同時 に車輪の横方向の移動は補整しなければならない。これらのすべての測定データ 及び修正データは爾後の処理に備えて直に修理されて記憶される。また車輪輪郭 に相当する信号の性質の結果又は特性係数をあられす信号はデータ処理装置に記 憶される。

請求項３の特徴項に記載するように本発明の装置を構成することによって理想的 な条件の下に測定をすることができる。

又測定装置自体を鉄道車輪の突出部によって影テされることのない軌道面に配設 することができる。

本発明の装置を請求項５の特徴項の如く構成することによって車輪の通過による 垂直方向の変位は簡単な方法で測定することができる。

本発明の装置を請求項６の特徴項の如く構成することによって測定データを車輌 番号と比較してすべてのデータセットに車輌番号、ことによると車輪番号を付け ることができる。

車輌識別は一般に知られている車輌識別装置、例えば測定領域に設置したアンテ ナ付マイクロ波装置によって行なわれ、すべての車輌番号は測定領域を最後の車 輌が通過ぎた時に読取る。車輌識別装置は車輌番号、ことによっては車輪識別の データセットを有するデータ処理装置に接続されている。

本発明の装置は請求項７の特徴項に記載するようにレーザ光線、殊にパルス変調 した赤外レーザ光線の使用を原則としている。従って簡単な装置で光を中心に合 わせて極めて精確な測定のできる極めて小さくかつ精確な反射点を得ることが可 能となる。本発明の装置は少なくとも±０．１　ｍｍの精度で車輪輪郭を検出す ることができる。

本発明の装置は請求項゛８の特徴項の記載のように構成することができる。これ によって車輪輪郭が許容公差内にあるが或は車輪を直らに修理するべきかをすみ やかに決定することができる。比較を元にして修理作業を行なう前に車輪がどれ だけの期間安全に使用し続は得るかを計算することできる。

また夫々の車輪を正しい車輪輪郭にするにはどれだけの材料を除去すればよいか を計算することができる。

測定した車輪輪郭を最小自乗法による８次多項式等の多項式に取入れ、レーザ光 線信号の妨げとなる不可避のノイズ信号を制圧することができる。計算した係数 を記憶させ、列車通過時に該係数を車輪保全を監視するデータ処理装置に送る。

車輪輪郭は該係数を基にしてデータ処理装置に記憶され、フランジ高さ、フラン ジ幅、測定した輪郭と完全な車輪を測定した参考輪郭等の特性値を特徴する 請求項９の特徴項に記載するように本発明の装置を構成すると、測定すべき測定 領域に車輪が存在する時及び測定領域に列車が存在しない時を正確に知ることが できる。列車間の時間間隔は、車輪保全のための中央の基礎データに測定したデ ータを送るために、及び列車の速度に起因して列車の通過直後または次の列車が 測定領域に入って来る以前にやることのできない計算作業をするために使用され る。

請求項１０の特徴項に記載するように本発明の装置を構成すると、装置自体が単 純化されると共に、測定領域に列車が存在するか否かの確認をプログラムだけで 行なうことができる。

以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

第１図は完全な車輪の輪郭図、第２図は摩耗車輪の輪郭図、第３図は本発明の第 １実施例にかかる装置の測定原理を示す図、第４図は別の測定装置を有する第３ 図と同様図の上面図、第５図はたわみ測定装置を有する第３図と同様図の側面図 、第６図は光学電子式距離測定の作動を示す概略図、第７図は時間を関数とする 距離測定のグラフ、第８図は本発明の装置全体を示すブロック図、第９図は本発 明の別の実施例の測定原理を示す図である。

第１図はレール４゛上を走行する鉄道車輪型フランジ付き車輪１を示す。車輪１ は標準型完全鉄道車輪と同じ踏み面２及びフランジ３を備える。

数千キロメートル走行した後には、踏み面２及び該踏み面２に対面したフランジ ３の側面とが摩耗して、踏み面及びフランジの輪郭は第２図に示す２′及び３′ のようになる。

第３図は変調したレーザー光線距離測定装置５を示し、該距離測定装置５は測定 基準線Ｍに沿った赤外線レーザー光線源６と反射点８からの反射レーザー光線を 受光する受光器７とを含む。基準線Ｍ方向は固定されていて、反射点８が斜めの 経路を辿るように屯輪面と交差している。反射点８から受光器７までの距離は連 続的に測定されるが、これについては第６．７図について後述する。

第４図は第３図の上面図で、図において、好ましくは装置５と同種類の別の距離 測定装置１０によって車輪の側面までの距離即ち反射ｇ１３までの距離を測定し て車輪の横方向の修正信号を得る。第５図はレールのたわみ即ち距離測定装置５ 及び１０が配列された枠又は基礎に対する車輪の変位を測定する変位変換器であ るまた別の距離測定装置１４を示す。

