トングレール接触状態測定装置およびトングレール摩耗量測定装置
【課題】レール分岐部分において、作業者の勘に頼らなくても高い精度でトングレールの先端を含めたこれの基本レールに対する接触状態でのレール頭面形状を効率的かつ連続的に測定できるトングレール接触状態測定装置およびトングレール摩耗量測定装置を提供することにある。
【解決手段】この発明は、ブリッジ部材の端部を第２のレールにクランプ固定するクランプ部材を設けることで第１のレールと第２のレールとの間のブリッジ構造で直線移動機構を第２のレールに支持しかつ第１のレールに対して固定状態で支持することができる。これによって、直線移動機構の移動台を移動させる二次元変位センサによって第１のレールとこれに接触するトングレールとの頭面形状についての測定信号をレール長さ方向に連続的に得ることができる。この測定信号によってトングレール摩耗量測定をも測定することができる。
【解決手段】この発明は、ブリッジ部材の端部を第２のレールにクランプ固定するクランプ部材を設けることで第１のレールと第２のレールとの間のブリッジ構造で直線移動機構を第２のレールに支持しかつ第１のレールに対して固定状態で支持することができる。これによって、直線移動機構の移動台を移動させる二次元変位センサによって第１のレールとこれに接触するトングレールとの頭面形状についての測定信号をレール長さ方向に連続的に得ることができる。この測定信号によってトングレール摩耗量測定をも測定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レール分岐部分において、作業者の勘に頼らなくても高い精度でトングレールの先端を含めたこれの基本レールに対する接触状態でのレール頭面形状を効率的かつ連続的に測定できるようなトングレール接触状態測定装置およびトングレール摩耗量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道レールの摩耗の度合いは、レールの踏面形状あるいは頭面形状を計測することで行われている。また、鉄道レールの踏面に凹凸があると騒音のもととなるので、この点からもレールの踏面形状あるいは頭面形状の計測が必要である。
レールの踏面等の測定は、現在のところ検測車あるいは牽引式の測定器などを用いて行われているが、分岐部分のレール（以下「分岐レール」とする）の箇所についてはトングレールが接触する関係で、高精度の測定が望めないことから個別に作業者すなわち人手によってレールに測定器を設置してトングレールを含めてのレール踏面等の測定を行なっていた。
このようなレールの踏面形状あるいは頭面形状については、各種の検測装置、検査装置、そして測定器が使用され、また開発されている。この種のレール頭面の計測技術としては、すでに各種のものが公知になっている。これらの中で機械的な構造で目盛り定規をレール頭面に当てて作業者が読取る方式のものが特許文献１に記載されている。
【０００３】
また、レールの頭面の断面形状をそれぞれ個別のレーザ変位センサで測定して、その測定結果をコンピュータで合成処理するという測定装置が特許文献２に記載されている。
さらに、２本のレール間に橋渡しをして分岐レールの軌間を測定するように構成された測定ゲージ（測定器）が特許文献３に記載されている。
また、出願人は、作業者の勘に頼らなくても高精度でレールの頭面形状をある程度の長さに亙って効率的かつ連続的に測定することのできるレールの頭面形状測定装置および測定方法を出願しており、これが特許文献４に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６３１１９号公報
【特許文献２】特開２００３−２０７３１９号公報
【特許文献３】特開２００９−１４６３２号公報
【特許文献４】特開２００９−２７６２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの測定の中で、特に分岐レールの重要な測定として、トングレールが基本レールに実質的に隙間がなく確実にある程度の長さに亙って接触しているか否か等の、トングレールの接触状態について測定する項目がある。さらに、この測定においては、測定値を所定の長さに亙ってプロッティングすることによってトングレールの摩耗状態も測定している。これは、基本レールとトングレールとの接触状態が悪いと脱線の危険性があるからである。
そのため、これらの測定を実行する場合には、基本レールとトングレールとが接触状態にある状態が５０ｃｍ程度か、それ以上に亙っており、その場合のレールの頭面の断面形状の連続的な測定が必要である。しかし、このような測定は現在のところ作業者すなわち人手による測定が主流である。そのため測定精度に個人差が生じる共に測定自体に多大の時間と労力（手間）がかかるという問題がある。
トングレールと基本レールとの接触状態の測定という点から各特許文献に記載された技術内容を検討してみると、特許文献４のような携帯できる測定装置によって連続的な測定を行う以外は、分岐レール部分において基本レールとトングレールとが接触状態にある状態が５０ｃｍ程度か、それ以上に亙っており、その場合に高い精度でレール頭面の断面形状を自動的に測定するという技術は難しいものであった。
【０００６】
特許文献４に記載のものは、高い精度でレールの頭面形状をある程度の長さに亙って効率的かつ連続的に測定することができるものであるが、レールの踏面と側面とでクランプ機構によって測定装置を固定している関係から基本レールとトングレールとが接触状態にある場合に測定装置を固定することは非常に難しく、測定装置が不安定になって測定精度が出ないという問題がある。
【０００７】
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、レール分岐部分において、作業者の勘に頼らなくても高い精度でトングレールの先端を含めたこれの基本レールに対する接触状態でのレール頭面形状を効率的かつ連続的に測定できるトングレール接触状態測定装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、レール分岐部分において、作業者の勘に頼らなくても高い精度でトングレールの先端を含めたこれの基本レールに対する接触状態でのレール頭面形状を効率的かつ連続的に測定し、その測定信号に基づいてトングレール摩耗量を測定するトングレール摩耗量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のトングレール接触状態測定装置あるいはトングレール摩耗量測定装置の特徴は、トングレールが接触する第１のレールの上部において第１のレールに沿ってその移動台が移動可能にレール長さ方向の両端に設けられた脚を介して第１のレール上に載置される所定の長さの直線移動機構と、移動台に設けられ第１のレールの頭部とこれに接触するトングレールの頭部とに測定光を照射する二次元変位センサと、直線移動機構に一方の端部が固定され第１のレールに対して平行に設けられた第２のレールにクランプ部材を介して他方の端部がクランプされて軌道横断方向に橋渡されるブリッジ部材とを備えていて、
クランプ部材によって第２のレールにブリッジ部材をクランプすることで直線移動機構をブリッジ部材を介して第２のレールに支持するとともに第１のレールに対して固定状態にして移動台を移動させて二次元変位センサによって第１のレールとこれに接触するトングレールとの頭面形状についての測定信号をレール長さ方向に連続的に得るものである。
この発明にあっては、ブリッジ部材の端部を第２のレールにクランプ固定するクランプ部材を設けることで第１のレールと第２のレールとの間のブリッジ構造で直線移動機構を第２のレールに支持しかつ第１のレールに対して固定状態で支持することができる。これによって、直線移動機構の移動台を移動させて二次元変位センサによって第１のレールとこれに接触するトングレールとの頭面形状についての測定信号をレール長さ方向に連続的に得ることができる。
しかも、このような頭面形状の連続的測定によって得られる測定信号をデータとして画像処理することで、所定の長さに亙るトングレールと基本レールとの接触状態にあるレール頭面形状を連続的に頭部断面画像として採取することが可能になる。
この接触状態の連続的な頭部断面画像に基づいて、例えば、特定点をプロッティングしてその初期状態あるいは摩耗前の特定点のプロッティング特性比較することで、あるいは摩耗前の連続的な頭部断面画像等と現在の連続的な頭部断面画像とを比較することでトングレールの接触状態、さらにはトングレールの摩耗状態を測定することが可能になる。
その結果、基本レールとトングレールとが接触状態にある中での測定装置のレールへの固定が不安定になることはなく、作業者の勘に頼らなくても高い精度でトングレールの接触状態の測定あるいはトングレール摩耗量測定を容易にすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、レール分岐部分において、作業者の勘に頼らなくても高い精度でトングレールの先端を含めたこれの基本レールに対する接触状態でのレール頭面形状を効率的かつ連続的に測定することができる。また、その測定信号に基づいてトングレール摩耗量を測定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明のトングレール接触状態測定装置を適用した一実施例のトングレール接触状態測定装置の平面説明図である。
