レール凹凸測定装置
【課題】レールの凹凸をレール長手方向に連続測定するレール凹凸測定装置を提供する。
【解決手段】測定レール（Ｒ１）上を走行可能な測定車両（１０）と、測定車両（１０）の進行距離を測定する距離センサ（３１）と、測定車両（１０）に取り付けられると共に測定レールの長手方向に不均等な間隔で順に直列に配置された第１、第２および第３の変位センサ（２１、２２、２３）からなる変位センサ群（２０）を有し、第１、第２および第３の変位センサ（２１、２２、２３）のうち少なくとも１つの変位センサは位置について変更可能である。
【解決手段】測定レール（Ｒ１）上を走行可能な測定車両（１０）と、測定車両（１０）の進行距離を測定する距離センサ（３１）と、測定車両（１０）に取り付けられると共に測定レールの長手方向に不均等な間隔で順に直列に配置された第１、第２および第３の変位センサ（２１、２２、２３）からなる変位センサ群（２０）を有し、第１、第２および第３の変位センサ（２１、２２、２３）のうち少なくとも１つの変位センサは位置について変更可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レールの凹凸を測定するレール凹凸測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レールの凹凸を測定する技術は、地上で測定する技術、車上で測定する技術がある。地上で測定する技術は、２つのタイプに分けられる。１つのタイプは、レールに装置を固定し、基準長間（２ｍ、１ｍあるいは０．５ｍ等）のレール凹凸を直接測定するものである。他の１つのタイプは、レールの上を装置が移動しながら凹凸を測定するものである。さらに、この移動しながら測定する方式で２つのタイプがある。１つは加速度センサを用い、他の１つは変位センサを用いる。前者は加速度の２階積分で変位になるという慣性測定の原理を用いて、加速度センサをレール上で移動させながらレール凹凸を間接的に測定する（慣性測定方式）。後者は、複数の変位センサを用いて、レール凹凸を直接測定する（直接変位測定方式）。
【０００３】
車上で測定する技術はさらに分類して２つのタイプがある。１つは、変位センサ群をレール上で移動させながらレール凹凸を直接測定するものである。別の１つは、加速度を２階積分すれば変位となるという慣性測定の原理を用いて、加速度センサをレール上で移動させながらレール凹凸を間接的に測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４１９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記地上測定方式において固定式は、レール凹凸の連続測定が困難であった。また、上記慣性測定方式では継目部等で衝撃的な加速度が発生するので、継目部等は欠測となっていた。この場合、加速度から積分演算とバンドパスフィルタ演算を実施してレール凹凸を算定する。そのため、過渡応答によってレール継目の前後２〜３ｍ程度の凹凸データの信頼性が得られなかった。上記直接変位測定方式は、正矢法を用いているため、計測特性上、検測倍率が０となり、測定できない波長があり、および、弦長よりも長い波長の凹凸を測定する場合、測定精度が劣る。
【０００６】
また、レール凹凸は、レール長手方向のみならずレール長手方向に直交するレール断面方向についても、凹凸の大きさが異なることが分かっている。しかしながら、これらの装置は、レールの断面方向について、測定位置を変化させる機構を備えていないか、備えていてもその機構が不十分であった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、地上で連続測定を行いながらも、レール継目部での欠測部を最小限に留めるレール凹凸測定装置を提供する。
【０００８】
また、本発明の目的は、レールに対する測定位置を正確に設定するレール凹凸測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【００１０】
本発明の第１の特徴に係わるレール凹凸測定装置は、測定レール（Ｒ１）上を走行可能な測定車両（１０）と、測定車両（１０）の進行距離を測定する距離センサ（３１）と、測定車両（１０）に取り付けられると共に測定レールの長手方向に不均等な間隔で順に直列に配置された第１、第２および第３の変位センサ（２１、２２、２３）からなる変位センサ群（２０）を有し、第１、第２および第３の変位センサ（２１、２２、２３）のうち少なくとも１つの変位センサは位置について変更可能である。
【００１１】
以上の第１の特徴において、前記少なくとも１つの変位センサは測定レール（Ｒ１）の長手方向の位置について変更可能である。
【００１２】
前記少なくとも１つの変位センサは測定レール（Ｒ１）の長手方向に直交する断面方向の位置について変更可能である。
【００１３】
測定車両（１０）は、測定レール（Ｒ１）上に配置された走行車輪（１４、１５）と、走行車輪（１４、１５）が取り付けられたフレーム（１１）を有し、測定車両（１０）は変位センサ群（２０）の振動を防止する防振機構（４０）を有し、防振機構（４１、４２）は走行車輪（１４、１５）とフレーム（１１）との間に配置される。
【００１４】
測定車両（１０）はフレーム（１１）に取り付けられた測定基準梁（１８）を有し、変位センサ群（２０）は測定基準梁（１８）に取り付けられ、防振機構（４３、４４）は測定基準梁（１８）とフレーム（１１）との間に配置される。
【００１５】
測定車両（１０）は、測定レール（Ｒ１）上を走行可能な走行車輪（１４）と、測定レール（Ｒ１）とまくらぎを介して固定された対側のレール（Ｒ２、Ｒ３）上で走行可能な補助車輪（１９）と、測定レール（Ｒ１）に沿って走行車輪（１４）を誘導し、前記まくらぎを介して固定された対側のレール（Ｒ２、Ｒ３）に沿って補助車輪（１９）を誘導するガイド（５２Ａ、５２Ｂ）と、ガイド（５２Ａ、５２Ｂ）を測定レール（Ｒ１）および前記まくらぎを介して固定された対側のレール（Ｒ２、Ｒ３）に押し付ける付勢部材（５１）を有する。
【００１６】
前記距離センサはロータリエンコーダであり、測定車両（１０）は前記ロータリンエンコーダを有すると共に測定レール（Ｒ１）に付勢された距離測定車輪（６１）を有する。
【００１７】
前記少なくとも１つの変位センサはレーザー式変位センサである。
【００１８】
変位センサ群（２０）は距離センサ（３１）と同期して測定する。
【００１９】
第１の変位センサ（２１）と第２の変位センサ（２２）との間隔は、第２の変位センサ（２２）と第３の変位センサ（２３）との間隔より大きく、第１の変位センサ（２１）は測定車両（１０）の進行方向において第２の変位センサ（２２）および第３の変位センサ（２３）よりも前に配置される。
【００２０】
第１の変位センサ（２１）と第２の変位センサ（２２）との間隔は第２の変位センサ（２２）と第３の変位センサ（２３）との間隔より大きく、第３の変位センサ（２３）は測定車両（１０）の進行方向において第１の変位センサ（２１）および第２の変位センサ（２２）よりも前に配置される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の特徴によれば、地上で連続測定を行いながらも、レール継目部での欠測区間を最小限に留めることができる。
【００２２】
変位センサ群のレール長手方向の位置を変えて偏心矢の弦長を変更できるので、検出したいレールの凹凸の波長を適した弦長で測定することができる。
【００２３】
レールの断面方向に変位センサ群の位置を変更できるので、その測定位置を正確に設定することができる。
【００２４】
