JP2006123787A

JP2006123787A - トロリ線の高さ・偏位測定装置

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Publication number: JP2006123787A
Application number: JP2004315939A
Authority: JP
Inventors: Takefumi Shimada; 健夫三島田; Yusuke Sato; 勇輔佐藤; Takamasa Hayasaka; 高雅早坂
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】高い精度でトロリ線の高さ・偏位を連続的に測定でき、簡易でコンパクトに構成できる測定装置を安価に提供すること。
【解決手段】車両Ｂ上に搭載する高さ・偏位測定装置１を、トロリ線Ｔにレーザ光Ｌを照射して、その反射光路長でトロリ線までの距離を測定するレーザ距離センサ２と、トロリ線Ｔにレーザ光Ｌを走査するポリゴン・ミラー３と、レーザ光Ｌの投光方向を計測するロータリーエンコーダ４と、トロリ線Ｔの高さ、偏位を算出する演算装置とで構成する。レーザ距離センサ２は、車両Ｂ上におけるレールＲ，Ｒ間の中心線上に固定する。ポリゴン・ミラー３は、車両Ｂ上におけるレールＲ，Ｒ間の中心線上に回転可能に支持し、レーザ距離センサ２からのレーザ光Ｌを上方へ走査する。ロータリーエンコーダは、ポリゴン・ミラー３の後方に同軸上に結合して、ポリゴン・ミラー３の回転をカウントして角度位置を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電車線路におけるレール上方に架設されたトロリ線が、レールに対して垂直方向及び水平方向に適切な相対位置に配置されているかどうかを測定するための装置に関するものである。

従来、並行するレール上の所定位置にレールに直交するようにトラックレールを掛け渡し、トラックレール上を延長方向に摺動自在にスライダユニットを設け、トロリ線にレーザ光を照射してその反射光を受け、レール面からトロリ線までの高さを測定するレーザ距離センサをスライダユニット上に設けたものが提案されている（特許文献１参照）。レーザ距離センサを移動させながらレーザ光を照射し、設備中の最低位置にトロリ線が位置するものとして最小値をトロリ線の高さとし、そのときのレーザ距離センサのレール中心位置からのずれを偏位として測定する。
また、トロリ線にレーザ光を照射し、そのレーザ光を振動するスキャナによってトロリ線に対してほぼ直角に走査し、トロリ線から反射されるレーザ反射光をレーザ位相差計に受光して、レーザ照射光とレーザ反射光の位相差をもとにトロリー線の高さと偏位を求める装置が提案されている（特許文献２参照）。
特開平６−２８１４１７号公報特開２０００−１８５５７７号公報

上記従来の測定方法のうち前者にあっては、レーザ距離センサ自体を移動させるので、大きな駆動力を要するし、トロリ線の延長方向への連続的な測定が不可能である。また、後者にあっては、スキャナをトロリ線に対してほぼ直角方向に往復移動させ、レーザ反射光の強度を追尾するトロリ線位置センサーによってスキャナの振幅を調整することとしているので、レーザ光の走査周期を高めるのに限界があるし、機構が複雑で精密な部材を要し、装置が大がかりで高価なものになってしまう。
そこで、本発明は、高い精度で連続的に測定でき、簡易な構成で、車両にコンパクトに搭載できる比較的安価なトロリ線の高さ・偏位測定装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明においては、電車の車両Ｂ上にレーザ距離センサ２を搭載し、トロリ線Ｔにレーザ光Ｌを照射して、その反射光路長によりトロリ線Ｔまでの距離を測定し、このレーザ距離センサ２からのレーザ光Ｌをポリゴン・ミラー３で走査してトロリ線Ｔに照射し、レーザ光Ｌをトロリ線Ｔに照射した時の投光角をロータリーエンコーダ４のような照射角度センサにより計測し、レーザ距離センサ２によるトロリ線Ｔまでの距離ｒと照射角度センサによる投光角αに基づいて演算装置によりトロリ線の高さｙ＋ｌ、偏位ｘを算出するトロリ線の高さ・偏位測定装置１を構成した。

本発明は、電車の車両Ｂ上にレーザ距離センサ１を固定し、ポリゴン・ミラー３を回転させてレーザ光を走査するので、大きな駆動力を要せずにトロリ線の延長方向への連続的な測定が可能である。また、ポリゴン・ミラー３を一方向に連続回転させるだけでレーザ光を走査できるので、レーザ光の走査周期を比較的自由に調整できるし、走査幅と無関係に偏位を簡単に測定でき、また簡易な構成により、装置をコンパクトに設置でき、安価に提供できる。

本発明の実施の一形態を図面を参照して説明する。
図１において、高さ・偏位測定装置１は、保守用作業車又は検測車の車両Ｂ上に搭載される。高さ・偏位測定装置１は、トロリ線Ｔにレーザ光Ｌを照射して、その反射光路長でトロリ線までの距離を測定するレーザ距離センサ２と、トロリ線Ｔにレーザ光Ｌを走査するポリゴン・ミラー３と、レーザ光Ｌの投光方向を計測する照射角度センサであるロータリーエンコーダ４と、トロリ線Ｔの高さ、偏位を算出する図示しない演算装置とを具備する。
レーザ距離センサ２は、車両Ｂ上におけるレールＲ，Ｒ間の中心線上に支持固定される。レーザ距離センサ２は、図２に示すように、トロリ線Ｔにレーザ光Ｌを照射して、照射光と反射光の位相差から反射光路長を測定する。レーザ距離センサ２は、その下方に位置するポリゴン・ミラー３に向かってレーザ光Ｌを投射する。