【図２】図１におけるトングレール接触状態測定装置の側面説明図である。
【図３】トングレール接触状態測定装置の直線移動機構の説明図である。
【図４】図４（ａ）は、トングレール接触状態測定装置による分岐レール部分の測定状態の説明図、図４（ｂ）は、頭面形状連続測定ユニットのユニット制御装置についての説明図である。
【図５】二次元レーザ変位センサの測定光とレール頭面との関係の説明図である。
【図６】図６（ａ）は、その測定断面画像の説明図、図６（ｂ）は、その合成断面画像の説明図、図６（ｃ）は、その測定値プロッティング特性の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１において、トングレール接触状態測定装置１００は、頭面形状連続測定ユニット１０１、ブリッジフレーム１０２及びクランプ機構１０３から構成される。頭面形状連続測定ユニット１０１は、先端部の一部を点線で示すトングレール１３と、トングレール１３の先端側と接触する基本レール１１との上部（図面の前面側）に設置されている。一方、基本レール１２は、基本レール１１と対をなし、基本レール１１に平行となるように設けられている。
なお、図１では、図示する関係上から頭面形状連続測定ユニット１０１は、図４の頭面形状連続測定ユニット１０１に対してレール方向の長さについてその一部を省略して短くして示してある。
ブリッジフレーム１０２は、頭面形状連続測定ユニット１０１を基本レール１２側との間で支持するものである。クランプ機構１０３は、ブリッジフレーム１０２の基本レール１２側端部に設けられている。
ブリッジフレーム１０２を基本レール１１側から基本レール１２に橋渡して基本レール１２側に配置してクランプ機構１０３によってブリッジフレーム１０２を基本レール１２にクランプすることで、頭面形状連続測定ユニット１０１は、ブリッジフレーム１０２を介して基本レール１１と基本レール１２との間で固定された状態で基本レール１１に固定支持されることとなる。
【００１２】
ブリッジフレーム１０２は、断面正方形のボックスフレームで構成され、頭面形状連続測定ユニット１０１の筐体１０の側壁１０ａに端部１０２ａを介してねじ、溶接等によって固定されている。端部１０２ａには固定のための尾羽型のリブ１０２ｂが側面両サイドに設けられている。
ブリッジフレーム１０２の他方の端部側に設けられたクランプ機構１０３は、図１、図２に示すように、基本レール１２の頭部を狭持するローラ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃと、ブリッジフレーム１０２の端部に沿って移動可能に端部外周面に遊嵌された断面正方形のボックスフレーム１０４とを有している。
ブリッジフレーム１０２には、図１に示すように、基本レール１２側の端部まで延びた長孔のクランプ位置調整孔１０２ｃが設けられている。一方、ボックスフレーム１０４には、ブリッジフレーム１０２の所定の位置に固定する摘付き固定ねじ１０４ａ，１０４ｂと、ローラ１０３ａ，１０３ｂ（図２参照）がそれぞれ設けられたクランプ板１０５ａ，１０５ｂ、そしてクランプ板１０５ａの摘付き位置固定ねじ１０６とが設けられている。
【００１３】
図１に示すクランプ位置調整孔１０２ｃは、ボックスフレーム１０４の端部から長手方向（軌道横断方向）に沿って形成された長孔である。これは、ボックスフレーム１０４の上面と底面とにそれぞれに対応するように上下に穿孔されている。
摘付き固定ねじ１０４ａ，１０４ｂと摘付き位置固定ねじ１０６のそれぞれの先端側は、クランプ位置調整孔１０２ｃの上側の孔の外周に対応するブリッジフレーム１０２のエッジ部分に係合して、それぞれにボックスフレーム１０４とクランプ板１０５ａとを固定する。
クランプ板１０５ａ，１０５ｂは、ブリッジフレーム１０２の長孔のクランプ位置調整孔１０２ｃに沿って前後移動可能にボックスフレーム１０４に固定されている。クランプ板１０５ａ，１０５ｂは、クランプ位置調整孔１０２ｃの長孔を貫通してボックスフレーム１０４の裏面（図２の下側）から突出し、その先端部が基本レール１２の頭部側面まで延びている。
図２に示すように、ローラ１０３ａは、クランプ板１０５ａに固定された軸を介して回転可能にクランプ板１０５ａに装着され、基本レール１２の頭部側面に当接される。ローラ１０３ｂは、クランプ板１０５ｂに固定された軸を介して回転可能にクランプ板１０５ｂに装着され、ローラ１０３ａに対峙する形で基本レール１２の反対側の頭部側面に当接される。ローラ１０３ｃは、ボックスフレーム１０４の裏面に固定された軸を介してこれに装着され、ボックスフレーム１０４の裏面に固定されて基本レール１２の頭部踏面に回転可能に当接される。
【００１４】
クランプ板１０５ａ，１０５ｂは、クランプ位置調整孔１０２ｃに沿って前後移動可能なので、クランプ板１０５ａの後退移動（図２の左側に移動）することによってローラ１０３ａはローラ１０３ｂに対してその間隔が大きく拡がる。このようにローラ１０３ａとローラ１０３ｂとの間隔がレールの頭部側面より広くなった状態で基本レール１２の頭部側面にローラ１０３ａとローラ１０３ｂとを当ててクランプ板１０５ａの位置をさらにレールの頭部側面側に前進（図２の右側に移動）させて摘付き位置固定ねじ１０６で固定することで基本レール１２の頭部側面をローラ１０３ａとローラ１０３ｂとによってチャックすることができ、ボックスフレーム１０４にクランプ機構１０３を固定することができる。
すなわち、クランプ機構１０３は、ローラ１０３ａ〜ローラ１０３ｃによって上方向及び左右方向の３方向から基本レール１２に対して載置されて固定される。さらに、クランプ機構１０３のボックスフレーム１０４がブリッジフレーム１０２に摘付き固定ねじ１０４ａ，１０４ｂで固定されることで、頭面形状連続測定ユニット１０１の位置を基本レール１１と基本レール１２との間でブリッジフレーム１０２が固定支持することができる。
なお、ローラ１０３ａ〜１０３ｃをクランプ機構１０３に設けることで、ブリッジフレーム１０２は、頭面形状連続測定ユニット１０１とともに基本レール１１と基本レール１２上を車両走行方向に移動可能になっている。
【００１５】
この頭面形状連続測定ユニット１０１は、図２に示すように、直線移動機構１を内部に有している。直線移動機構１は、図３に示すように、基本レール１１に沿った長手方向両側の端部に設けられた脚フレーム３，４を有し、脚フレーム３，４によってレールの長さ方向における両端を支持された移動台７を備え、その移動台７を移動させるボールスクリュウ機構になっている。
図２，図３に示すように、直線移動機構１は、その直線移動機構本体２が基本レール１１の上面と所定の距離をもって、基本レール１１の上面に沿って所定の長さＬ、例えば、Ｌ＝１０００ｍｍで橋渡され、基本レール１１に対向するように下向きに俯せた形で設けられている。その結果、図示するように直線移動機構１の移動台２ａ（図３参照）は下側（基本レール１１の上面に対向した方向）に向かう形状となる。なお、図３では内部構造の説明の都合上で、ボ−ルスクリュウ機構を省略して筐体１０を取外してその内部構造が示してある。
直線移動機構本体２は、ボールスクリュウ２ｂ（図２参照）を回転可能に脚フレーム３，４間に有する。脚フレーム３，４は、この直線移動機構本体２の両端に垂下して直線移動機構本体２に固定されたチャネルフレームであり、これらの基本レール１１側にガイドローラ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂがそれぞれ設けられている。
【００１６】
ローラ３ａ，４ａは、脚フレーム３，４のチャネルフレームの足部分内側に軸５，６を介してそれぞれ内装され、それぞれ基本レール１１の上面１１ａに当接されている。また、チャネルフレームの足部分側面には頭部内側側面１１ｂに当接されるガイドローラ３ｂ，４ｂがそれぞれ軸（図示せず）を介して回転可能に脚フレーム３，４の側面に取付られている。
ローラ３ａ，４ａが基本レール１１の上面１１ａに接して転がり、ガイドローラ３ｂ，４ｂは、レールの頭部内側側面１１ｂに接して転がることで、直線移動機構本体２を基本レール１１に沿って移動可能にこれらがガイドする。
直線移動機構１は、この前後に設けられた脚フレーム３，４を介して基本レール１１の頭面に載置される。ガイドローラ３ｂ，４ｂの支持軸は、図３では図示していないが、Ｌ字軸であって、その端部が脚フレーム３，４の側壁面に固定されてこれらのガイドローラをそれぞれに支持する。
なお、ガイドローラ３ｂ側は、トングレール１３の内側側面に接触している。トングレール１３の先端側の幅（厚さ）はさほど大きくないので、そのままでも問題はないが、その支持軸を脚フレーム３の側壁面に対して多少の進退移動ができるようにばね支持にするとよい。