防振機構は変位センサ群を防振するので、変位センサ群の測定誤差を減少することができる。
【００２５】
付勢部材はガイドを測定レールおよびまくらぎを介して固定された対側のレールに押し付けるので、測定レールに対して変位センサ群を位置決めすることができる。
【００２６】
ロータリエンコーダを内蔵した距離測定車輪は測定レールに付勢されるので、距離測定車輪の空転、滑走を防止し、正確な距離測定を達成する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態のレール凹凸測定装置の概要図である。
【図２】（Ａ）乃至（Ｄ）は、図１に示す変位センサの測定スポットを説明する概要図である。
【図３】（Ａ）は２５ｍｍ〜２３０ｍｍの弦長の偏心矢を用いた偏心矢法の検出特性グラフ、（Ｂ）は５０ｍｍ弦正矢を用いた正矢法の検出特性グラフであり、（Ｃ）は１５０ｍｍ弦正矢を用いた正矢法の検出特性グラフである。
【図４】偏心矢を構成する３つの変位センサのうち、変位センサ同士の間隔の大きい側を先行して測定するレール凹凸測定装置の概要図である。
【図５】偏心矢を構成する３つの変位センサのうち、変位センサ同士の間隔の小さい側を先行して測定するレール凹凸測定装置の概要図である。
【図６】加速度センサを用いた慣性測定方式によるレール凹凸測定装置を示す概要図である。
【図７】第２の実施形態のレール凹凸測定装置の概要図である。
【図８】第３の実施形態のレール凹凸測定装置を示す概要図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）は図８に示す要部を示す概要図である。
【図１０】第４の実施形態のレール凹凸測定装置の概要図である。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）は大きな車輪幅の走行車輪を示す概要図であり、（Ｃ）は小さな車輪幅の走行車輪を示す概要図である。
【図１２】第５の実施形態のレール凹凸測定装置の要部を示す概要図である。
【図１３】（Ａ）、（Ｂ）は図１２に示すレール凹凸測定装置の測定方法を示す概要図である。
【図１４】（Ａ）、（Ｂ）は図１２に示すレール凹凸測定装置の測定方法を示す概要図である。
【図１５】第６の実施形態のレール凹凸測定装置を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
第１の実施形態
図１に示すように、レール凹凸測定装置１は、測定レールＲ１上を走行可能な測定車両１０と、測定車両に取り付けられた変位センサ群２０を有する。
【００３０】
測定車両１０は、フレーム１１と、フレーム１１にサスペンション１２、１３を介在して取り付けられた前後の走行車輪１４、１５と、ばね１６、１７を介在してフレーム１１に取り付けられた測定基準梁１８と、測定基準梁１８に取り付けられた変位センサ群２０と、測定車両１０の進行距離を測定する距離センサとしてのロータリエンコーダ３１を有する。
【００３１】
変位センサ群２０は、測定レールＲ１の長手方向に沿って配置された第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３を有する。第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３は不均等な間隔で直列に配置される。つまり、第１、第２の変位センサ２１、２２の間隔は、第２、第３の変位センサ２２、２３の間隔よりも、小さく設定される。第１、第２の変位センサ２１、２２の間隔は、例えば、２５ｍｍであり、第２、第３の変位センサ２２、２３の間隔は、例えば、２３０ｍｍである。第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３の配置は、偏心矢Ａ１を構成する。
【００３２】
各変位センサ２１、２２、２３は、例えば、非接触式のレーザー変位センサである。レーザー変位センサの測定スポットは、例えば、２００×７５０μｍに設定される。同測定スポットは、レール継目等のレール欠線部やレール段差部の測定は、変位センサの測定スポットを小さくした方がよい。
【００３３】
すなわち、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、新品のレールＲ１１の場合、測定位置によらず小さなスポットＳ１と大きなスポットＳ２は測定誤差につい相違を生じない。一方、図２（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、側摩耗したレールＲ１２の場合、測定位置によってスポットＳ１は、スポットＳ２に比較してより小さな測定範囲となるので、測定誤差をより少なくする。
【００３４】
なお、各変位センサ２１、２２、２３は、その他の渦電流式変位センサのような非接触式の変位センサを用いてもよい。
【００３５】
ロータリエンコーダ３１は、走行車輪１５と同軸に取り付けられている。ロータリエンコーダ３１は走行車輪１５の回転に伴って測定車両１０の進行距離を測定する。なお、ロータリエンコーダ３１の代わりにレーザー距離センサ、光学式距離センサ、超音波式距離センサを用いてもよい。
【００３６】
次に、偏心矢測定方式について説明する。
【００３７】
レール凹凸測定装置１は、不均等な間隔に配置された第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３よって構成した偏心矢Ａ１を用いた偏心矢測定機構を採用している。偏心矢測定機構は、均等な間隔に配置した変位センサ群によって構成した正矢を用いた正矢測定機構よりも、検出波長域が広い点、また、検測倍率がゼロとなる波長をなくすことができる点で優れている。
【００３８】
すなわち、レールの長い波長の波状摩耗を測定可能とする場合、正矢の弦長を長くする必要がある。さらに、正矢法の検測特性により、検測倍率が０となる波長が存在する。一方、レール凹凸測定装置１は、偏心矢Ａ１の基本特性により検測精度が０となる波長を無くすことができる（偏心矢の基本特性）。また、レール凹凸測定装置１は、正矢法と同じ弦長とした場合、正矢法よりも短い波長から長い波長まで正矢法よりも高い精度で測定可能である。すなわち、図３（Ａ）に示すように、偏心矢Ａ１を用いたレール凹凸測定装置１は、３０〜４５０ｍｍの波長の波状摩耗を高い精度で検出可能である。一方、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、正矢を用いた測定は、高い精度の波長の検出範囲は偏心矢を用いた測定よりも小さくなる。つまり、図３（Ｂ）において、５０ｍｍ弦正矢を用いた測定は、３０〜１５０ｍｍの波状摩耗の波長において高い精度となる。図３（Ｃ）において、１５０ｍｍ弦正矢を用いた測定は９０〜５００ｍｍの波状摩耗の波長において高い精度となる。
【００３９】
次に、レールの波状摩耗を例としてレール凹凸測定装置１の使用方法を説明する。
【００４０】
図１において、測定車両１０を測定レールＲ１上で進行させる。検測速度は、例えば、８ｋｍ／ｈ以下である。同時に、ロータリエンコーダ３１は測定車両１０の進行距離を測定する。ロータリエンコーダ３１と同期して第１、第２および第３の変位センサ２１、２２、２３は測定レールＲ１の変位を測定する。第１、第２および第３の変位センサ２１、２２、２３の測定したそれぞれの変位から偏心矢Ａ１を決定し、偏心矢Ａ１に基づいて測定レールＲ１の凹凸を決定する。
【００４１】
ここで、非接触式のレーザー変位センサを用いることにより、継目通過時の測定上の制約を無くすことができる。一方、接触式の変位センサの場合、継目等の段差で支障し、センサを損傷する場合がある。
【００４２】
