JP6027480B2

JP6027480B2 - 軌道検測方法及び装置

Info

Publication number: JP6027480B2
Application number: JP2013074721A
Authority: JP
Inventors: 淳大曽根; 猛伊賀; 真太郎河合
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014198958A

Description

本発明は、レーザ光を用いてレールの変位を測定する軌道検測方法及び装置に係り、特に測定器を搭載した梁の撓みによる測定精度低下を有効に防止することのできる軌道検測方法及び装置に関する。

鉄道の安定輸送には車両の軌道、架線、電気供給用サードレール等のような車両の運行に関する周辺構造物である電車線路設備等の測定管理が必要である。電車線路設備のうち、主に軌道（レール）の形状を測定する場合は、軌道検測車に配置されたレーザ変位計から測定光をレールに照射することによって、レールの形状を測定している。レーザ変位計として２次元レーザ変位検出器を使用し、車体枠の左右及び前中後に２次元レーザ変位検出器を設置し、各左右レールの通り、高低狂い等を測定する軌道検測装置として、引用文献１に記載のものが知られている。

特開２０１１−１６９６１０号公報

２次元レーザ変位検出器による測定精度を向上するためには、基準となる車体枠の剛性を保ち、その変位を抑えることが必要である。車体枠の剛性を保つために補強などを行った場合、自重の増加に伴って垂直方向の撓みが減少しないことが判明している。従って、車体剛性を高めた専用モーターカー又は専用牽引式台車を用いていた。一方、特許文献１に記載の軌道検測装置には、車両端にレーザ投光部、中央部及び反対車端に受光部を設けることによって車体の撓みを検出する方法が記載されている。特許文献１に記載された撓み検出方法は、レーザ投光部近傍のみが撓むとレーザ光が傾くため受光部での撓み変位量が実際の撓みと異なる可能性があった。

本発明は、変位検出器の取り付けられる枠の撓みを正確に検出し、変位検出器よる測定精度を向上することのできる軌道検測方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明に係る軌道検測方法の第１の特徴は、レールに沿って走行する車両を構成する枠体又は前記車両に別途設けられる枠体に取り付けられた２次元レーザ変位検出器を用いて、前記レールの変位等を検出する軌道検測方法において、斜面が前記枠体の中央を向くように前記枠体の端部の上面又は下面に設けられたターゲット手段に対して、前記枠体の側面に設けられたレーザ変位計手段を用いて前記斜面にレーザ光を照射することによって、前記斜面までの距離を測定し、前記斜面までの距離に基づいて前記枠体の上下方向の撓みを算出し、前記上下方向の撓みによる影響を前記レールの変位等から除去することにある。
これは、２次元レーザ変位検出器の取り付けられている枠体の上下方向における撓みを、その枠体の端部の上面又は下面に設けられたターゲット手段と、このターゲット手段の斜面までの距離を測定するレーザ変位計手段とを用いて算出するようにしたものである。ターゲット手段を枠体の上面又は下面に取り付けることによって、ターゲット手段の斜面が枠体の上面又は下面に対して所定の角度で傾斜することになる。枠体に上下方向の撓みが発生すると、ターゲット手段も上下方向に移動する。この移動に伴ってレーザ変位計手段からターゲット手段の斜面までの距離が変化するので、変化した距離と斜面の角度とに基づいて上下方向の撓みを算出している。算出した撓みによる影響をレールの変位等から除去することによって、２次元レーザ変位検出器による測定精度を向上させることができる。

本発明に係る軌道検測方法の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載の軌道検測方法において、前記２次元レーザ変位検出器が前記枠体の両端部及び中央部の３箇所に設けられ、前記ターゲット手段が前記枠体の前記両端部にそれぞれ設けられ、前記レーザ変位計手段が前記枠体の前記中央部の側面であって、前記両端部のターゲット手段の前記斜面にそれぞれレーザ光を照射するように２個設けられ、前記枠体の前記両端部の前記ターゲット手段の前記斜面までの距離に基づいて前記枠体の前記両端部の上下方向の撓みを算出し、前記上下方向の撓みによる影響を前記レールの変位等から除去することにある。これは、２次元レーザ変位検出器を枠体の両端部及び中央部の３箇所に設けている。ターゲット手段を枠体の両端部に設けられた２次元レーザ変位検出器に、レーザ変位計手段を枠体の中央部に設けられた２次元レーザ変位検出器に、それぞれ対応付けて設けている。従って、レーザ変位計手段及びターゲット手段を用いて算出した枠体の両端部の上下方向の撓みがそのまま２次元レーザ変位検出器における上下方向に撓みとなるので、その撓みに基づいてレールの変位等を補正することによって２次元レーザ変位検出器の測定精度を向上させることができる。