これらガイドローラによって基本レール１１の頭部に直線移動機構１が支持され、かつ直線移動機構１の測定センサを支持する移動枠７がコントローラ９（図２参照）の制御によって基本レール１１に沿って移動する。
また、ブリッジフレーム１０２が基本レール１２にクランプ機構１０３によって固定支持されることで、頭面形状連続測定ユニット１０１は、ブリッジフレーム１０２を介して基本レール１２に固定状態にされている。
【００１７】
このときのクランプ機構１０３によるブリッジフレーム１０２の基本レール１２へのクランプ方法は、例えば、ガイドローラ３ｂを基本レール１１の頭部側面へ当接し、ガイドローラ４ｂを基本レール１１に接触したトングレール１３の側面へ当接して、レール内側から外側へ頭面形状連続測定ユニット１０１を押しつけ、次にボックスフレーム１０４の位置をスライドさせてブリッジフレーム１０２を基本レール１２の頭部に載せてクランプ板１０５ｂの位置を調整して摘付き固定ねじ１０４ａ，１０４ｂでボックスフレーム１０４の位置を固定して、次にクランプ板１０５ａの位置を調整して基本レール１２の頭部側面を狭持して摘付き位置固定ねじ１０６でその位置を固定することになる。
なお、この実施例の場合のクランプ方法は、軌道横断方向において基本レール１１の頭部側面と基本レール１２の頭部側面との間でクランプ板１０５ａとガイドローラ３ｂ，４ｂとによってこれらがそれぞれの内軌側のレール頭部の側面に係合することで実質的になされるので、クランプ板１０５ｂは補助的なクランプの役割しかしていない。
この実施例では、クランプ板１０５ｂが設けてあるので、逆に、ガイドローラ３ｂ，４ｂがなくても頭面形状連続測定ユニット１０１の基本レール１１への固定は可能である。後述する図５で説明するように、この発明は、基本レール１１とこれに接触したトングレール１３との頭部断面形状を得る測定信号が得られればよいので、頭面形状連続測定ユニット１０１を基本レール１１に沿ってその頭部に載置しかつ固定的に支持できればよい。
【００１８】
測定センサを支持する移動枠７は、直線移動機構１の移動台２ａに取付けられている。移動枠７は、図２及び図３に示すように、レール横断方向において移動台２ａを上底７ｄとした断面倒立台形をしており、倒立台形の下底７ａが直線移動機構１の上面に対応して直線移動機構１の直線移動機構本体２がこの倒立台形を貫通している。
倒立台形の両斜辺７ｂ，７ｃに沿ってそれぞれ二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂが取付けられている。その取付角度は、図５に示すように、測定光Ｌｓの走査の中心軸位置（測定中心軸）が垂直方向に対して約２５°で、相互に対称になるように傾いている。これによって、二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂは、基本レール１１の頭面（上面１１ａ＋頭部側面１１ｂ）に対して断面Ｖ字型に配置され、測定光Ｌｓ（図５参照）が基本レール１１とこれに接触するトングレール１３の頭面とに照射される。
二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂは、三角測量式のレーザビームセンサであって、基本レール１１の頭面をレール横断方向に走査することによってＺ方向（高さ方向）における所定の基準位置から高さを計測する。
図２に示されるように、断面倒立台形の移動枠７は、上底７ｄの内側が移動台２ａに固定され、これらが一体化されている。また、直線移動機構本体２は、移動台２ａの移動をガイドするリニアガイドレールの埋め込まれたガイドフレームを下側に有していて、移動台２ａがガイドフレームのＶ溝に両側から嵌合して移動台２ａがスライド可能に支持されている。なお、移動枠７の上部には、筐体１０の天板の裏面に前記したコントロールユニット９が設けられている。
【００１９】
図４（ａ）は、トングレール接触状態測定装置による分岐レール部分の測定状態の説明図である。図４（ａ）の平面図に示すように、基本レール１１の頭面にクランパテーブル１０７が固定され、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯型のデータ処理装置１０８がクランパテーブル１０７上に載置されている。なお、データ処理装置１０８の電源装置１０９もクランパテーブル１０７上に載置されている。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の断面図であり、クランパテーブル１０７としては、図１，図２で示すクランプ機構１０３の上部にテーブルを取付けたものであって、図４（ｂ）に示す、ローラ１０３ａ〜１０３ｃと同様に上方向と左右方向の３方向からクランプ用の３個のローラ１０７ａ〜１０７ｃがクランパテーブル１０７のクランプ機構１０７ｄには設けられている。これらローラ１０７ａ〜１０７ｃを移動ガイドとして基本レール１１上において頭面形状連続測定ユニット１０１に隣接した所定の位置にクランプ機構１０７ｄによってクランパテーブル１０７をクランプ固定するものである。テーブル１０７以外はクランプ機構１０３で説明しているのでクランプ機構についての説明は省略する。テーブル１０７は、ノート型パーソナルコンピュータとその電源とが載るサイズのものである。
クランプ板１０５ａ，１０５ｂに対応するクランプ板がクランプ機構１０７ｄに設けられているが、図１及び図２のものでは上部に突出しているので、テーブル１０７においてはその頭部が邪魔にならないように、上部が起立、伏臥ができるように頭部を蝶番結合等にしてある。携帯型のデータ処理装置１０８は、頭面形状連続測定ユニット１０１にＵＳＢケーブル１１０等を介して頭面形状連続測定ユニット１０１の筐体１０の天板の裏面に設けられたコントロールユニット９（図２参照）に接続される。これによって、データ処理装置１０８は、基本レール１１とトングレール１３の頭面形状の測定データを頭面形状連続測定ユニット１０１から取得することができる。なお、データ処理装置１０８は、ＭＰＵとメモリ、そしてＨＤＤ等から構成される。メモリには、二値化処理プログラム、輪郭スムージング処理プログラム、レール頭面画像合成処理プログラム、頭面形状測定制御プログラム、そしてトングレール１３の測定点までの距離算出プログラム等が設けられている。測定点までの距離算出プログラムを除いて、これら各プログラムの動作については、すでに公知となっている特許文献４（特開２００９−２７６２７０号）の公報に詳細に説明されているので、その説明は省略する。
【００２０】
図５は、頭面形状連続測定ユニット１０１における二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂの測定光Ｌｓと基本レール１１の頭面との関係の説明図であって、二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂの測定光Ｌｓは、基本レール１１の頭面に対して断面Ｖ字型に配置になるように図２及び図３に示すように、移動枠７の傾斜面に取付けられている。その測定光Ｌｓは、基本レール１１とこれに接触しているトングレール１３の頭面１３ａに対して図５に示すように傾斜して照射される関係にある。
基本レール１１の中央に立てた垂線１４に対して二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂの測定光Ｌｓの中心線１４ａ，１４ｂがそれぞれ約２５°の角度に設定されている。これによって、基本レール１１の上面１１ａの両側角部１１ｃ，１１ｄを測定中心としてトングレール１３の頭面１３ａを含めて測定光Ｌｓが基本レール１１の両側からそれぞれに基本レール１１の頭面（上面１１ａと頭部側面１１ｂ）とトングレール１３の頭面１３ａとに照射されてこれらを走査する。これによって、基本レール１１のレール頭面の画像のデータとこれに接触するトングレール１３の画像のデータとを生成する測定信号を連続的に二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂからそれぞれ取得することができる。
【００２１】
図４のデータ処理装置１０８は、二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂから得られた測定データ（二次元変位データ）に対して二値化処理、輪郭スムージング処理を施して、図６（ａ）に示す２枚の画像１５ａ，１５ｂを垂直方向から搭載角度θ＝２５°傾斜したレール頭面の二値化測定画像として取得する。そして、データ処理装置１０８のＭＰＵはレール頭面画像合成処理プログラムを実行して、２枚の画像データにおける基本レール１１の上面１１ａの画像成分が水平となるように、２５°時計方向と反時計方向にそれぞれ回転させる。さらに、基本レール１１の上面１１ａの画像成分の垂直方向の座標位置を一致させてこれら２枚の画像を合成する。その結果として図６（ｂ）に示すような、レール頭面とこれに接触するトングレール１３の頭面の断面画像に対応する合成画像１５を取得することができる。