また、変位を直接測定しているので、偏心矢のフィルタの次数を適切に設定すれば，レールの継目等通過時に生じるノイズによる欠測区間を継目前後０．２〜０．３ｍ程度まで短くすることができる。
【００４３】
また、ロータリエンコーダ３１と同期して測定レールＲ１の変位を直接測定するので、検測速度に依存しない測定機構を有する。さらに、測定車両１０が測定途中で停止しても、測定結果に影響しない。一方、加速度センサを用いた慣性測定方式によるレール凹凸測定装置（図６参照）もロータリエンコーダと同期して加速度を測定している。しかし、加速度を時間軸上で２回積分して変位を求めるため、検測速度は制約される（４ｋｍ／ｈ前後）。また、途中で停止すると、測定する加速度が０となって、レールの凹凸を演算できなくなるため、その前後が２ｍ程度欠測となる。
【００４４】
また、レール凹凸測定装置１は、偏心矢測定機構を採用しているので、測定車両１０の前進、後進の何れの方向においても、測定レールＲ１の凹凸を測定可能である。すなわち、図４に示すように、測定車両１０が前進する方向、つまり、偏心矢Ａ１を構成する３つの変位センサ２１、２２、２３のうち、変位センサ同士の間隔の大きい側が先行の場合、および、図５に示すように、測定車両１０の後進する方向、すなわち、偏心矢Ａ１を構成する３つの変位センサ２１、２２、２３のうち、変位センサ同士の間隔の小さい側が先行する場合である。
【００４５】
一方、図６に示すように、加速度センサを用いた慣性測定方式によるレール凹凸測定装置１００は、測定車両１１０と、測定車両１１０に取り付けられた接触式の加速度センサ１２０を有する。測定車両１１０は、フレーム１１１と、フレーム１１１の前後に取り付けられた走行車輪１１４、１１５を有する。同レール凹凸測定装置１００は、装置の機構上、一定の向きでの測定を推奨されている。同レール凹凸測定装置１００が逆向きに測定する場合、その加速度センサ１２０がレール間の継目および測定レールＲ１の大きな凹凸の段差に、支障して引っかかってしまう。これにより、装置の故障の可能性がある。
【００４６】
第２の実施形態
図７に示すように、レール凹凸測定装置１Ａは、偏心矢Ａ１の弦長を可変する機構を有する。
【００４７】
第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３は、測定基準梁１８に対して、例えば、ボルトで固定されている。そして、第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３は、ボルトによる固定位置の変更により測定レールＲ１の長手方向の位置について変更可能である。例えば、変位センサ同士の間隔の小さい側の第１、第２の変位センサ２１、２２の間隔は２５〜４５ｍｍの範囲で変更可能であり、例えば、変位センサ同士の間隔の大きい側の第２、第３の変位センサ２２、２３の間隔は１８０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲で変更可能である。
【００４８】
また、第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３は測定基準梁１８にボルトで固定し、間隔調整部材等を用いて、第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３の測定
レールＲ１の長手方向の位置を変更してもよい。これによれば、第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３は測定基準梁１８に固定されるので、偏心矢の弦長は非常に高い精度で管理される。
【００４９】
波状摩耗の波長は、一般的に、曲線区間の曲線内側のレールで、５０〜２００ｍｍ程度、曲線区間の曲線外側のレールで１５０〜４００ｍｍ程度、直線レールで１５０〜４００ｍｍ程度である。２５ｍｍ〜２３０ｍｍの弦長の偏心矢を用いて、４０〜５００ｍｍの波状摩耗の波長域について高い測定精度を得ることができる。一方、偏心矢Ａ１の弦長可変機構は、偏心矢の弦長を変更できるので、異なる波長の波状摩耗を測定する場合、適切な弦長を設定して測定を実施することができる。
【００５０】
第３の実施形態
図８に示すように、本実施形態のレール凹凸測定装置１Ｂは、変位センサ群２０の測定レールＲ１の長手方向と直交する断面方向の位置を可変とする断面位置案内機構としてのリニアガイド３５を有する。
【００５１】
測定基準梁１８Ａは、ばね１６、１７に固定された第１の測定基準梁部１８ａと、リニアガイド３５を用いて第１の測定基準梁部１８ａに取り付けられた第２の測定基準梁部１８ｂを有する。
【００５２】
リニアガイド３５は、第１の測定基準梁部１８ａと第２の測定基準梁部１８ｂと間に配置される。このリニアガイド３５は、第１の測定基準梁部１８ａに固定されたリニアレール３６と、第２の測定基準梁部１８ｂに固定されると共にリニアレール３６にその長手方向に直線移動可能に取り付けられたリニアスライダ３７を有する。リニアレール３６とリニアスライダ３７とは断面位置調整ねじで固定されている。
【００５３】
次に、図９を用いて、リニアガイド３５の使用方法を説明する。
【００５４】
図９（Ａ）において、断面位置調整ねじを外すことにより、リニアスライダ３７はリニアレール３６に対して移動可能なる。図９（Ｂ）に示すように、リニアスライダ３７を測定レールＲ１の断面方向に直線移動させ、断面位置調整ねじを留めることにより、リニアスライダ３７をリニアレール３６に固定する。これにより、第２の測定基準梁１８ｂは第１の測定基準梁１８ａに対して測定レールＲ１の断面方向に移動し、変位センサ群２０を測定レールＲ１の断面方向の任意の位置に設定する。例えば、測定レールＲ１の横方向の断面中心から±２０ｍｍの範囲で設定可能である．
この実施形態によれば、測定レールＲ１の断面方向の任意の断面位置でレール凹凸を測定することができる。
【００５５】
第４の実施形態
図１０に示すように、レール凹凸測定装置１Ｃは、測定基準梁１８Ａの二重の防振機構４０を有する。
【００５６】
具体的には、防振機構４０は、走行車輪１４、１５とフレーム１１との間に取り付けられた第１のサスペンション４１、４２と、フレーム１１と第１の測定基準梁１８ａとの間に取り付けられた第２のサスペンション４３、４４を有する。
【００５７】
この防振機構４０によれば、第１のサスペンション４１、４２はフレーム１１を防振し、第２のサスペンション４３、４４は第１の測定基準梁１８ａおよび第２の測定基準梁１８ｂを防振する。これらにより、変位センサ群２０を防振し、測定誤差を減少することができる。
【００５８】
また、レール凹凸測定装置１Ｃは、図１１（Ａ）に示すように、車輪径および車輪幅を大きくした走行車輪１４Ａ、１５Ａを用いてもよい。走行車輪１４Ａ、１５Ａの表面の材質は樹脂製であり、弾性を有する。樹脂は、例えば、ゴムである。大きな車輪径は、同測定装置１ＣがレールＲ１１の欠損部、凹凸を通過する際の挙動を滑らかにする。また、樹脂製の表面はレールＲ１１上を走行する際の振動を低減することができる。
【００５９】
また、同車輪幅は、同図１１（Ｂ）に示すように、側摩耗したレールＲ１２でも、同測定装置１Ｃを安定して走行させる。一方、同図１１（Ｃ）に示すように、小さな車輪幅の走行車輪１４Ｂ、１５Ｂは側摩耗部で下がり、振動を生じさせる。
【００６０】
第５の実施形態
図１２に示すように、本実施形態のレール凹凸測定装置は、車輪誘導機構５０を有する。車輪誘導機構５０は、走行車輪１４と補助車輪１９とを連結する連結部材３２の補助車輪１９側に取り付けられた付勢部材としての水平ばね５１と、連結部材３２に取り付けられると共に測定レールＲ１とまくらぎＭ１を介して固定された対側のレールＲ２に接するガイド５２Ａ、５２Ｂを有する。走行車輪１４は測定レールＲ１に対応し、補助車輪１９は測定レールＲ１とまくらぎＭ１を介して固定された対側のレールＲ２に対応する。
