JPH06507478A - 形状をスキャニングするための装置とこの使用 - 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】 形状をスキャニングするための装置とこの使用発明の背景 本発明は形状のスキャニングのための、そして請求項１の序文に更に詳細に開示 されたような装置に関する。

形状、例えば、物品の断面形状のスキャニングは多くの実用的用途を有し、かつ 従って、多くの技術分野、例えば、製造管理、消耗等の測定に関して使用される 。

本発明は列車輪およびレールの断面形状の測定に関して開発されてきているので 、この関係で説明するが、本発明による装置が多くの他の物品および品種の表面 または形状のスキャニングに使用できることは当分野の関係者に自明であろう。

鉄道の運転において、車輪およびレールの断面形状は列車の運搬力学、ここでは 列車の安全性、快適性および運転経済にとって非常に重要事である。運転中に、 車輪およびレールは磨耗し、この結果、破損および脱線、消耗の加速、および車 輪の走行性の減退の危険が増大する。消耗した車輪およびレールは結果として運 転中の動力の増加を招き、快適さを減少させ、かつ消耗を一層加速させることに なる。車輪およびレール、特に、その断面形状の定期検査によって系統的かつ条 件の決められたメインテナンスが可能であり、運転コストは相当に節減される。

しかし、全車両のメインテナンスの大部分は、条件の系統的監督に基づくのでは なく、運転時間と運転距離の測定に基づいて行われている。

物品、例えば、列車輪の断面形状を測定することは、例えば、ヨ゛−ロツパ特許 出願第０．２５２．１６４号またはドイツ公報第３．６３７．８３９号で既知で ある。上記既知装置は、車輪形状の測定が実施される間、車輪に緊締に取り付け られなければならないので使用に際して複雑かつ時間の浪費であり、特に測定結 果の計算および車輪の機械による切断および修理をいかにして実行するかの評価 が複雑である。従って、既知タイプの装置の多くは作業場使用として、即ち、該 当列車の輸送が運転を終止したときに、配設される。

請求項１の序文に開示されたと実質的に同一形状の装置で三次元対象物の形状を スキャンまたは測定することはヨーロッパ特許出願第０．１５５．０８４号から 知られている。しかし、この装置はスキャニングプローブの形態により、また装 置に連結された電子回路がこのために配設されていないことから凸面および湾曲 面の測定のみが可能である。

発明の利点 本発明による測定装置において、物品の全側面のスキャンまたは測定が可能であ る。即ち、物品の「下側」または凹領域を有する物品のスキャンが可能である。

例えば、レールの形状のスキャニングに関してレール上の下向面のスキャンがで きるのでレールの消耗程度の全図を取ることができる。

請求項１に記載の特徴を有する本発明による装置は形状、例えば列車輪の走行面 の形状またはレールの上面が非常に迅速にスキャンされると言う優れた利点を有 する。本発明の装置は、通常、小型携帯ユニットの形態に形成されるので、その スキャニングは運搬車輪上の１本来場所で１、即ち、車輪にアクセスできる所望 のいずれの場所においても実施できる。

本発明の装置は形状を測定しようとする物品の上または近傍に単に設置し、その 後、アングル測定継手の位置の連続的スキャニング中、本装置のスキャニングア ームを手でその形状の上へ接触させる。

電子アングルエンコーダーとコンピュータ、例えば小型ポータプルコンピュータ との結合は、車輪形状がスキャンされた後に直ちに該形状が許容できる限界内か それを越えているかの程度に関する質問に対して応答が得られる効果を生じる。

他の利点は全測定結果がコンピュータ内、例えばフロッピーディスク上に保存で き、かつその情報はメインテナンスを制御する中央ＥＤＰプラントへ送られるか 、または自動機械器具の直接制御のため、例えば車輪の機械加工修理のための自 動旋盤のために使用できることである。

請求項２に記載のごとく本発明により上記装置を構成することにより、形状をス キャンしようとする対象物が鉄道車輪およびそのレールのごとく磁化性材で形成 されている場合にその対象物との常に正確な接触が確保される。