ここで、測定点までの距離算出プログラムがコールされて、データ処理装置１０８のＭＰＵによって実行される。測定点までの距離算出プログラムがＭＰＵによって実行されると、ＭＰＵは、この合成画像１５上において、トングレール１３が接触する基本レール１１の頭部側面とは反対側（図面左端）となる基本レール１１の頭部側面１６の画面上のＸ座標位置を算出する。なお、合成画像１５は、左上が原点（０，０）である。左右方向がＸ軸、上下方向がＹ軸である。頭部側面１６のＸ座標位置（Ｘ１）を基準として、トングレール１３が接触する基本レール１１の頭部側面とは反対側のトングレール１３の頭部側面の所定の測定点ＳのＸ座標（Ｘ２）を検出して、測定点Ｓまでの距離Ｌ＝Ｘ２−Ｘ１を測定値としてデータ処理装置１０８が算出する。
【００２２】
ここで、この所定の測定点Ｓは、例えば、基本レールの頭頂面から約１４ｍｍ下側の点である。これは、基本レールの頭頂面のＹ座標（Ｙ１）を決定して、そこから約１４ｍｍ下側のＹ座標（Ｙ２）を得て、そのＹ座標（Ｙ２）におけるトングレール１３の頭部側面上のＸ座標値を得ることで行われる。このようにして、測定距離Ｌを多数基本レール１１にレール長さ方向に沿って多数算出して、ＭＰＵが多数の測定点をプロッティングすると、図６（ｃ）の曲線Ｇに示すようなトングレール１３の幅（基本レールを取り除いたもの）を示すなだらかに上昇する波形が得られる。
この波形Ｇをトングレール１３を設置したときの初期状態で測定したときのトングレール１３の幅を示す、同じ測定点Ｓの点線で示すグラフＨと比較することで、トングレール１３の基本レール１１に対する接触状態を知ることができる。また、先端から所定の位置、例えば、約５０ｍｍでのトングレール１３の摩耗量Ｍを測定することもできる。なお、トングレール１３の接触状態あるいは摩耗量測定は、特許文献４（特開２００９−２７６２７０号）の公報にその詳細が説明されているように、図６（ｂ）に示すような、レール頭面とこれに接触するトングレール１３の頭面の断面画像を車両走行方向に沿って多数得て、立体画像を形成して、トングレール１３を設置したときの初期状態で測定したときのトングレール１３の立体画像と比較することでも得ることができる。
【００２３】
上述の実施例に示したクランプ機構は、一例であって、この発明は、基本レールの頭部側面を狭持するクランプに限定されるものではない。また、上述の実施例では、二次元レーザ変位センサを使用しているが、この発明は、２つの二次元変位センサを設けることに限定されない。さらに、これは、例えば、赤色ＬＥＤ等を使用した二次元変位センサ一般であってもよいことはもちろんである。さらに、上述の実施例では移動枠の移動をボールスクリュウ送り機構によって行っているが、この発明の移動枠の移動あるいは直線移動機構本体２の移動は、ボールスクリュウ送り機構に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２４】
１…直線移動機構、
２…直線移動機構本体、
２ａ…移動台、
２ｂ…スクリュウ、
３，４…脚フレーム、
３ａ，４ａ…ローラ、
３ｂ，４ｂ…ガイドローラ、
５，６…支持軸、
７…移動枠、
７ｄ…上底、
８，８ａ，８ｂ…二次元レーザ変位センサ、
９…コントローラ、
１０…頭面形状連続測定ユニットの筐体、
１０ａ…側壁、
１１，１２…基本レール、
１３…トングレール、
１４…垂線、
１５…合成画像、
１６…レール頭部側面、
１００…トングレール接触状態測定装置、
１０１…頭面形状連続測定ユニット、
１０２…ブリッジフレーム、
１０２ｃ…クランプ位置調整孔、
１０３…クランプ機構、
１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ…ローラ、
１０４…ボックスフレーム、
１０４ａ，１０４ｂ…摘付き固定ねじ、
１０５ａ，１０５ｂ…クランプ板１０５ａ，１０５ｂ、
１０７…クランパテーブル、
１０７ａ〜１０７ｃ…ローラ、
１０７ｄ…クランプ機構、
１０６…摘付き位置固定ねじ、
１０８…データ処理装置、
１０９…電源装置、
１１０…ＵＳＢケーブル
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レール分岐部分において、作業者の勘に頼らなくても高い精度でトングレールの先端を含めたこれの基本レールに対する接触状態でのレール頭面形状を効率的かつ連続的に測定できるようなトングレール接触状態測定装置およびトングレール摩耗量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道レールの摩耗の度合いは、レールの踏面形状あるいは頭面形状を計測することで行われている。また、鉄道レールの踏面に凹凸があると騒音のもととなるので、この点からもレールの踏面形状あるいは頭面形状の計測が必要である。
レールの踏面等の測定は、現在のところ検測車あるいは牽引式の測定器などを用いて行われているが、分岐部分のレール（以下「分岐レール」とする）の箇所についてはトングレールが接触する関係で、高精度の測定が望めないことから個別に作業者すなわち人手によってレールに測定器を設置してトングレールを含めてのレール踏面等の測定を行なっていた。
このようなレールの踏面形状あるいは頭面形状については、各種の検測装置、検査装置、そして測定器が使用され、また開発されている。この種のレール頭面の計測技術としては、すでに各種のものが公知になっている。これらの中で機械的な構造で目盛り定規をレール頭面に当てて作業者が読取る方式のものが特許文献１に記載されている。
【０００３】
また、レールの頭面の断面形状をそれぞれ個別のレーザ変位センサで測定して、その測定結果をコンピュータで合成処理するという測定装置が特許文献２に記載されている。
さらに、２本のレール間に橋渡しをして分岐レールの軌間を測定するように構成された測定ゲージ（測定器）が特許文献３に記載されている。
また、出願人は、作業者の勘に頼らなくても高精度でレールの頭面形状をある程度の長さに亙って効率的かつ連続的に測定することのできるレールの頭面形状測定装置および測定方法を出願しており、これが特許文献４に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６３１１９号公報
【特許文献２】特開２００３−２０７３１９号公報
【特許文献３】特開２００９−１４６３２号公報
【特許文献４】特開２００９−２７６２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの測定の中で、特に分岐レールの重要な測定として、トングレールが基本レールに実質的に隙間がなく確実にある程度の長さに亙って接触しているか否か等の、トングレールの接触状態について測定する項目がある。さらに、この測定においては、測定値を所定の長さに亙ってプロッティングすることによってトングレールの摩耗状態も測定している。これは、基本レールとトングレールとの接触状態が悪いと脱線の危険性があるからである。
そのため、これらの測定を実行する場合には、基本レールとトングレールとが接触状態にある状態が５０ｃｍ程度か、それ以上に亙っており、その場合のレールの頭面の断面形状の連続的な測定が必要である。しかし、このような測定は現在のところ作業者すなわち人手による測定が主流である。そのため測定精度に個人差が生じる共に測定自体に多大の時間と労力（手間）がかかるという問題がある。
トングレールと基本レールとの接触状態の測定という点から各特許文献に記載された技術内容を検討してみると、特許文献４のような携帯できる測定装置によって連続的な測定を行う以外は、分岐レール部分において基本レールとトングレールとが接触状態にある状態が５０ｃｍ程度か、それ以上に亙っており、その場合に高い精度でレール頭面の断面形状を自動的に測定するという技術は難しいものであった。
【０００６】
特許文献４に記載のものは、高い精度でレールの頭面形状をある程度の長さに亙って効率的かつ連続的に測定することができるものであるが、レールの踏面と側面とでクランプ機構によって測定装置を固定している関係から基本レールとトングレールとが接触状態にある場合に測定装置を固定することは非常に難しく、測定装置が不安定になって測定精度が出ないという問題がある。
【０００７】
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、レール分岐部分において、作業者の勘に頼らなくても高い精度でトングレールの先端を含めたこれの基本レールに対する接触状態でのレール頭面形状を効率的かつ連続的に測定できるトングレール接触状態測定装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、レール分岐部分において、作業者の勘に頼らなくても高い精度でトングレールの先端を含めたこれの基本レールに対する接触状態でのレール頭面形状を効率的かつ連続的に測定し、その測定信号に基づいてトングレール摩耗量を測定するトングレール摩耗量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のトングレール接触状態測定装置あるいはトングレール摩耗量測定装置の特徴は、トングレールが接触する第１のレールの上部において第１のレールに沿ってその移動台が移動可能にレール長さ方向の両端に設けられた脚を介して第１のレール上に載置される所定の長さの直線移動機構と、移動台に設けられ第１のレールの頭部とこれに接触するトングレールの頭部とに測定光を照射する二次元変位センサと、直線移動機構に一方の端部が固定され第１のレールに対して平行に設けられた第２のレールにクランプ部材を介して他方の端部がクランプされて軌道横断方向に橋渡されるブリッジ部材とを備えていて、