【００６１】
ここで、各ガイド５２Ａ、５２Ｂは、連結部材３２に取り付けられた軸部材５３Ａ、５３Ｂと、軸部材５３Ａ、５３Ｂに回転可能に取り付けられたゴム製のガイド車輪５４Ａ、５４Ｂを有する。
【００６２】
車輪誘導機構５０によれば、水平ばね５１は、縮んだ状態で、ガイド車輪５４Ａ、５４Ｂを測定レールＲ１、Ｒ２の頭部内側に押し付ける。ガイド車輪５４Ａ、５４Ｂは、それぞれ、測定レールＲ１、Ｒ２の上で回転しながら、走行車輪１４、補助車輪１９を測定レールＲ１、Ｒ２に沿って案内する。
【００６３】
次に、図１３（Ａ）に示すように、補助車輪１９が側摩耗したレールＲ２を通過する際、水平ばね５１は伸びて、ガイド５２Ｂのガイド車輪５４ＢをレールＲ３の側摩耗した凹部に押し付ける。これにより、走行車輪１４は、測定レールＲ１の断面方向の中心から変位しない。よって、変位センサ群２０は、レールＲ３の断面方向の凹凸に影響されずに、測定レールＲ１の凹凸を測定することができる。
【００６４】
また、図１４（Ａ）に示すように、走行車輪１４が側摩耗したレールＲ４を通過する際、水平ばね５１は伸びて、ガイド５２Ａのガイド車輪５４ＡをレールＲ４の側摩耗した凹部に押し付ける。これにより、走行車輪１４はレールＲ４の頂部の平坦部に位置決めされる。変位計群２０はレールＲ４の側摩耗の影響を受けずに、レールＲ４の凹凸を測定することができる。
【００６５】
以上から、図１３（Ａ）において、曲線外側の摩耗したレールＲ３を有する曲線区間において曲線内側の測定レールＲ１を測定する際、車輪誘導機構５０は、曲線内側の測定レールＲ１の断面方向の中心に変位センサ群２０を設定することができる。
【００６６】
また、同曲線区間において摩耗した曲線外側のレールＲ３を測定する際、車輪誘導機構５０は、走行車輪１４のフランジがレールＲ３に接触している位置に変位センサ群２０を設定することができる。
【００６７】
なお、図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）に示すように、軸部材５３Ａ、５３Ｂより長い軸部材５５Ａ、５５Ｂを用いて、レールＲ３、Ｒ４の側摩耗のない部位にガイド車輪５４Ａ、５４Ｂを接触させてもよい。水平ばね５１は縮んだ状態でガイド車輪５４Ａ、５４Ｂを測定レールＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に押し付ける。この態様によれば、変位計群２０はレールＲ３、Ｒ４の側摩耗に影響されずに測定レールＲ１、Ｒ４の凹凸を測定することができる。
【００６８】
また、水平ばね５１の代わり、付勢部材としてベローズを用いてもよい。
【００６９】
第６の実施形態
図１５に示すように、レール凹凸測定装置１Ｄの距離測定機構６０は、ロータリエンコーダを内蔵した距離測定車輪６１と、距離測定車輪６１をフレーム１１に取り付けるばね６２を有する。距離測定車輪６１は、幅広であり、その表面は樹脂製である。樹脂は、例えば、ゴムである。
【００７０】
同車輪６１は側摩耗したレールにも確実に接触する。同車輪６１の表面は樹脂製であり、ばね６２は同車輪６１を測定レールＲ１に押し付けるので、測定レールＲ１との摩擦係数を高め、同車輪６１の空転、滑走を防止する。これにより、ロータリエンコーダによる正確な距離測定を達成する。
【００７１】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１ レール凹凸測定装置
１０ 測定車両
１１ フレーム
１４ 走行車輪
１５ 走行車輪
１８ 測定基準梁
１９ 補助車輪
２０ 変位センサ群
２１ 第１の変位センサ
２２ 第２の変位センサ
２３ 第３の変位センサ
３１ ロータリエンコーダ
４０ 防振機構
５０ 車輪誘導機構
６０ 距離測定機構
Ｒ１ 測定レール
Ｒ２ 対側のレール
Ｍ１ まくらぎ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レールの凹凸を測定するレール凹凸測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レールの凹凸を測定する技術は、地上で測定する技術、車上で測定する技術がある。地上で測定する技術は、２つのタイプに分けられる。１つのタイプは、レールに装置を固定し、基準長間（２ｍ、１ｍあるいは０．５ｍ等）のレール凹凸を直接測定するものである。他の１つのタイプは、レールの上を装置が移動しながら凹凸を測定するものである。さらに、この移動しながら測定する方式で２つのタイプがある。１つは加速度センサを用い、他の１つは変位センサを用いる。前者は加速度の２階積分で変位になるという慣性測定の原理を用いて、加速度センサをレール上で移動させながらレール凹凸を間接的に測定する（慣性測定方式）。後者は、複数の変位センサを用いて、レール凹凸を直接測定する（直接変位測定方式）。
【０００３】
車上で測定する技術はさらに分類して２つのタイプがある。１つは、変位センサ群をレール上で移動させながらレール凹凸を直接測定するものである。別の１つは、加速度を２階積分すれば変位となるという慣性測定の原理を用いて、加速度センサをレール上で移動させながらレール凹凸を間接的に測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４１９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記地上測定方式において固定式は、レール凹凸の連続測定が困難であった。また、上記慣性測定方式では継目部等で衝撃的な加速度が発生するので、継目部等は欠測となっていた。この場合、加速度から積分演算とバンドパスフィルタ演算を実施してレール凹凸を算定する。そのため、過渡応答によってレール継目の前後２〜３ｍ程度の凹凸データの信頼性が得られなかった。上記直接変位測定方式は、正矢法を用いているため、計測特性上、検測倍率が０となり、測定できない波長があり、および、弦長よりも長い波長の凹凸を測定する場合、測定精度が劣る。
【０００６】
また、レール凹凸は、レール長手方向のみならずレール長手方向に直交するレール断面方向についても、凹凸の大きさが異なることが分かっている。しかしながら、これらの装置は、レールの断面方向について、測定位置を変化させる機構を備えていないか、備えていてもその機構が不十分であった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、地上で連続測定を行いながらも、レール継目部での欠測部を最小限に留めるレール凹凸測定装置を提供する。
【０００８】
また、本発明の目的は、レールに対する測定位置を正確に設定するレール凹凸測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【００１０】
本発明の第１の特徴に係わるレール凹凸測定装置は、測定レール（Ｒ１）上を走行可能な測定車両（１０）と、測定車両（１０）の進行距離を測定する距離センサ（３１）と、測定車両（１０）に取り付けられると共に測定レールの長手方向に不均等な間隔で順に直列に配置された第１、第２および第３の変位センサ（２１、２２、２３）からなる変位センサ群（２０）を有し、第１、第２および第３の変位センサ（２１、２２、２３）のうち少なくとも１つの変位センサは位置について変更可能である。
【００１１】
以上の第１の特徴において、前記少なくとも１つの変位センサは測定レール（Ｒ１）の長手方向の位置について変更可能である。