請求項３に記載されたように本発明による装置を構成することにより、上記装置 の位置決めは、例えば鉄道車輪または同様の鉄製物品である場合のごとく測定さ れる物品が磁化性である場合には、単純化される。

本発明による装置が請求項３に記載されたように構成される場合、上記装置は道 具を使用することなくかつ時間を不必要に消耗することなく車輪から車輪へ迅速 に移動できる。

本発明による装置が請求項４．５または６に記載されたように構成される場合、 形状の測定またはスキャニングは更に迅速かつ精確に実施され、かつコンピュー タへ送られたその結果と標準形状との比較が可能である。

上記のごとく、本発明の装置は請求項７または８に記載のごとき形状のスキャニ ングに使用するために開発されてきたが、他の物品の断面形状または表面形状の 測定のためにいかなる原理の変更を伴うことなく使用できる。しかし、本願によ る発明は記載された特定使用に非常に適していることを示している。この理由は 制御測定の実施に消費される時間が相当に短縮されるので、本発明による装置は 、例えば鉄道材の条件の決められたメインテナンスに使用できることである。

図面 以下に、本発明を本発明の好適例に関して詳細に説明する。図面において、 図１は鉄道車輪の測定中を上から見たスキャニング装置を示す。

図２は図１の装置を側から部分的に見た部分断面図を示す。

図３はピンゲージ固定具使用時の測定機構を示す。

図４はレール形状のスキャニング時の本発明による測定装置の使用法を示す。

図５は図４の装置の上から見た図を示す。

図６は上記測定装置の電子回路のブロック線図を示す。

図７は列車輪の測定および計算結果のスクリーン図を示す。

実施態様の説明 図１．　２および６を参照して、以下に本発明による装置１の原理を通常の丸い 車輪フランジ３を有する列車輪２上の走行面の断面形状のスキャニングに関連し て説明する。

装置ｌは固定部ｌＯ１例えば硬質、中実の鉄または金属部、その上に固定支持さ れた直角アングルの同様の固定部１１から成り、この上に可動スキャニング装置 それ自体が取り付けられる。

固定部ｌＯは、例えば、固定部１０を上記車輪の内側上に型締かっ不動に定着さ せる磁石１５を含む。上記固定部のフランジ３の上部に対する位置決めのために 、上記固定部は１以上の支持要素、例えば管またはシリンダ１２を含み、このシ リンダは直角アングルで上記固定部から延びる。図１参照。上記固定部は支持要 素１２が車輪フランジ３の最高点に当接するように設置することにより上記車輪 に対して位置決めされる。図１参照。

固定部ｌＯは、また、車輪２の半径方向に摺動するように配設された要素または 測定ゲージ１３を有し、かつネジ等またはハンドル１４により移動する。図２参 照。例えば、図２の半径方向部１３に対して直角アングルにある上部１６はリン グ厚の測定のための出発点を構成し、上記測定ゲージの下端部は図２のごとく上 記車輪リングの内側に当接するように配設された上方へ傾斜したゲージ点または 尖端１７を有する。点１７と上部１６との間には後述のコンピュータへ送られる 所定距離がある。

上記可動スキャニング装置は固定部１１上に型締かっ固定して据え付けられた第 １アングルエンコーデイング継手２０から成る。図１参照。第１アングルエンコ ーデイング継手２０の出力シャフト上には第１アーム２２が設置されている。こ のアームの自由端部には他のアングルエンコーディング継手２１があり、その出 力シャフト上には第２アーム２３が設置されている。第２アーム２３の自由端部 にはスキャンされる形状の上を通過かつ接触するように配設されたローラまたは 車輪２４がある。上記可動部はスキャンされる形状の表面に対して、通常、直角 アングル、上記図示例において車輪に対して直角アングル（半径方向）となる所 定平面内で移動し、かつ上記車輪の軸を含んでいるので、ローラ２４は図１の矢 印２５で示されたトラックに追従できる。上記ローラまたは車輪２４は永久磁石 材で形成されてよく、磁気を帯びることのできる鉄または他の材料である場合に 、その形状との接触を確実にする。２つのアングルエンコーディング継手２０゜ ２１は、例えばドイツ、Ｈｅ１ｄｅｎｈａｉｎにより製造されたＭｉｎｉｒｏｄ ４５０型のＩｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ　Ｒｏｔａｒｙ　Ｅｎｃｏｄｅｒｓまたは他 の同様電子アングルエンコーダーであってよい。