ポリゴン・ミラー３は、図２（Ａ）に示すように、車両Ｂ上におけるレールＲ，Ｒ間の中心線上に支持固定され、レーザ距離センサ２からのレーザ光Ｌを鉛直面内上方へ反射させるように、回転軸周りに所定の速度（例えば３７５０rps）で回転可能な正多角柱状（例えば２４角）を成す多面鏡で構成される。ポリゴン・ミラー３は、図２（Ｂ）に示すように、レーザ距離センサ２からの斜めのレーザ光Ｌを鉛直方向に反射させるように回転軸の垂線Ｖに対して傾斜している。即ち、ポリゴン・ミラー３が回転してミラー面３ａが所定角度位置に至ったときにトロリ線Ｔに向かって反射されたレーザ光Ｌはトロリ線Ｔに反射してミラー面３ａを介してレーザ距離センサ４に戻る。

ロータリーエンコーダ４は、レーザ光Ｌの投光方向を計測するために、ポリゴン・ミラー３の後方に同軸上に結合されており、ポリゴン・ミラー３の回転をカウントして角度位置（図２（Ａ）における角度α）を計測する。即ち、ロータリーエンコーダ４はトロリ線Ｔにレーザ光Ｌが照射されたときのレーザ距離センサ２の測定動作に同期してポリゴン・ミラー３の回転角位置を検出する。

図示しない演算装置は、レーザ距離センサ２による測定距離及びロータリーエンコーダ４による回転位置αから、トロリ線Ｔの高さ、偏位を算出する。即ち、図１及び図２（Ａ）（Ｂ）において、レーザ距離センサ２からからトロリ線Ｔまでの光路長をｒ、レーザ距離センサ２からポリゴン・ミラー３のミラー面３ａまでの距離をａ、レールＲからポリゴン・ミラー３のミラー面３ａまでの高さをｌとすれば、トロリ線Ｔの偏位ｘ、ポリゴン・ミラー３のミラー面３ａからトロリ線Ｔの高さｙは、
ｘ＝（ｒ−ａ）sin２α ｙ＝（ｒ−ａ）cos２α
となるから、
トロリ線Ｔの高さはｙ＋ｌ、トロリ線Ｔの偏位はｘとなって算出できる。

この高さ・偏位測定装置１においては、これが搭載された車両Ｂが走行しながら、レールＲに沿って移動し、レーザ距離センサ２がレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌはポリゴン・ミラー３によりトロリ線Ｔを含む領域を所定周期で走査し、そのうちのトロリ線Ｔに投射されたレーザ光Ｌの反射光をポリゴン・ミラー３を介してレーザ距離センサ２が受光するので、その位相差から反射光路長を測定する。この時点の投光方向αをロータリーエンコーダ４が計測し、演算装置は、トロリ線Ｔの高さ及び偏位を算出し、記憶装置にデータを記憶し、あるいは必要に応じて別途表示部に表示する。シンプル・カテナリ架線等では設備中最小高さ位置に単線のトロリ線Ｔがあるから、レーザ距離センサ２に反射してきたレーザ光のうち演算で求めた最も低い値をトロリ線Ｔの高さとする。

図３に示すように、ツイン・シンプル・カテナリ架線区間では、トロリ線Ｔが二本並行しているので、演算で求めた最も低い値と、その次に低い値を二本のトロリ線Ｔの高さとする。

図４に示すように、電車線のオーバーラップ区間では、プログラム式電柱位置検出器などからのオーバーラップ区間信号により、単線のトロリ線Ｔ同士のオーバーラップの場合には、演算で求めた最も低い値と、その次に低い値を二本のトロリ線Ｔの高さとする。また、二本のトロリ線Ｔ同士のオーバーラップの場合には、計四本のトロリ線Ｔが存在するので、演算で求めた最も低い順に四つの値を四本のトロリ線Ｔの高さとする。

図５に示すように、トロリ線Ｔの偏位には連続性があるので、径間ごとに最小２乗法などで、トロリ線Ｔの偏位Ｇの回帰直線を求め、一定の予測範囲に入っているものだけをトロリ線Ｔと認め、範囲外のものをトロリ線の高さ・偏位データから除き、その次に最低高さに近いデータを計測対象とする。

本発明は、電車線路のレール上方に架設されたトロリ線が、レールに対して垂直方向及び水平方向に適切な相対位置に配置されているかどうかを測定するのに有効である。

本発明に係るトロリ線の高さ・偏位測定装置の概略図である。（Ａ）は高さ・偏位測定装置の測定原理の正面側説明図、（Ｂ）は同じく側面側説明図である。ツイン・シンプル・カテナリ架線の概略図である。電車線のオーバーラップ区間の概略図である。トロリ線の概略図である。

符号の説明

１高さ・偏位測定装置
２レーザ距離センサ
３ポリゴン・ミラー
４ロータリーエンコーダ
Ｂ車両
Ｔトロリ線
Ｌレーザ光

Claims

電車の車両上に搭載され、トロリ線にレーザ光を照射して、その反射光路長によりトロリ線までの距離を測定するレーザ距離センサと、
このレーザ距離センサからのレーザ光を走査してトロリ線に照射するように、回転可能に支持されたポリゴン・ミラーと、
レーザ光をトロリ線に照射した時の投光角を計測する照射角度センサと、
前記レーザ距離センサによるトロリ線までの距離と照射角度センサによる投光角に基づいてトロリ線の高さ、偏位を算出する演算装置とを具備することを特徴とするトロリ線の高さ・偏位測定装置。
前記照射角度センサは、ポリゴン・ミラーに連結して回転角度を計測するロータリーエンコーダであることを特徴とする請求項１に記載のトロリ線の高さ・偏位測定装置。