【００１２】
前記少なくとも１つの変位センサは測定レール（Ｒ１）の長手方向に直交する断面方向の位置について変更可能である。
【００１３】
測定車両（１０）は、測定レール（Ｒ１）上に配置された走行車輪（１４、１５）と、走行車輪（１４、１５）が取り付けられたフレーム（１１）を有し、測定車両（１０）は変位センサ群（２０）の振動を防止する防振機構（４０）を有し、防振機構（４１、４２）は走行車輪（１４、１５）とフレーム（１１）との間に配置される。
【００１４】
測定車両（１０）はフレーム（１１）に取り付けられた測定基準梁（１８）を有し、変位センサ群（２０）は測定基準梁（１８）に取り付けられ、防振機構（４３、４４）は測定基準梁（１８）とフレーム（１１）との間に配置される。
【００１５】
測定車両（１０）は、測定レール（Ｒ１）上を走行可能な走行車輪（１４）と、測定レール（Ｒ１）とまくらぎを介して固定された対側のレール（Ｒ２、Ｒ３）上で走行可能な補助車輪（１９）と、測定レール（Ｒ１）に沿って走行車輪（１４）を誘導し、前記まくらぎを介して固定された対側のレール（Ｒ２、Ｒ３）に沿って補助車輪（１９）を誘導するガイド（５２Ａ、５２Ｂ）と、ガイド（５２Ａ、５２Ｂ）を測定レール（Ｒ１）および前記まくらぎを介して固定された対側のレール（Ｒ２、Ｒ３）に押し付ける付勢部材（５１）を有する。
【００１６】
前記距離センサはロータリエンコーダであり、測定車両（１０）は前記ロータリンエンコーダを有すると共に測定レール（Ｒ１）に付勢された距離測定車輪（６１）を有する。
【００１７】
前記少なくとも１つの変位センサはレーザー式変位センサである。
【００１８】
変位センサ群（２０）は距離センサ（３１）と同期して測定する。
【００１９】
第１の変位センサ（２１）と第２の変位センサ（２２）との間隔は、第２の変位センサ（２２）と第３の変位センサ（２３）との間隔より大きく、第１の変位センサ（２１）は測定車両（１０）の進行方向において第２の変位センサ（２２）および第３の変位センサ（２３）よりも前に配置される。
【００２０】
第１の変位センサ（２１）と第２の変位センサ（２２）との間隔は第２の変位センサ（２２）と第３の変位センサ（２３）との間隔より大きく、第３の変位センサ（２３）は測定車両（１０）の進行方向において第１の変位センサ（２１）および第２の変位センサ（２２）よりも前に配置される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の特徴によれば、地上で連続測定を行いながらも、レール継目部での欠測区間を最小限に留めることができる。
【００２２】
変位センサ群のレール長手方向の位置を変えて偏心矢の弦長を変更できるので、検出したいレールの凹凸の波長を適した弦長で測定することができる。
【００２３】
レールの断面方向に変位センサ群の位置を変更できるので、その測定位置を正確に設定することができる。
【００２４】
防振機構は変位センサ群を防振するので、変位センサ群の測定誤差を減少することができる。
【００２５】
付勢部材はガイドを測定レールおよびまくらぎを介して固定された対側のレールに押し付けるので、測定レールに対して変位センサ群を位置決めすることができる。
【００２６】
ロータリエンコーダを内蔵した距離測定車輪は測定レールに付勢されるので、距離測定車輪の空転、滑走を防止し、正確な距離測定を達成する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態のレール凹凸測定装置の概要図である。
【図２】（Ａ）乃至（Ｄ）は、図１に示す変位センサの測定スポットを説明する概要図である。
【図３】（Ａ）は２５ｍｍ〜２３０ｍｍの弦長の偏心矢を用いた偏心矢法の検出特性グラフ、（Ｂ）は５０ｍｍ弦正矢を用いた正矢法の検出特性グラフであり、（Ｃ）は１５０ｍｍ弦正矢を用いた正矢法の検出特性グラフである。
【図４】偏心矢を構成する３つの変位センサのうち、変位センサ同士の間隔の大きい側を先行して測定するレール凹凸測定装置の概要図である。
【図５】偏心矢を構成する３つの変位センサのうち、変位センサ同士の間隔の小さい側を先行して測定するレール凹凸測定装置の概要図である。
【図６】加速度センサを用いた慣性測定方式によるレール凹凸測定装置を示す概要図である。
【図７】第２の実施形態のレール凹凸測定装置の概要図である。
【図８】第３の実施形態のレール凹凸測定装置を示す概要図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）は図８に示す要部を示す概要図である。
【図１０】第４の実施形態のレール凹凸測定装置の概要図である。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）は大きな車輪幅の走行車輪を示す概要図であり、（Ｃ）は小さな車輪幅の走行車輪を示す概要図である。
【図１２】第５の実施形態のレール凹凸測定装置の要部を示す概要図である。
【図１３】（Ａ）、（Ｂ）は図１２に示すレール凹凸測定装置の測定方法を示す概要図である。
【図１４】（Ａ）、（Ｂ）は図１２に示すレール凹凸測定装置の測定方法を示す概要図である。
【図１５】第６の実施形態のレール凹凸測定装置を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
第１の実施形態
図１に示すように、レール凹凸測定装置１は、測定レールＲ１上を走行可能な測定車両１０と、測定車両に取り付けられた変位センサ群２０を有する。
【００３０】
測定車両１０は、フレーム１１と、フレーム１１にサスペンション１２、１３を介在して取り付けられた前後の走行車輪１４、１５と、ばね１６、１７を介在してフレーム１１に取り付けられた測定基準梁１８と、測定基準梁１８に取り付けられた変位センサ群２０と、測定車両１０の進行距離を測定する距離センサとしてのロータリエンコーダ３１を有する。
【００３１】
変位センサ群２０は、測定レールＲ１の長手方向に沿って配置された第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３を有する。第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３は不均等な間隔で直列に配置される。つまり、第１、第２の変位センサ２１、２２の間隔は、第２、第３の変位センサ２２、２３の間隔よりも、小さく設定される。第１、第２の変位センサ２１、２２の間隔は、例えば、２５ｍｍであり、第２、第３の変位センサ２２、２３の間隔は、例えば、２３０ｍｍである。第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３の配置は、偏心矢Ａ１を構成する。
【００３２】
各変位センサ２１、２２、２３は、例えば、非接触式のレーザー変位センサである。レーザー変位センサの測定スポットは、例えば、２００×７５０μｍに設定される。同測定スポットは、レール継目等のレール欠線部やレール段差部の測定は、変位センサの測定スポットを小さくした方がよい。
【００３３】
すなわち、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、新品のレールＲ１１の場合、測定位置によらず小さなスポットＳ１と大きなスポットＳ２は測定誤差につい相違を生じない。一方、図２（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、側摩耗したレールＲ１２の場合、測定位置によってスポットＳ１は、スポットＳ２に比較してより小さな測定範囲となるので、測定誤差をより少なくする。