上記２つのアングルエンコーダーは同一であっても、また異なる測定精度を有す る他のアングルエンコーダーが、そのアームに応じて使用されてもよい。

上記２つのアングルエンコーダーからの出力信号はインターフェース回路５１． ５１’　、　５２を介してコンピュータへ送られる。このインターフェース回路 は図６に関連して説明される。

上記２つのアングルエンコーダー２０．２１の各々は光感知ダイオ−）５０．５ ０’から成り、これは各アングルエンコーダー内に設置された図示されていない 光源により照明される。上記アングルエンコーダー内の上記ダイオードからの出 力信号は各々そのインターフェース回路５１．５１’へ送られ、そこで上記アン グルエンコーダーからの該信号は増幅され、かつ適宜調整されて共通回路５２、 ＥＰＭ５０４６型のいわゆるＥＰＬＤ　（消去可能プログラム可能論理装置）へ 送られ、そこから各アングルエンコーダーの角変位のための、デジタル信号値と 言われる絶対的角度測定がコンピュータ５４、例えばいわゆるＰＣ（パーソナル コンピュータ）のデータバス５３へ送られる。上記測定装置により、非常に精確 な角度測定が達成され、若干のデシマルをもつ精度の絶対的角度測定がデジタル 方式で達成される。コンピュータ５４は、適宜、予めプログラムされて上記アン グルエンコーダーの出発角度、可動アーム２２．２３の長さ、およびスキャニン グ車輪の直径２４に関する情報を有し、かつ適宜アルゴリズムの使用によりスキ ャニング終了後数秒でコンピュータ５４のスクリーン上にスキャンされた形状の 精確な図を表示し、あるいは上記コンピュータ内の形状に関する情報を、例えば フロッピーディスク上に保存する。

図７はコンピュータの表示スクリーンを示し、ここではカーブ６０がスキャンさ れた形状を示し、６１が関連車輪の標準的形状を示し、かつ６２が標準形状とス キャン形状との差異を示す。

上記使用コンピュータは、例えば、Ｃｏｍｐａｃ　ＬＴＥ型のバッテリ駆動ＰＣ １または東芝Ｔ１００ＯＸＥ、または対応するポータプルコンピュータである。

かかるコンピュータおよび上記測定装置の使用中、＋／−０，０５ｍｍより良い 測定精度と、２０００点／秒より速いスキャニング速度が得られる。典Ｙ的には 、上記スキャニングは２−３秒間行い、所望により、上記スキャニングを同時に スクリーン上に表示できる。

計算作業は上記スキャニング後に数秒で終了する。上記スキャニングの結果およ び計算は自動的に保存され、再呼出しにより紙上に表示および／または印刷がで きる。

上記測定の連続測定はアーム２２．２３を移動することにより開始され、アング ルエンコーダー２０．２１はその出発点または基準点を通過し、かつ上記コンピ ュータはその出発角度を知る。この後に、上記コンピュータ明瞭な信号、例えば 音響信号を発生し、かつ図２に示されたように測定車輪２４が再びその形状のス キャニングとレジストレーションのために列車輪２の形状の上を移動する。上記 アングルエンコーダーの出発点または基準点は、当然ながら、連続測定が始まる ときに通ることが自然である適宜角度位置に設置される。

スキャニング車輪２４を測定ゲージ１３．１６へ誘導することにより、図２参照 、測定ゲージ１３の反対端部が上記リングの下側へその尖端１７を当接したとき に、上記車輪のリングの厚みが上記コンピュータへ送られる。