本発明に係る軌道検測方法の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載の軌道検測方法において、斜面が前記枠体の中央を向くように前記枠体の端部の側面に設けられた第２のターゲット手段に対して、前記枠体の上面又は下面に設けられた第２のレーザ変位計手段を用いて前記第２のターゲット手段の前記斜面にレーザ光を照射することによって、前記第２のターゲット手段の前記斜面までの距離を測定し、前記第２のターゲット手段の前記斜面までの距離に基づいて前記枠体の前記上下方向に垂直な左右方向の撓みを算出し、前記左右方向の撓みによる影響を前記レールの変位等から除去することにある。これは、前記第１又は第２の特徴に記載した軌道検測方法におけるターゲット手段及びレーザ変位計手段と同じ構成のものを枠体の長手方向から見て右回り又は左回りに約９０度回転させて配置することによって、上下方向に垂直な左右方向の撓みを算出するようにしたものである。これによって、２次元レーザ変位検出器の取り付けられた枠体の上下左右の撓みによる影響を有効に除去して、２次元レーザ変位検出器の測定精度を飛躍的に向上させることができる。

本発明に係る軌道検測方法の第４の特徴は、前記第１、第２又は第３の特徴に記載の軌道検測方法において、前記ターゲット手段及び前記第２のターゲット手段が直角二等辺三角形状をしていることにある。これは、ターゲット手段が直角二等辺三角形状をしているので、枠体の上面若しくは下面又は側面に取り付けられた場合、その斜面が４５度となるので、レーザ変位計手段からターゲット手段の斜面までの距離がそのまま上下方向の撓みとして算出できるようになり、演算処理を簡略化することができる。

本発明に係る軌道検測装置の第１の特徴は、レールに沿って走行する車両を構成する枠体又は前記車両に別途設けられる枠体に取り付けられた２次元レーザ変位検出器を用いて、前記レールの変位等を検出する軌道検測装置において、斜面が前記枠体の中央を向くように前記枠体の端部の上面又は下面に設けられたターゲット手段と、前記枠体の側面に設けられ、前記ターゲット手段に対してレーザ光を照射することによって、前記斜面までの距離を測定するレーザ変位計手段と、前記斜面までの距離に基づいて前記枠体の上下方向の撓みを算出し、前記上下方向の撓みによる影響を前記レールの変位等から除去する制御手段とを備えたことにある。これは、前記軌道検測方法の第１の特徴に対応した軌道検測装置の発明である。

本発明に係る軌道検測装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載の軌道検測装置において、前記２次元レーザ変位検出器が前記枠体の両端部及び中央部の３箇所に設けられ、前記ターゲット手段が前記枠体の前記両端部にそれぞれ設けられ、前記レーザ変位計手段が前記枠体の前記中央部の側面であって、前記両端部のターゲット手段の前記斜面にそれぞれレーザ光を照射するように２個設けられ、前記制御手段が前記枠体の前記両端部の前記ターゲット手段の前記斜面までの距離に基づいて前記枠体の前記両端部の上下方向の撓みを算出し、前記上下方向の撓みによる影響を前記レールの変位等から除去することにある。これは、前記軌道検測方法の第２の特徴に対応した軌道検測装置の発明である。

本発明に係る軌道検測装置の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載の軌道検測装置において、斜面が前記枠体の中央を向くように前記枠体の端部の側面に設けられた第２のターゲット手段と、前記枠体の上面又は下面に設けられ、前記第２のターゲット手段に対してレーザ光を照射することによって、前記第２のターゲット手段の前記斜面までの距離を測定する第２のレーザ変位計手段とを設け、前記制御手段が前記第２のターゲット手段の前記斜面までの距離に基づいて前記枠体の前記上下方向に垂直な左右方向の撓みを算出し、前記左右方向の撓みによる影響を前記レールの変位等から除去することにある。これは、前記軌道検測方法の第３の特徴に対応した軌道検測装置の発明である。