【００３４】
なお、各変位センサ２１、２２、２３は、その他の渦電流式変位センサのような非接触式の変位センサを用いてもよい。
【００３５】
ロータリエンコーダ３１は、走行車輪１５と同軸に取り付けられている。ロータリエンコーダ３１は走行車輪１５の回転に伴って測定車両１０の進行距離を測定する。なお、ロータリエンコーダ３１の代わりにレーザー距離センサ、光学式距離センサ、超音波式距離センサを用いてもよい。
【００３６】
次に、偏心矢測定方式について説明する。
【００３７】
レール凹凸測定装置１は、不均等な間隔に配置された第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３よって構成した偏心矢Ａ１を用いた偏心矢測定機構を採用している。偏心矢測定機構は、均等な間隔に配置した変位センサ群によって構成した正矢を用いた正矢測定機構よりも、検出波長域が広い点、また、検測倍率がゼロとなる波長をなくすことができる点で優れている。
【００３８】
すなわち、レールの長い波長の波状摩耗を測定可能とする場合、正矢の弦長を長くする必要がある。さらに、正矢法の検測特性により、検測倍率が０となる波長が存在する。一方、レール凹凸測定装置１は、偏心矢Ａ１の基本特性により検測精度が０となる波長を無くすことができる（偏心矢の基本特性）。また、レール凹凸測定装置１は、正矢法と同じ弦長とした場合、正矢法よりも短い波長から長い波長まで正矢法よりも高い精度で測定可能である。すなわち、図３（Ａ）に示すように、偏心矢Ａ１を用いたレール凹凸測定装置１は、３０〜４５０ｍｍの波長の波状摩耗を高い精度で検出可能である。一方、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、正矢を用いた測定は、高い精度の波長の検出範囲は偏心矢を用いた測定よりも小さくなる。つまり、図３（Ｂ）において、５０ｍｍ弦正矢を用いた測定は、３０〜１５０ｍｍの波状摩耗の波長において高い精度となる。図３（Ｃ）において、１５０ｍｍ弦正矢を用いた測定は９０〜５００ｍｍの波状摩耗の波長において高い精度となる。
【００３９】
次に、レールの波状摩耗を例としてレール凹凸測定装置１の使用方法を説明する。
【００４０】
図１において、測定車両１０を測定レールＲ１上で進行させる。検測速度は、例えば、８ｋｍ／ｈ以下である。同時に、ロータリエンコーダ３１は測定車両１０の進行距離を測定する。ロータリエンコーダ３１と同期して第１、第２および第３の変位センサ２１、２２、２３は測定レールＲ１の変位を測定する。第１、第２および第３の変位センサ２１、２２、２３の測定したそれぞれの変位から偏心矢Ａ１を決定し、偏心矢Ａ１に基づいて測定レールＲ１の凹凸を決定する。
【００４１】
ここで、非接触式のレーザー変位センサを用いることにより、継目通過時の測定上の制約を無くすことができる。一方、接触式の変位センサの場合、継目等の段差で支障し、センサを損傷する場合がある。
【００４２】
また、変位を直接測定しているので、偏心矢のフィルタの次数を適切に設定すれば，レールの継目等通過時に生じるノイズによる欠測区間を継目前後０．２〜０．３ｍ程度まで短くすることができる。
【００４３】
また、ロータリエンコーダ３１と同期して測定レールＲ１の変位を直接測定するので、検測速度に依存しない測定機構を有する。さらに、測定車両１０が測定途中で停止しても、測定結果に影響しない。一方、加速度センサを用いた慣性測定方式によるレール凹凸測定装置（図６参照）もロータリエンコーダと同期して加速度を測定している。しかし、加速度を時間軸上で２回積分して変位を求めるため、検測速度は制約される（４ｋｍ／ｈ前後）。また、途中で停止すると、測定する加速度が０となって、レールの凹凸を演算できなくなるため、その前後が２ｍ程度欠測となる。
【００４４】
また、レール凹凸測定装置１は、偏心矢測定機構を採用しているので、測定車両１０の前進、後進の何れの方向においても、測定レールＲ１の凹凸を測定可能である。すなわち、図４に示すように、測定車両１０が前進する方向、つまり、偏心矢Ａ１を構成する３つの変位センサ２１、２２、２３のうち、変位センサ同士の間隔の大きい側が先行の場合、および、図５に示すように、測定車両１０の後進する方向、すなわち、偏心矢Ａ１を構成する３つの変位センサ２１、２２、２３のうち、変位センサ同士の間隔の小さい側が先行する場合である。
【００４５】
一方、図６に示すように、加速度センサを用いた慣性測定方式によるレール凹凸測定装置１００は、測定車両１１０と、測定車両１１０に取り付けられた接触式の加速度センサ１２０を有する。測定車両１１０は、フレーム１１１と、フレーム１１１の前後に取り付けられた走行車輪１１４、１１５を有する。同レール凹凸測定装置１００は、装置の機構上、一定の向きでの測定を推奨されている。同レール凹凸測定装置１００が逆向きに測定する場合、その加速度センサ１２０がレール間の継目および測定レールＲ１の大きな凹凸の段差に、支障して引っかかってしまう。これにより、装置の故障の可能性がある。
【００４６】
第２の実施形態
図７に示すように、レール凹凸測定装置１Ａは、偏心矢Ａ１の弦長を可変する機構を有する。
【００４７】
第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３は、測定基準梁１８に対して、例えば、ボルトで固定されている。そして、第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３は、ボルトによる固定位置の変更により測定レールＲ１の長手方向の位置について変更可能である。例えば、変位センサ同士の間隔の小さい側の第１、第２の変位センサ２１、２２の間隔は２５〜４５ｍｍの範囲で変更可能であり、例えば、変位センサ同士の間隔の大きい側の第２、第３の変位センサ２２、２３の間隔は１８０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲で変更可能である。
【００４８】
また、第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３は測定基準梁１８にボルトで固定し、間隔調整部材等を用いて、第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３の測定
レールＲ１の長手方向の位置を変更してもよい。これによれば、第１、第２、第３の変位センサ２１、２２、２３は測定基準梁１８に固定されるので、偏心矢の弦長は非常に高い精度で管理される。
【００４９】
波状摩耗の波長は、一般的に、曲線区間の曲線内側のレールで、５０〜２００ｍｍ程度、曲線区間の曲線外側のレールで１５０〜４００ｍｍ程度、直線レールで１５０〜４００ｍｍ程度である。２５ｍｍ〜２３０ｍｍの弦長の偏心矢を用いて、４０〜５００ｍｍの波状摩耗の波長域について高い測定精度を得ることができる。一方、偏心矢Ａ１の弦長可変機構は、偏心矢の弦長を変更できるので、異なる波長の波状摩耗を測定する場合、適切な弦長を設定して測定を実施することができる。
【００５０】
第３の実施形態
図８に示すように、本実施形態のレール凹凸測定装置１Ｂは、変位センサ群２０の測定レールＲ１の長手方向と直交する断面方向の位置を可変とする断面位置案内機構としてのリニアガイド３５を有する。
【００５１】
測定基準梁１８Ａは、ばね１６、１７に固定された第１の測定基準梁部１８ａと、リニアガイド３５を用いて第１の測定基準梁部１８ａに取り付けられた第２の測定基準梁部１８ｂを有する。
【００５２】