クランプ部材によって第２のレールにブリッジ部材をクランプすることで直線移動機構をブリッジ部材を介して第２のレールに支持するとともに第１のレールに対して固定状態にして移動台を移動させて二次元変位センサによって第１のレールとこれに接触するトングレールとの頭面形状についての測定信号をレール長さ方向に連続的に得るものである。
この発明にあっては、ブリッジ部材の端部を第２のレールにクランプ固定するクランプ部材を設けることで第１のレールと第２のレールとの間のブリッジ構造で直線移動機構を第２のレールに支持しかつ第１のレールに対して固定状態で支持することができる。これによって、直線移動機構の移動台を移動させて二次元変位センサによって第１のレールとこれに接触するトングレールとの頭面形状についての測定信号をレール長さ方向に連続的に得ることができる。
しかも、このような頭面形状の連続的測定によって得られる測定信号をデータとして画像処理することで、所定の長さに亙るトングレールと基本レールとの接触状態にあるレール頭面形状を連続的に頭部断面画像として採取することが可能になる。
この接触状態の連続的な頭部断面画像に基づいて、例えば、特定点をプロッティングしてその初期状態あるいは摩耗前の特定点のプロッティング特性比較することで、あるいは摩耗前の連続的な頭部断面画像等と現在の連続的な頭部断面画像とを比較することでトングレールの接触状態、さらにはトングレールの摩耗状態を測定することが可能になる。
その結果、基本レールとトングレールとが接触状態にある中での測定装置のレールへの固定が不安定になることはなく、作業者の勘に頼らなくても高い精度でトングレールの接触状態の測定あるいはトングレール摩耗量測定を容易にすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、レール分岐部分において、作業者の勘に頼らなくても高い精度でトングレールの先端を含めたこれの基本レールに対する接触状態でのレール頭面形状を効率的かつ連続的に測定することができる。また、その測定信号に基づいてトングレール摩耗量を測定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明のトングレール接触状態測定装置を適用した一実施例のトングレール接触状態測定装置の平面説明図である。
【図２】図１におけるトングレール接触状態測定装置の側面説明図である。
【図３】トングレール接触状態測定装置の直線移動機構の説明図である。
【図４】図４（ａ）は、トングレール接触状態測定装置による分岐レール部分の測定状態の説明図、図４（ｂ）は、頭面形状連続測定ユニットのユニット制御装置についての説明図である。
【図５】二次元レーザ変位センサの測定光とレール頭面との関係の説明図である。
【図６】図６（ａ）は、その測定断面画像の説明図、図６（ｂ）は、その合成断面画像の説明図、図６（ｃ）は、その測定値プロッティング特性の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１において、トングレール接触状態測定装置１００は、頭面形状連続測定ユニット１０１、ブリッジフレーム１０２及びクランプ機構１０３から構成される。頭面形状連続測定ユニット１０１は、先端部の一部を点線で示すトングレール１３と、トングレール１３の先端側と接触する基本レール１１との上部（図面の前面側）に設置されている。一方、基本レール１２は、基本レール１１と対をなし、基本レール１１に平行となるように設けられている。
なお、図１では、図示する関係上から頭面形状連続測定ユニット１０１は、図４の頭面形状連続測定ユニット１０１に対してレール方向の長さについてその一部を省略して短くして示してある。
ブリッジフレーム１０２は、頭面形状連続測定ユニット１０１を基本レール１２側との間で支持するものである。クランプ機構１０３は、ブリッジフレーム１０２の基本レール１２側端部に設けられている。
ブリッジフレーム１０２を基本レール１１側から基本レール１２に橋渡して基本レール１２側に配置してクランプ機構１０３によってブリッジフレーム１０２を基本レール１２にクランプすることで、頭面形状連続測定ユニット１０１は、ブリッジフレーム１０２を介して基本レール１１と基本レール１２との間で固定された状態で基本レール１１に固定支持されることとなる。
【００１２】
ブリッジフレーム１０２は、断面正方形のボックスフレームで構成され、頭面形状連続測定ユニット１０１の筐体１０の側壁１０ａに端部１０２ａを介してねじ、溶接等によって固定されている。端部１０２ａには固定のための尾羽型のリブ１０２ｂが側面両サイドに設けられている。
ブリッジフレーム１０２の他方の端部側に設けられたクランプ機構１０３は、図１、図２に示すように、基本レール１２の頭部を狭持するローラ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃと、ブリッジフレーム１０２の端部に沿って移動可能に端部外周面に遊嵌された断面正方形のボックスフレーム１０４とを有している。
ブリッジフレーム１０２には、図１に示すように、基本レール１２側の端部まで延びた長孔のクランプ位置調整孔１０２ｃが設けられている。一方、ボックスフレーム１０４には、ブリッジフレーム１０２の所定の位置に固定する摘付き固定ねじ１０４ａ，１０４ｂと、ローラ１０３ａ，１０３ｂ（図２参照）がそれぞれ設けられたクランプ板１０５ａ，１０５ｂ、そしてクランプ板１０５ａの摘付き位置固定ねじ１０６とが設けられている。
【００１３】
図１に示すクランプ位置調整孔１０２ｃは、ボックスフレーム１０４の端部から長手方向（軌道横断方向）に沿って形成された長孔である。これは、ボックスフレーム１０４の上面と底面とにそれぞれに対応するように上下に穿孔されている。
摘付き固定ねじ１０４ａ，１０４ｂと摘付き位置固定ねじ１０６のそれぞれの先端側は、クランプ位置調整孔１０２ｃの上側の孔の外周に対応するブリッジフレーム１０２のエッジ部分に係合して、それぞれにボックスフレーム１０４とクランプ板１０５ａとを固定する。
クランプ板１０５ａ，１０５ｂは、ブリッジフレーム１０２の長孔のクランプ位置調整孔１０２ｃに沿って前後移動可能にボックスフレーム１０４に固定されている。クランプ板１０５ａ，１０５ｂは、クランプ位置調整孔１０２ｃの長孔を貫通してボックスフレーム１０４の裏面（図２の下側）から突出し、その先端部が基本レール１２の頭部側面まで延びている。
図２に示すように、ローラ１０３ａは、クランプ板１０５ａに固定された軸を介して回転可能にクランプ板１０５ａに装着され、基本レール１２の頭部側面に当接される。ローラ１０３ｂは、クランプ板１０５ｂに固定された軸を介して回転可能にクランプ板１０５ｂに装着され、ローラ１０３ａに対峙する形で基本レール１２の反対側の頭部側面に当接される。ローラ１０３ｃは、ボックスフレーム１０４の裏面に固定された軸を介してこれに装着され、ボックスフレーム１０４の裏面に固定されて基本レール１２の頭部踏面に回転可能に当接される。
【００１４】
クランプ板１０５ａ，１０５ｂは、クランプ位置調整孔１０２ｃに沿って前後移動可能なので、クランプ板１０５ａの後退移動（図２の左側に移動）することによってローラ１０３ａはローラ１０３ｂに対してその間隔が大きく拡がる。このようにローラ１０３ａとローラ１０３ｂとの間隔がレールの頭部側面より広くなった状態で基本レール１２の頭部側面にローラ１０３ａとローラ１０３ｂとを当ててクランプ板１０５ａの位置をさらにレールの頭部側面側に前進（図２の右側に移動）させて摘付き位置固定ねじ１０６で固定することで基本レール１２の頭部側面をローラ１０３ａとローラ１０３ｂとによってチャックすることができ、ボックスフレーム１０４にクランプ機構１０３を固定することができる。
すなわち、クランプ機構１０３は、ローラ１０３ａ〜ローラ１０３ｃによって上方向及び左右方向の３方向から基本レール１２に対して載置されて固定される。さらに、クランプ機構１０３のボックスフレーム１０４がブリッジフレーム１０２に摘付き固定ねじ１０４ａ，１０４ｂで固定されることで、頭面形状連続測定ユニット１０１の位置を基本レール１１と基本レール１２との間でブリッジフレーム１０２が固定支持することができる。
なお、ローラ１０３ａ〜１０３ｃをクランプ機構１０３に設けることで、ブリッジフレーム１０２は、頭面形状連続測定ユニット１０１とともに基本レール１１と基本レール１２上を車両走行方向に移動可能になっている。
【００１５】