第４図の角度ａ及び第５図の角度すと、走行方向９．における車輪の速度と、距 離測定装置１０で測った車輪の横方向の位置と、距離測定装置、１４で測ったレ ールのたわみとが判ると、距離測定装置５で測った距離を修正するたとができ、 従って半径方向における車輪の断面輪郭に正確に対応した電気信号が得られる。

角度ａは例えば、６１．２°で角度すは例えば３６．７°である。

距離測定装置５．１０を第６図に示すが、測定装置５は例えば０ｐｔｏｃａｔｏ ｒ　２００５型等の公知の装置でもよい。また距離測定装置１０も０ｐｔｏｃａ ｔｏｒ　２２０３型等の公知の装置でもよい。両測定装置はスエーデン国ＳＥＬ ＣＯＭ　ＡＢで作られたものである。

両測定装置は連続的に或は例えば１６Ｋｆｌｚでパルス変調したレーザー光線を 出す焦点視覚６．１１を有する赤外線レーザーダイオードを備える。測定を行な う測定領域の寸法は２０〜２５ｃｍである。受光器７，１２は反射点８，８′か らの反射光を受光する光学的焦点装置と長形の感光検出器１５とを備える。該感 光検出器１５上には反射点８又は８′の位置が測定点１６又は１６′として検出 される。

第７図は通過中の車輪の時間ｔを関数とした測定距離Ａをあられしたグラフにで 、グラフ部分Ｃは車輪フランジの上部が基準線Ｍに行当る時間ｔ、までの距離（ 無限）を示す。グラフ部分ｄ車輪フランジの内側に沿っての検出を示し、グラフ 部分Ｃは踏み面を横切っての検出を示す。一定の距離を有するグラフ部分子は時 間ｔ０までの車輪の略平坦面上の測定を示し、グラフ８分ｇ即ち時間ｔ２は車輪 が測定領域を通り過ぎて距離測定装置５が無限の距離を測定していることを示す 。従って重要な測定領域は時間ｔｌと時間ｔ０間である。

時間ｔ０とｔ２間の測定領域は重要でなくかつ車輪輪郭の以後の計算には使用さ れない。時間１＋と時間ｔ２又は両者の差は列車即ち車輪の速度の測定に使用さ れかつ例えば両時間における車輪の反射点の上部位置が判っている場合に車輪の 直径測定に使用される。時間軸を長さの測定に分けて車輪フランジの厚さを知る ことが可能である。

第８図は各レール毎に設けた二つの測定ステーションを有するレール４を示す。

測定ステーションは距離測定装置５と、修正距離測定装置１０と、レールのたわ みを測定する測定変換器１４とを備える。装置５と１０は電線１８で接続され、 測定装置全体は導線１９．２０、アダプタ回路２１、送電線２２を介して計算・ データ処理装置１７に接続されている。計算・データ処理装置１７には、アンテ ナ２８と、各車輌に配置したトランスポンダによって鉄道を走行する車輌を識別 する送受信機２７とを備えた通常のマイクロウェーブ型車輌識別装置が接続され ている。上記のトランスポンダは車輌に識別信号を送る。車輌識別装置２７．２ ８はデータ処理装置１７内の中央コンピュータ２６に接続されている。

導電線２２は例えは、２００〜３００　ｍの適宜の長さがあって、データ処理装 置を鉄道線路から適宜の距離、例えば線路付近の構築物内に置いて、振動及び電 場等のシ背を受けないようにする。

送電線２２の端部に位置したアダプタ回路で測定信号を受信し、これを信号処理 装置及び記憶処理装置からなる計算ユニットに送る。記憶処理装置は受信した信 号を入力したデータプログラムに従って処理し、処理されたデータ、例えば検知 した車輪の輪郭に対して例えば、８次の高次多項式の係数を各車輪について記憶 させる。測定と同時に即ち列車が通過すると記憶したデータを中央コンピュータ ２６例えば旧ＧＩＴＡＬＰＤＰ　１１コンピ二−タに送る。該中央コンピュータ において各車輪の特性データ車輌コ別信号又は車輪識別信号を備え、これらのデ ータは記憶されかつ完全な車輪の輪郭を測定して得た記憶データと比較される。

これらの比較測定を基礎にして、対象の車輌を修理すべきか、或は直ちに又は後 日車輪を取替えるか、また各車輪についてどれだけの材料が摩耗したかを判別す る。列車の速度即ち車輪の回転速度を第７図に示す時間ｔ、と１２を測定して或 は別の誘導センサによって計算する。この誘導センサは通常のやり方で軌道に設 置されかつデータ処理装置１７に接続されている。