リニアガイド３５は、第１の測定基準梁部１８ａと第２の測定基準梁部１８ｂと間に配置される。このリニアガイド３５は、第１の測定基準梁部１８ａに固定されたリニアレール３６と、第２の測定基準梁部１８ｂに固定されると共にリニアレール３６にその長手方向に直線移動可能に取り付けられたリニアスライダ３７を有する。リニアレール３６とリニアスライダ３７とは断面位置調整ねじで固定されている。
【００５３】
次に、図９を用いて、リニアガイド３５の使用方法を説明する。
【００５４】
図９（Ａ）において、断面位置調整ねじを外すことにより、リニアスライダ３７はリニアレール３６に対して移動可能なる。図９（Ｂ）に示すように、リニアスライダ３７を測定レールＲ１の断面方向に直線移動させ、断面位置調整ねじを留めることにより、リニアスライダ３７をリニアレール３６に固定する。これにより、第２の測定基準梁１８ｂは第１の測定基準梁１８ａに対して測定レールＲ１の断面方向に移動し、変位センサ群２０を測定レールＲ１の断面方向の任意の位置に設定する。例えば、測定レールＲ１の横方向の断面中心から±２０ｍｍの範囲で設定可能である．
この実施形態によれば、測定レールＲ１の断面方向の任意の断面位置でレール凹凸を測定することができる。
【００５５】
第４の実施形態
図１０に示すように、レール凹凸測定装置１Ｃは、測定基準梁１８Ａの二重の防振機構４０を有する。
【００５６】
具体的には、防振機構４０は、走行車輪１４、１５とフレーム１１との間に取り付けられた第１のサスペンション４１、４２と、フレーム１１と第１の測定基準梁１８ａとの間に取り付けられた第２のサスペンション４３、４４を有する。
【００５７】
この防振機構４０によれば、第１のサスペンション４１、４２はフレーム１１を防振し、第２のサスペンション４３、４４は第１の測定基準梁１８ａおよび第２の測定基準梁１８ｂを防振する。これらにより、変位センサ群２０を防振し、測定誤差を減少することができる。
【００５８】
また、レール凹凸測定装置１Ｃは、図１１（Ａ）に示すように、車輪径および車輪幅を大きくした走行車輪１４Ａ、１５Ａを用いてもよい。走行車輪１４Ａ、１５Ａの表面の材質は樹脂製であり、弾性を有する。樹脂は、例えば、ゴムである。大きな車輪径は、同測定装置１ＣがレールＲ１１の欠損部、凹凸を通過する際の挙動を滑らかにする。また、樹脂製の表面はレールＲ１１上を走行する際の振動を低減することができる。
【００５９】
また、同車輪幅は、同図１１（Ｂ）に示すように、側摩耗したレールＲ１２でも、同測定装置１Ｃを安定して走行させる。一方、同図１１（Ｃ）に示すように、小さな車輪幅の走行車輪１４Ｂ、１５Ｂは側摩耗部で下がり、振動を生じさせる。
【００６０】
第５の実施形態
図１２に示すように、本実施形態のレール凹凸測定装置は、車輪誘導機構５０を有する。車輪誘導機構５０は、走行車輪１４と補助車輪１９とを連結する連結部材３２の補助車輪１９側に取り付けられた付勢部材としての水平ばね５１と、連結部材３２に取り付けられると共に測定レールＲ１とまくらぎＭ１を介して固定された対側のレールＲ２に接するガイド５２Ａ、５２Ｂを有する。走行車輪１４は測定レールＲ１に対応し、補助車輪１９は測定レールＲ１とまくらぎＭ１を介して固定された対側のレールＲ２に対応する。
【００６１】
ここで、各ガイド５２Ａ、５２Ｂは、連結部材３２に取り付けられた軸部材５３Ａ、５３Ｂと、軸部材５３Ａ、５３Ｂに回転可能に取り付けられたゴム製のガイド車輪５４Ａ、５４Ｂを有する。
【００６２】
車輪誘導機構５０によれば、水平ばね５１は、縮んだ状態で、ガイド車輪５４Ａ、５４Ｂを測定レールＲ１、Ｒ２の頭部内側に押し付ける。ガイド車輪５４Ａ、５４Ｂは、それぞれ、測定レールＲ１、Ｒ２の上で回転しながら、走行車輪１４、補助車輪１９を測定レールＲ１、Ｒ２に沿って案内する。
【００６３】
次に、図１３（Ａ）に示すように、補助車輪１９が側摩耗したレールＲ２を通過する際、水平ばね５１は伸びて、ガイド５２Ｂのガイド車輪５４ＢをレールＲ３の側摩耗した凹部に押し付ける。これにより、走行車輪１４は、測定レールＲ１の断面方向の中心から変位しない。よって、変位センサ群２０は、レールＲ３の断面方向の凹凸に影響されずに、測定レールＲ１の凹凸を測定することができる。
【００６４】
また、図１４（Ａ）に示すように、走行車輪１４が側摩耗したレールＲ４を通過する際、水平ばね５１は伸びて、ガイド５２Ａのガイド車輪５４ＡをレールＲ４の側摩耗した凹部に押し付ける。これにより、走行車輪１４はレールＲ４の頂部の平坦部に位置決めされる。変位計群２０はレールＲ４の側摩耗の影響を受けずに、レールＲ４の凹凸を測定することができる。
【００６５】
以上から、図１３（Ａ）において、曲線外側の摩耗したレールＲ３を有する曲線区間において曲線内側の測定レールＲ１を測定する際、車輪誘導機構５０は、曲線内側の測定レールＲ１の断面方向の中心に変位センサ群２０を設定することができる。
【００６６】
また、同曲線区間において摩耗した曲線外側のレールＲ３を測定する際、車輪誘導機構５０は、走行車輪１４のフランジがレールＲ３に接触している位置に変位センサ群２０を設定することができる。
【００６７】
なお、図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）に示すように、軸部材５３Ａ、５３Ｂより長い軸部材５５Ａ、５５Ｂを用いて、レールＲ３、Ｒ４の側摩耗のない部位にガイド車輪５４Ａ、５４Ｂを接触させてもよい。水平ばね５１は縮んだ状態でガイド車輪５４Ａ、５４Ｂを測定レールＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に押し付ける。この態様によれば、変位計群２０はレールＲ３、Ｒ４の側摩耗に影響されずに測定レールＲ１、Ｒ４の凹凸を測定することができる。
【００６８】
また、水平ばね５１の代わり、付勢部材としてベローズを用いてもよい。
【００６９】
第６の実施形態
図１５に示すように、レール凹凸測定装置１Ｄの距離測定機構６０は、ロータリエンコーダを内蔵した距離測定車輪６１と、距離測定車輪６１をフレーム１１に取り付けるばね６２を有する。距離測定車輪６１は、幅広であり、その表面は樹脂製である。樹脂は、例えば、ゴムである。
【００７０】
同車輪６１は側摩耗したレールにも確実に接触する。同車輪６１の表面は樹脂製であり、ばね６２は同車輪６１を測定レールＲ１に押し付けるので、測定レールＲ１との摩擦係数を高め、同車輪６１の空転、滑走を防止する。これにより、ロータリエンコーダによる正確な距離測定を達成する。
【００７１】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１ レール凹凸測定装置
１０ 測定車両
１１ フレーム
１４ 走行車輪
１５ 走行車輪
１８ 測定基準梁
１９ 補助車輪
２０ 変位センサ群
２１ 第１の変位センサ
２２ 第２の変位センサ
２３ 第３の変位センサ
３１ ロータリエンコーダ
４０ 防振機構
５０ 車輪誘導機構
６０ 距離測定機構
Ｒ１ 測定レール
Ｒ２ 対側のレール
Ｍ１ まくらぎ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定レール上を走行可能な測定車両と、
前記測定車両の進行距離を測定する距離センサと、
前記測定車両に取り付けられると共に測定レールの長手方向に不均等な間隔で順に直列に配置された第１、第２および第３の変位センサからなる変位センサ群を有し、
前記第１、第２および第３の変位センサのうち少なくとも１つの変位センサは位置について変更可能である、
レール凹凸測定装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの変位センサは前記測定レールの長手方向の位置について変更可能である、