この頭面形状連続測定ユニット１０１は、図２に示すように、直線移動機構１を内部に有している。直線移動機構１は、図３に示すように、基本レール１１に沿った長手方向両側の端部に設けられた脚フレーム３，４を有し、脚フレーム３，４によってレールの長さ方向における両端を支持された移動台７を備え、その移動台７を移動させるボールスクリュウ機構になっている。
図２，図３に示すように、直線移動機構１は、その直線移動機構本体２が基本レール１１の上面と所定の距離をもって、基本レール１１の上面に沿って所定の長さＬ、例えば、Ｌ＝１０００ｍｍで橋渡され、基本レール１１に対向するように下向きに俯せた形で設けられている。その結果、図示するように直線移動機構１の移動台２ａ（図３参照）は下側（基本レール１１の上面に対向した方向）に向かう形状となる。なお、図３では内部構造の説明の都合上で、ボ−ルスクリュウ機構を省略して筐体１０を取外してその内部構造が示してある。
直線移動機構本体２は、ボールスクリュウ２ｂ（図２参照）を回転可能に脚フレーム３，４間に有する。脚フレーム３，４は、この直線移動機構本体２の両端に垂下して直線移動機構本体２に固定されたチャネルフレームであり、これらの基本レール１１側にガイドローラ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂがそれぞれ設けられている。
【００１６】
ローラ３ａ，４ａは、脚フレーム３，４のチャネルフレームの足部分内側に軸５，６を介してそれぞれ内装され、それぞれ基本レール１１の上面１１ａに当接されている。また、チャネルフレームの足部分側面には頭部内側側面１１ｂに当接されるガイドローラ３ｂ，４ｂがそれぞれ軸（図示せず）を介して回転可能に脚フレーム３，４の側面に取付られている。
ローラ３ａ，４ａが基本レール１１の上面１１ａに接して転がり、ガイドローラ３ｂ，４ｂは、レールの頭部内側側面１１ｂに接して転がることで、直線移動機構本体２を基本レール１１に沿って移動可能にこれらがガイドする。
直線移動機構１は、この前後に設けられた脚フレーム３，４を介して基本レール１１の頭面に載置される。ガイドローラ３ｂ，４ｂの支持軸は、図３では図示していないが、Ｌ字軸であって、その端部が脚フレーム３，４の側壁面に固定されてこれらのガイドローラをそれぞれに支持する。
なお、ガイドローラ３ｂ側は、トングレール１３の内側側面に接触している。トングレール１３の先端側の幅（厚さ）はさほど大きくないので、そのままでも問題はないが、その支持軸を脚フレーム３の側壁面に対して多少の進退移動ができるようにばね支持にするとよい。
これらガイドローラによって基本レール１１の頭部に直線移動機構１が支持され、かつ直線移動機構１の測定センサを支持する移動枠７がコントローラ９（図２参照）の制御によって基本レール１１に沿って移動する。
また、ブリッジフレーム１０２が基本レール１２にクランプ機構１０３によって固定支持されることで、頭面形状連続測定ユニット１０１は、ブリッジフレーム１０２を介して基本レール１２に固定状態にされている。
【００１７】
このときのクランプ機構１０３によるブリッジフレーム１０２の基本レール１２へのクランプ方法は、例えば、ガイドローラ３ｂを基本レール１１の頭部側面へ当接し、ガイドローラ４ｂを基本レール１１に接触したトングレール１３の側面へ当接して、レール内側から外側へ頭面形状連続測定ユニット１０１を押しつけ、次にボックスフレーム１０４の位置をスライドさせてブリッジフレーム１０２を基本レール１２の頭部に載せてクランプ板１０５ｂの位置を調整して摘付き固定ねじ１０４ａ，１０４ｂでボックスフレーム１０４の位置を固定して、次にクランプ板１０５ａの位置を調整して基本レール１２の頭部側面を狭持して摘付き位置固定ねじ１０６でその位置を固定することになる。
なお、この実施例の場合のクランプ方法は、軌道横断方向において基本レール１１の頭部側面と基本レール１２の頭部側面との間でクランプ板１０５ａとガイドローラ３ｂ，４ｂとによってこれらがそれぞれの内軌側のレール頭部の側面に係合することで実質的になされるので、クランプ板１０５ｂは補助的なクランプの役割しかしていない。
この実施例では、クランプ板１０５ｂが設けてあるので、逆に、ガイドローラ３ｂ，４ｂがなくても頭面形状連続測定ユニット１０１の基本レール１１への固定は可能である。後述する図５で説明するように、この発明は、基本レール１１とこれに接触したトングレール１３との頭部断面形状を得る測定信号が得られればよいので、頭面形状連続測定ユニット１０１を基本レール１１に沿ってその頭部に載置しかつ固定的に支持できればよい。
【００１８】
測定センサを支持する移動枠７は、直線移動機構１の移動台２ａに取付けられている。移動枠７は、図２及び図３に示すように、レール横断方向において移動台２ａを上底７ｄとした断面倒立台形をしており、倒立台形の下底７ａが直線移動機構１の上面に対応して直線移動機構１の直線移動機構本体２がこの倒立台形を貫通している。
倒立台形の両斜辺７ｂ，７ｃに沿ってそれぞれ二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂが取付けられている。その取付角度は、図５に示すように、測定光Ｌｓの走査の中心軸位置（測定中心軸）が垂直方向に対して約２５°で、相互に対称になるように傾いている。これによって、二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂは、基本レール１１の頭面（上面１１ａ＋頭部側面１１ｂ）に対して断面Ｖ字型に配置され、測定光Ｌｓ（図５参照）が基本レール１１とこれに接触するトングレール１３の頭面とに照射される。
二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂは、三角測量式のレーザビームセンサであって、基本レール１１の頭面をレール横断方向に走査することによってＺ方向（高さ方向）における所定の基準位置から高さを計測する。
図２に示されるように、断面倒立台形の移動枠７は、上底７ｄの内側が移動台２ａに固定され、これらが一体化されている。また、直線移動機構本体２は、移動台２ａの移動をガイドするリニアガイドレールの埋め込まれたガイドフレームを下側に有していて、移動台２ａがガイドフレームのＶ溝に両側から嵌合して移動台２ａがスライド可能に支持されている。なお、移動枠７の上部には、筐体１０の天板の裏面に前記したコントロールユニット９が設けられている。
【００１９】
図４（ａ）は、トングレール接触状態測定装置による分岐レール部分の測定状態の説明図である。図４（ａ）の平面図に示すように、基本レール１１の頭面にクランパテーブル１０７が固定され、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯型のデータ処理装置１０８がクランパテーブル１０７上に載置されている。なお、データ処理装置１０８の電源装置１０９もクランパテーブル１０７上に載置されている。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の断面図であり、クランパテーブル１０７としては、図１，図２で示すクランプ機構１０３の上部にテーブルを取付けたものであって、図４（ｂ）に示す、ローラ１０３ａ〜１０３ｃと同様に上方向と左右方向の３方向からクランプ用の３個のローラ１０７ａ〜１０７ｃがクランパテーブル１０７のクランプ機構１０７ｄには設けられている。これらローラ１０７ａ〜１０７ｃを移動ガイドとして基本レール１１上において頭面形状連続測定ユニット１０１に隣接した所定の位置にクランプ機構１０７ｄによってクランパテーブル１０７をクランプ固定するものである。テーブル１０７以外はクランプ機構１０３で説明しているのでクランプ機構についての説明は省略する。テーブル１０７は、ノート型パーソナルコンピュータとその電源とが載るサイズのものである。
クランプ板１０５ａ，１０５ｂに対応するクランプ板がクランプ機構１０７ｄに設けられているが、図１及び図２のものでは上部に突出しているので、テーブル１０７においてはその頭部が邪魔にならないように、上部が起立、伏臥ができるように頭部を蝶番結合等にしてある。携帯型のデータ処理装置１０８は、頭面形状連続測定ユニット１０１にＵＳＢケーブル１１０等を介して頭面形状連続測定ユニット１０１の筐体１０の天板の裏面に設けられたコントロールユニット９（図２参照）に接続される。これによって、データ処理装置１０８は、基本レール１１とトングレール１３の頭面形状の測定データを頭面形状連続測定ユニット１０１から取得することができる。なお、データ処理装置１０８は、ＭＰＵとメモリ、そしてＨＤＤ等から構成される。メモリには、二値化処理プログラム、輪郭スムージング処理プログラム、レール頭面画像合成処理プログラム、頭面形状測定制御プログラム、そしてトングレール１３の測定点までの距離算出プログラム等が設けられている。測定点までの距離算出プログラムを除いて、これら各プログラムの動作については、すでに公知となっている特許文献４（特開２００９−２７６２７０号）の公報に詳細に説明されているので、その説明は省略する。
【００２０】