本発明に係る軌道検測装置の第４の特徴は、前記第１、第２又は第３の特徴に記載の軌道検測装置において、前記ターゲット手段及び前記第２のターゲット手段が直角二等辺三角形状をしていることにある。これは、前記軌道検測方法の第４の特徴に対応した軌道検測装置の発明である。

本発明によれば、変位検出器の取り付けられる枠の撓みを正確に検出し、レーザ変位計よる測定精度を向上することができるという効果がある。

本発明に係る軌道検測装置を搭載した車両全体の概略を上側から見て示す図である。図１の軌道検測装置を搭載した車両を紙面下側から見た側面図である。図１の軌道検測装置を搭載した牽引台車を紙面右側から見た前方図である。本発明の軌道検測装置において車体枠等の撓みを検出する撓み測定装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の軌道検測方法及び装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る軌道検測装置を搭載した車両全体の概略を上側から見て示す図である。図２は、図１の軌道検測装置を搭載した車両を紙面下側から見た側面図である。図３は、図１の軌道検測装置を搭載した牽引台車を紙面右側から見た前方図である。図１では、車両本体を点線で示し、車両の下側の構成を図示してある。

車両１０は、平行する２本の走行レール３Ｌ，３Ｒ上を２つの車軸８１，８２の両端に設けられた４つの車輪７１Ｒ，７１Ｌ，７２Ｒ，７２Ｌを介して走行するように構成されている。車両１０には、摩耗、左右高低、左右通り、軌間、水準、平面性の各演算を行う軌道検測装置４と、車両１０の傾きを測定するジャイロ装置５とが搭載されている。距離パルス発生器６は、車軸８２に端部に設けられ、車両１０の移動距離に応じたパルスを発生し、それを軌道検測装置４に出力する。

車両１０の２本のフレーム枠２３Ｒ，２３Ｌ間には、図示していないが、梁等によって結合されている。フレーム枠２３Ｒ，２３Ｌの下側には、２次元レーザ変位検出器２１〜２６が設置されている。すなわち、車両１０は、左右高低、左右通りを算出するために２次元レーザ変位検出器２１〜２６を車両１０の左右前中後のそれぞれ６箇所に配置している。２次元レーザ変位検出器２１〜２６は、内軌側及び外軌側のそれぞれ上方から所定角度θだけ傾斜した斜めに設置され、走行レール３Ｒ，３Ｌの測定を行う。軌道検測装置４は、２次元レーザ変位検出器２１〜２６からの出力に基づいてレール断面形状のプロファイルを作成する。このとき、軌道検測装置４は、ジャイロ装置５からの信号に応じて摩耗、左右高低、左右通り、軌間、水準、平面性の各演算を行う。なお、上述の各種データは、図示していない記憶装置等に保存される。

図４は、本発明の軌道検測装置において車体枠等の撓みを検出する撓み測定装置の概略構成を示す図である。車体枠２３Ｌは、車両１０の下側に設置されるものであり、中空角材から構成され、梁として機能するものである。撓み測定装置は、車体枠２３Ｌ，２３Ｒの中空角材の空洞内に設けられている。図４では、車体枠２３Ｌのみを示す。車体枠２３Ｌの下側には、図２及び図４に示す通り、レールの高さと通り変位を測定する２次元レーザ変位検出器２１，２３，２５が取れ付けられている。車体枠２３Ｌの内部には、梁としての車体枠２３Ｌの垂直方向の撓みを測定するレーザ変位計４１，４２と、そのターゲット４３，４４とが設けられている。

車体枠２３Ｌは、車両１０の全長とほぼ同じ長さで構成される。車体枠２３Ｌのほぼ中央にレーザ変位計４１，４２が設置されている。車体枠２３Ｌ内であって、レーザ変位計４１の左側端部にターゲット４３が設置されている。車体枠２３Ｌ内であって、レーザ変位計４２の右側端部にターゲット４４が設置されている。２次元レーザ変位検出器２１，２３，２５は、レール３Ｌの両側面と上面の垂直水平位置を測定する。２次元レーザ変位検出器２１，２３，２５のうち、両端の２次元レーザ変位検出器２１，２５を基準に２次元レーザ変位検出器２３の値を演算し、レールの高さと通り狂いを測定する。