使用部品の一例を以下に示す。

車輌羅別装置（２７，２８）　：　ｒ’ｈｉｌｌｉｐｓ社ＰＲＥＭＩＩｌ型距離 測定装置回路付＜５．２１．２３）　：スエーデン国、Ｓｅｌｃｏｙｍ、ＡＢ　 ２００５型 距離測定装置回路付（１０，２１，２３）　：スエーデン国、ＳｅｌｃｏｍＡＢ 　２２０３型 測定変換器増幅器付（１４）　：デンマーク国、Ｉｔ、　Ｆ、Ｊｃｎｓｅｎ社Ｌ ［ｌＴ　５Ｌ−１１ｃＡｓＢ型 計算ユニツト＜２５）　：デンマーク国、Ｓｉｇｎａｌ−Ｄａｔａ社　信号処理 カード　ＳＩ’ＢＩ型 コンピュータ（２６）　：アメリカ国、Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ社 Ｍｉｃｒｏ−ＰＤＰ　１１／２３　型 上記の測定装置は都市鉄道線に使用した一例を示し、０．１ｍｍのオーダの測定 精度を以って３０〜１００　ｋｍ／　ｈの速度で通過する車輪を測定したが問題 を生じなかった。通過速度の下限は、計算ユニット２５の記憶容量と試料採取頻 度数によって決まる。

第９図は本発明にかかる装置の別の実施例を示す。該装置によるすべての測定は 即時測定なので、車輪の走行速度即ち回転速度を測定する必要がない。複数のレ ーザ光線送出器６及び受光器７を用い、輪郭の幅に亘って分布した複数の反射点 ８を介して車輪の輪郭を一時に検出する。測定基準線Ｍを平行にしかつ個々の送 出器６のレーザ光線の周波数即ちパルス変調を適宜選択することによって隣接し たレーザ光線間の干渉を避けることが好ましい。距離測定装置５は前述した適宜 のデータ処理装置１７と協働し、また充分な精度を以って車輪輪郭を即時検出す る距離測定装置１０により車輪１の横方向位置のデータを受信する。装置の精度 は反射点８を如何に隣り合って密接に配設するか、即ち使用する送出器６と受光 器７の数に関係する。この実施例は例えは、５〜１５個のレーザ光線距離測定装 置を必要とするので、前述した実施例よりもあきらかに高価になる。しかし他方 第９図の実施例によれば、車輪速度についての修正をする必要がなく、さらにレ ールのたわみが余り大きくない場合には測定基準線Ｍを適宜の角度で車輪輪郭に 行当てるならば車輪速度及びレールのたわみについての修正を行なう必要がない 。

Ｆｉｇ、　９ 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ）一つ以上の静止点から車輪（１）上の複数の反射点（８）までの距離を 電磁波で測る一つ以上の距離測定装置（５，６，７）を備え、上記の測定は一つ 以上の車輪軸に対して固定状の測定基準線（Ｍ）に沿って行なわれｂ）全測定中 にレール上を通過する車輪の横方向の直接位置を測定する別の距離測定装置（１ ０）と、ｃ）測定・記憶したデータを収集、変換、修正及び記憶するデータ処理 装置（１７）とを備えたことを特徴とする軸道上の測定領域を通過する時に通過 中の鉄道車輪（１）の車輪輪郭の軌道基準検出装置。
2. ２．測定基準線（Ｍ）に沿って測定する唯一の距離測定装置が使用され、さらに 車輪の走行速度即ち車輪の回転速度を測定する測定装置を備えた請求項１記載の 装置。
3. ３．測定基準線（Ｍ）が通過する鉄道車輪の車輪軸に対して斜めである請求項２ 記載の装置。
4. ４．列車の重量によって起されたレール（４）の垂直方向の下りを測定するまた 別の距離測定装置を備えた請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. ５．距離測定装置（５）を設置した枠とレール基部問の動き、距離測定に敏感な 変位変換器等の変換器のような測定変換器を備えた請求項４記載の装置。
6. ６．データ処理装置（１７）に接続したワイヤレス車輌識別装置（２７，２８） を備えて測定信号で車輪識別信号を得た請求項１から５までのいずれか１項記載 の装置。
7. ７．距離測定装置がレーザ光線送出器（６）と、反射点（８）から反射したレー ザ光線の受光器（７）と、反射したレーザ光線の感光検出器（１５）とを備えた 請求項１または２に記載の装置。
8. ８．検出した車輪の輪郭信号を正しい車輪の輪郭に相当する記憶信号と比較して 検出した車輪の輪郭信号から計算した特性値を標準値と比較した請求項１から７ までのいずれか１項記載の装置。
9. ９．列車が測定領域に入ったことと列車が測定領域から離れたことを検知する検 出装置を備えた請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. １０．検出装置が距離測定装置（５）によって構成された請求項９に記載の装置 。