上記スキャニングがレジスタされると同時に、上記装置は上記関連車輪または池 の輪または新しくスキャニングするための品種上の新しい場所へ移動できる。

図３は作業場の使用、即ち、一対の車輪の両輪に完全アクセフをする場合に、車 輪形状２の測定に使用するための、所謂ピンゲージ固定具５を示す。ビンゲージ 固定具５は測定尖端３３が１方の車輪と接触させて設置され、かつ固定具の支持 ビーム３１は両車輪と接触させて設置される。測定尖端３３は可動測定ゲージ３ ２上に据え付けられる。この可動測定ゲージ３２は、また、両車輪の相互間隔の 測定のための測定点または尖端３４を存する。使用される測定装置ｌは固定具５ へ直接的に固定できるが、図１および２に示されたように可動型であってよく、 測定を行う前に磁気によりまたは他の方法により上記固定具へ固定されてよい。

図４および５は他の形態の固定具６を示す。この固定具は、レールの上形状の測 定中、本発明によるスキャニング装置を位置決めしかつ固定するように配設され る。固定具６における上記支持ビームは、例えば接触要素４２の使用中、上記レ ール要素の上側上に停止するように、配設された伸縮アーム４１である。上記測 定が実際に行われるレールの反対側には、接触マンドレルまたは測定尖端４３が 設けられ、かつ測定されているレール４には同様に接触部４４が設けられ、その ようにしてビンゲージ固定具６はレール要素上に正確に位置決めされることがで きる。上記レールの上形状のスキャニングは図４に示されたようにレール４の上 形状上ヘスキャニングローラ２４を先導することにより行われ、上記の説明かつ 図示したように測定される。

基準として反対側車輪またはレールを用いて上記ビンゲージ固定具を利用するこ とにより、上記測定精度は改良され、かつ上記車輪フランジの裏側上の可能な不 精度はその測定に影響を与えない。測定点から反対側車輪または反対側レールま での間隔が比較的大きいので、上記装置の上記固定部と測定される対象物との間 の角度エラーはビンゲージ固定具が使用される場合には大幅に減少される。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．形状の上を接触して移動することのできる自由端部（２４，２４′）を有す る可動部、上記可動部を支持する固定部（１０，１１）から成り、上記可動部は 少なくとも１つの第１アーム（２２）および少なくとも１つの第２アーム（２３ ）から成り、上記第１および第２アームは電子アングルエンコーディング継手（ ２１）により端部で共に連結され、上記第１アームは他の電子アングルエンコー ディング継手（２０）を介して上記固定部へ連結され、かつ上記第２アームの自 由端部（２４，２４′）はスキャンされるべき形状と接触すべく配設され、かつ 上記アームおよび上記継手は上記自由端部が所定の平面内を移動するように配設 かつ共に連結され、かつ上記継手はインターフェース回路（４９）を介して電子 計算回路、好ましくはコンピュータヘ連結されている形状をスキャニングするた めの装置であって、上記第２アームの上記自由端部はローラまたは車輪（２４， ２４′）から成ることを特徴とする、形状スキャニング装置。
2. ２．上記ローラまたは車輪（２４，２４′）は磁性または磁化性材料から成るま たは形成されていることを特徴とする、請求項１の装置。
3. ３．上記固定部（１０，１１）はスキャンされる形状に取り付けられるまたは固 定されることのできる手段（１２，１５）から成り、上記手段は１以上の永久磁 石（１５）から成ることを特徴とする、請求項１の装置。
4. ４．上記固定部（１０，１１）は相互に所定間隔を置いて設置された部（１６， １７）を含む移動自在の測定ゲージ（１３）を更に含むことを特徴とする、請求 項１の装置。
5. ５．上記測定ゲージはスキャニングアーム（２３）が移動することのできる所定 平面と同一または平行の面内で移動できるように記設されていることを特徴とす る、請求項４の装置。
6. ６．上記固定部（１０，１１）が位置決めされかつ固定されることのできるホル ダまたはピンゲージ固定具（５，６）を更に含み、上記ホルダまたはピンゲージ 固定具は間隔測定のための測定点を構成する部（３４，４４）から成り、上記測 定点は所定長の移動自在部（３２）上に設けられていることを特徴とする、請求 項１から５のいずれか１の装置。
7. ７．列車輪の断面形状を測定するための請求項１から５のいずれか１の装置を使 用。
8. ８．レールの断面形状を測定するための請求項１から６のいずれか１の測定の使 用。