レーザ変位計４１，４２は、車両枠２３Ｌ内のほぼ中央付近に剛体板４０を介して取り付けられている。従って、レーザ変位計４１，４２は、この剛体板４０によって撓みの影響を受けることはない。レーザ変位計４１，４２は、各々ターゲット４３，４４までの距離を測定する。ターゲット４３，４４は、車両枠２３Ｌの両端部付近に各々配置し、レーザ変位計４１，４２からの光軸に対して約４５度の角度の平面を有する。

図４において、レーザ変位計４１，４２を用いた車両枠２３Ｌの垂直方向の撓み測定の一例を説明する。図４の右側のターゲット４４における垂直撓み量が下方向にＡとなると、ターゲット４４は点線に示すように下方向に移動し、右側のレーザ変位計４２からターゲット４４までの距離は値ａだけ伸びることになる。このときの水平方向の値ａと垂直方向の値Ａとは、互いに等しくなる。同様に図４の左側のターゲット４３における垂直撓み量が下方向にＢとなると、ターゲット４３は点線に示すように下方向に移動し、左側のレーザ変位計４１からターゲット４３までの距離は値ｂだけ伸びることになる。このときの水平方向の値ｂと垂直方向の値Ｂとは、互いに等しくなる。これは、ターゲット４３，４４が共に４５度の角度の平面を有するためである。

このように車両枠２３Ｌに高低狂が発生した場合の演算方法について説明する。このときの２次元レーザ変位検出器２１の高さを値ｄとし、２次元レーザ変位検出器計２３の高さを値ｆとし、２次元レーザ変位検出器２５の高さを値ｅとする。撓みの無い場合の高低狂いは（（ｄ＋ｅ）／２）−ｆとなる。

一方、垂直方向に上述のようなＡ及びＢの撓みが存在する場合、このときの２次元レーザ変位検出器２１の高さを値Ｄとし、２次元レーザ変位検出器計２３の高さを値Ｆとし、２次元レーザ変位検出器２５の高さを値Ｅとすると、高低狂いは（（（Ｄ＋Ａ）＋（Ｅ＋Ｂ））／２）−Ｆとなる。これによって、車体枠２３Ｌの撓みを正確に検出し、２次元レーザ変位検出器２１，２３，２５よる測定精度を飛躍的に向上することができる。

上述の実施の形態では、口の字型の箱状の構造である車両枠内に撓みを検出するためにレーザ変位計及びターゲットを設ける場合について説明したが、車両枠をＩ字型断面構造のもので構成し、その側面にレーザ変位計及びターゲットを設けるようにしてもよい。また、上述の実施の形態では、車両枠内に垂直方向の撓みを検出するためにレーザ変位計及びターゲットを設ける場合について説明したが、レーザ変位計を車両枠の下面又は上面に、ターゲットを車両枠の側面に設ける、すなわちこれらの約９０度回転させて設置することによって、車両枠の水平方向における撓みを検出するようにしてもよい。また、車両枠の垂直方向及び水平方向における撓みを同時に検出するようにしてもよい。上述の実施の形態では、車両枠に２次元レーザ変位検出器を設け、車両枠内にレーザ変位計及びターゲットからなる撓み検出器を設ける場合について説明したが、図４に示すような２次元レーザ変位検出器、レーザ変位計及びターゲットを搭載した枠を別途車両や専用モーターカー又は専用牽引式台車等の下面側に設けるようにしてもよい。

３Ｒ，３Ｌ…走行レール
１０…牽引台車
１０１…リニアガイド制御部
１０２…変位計制御部
１０３…Ａ／Ｄ変換部
１０４…速度補正部
１０５…データ位置決め部
１０６…座標変換部
１０７…プロファイル作成部
１０８…演算部
１０９…保存部
１１〜１６…リニアガイド
１１１…垂直線
２１〜２６…２次元レーザ変位検出器
２３Ｒ，２３Ｌ…フレーム枠
４…軌道検測装置
４１…レール頭頂面内軌側端部
４２…上首部
５…ジャイロ装置
６…距離パルス発生器
７１Ｒ，７１Ｌ，７２Ｒ，７２Ｌ…車輪
８１，８２…車軸
９１〜９３…梁