図５は、頭面形状連続測定ユニット１０１における二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂの測定光Ｌｓと基本レール１１の頭面との関係の説明図であって、二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂの測定光Ｌｓは、基本レール１１の頭面に対して断面Ｖ字型に配置になるように図２及び図３に示すように、移動枠７の傾斜面に取付けられている。その測定光Ｌｓは、基本レール１１とこれに接触しているトングレール１３の頭面１３ａに対して図５に示すように傾斜して照射される関係にある。
基本レール１１の中央に立てた垂線１４に対して二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂの測定光Ｌｓの中心線１４ａ，１４ｂがそれぞれ約２５°の角度に設定されている。これによって、基本レール１１の上面１１ａの両側角部１１ｃ，１１ｄを測定中心としてトングレール１３の頭面１３ａを含めて測定光Ｌｓが基本レール１１の両側からそれぞれに基本レール１１の頭面（上面１１ａと頭部側面１１ｂ）とトングレール１３の頭面１３ａとに照射されてこれらを走査する。これによって、基本レール１１のレール頭面の画像のデータとこれに接触するトングレール１３の画像のデータとを生成する測定信号を連続的に二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂからそれぞれ取得することができる。
【００２１】
図４のデータ処理装置１０８は、二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂから得られた測定データ（二次元変位データ）に対して二値化処理、輪郭スムージング処理を施して、図６（ａ）に示す２枚の画像１５ａ，１５ｂを垂直方向から搭載角度θ＝２５°傾斜したレール頭面の二値化測定画像として取得する。そして、データ処理装置１０８のＭＰＵはレール頭面画像合成処理プログラムを実行して、２枚の画像データにおける基本レール１１の上面１１ａの画像成分が水平となるように、２５°時計方向と反時計方向にそれぞれ回転させる。さらに、基本レール１１の上面１１ａの画像成分の垂直方向の座標位置を一致させてこれら２枚の画像を合成する。その結果として図６（ｂ）に示すような、レール頭面とこれに接触するトングレール１３の頭面の断面画像に対応する合成画像１５を取得することができる。
ここで、測定点までの距離算出プログラムがコールされて、データ処理装置１０８のＭＰＵによって実行される。測定点までの距離算出プログラムがＭＰＵによって実行されると、ＭＰＵは、この合成画像１５上において、トングレール１３が接触する基本レール１１の頭部側面とは反対側（図面左端）となる基本レール１１の頭部側面１６の画面上のＸ座標位置を算出する。なお、合成画像１５は、左上が原点（０，０）である。左右方向がＸ軸、上下方向がＹ軸である。頭部側面１６のＸ座標位置（Ｘ１）を基準として、トングレール１３が接触する基本レール１１の頭部側面とは反対側のトングレール１３の頭部側面の所定の測定点ＳのＸ座標（Ｘ２）を検出して、測定点Ｓまでの距離Ｌ＝Ｘ２−Ｘ１を測定値としてデータ処理装置１０８が算出する。
【００２２】
ここで、この所定の測定点Ｓは、例えば、基本レールの頭頂面から約１４ｍｍ下側の点である。これは、基本レールの頭頂面のＹ座標（Ｙ１）を決定して、そこから約１４ｍｍ下側のＹ座標（Ｙ２）を得て、そのＹ座標（Ｙ２）におけるトングレール１３の頭部側面上のＸ座標値を得ることで行われる。このようにして、測定距離Ｌを多数基本レール１１にレール長さ方向に沿って多数算出して、ＭＰＵが多数の測定点をプロッティングすると、図６（ｃ）の曲線Ｇに示すようなトングレール１３の幅（基本レールを取り除いたもの）を示すなだらかに上昇する波形が得られる。
この波形Ｇをトングレール１３を設置したときの初期状態で測定したときのトングレール１３の幅を示す、同じ測定点Ｓの点線で示すグラフＨと比較することで、トングレール１３の基本レール１１に対する接触状態を知ることができる。また、先端から所定の位置、例えば、約５０ｍｍでのトングレール１３の摩耗量Ｍを測定することもできる。なお、トングレール１３の接触状態あるいは摩耗量測定は、特許文献４（特開２００９−２７６２７０号）の公報にその詳細が説明されているように、図６（ｂ）に示すような、レール頭面とこれに接触するトングレール１３の頭面の断面画像を車両走行方向に沿って多数得て、立体画像を形成して、トングレール１３を設置したときの初期状態で測定したときのトングレール１３の立体画像と比較することでも得ることができる。
【００２３】
上述の実施例に示したクランプ機構は、一例であって、この発明は、基本レールの頭部側面を狭持するクランプに限定されるものではない。また、上述の実施例では、二次元レーザ変位センサを使用しているが、この発明は、２つの二次元変位センサを設けることに限定されない。さらに、これは、例えば、赤色ＬＥＤ等を使用した二次元変位センサ一般であってもよいことはもちろんである。さらに、上述の実施例では移動枠の移動をボールスクリュウ送り機構によって行っているが、この発明の移動枠の移動あるいは直線移動機構本体２の移動は、ボールスクリュウ送り機構に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２４】
１…直線移動機構、
２…直線移動機構本体、
２ａ…移動台、
２ｂ…スクリュウ、
３，４…脚フレーム、
３ａ，４ａ…ローラ、
３ｂ，４ｂ…ガイドローラ、
５，６…支持軸、
７…移動枠、
７ｄ…上底、
８，８ａ，８ｂ…二次元レーザ変位センサ、
９…コントローラ、
１０…頭面形状連続測定ユニットの筐体、
１０ａ…側壁、
１１，１２…基本レール、
１３…トングレール、
１４…垂線、
１５…合成画像、
１６…レール頭部側面、
１００…トングレール接触状態測定装置、
１０１…頭面形状連続測定ユニット、
１０２…ブリッジフレーム、
１０２ｃ…クランプ位置調整孔、
１０３…クランプ機構、
１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ…ローラ、
１０４…ボックスフレーム、
１０４ａ，１０４ｂ…摘付き固定ねじ、
１０５ａ，１０５ｂ…クランプ板１０５ａ，１０５ｂ、
１０７…クランパテーブル、
１０７ａ〜１０７ｃ…ローラ、
１０７ｄ…クランプ機構、
１０６…摘付き位置固定ねじ、
１０８…データ処理装置、
１０９…電源装置、
１１０…ＵＳＢケーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トングレールが接触する第１のレールの上部において前記第１のレールに沿ってその移動台が移動可能にレール長さ方向の両端に設けられた脚を介して前記第１のレール上に載置される所定の長さの直線移動機構と、
前記移動台に設けられ前記第１のレールの頭部とこれに接触する前記トングレールの頭部とに測定光を照射する二次元変位センサと、
前記直線移動機構に一方の端部が固定され前記第１のレールに対して平行に設けられた前記第２のレールにクランプ部材を介して他方の端部がクランプされて軌道横断方向に橋渡されるブリッジ部材とを備え、
前記クランプ部材によって前記第２のレールに前記ブリッジ部材をクランプすることで前記直線移動機構を前記ブリッジ部材を介して前記第２のレールに支持するとともに前記第１のレールに対して固定状態にして前記移動台を移動させて前記二次元変位センサによって前記第１のレールとこれに接触する前記トングレールとの頭面形状についての測定信号を前記レール長さ方向に連続的に得るトングレール接触状態測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトングレール接触状態測定装置において、前記測定信号を受けて前記第１のレールとこれに接触する前記トングレールとの頭面形状についての画像データを生成するデータ処理装置を有し、前記画像データに基づいて前記トングレールが接触する前記第１のレールの頭部側面とは反対側の前記第１のレールの頭部側面を基準としてここから前記トングレールの頭部側面の所定の点までの距離を前記データ処理装置によって算出することを特徴とするトングレール接触状態測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のトングレール接触状態測定装置において、前記トングレールの頭部側面の所定の点までの距離を連続的に多数算出して初期状態で測定したときの前記トングレールの前記所定の点までの同様に測定される距離とを比較することで前記トングレールの接触状態を検出しあるいは摩耗量を算出することを特徴とするトングレール接触状態測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載のトングレール接触状態測定装置において、前記移動台に固定されたセンサ支持部材を有し、前記二次元変位センサは、前記センサ支持部材に取付けられ前記第１のレールの頭面の両側角部を測定中心としてそれぞれに前記第１のレールの頭面および前記トングレールの頭面に亙ってレール横断方向に測定光を照射する第１および第２の二次元変位センサからなり、前記クランプ部材は、前記軌道横断方向において位置調整可能に設けられていることを特徴とするトングレール接触状態測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のトングレール接触状態測定装置において、前記直線移動機構の脚には前記第１のレールの内軌側の頭部側面に当接される第１の当接部材を有し、前記クランプ部材は、前記第２のレールの内軌側の頭部側面に当接される第２の当接部材を有し、これら第１および第２の当接部材によって、前記第１のレールの内軌側の頭部側面と前記第２のレールの内軌側の頭部側面とにおいて前記ブリッジ部材がクランプされることを特徴とするトングレール接触状態測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載のトングレール接触状態測定装置において、前記第１および第２の当接部材は、ローラとして設けられ、前記直線移動機構が前記第１のレールに沿って移動可能であることを特徴とするトングレール接触状態測定装置。