請求項１に記載のレール凹凸測定装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの変位センサは前記測定レールの長手方向に直交する断面方向の位置について変更可能である、
請求項１又は２に記載のレール凹凸測定装置。
【請求項４】
前記測定車両は、測定レール上に配置された走行車輪と、走行車輪が取り付けられたフレームを有し、
前記測定車両は前記変位センサ群の振動を防止する防振機構を有し、
前記防振機構は前記走行車輪と前記フレームとの間に配置される、
請求項１乃至３の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項５】
前記測定車両は前記フレームに取り付けられた測定基準梁を有し、
前記変位センサ群は測定基準梁に取り付けられ、
前記防振機構は測定基準梁と前記フレームとの間に配置される、
請求項１乃至４の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項６】
前記測定車両は、測定レール上を走行可能な走行車輪と、測定レールとまくらぎを介して固定された対側のレール上で走行可能な補助車輪と、測定レールに沿って走行車輪を誘導し、前記まくらぎを介して固定された対側のレールに沿って補助車輪を誘導するガイドと、前記ガイドを測定レールおよび前記まくらぎを介して固定された対側のレールに押し付ける付勢部材を有する、
請求項１乃至５の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項７】
前記距離センサはロータリエンコーダであり、
前記測定車両は、前記ロータリンエンコーダを有すると共に前記測定レールに付勢された距離測定車輪を有する、
請求項１乃至６の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの変位センサはレーザー式変位センサである、
請求項１乃至７の何れかに１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項９】
前記変位センサ群は前記距離センサと同期して測定する、
請求項１乃至８の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項１０】
前記第１の変位センサと第２の変位センサとの間隔は、第２の変位センサと第３の変位センサとの間隔より大きく、
前記第１の変位センサは前記測定車両の進行方向において第２の変位センサおよび第３の変位センサよりも前に配置される、
請求項１乃至９の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項１１】
前記第１の変位センサと第２の変位センサとの間隔は、第２の変位センサと第３の変位センサとの間隔より大きく、
前記第３の変位センサは前記測定車両の進行方向において第１の変位センサおよび第２の変位センサよりも前に配置される、
請求項１乃至１０の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項１】
測定レール上を走行可能な測定車両と、
前記測定車両の進行距離を測定する距離センサと、
前記測定車両に取り付けられると共に測定レールの長手方向に不均等な間隔で順に直列に配置された第１、第２および第３の変位センサからなる変位センサ群を有し、
前記第１、第２および第３の変位センサのうち少なくとも１つの変位センサは位置について変更可能である、
レール凹凸測定装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの変位センサは前記測定レールの長手方向の位置について変更可能である、
請求項１に記載のレール凹凸測定装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの変位センサは前記測定レールの長手方向に直交する断面方向の位置について変更可能である、
請求項１又は２に記載のレール凹凸測定装置。
【請求項４】
前記測定車両は、測定レール上に配置された走行車輪と、走行車輪が取り付けられたフレームを有し、
前記測定車両は前記変位センサ群の振動を防止する防振機構を有し、
前記防振機構は前記走行車輪と前記フレームとの間に配置される、
請求項１乃至３の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項５】
前記測定車両は前記フレームに取り付けられた測定基準梁を有し、
前記変位センサ群は測定基準梁に取り付けられ、
前記防振機構は測定基準梁と前記フレームとの間に配置される、
請求項１乃至４の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項６】
前記測定車両は、測定レール上を走行可能な走行車輪と、測定レールとまくらぎを介して固定された対側のレール上で走行可能な補助車輪と、測定レールに沿って走行車輪を誘導し、前記まくらぎを介して固定された対側のレールに沿って補助車輪を誘導するガイドと、前記ガイドを測定レールおよび前記まくらぎを介して固定された対側のレールに押し付ける付勢部材を有する、
請求項１乃至５の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項７】
前記距離センサはロータリエンコーダであり、
前記測定車両は、前記ロータリンエンコーダを有すると共に前記測定レールに付勢された距離測定車輪を有する、
請求項１乃至６の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの変位センサはレーザー式変位センサである、
請求項１乃至７の何れかに１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項９】
前記変位センサ群は前記距離センサと同期して測定する、
請求項１乃至８の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項１０】
前記第１の変位センサと第２の変位センサとの間隔は、第２の変位センサと第３の変位センサとの間隔より大きく、
前記第１の変位センサは前記測定車両の進行方向において第２の変位センサおよび第３の変位センサよりも前に配置される、
請求項１乃至９の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【請求項１１】
前記第１の変位センサと第２の変位センサとの間隔は、第２の変位センサと第３の変位センサとの間隔より大きく、
前記第３の変位センサは前記測定車両の進行方向において第１の変位センサおよび第２の変位センサよりも前に配置される、
請求項１乃至１０の何れか１つに記載のレール凹凸測定装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２５１８４０（Ｐ２０１２−２５１８４０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３８９６（Ｐ２０１１−１２３８９６）
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（５９４００２３３６）株式会社原田製作所 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（５９４００２３３６）株式会社原田製作所 (3)
【Ｆターム（参考）】
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