Claims

レールに沿って走行する車両を構成する枠体又は前記車両に別途設けられる枠体に取り付けられた２次元レーザ変位検出器を用いて、前記レールの変位等を検出する軌道検測方法において、
斜面が前記枠体の中央を向くように前記枠体の端部の上面又は下面に設けられた第１のターゲット手段に対して、前記枠体の側面に設けられた第１のレーザ変位計手段を用いて前記斜面にレーザ光を照射することによって、前記斜面までの距離を測定し、
前記第１のターゲット手段の前記斜面までの距離に基づいて前記枠体の上下方向の撓みを算出し、
斜面が前記枠体の中央を向くように前記枠体の端部の側面に設けられた第２のターゲット手段に対して、前記枠体の上面又は下面に設けられた第２のレーザ変位計手段を用いて前記第２のターゲット手段の前記斜面にレーザ光を照射することによって、前記第２のターゲット手段の前記斜面までの距離を測定し、
前記第２のターゲット手段の前記斜面までの距離に基づいて前記枠体の前記上下方向に垂直な左右方向の撓みを算出し、
前記上下方向及び前記左右方向の撓みによる影響を前記レールの変位等から除去することを特徴とする軌道検測方法。
請求項１に記載の軌道検測方法において、
前記２次元レーザ変位検出器が前記枠体の両端部及び中央部の３箇所に設けられ、
前記第１のターゲット手段が前記枠体の前記両端部にそれぞれ設けられ、
前記第１のレーザ変位計手段が前記枠体の前記中央部の側面であって、前記両端部の前記第１のターゲット手段の前記斜面にそれぞれレーザ光を照射するように２個設けられ、
前記枠体の前記両端部の前記第１のターゲット手段の前記斜面までの距離に基づいて前記枠体の前記両端部の上下方向の撓みを算出し、
前記上下方向の撓みによる影響を前記レールの変位等から除去することを特徴とする軌道検測方法。
請求項１又は２に記載の軌道検測方法において、前記第１のターゲット手段及び前記第２のターゲット手段が直角二等辺三角形状をしていることを特徴とする軌道検測方法。
レールに沿って走行する車両を構成する枠体又は前記車両に別途設けられる枠体に取り付けられた２次元レーザ変位検出器を用いて、前記レールの変位等を検出する軌道検測装置において、
斜面が前記枠体の中央を向くように前記枠体の端部の上面又は下面に設けられた第１のターゲット手段と、
前記枠体の側面に設けられ、前記第１のターゲット手段に対してレーザ光を照射することによって、前記第１のターゲット手段の前記斜面までの距離を測定する第１のレーザ変位計手段と、
斜面が前記枠体の中央を向くように前記枠体の端部の側面に設けられた第２のターゲット手段と、
前記枠体の上面又は下面に設けられ、前記第２のターゲット手段に対してレーザ光を照射することによって、前記第２のターゲット手段の前記斜面までの距離を測定する第２のレーザ変位計手段とを設け、
前記第１のターゲット手段の前記斜面までの距離に基づいて前記枠体の上下方向の撓みを算出し、前記第２のターゲット手段の前記斜面までの距離に基づいて前記枠体の前記上下方向に垂直な左右方向の撓みを算出し、前記上下方向及び前記左右方向の撓みによる影響を前記レールの変位等から除去する制御手段と
を備えたことを特徴とする軌道検測装置。
請求項４に記載の軌道検測装置において、
前記２次元レーザ変位検出器が前記枠体の両端部及び中央部の３箇所に設けられ、
前記第１のターゲット手段が前記枠体の前記両端部にそれぞれ設けられ、
前記第１のレーザ変位計手段が前記枠体の前記中央部の側面であって、前記両端部の前記第１のターゲット手段の前記斜面にそれぞれレーザ光を照射するように２個設けられ、
前記制御手段が前記枠体の前記両端部の前記第１のターゲット手段の前記斜面までの距離に基づいて前記枠体の前記両端部の上下方向の撓みを算出し、前記上下方向の撓みによる影響を前記レールの変位等から除去することを特徴とする軌道検測装置。
請求項４又は５に記載の軌道検測装置において、前記第１のターゲット手段及び前記第２のターゲット手段が直角二等辺三角形状をしていることを特徴とする軌道検測装置。