【請求項７】
トングレールが接触する第１のレールの上部において前記第１のレールに沿ってその移動台が移動可能にレール長さ方向の両端に設けられた脚を介して前記第１のレール上に載置される所定の長さの直線移動機構と、
前記移動台に設けられ前記第１のレールの頭部とこれに接触する前記トングレールの頭部とに測定光を照射する二次元変位センサと、
前記直線移動機構に一方の端部が固定され前記第１のレールに対して平行に設けられた前記第２のレールにクランプ部材を介して他方の端部がクランプされて軌道横断方向に橋渡されるブリッジ部材と、
データ処理装置とを備え、
前記クランプ部材によって前記第２のレールに前記ブリッジ部材をクランプすることで前記直線移動機構を前記ブリッジ部材を介して前記第２のレールに支持するとともに前記第１のレールに対して固定状態にして前記移動台を移動させて前記二次元変位センサによって前記第１のレールとこれに接触する前記トングレールとの頭面形状についての測定信号を前記レール長さ方向に連続的に生成し、前記データ処理装置は、生成された前記測定信号を受けて前記第１のレールとこれに接触する前記トングレールとの頭面形状についての画像データを生成してこの画像データに基づいて前記トングレールの摩耗量を算出するトングレール摩耗量測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載のトングレール摩耗量測定装置において、前記データ処理装置は、前記画像データに基づいて前記トングレールが接触する前記第１のレールの頭部側面とは反対側の前記第１のレールの頭部側面を基準としてここから前記トングレールの頭部側面の所定の点までの距離を算出して前記トングレールの摩耗量を算出することを特徴とするトングレール摩耗量測定装置。
【請求項１】
トングレールが接触する第１のレールの上部において前記第１のレールに沿ってその移動台が移動可能にレール長さ方向の両端に設けられた脚を介して前記第１のレール上に載置される所定の長さの直線移動機構と、
前記移動台に設けられ前記第１のレールの頭部とこれに接触する前記トングレールの頭部とに測定光を照射する二次元変位センサと、
前記直線移動機構に一方の端部が固定され前記第１のレールに対して平行に設けられた前記第２のレールにクランプ部材を介して他方の端部がクランプされて軌道横断方向に橋渡されるブリッジ部材とを備え、
前記クランプ部材によって前記第２のレールに前記ブリッジ部材をクランプすることで前記直線移動機構を前記ブリッジ部材を介して前記第２のレールに支持するとともに前記第１のレールに対して固定状態にして前記移動台を移動させて前記二次元変位センサによって前記第１のレールとこれに接触する前記トングレールとの頭面形状についての測定信号を前記レール長さ方向に連続的に得るトングレール接触状態測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトングレール接触状態測定装置において、前記測定信号を受けて前記第１のレールとこれに接触する前記トングレールとの頭面形状についての画像データを生成するデータ処理装置を有し、前記画像データに基づいて前記トングレールが接触する前記第１のレールの頭部側面とは反対側の前記第１のレールの頭部側面を基準としてここから前記トングレールの頭部側面の所定の点までの距離を前記データ処理装置によって算出することを特徴とするトングレール接触状態測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のトングレール接触状態測定装置において、前記トングレールの頭部側面の所定の点までの距離を連続的に多数算出して初期状態で測定したときの前記トングレールの前記所定の点までの同様に測定される距離とを比較することで前記トングレールの接触状態を検出しあるいは摩耗量を算出することを特徴とするトングレール接触状態測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載のトングレール接触状態測定装置において、前記移動台に固定されたセンサ支持部材を有し、前記二次元変位センサは、前記センサ支持部材に取付けられ前記第１のレールの頭面の両側角部を測定中心としてそれぞれに前記第１のレールの頭面および前記トングレールの頭面に亙ってレール横断方向に測定光を照射する第１および第２の二次元変位センサからなり、前記クランプ部材は、前記軌道横断方向において位置調整可能に設けられていることを特徴とするトングレール接触状態測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のトングレール接触状態測定装置において、前記直線移動機構の脚には前記第１のレールの内軌側の頭部側面に当接される第１の当接部材を有し、前記クランプ部材は、前記第２のレールの内軌側の頭部側面に当接される第２の当接部材を有し、これら第１および第２の当接部材によって、前記第１のレールの内軌側の頭部側面と前記第２のレールの内軌側の頭部側面とにおいて前記ブリッジ部材がクランプされることを特徴とするトングレール接触状態測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載のトングレール接触状態測定装置において、前記第１および第２の当接部材は、ローラとして設けられ、前記直線移動機構が前記第１のレールに沿って移動可能であることを特徴とするトングレール接触状態測定装置。
【請求項７】
トングレールが接触する第１のレールの上部において前記第１のレールに沿ってその移動台が移動可能にレール長さ方向の両端に設けられた脚を介して前記第１のレール上に載置される所定の長さの直線移動機構と、
前記移動台に設けられ前記第１のレールの頭部とこれに接触する前記トングレールの頭部とに測定光を照射する二次元変位センサと、
前記直線移動機構に一方の端部が固定され前記第１のレールに対して平行に設けられた前記第２のレールにクランプ部材を介して他方の端部がクランプされて軌道横断方向に橋渡されるブリッジ部材と、
データ処理装置とを備え、
前記クランプ部材によって前記第２のレールに前記ブリッジ部材をクランプすることで前記直線移動機構を前記ブリッジ部材を介して前記第２のレールに支持するとともに前記第１のレールに対して固定状態にして前記移動台を移動させて前記二次元変位センサによって前記第１のレールとこれに接触する前記トングレールとの頭面形状についての測定信号を前記レール長さ方向に連続的に生成し、前記データ処理装置は、生成された前記測定信号を受けて前記第１のレールとこれに接触する前記トングレールとの頭面形状についての画像データを生成してこの画像データに基づいて前記トングレールの摩耗量を算出するトングレール摩耗量測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載のトングレール摩耗量測定装置において、前記データ処理装置は、前記画像データに基づいて前記トングレールが接触する前記第１のレールの頭部側面とは反対側の前記第１のレールの頭部側面を基準としてここから前記トングレールの頭部側面の所定の点までの距離を算出して前記トングレールの摩耗量を算出することを特徴とするトングレール摩耗量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−７３１００（Ｐ２０１２−７３１００Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１７８６３（Ｐ２０１０−２１７８６３）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（３９００２１５７７）東海旅客鉄道株式会社 (413)
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（３９００２１５７７）東海旅客鉄道株式会社 (413)
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]