JP2011017168A - レール下隙間測定装置およびレール下隙間測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易かつ効率的にレールと敷設面との隙間を測定することができるレール下隙間測定装置およびレール下隙間測定方法を提供する。
【解決手段】第１測定手段２２が、レール１の内側の基部１ａの上面までの距離を測定する。第２測定手段２３が、レール１の外側の基部１ａの上面までの距離を測定する。第３測定手段２４が、レール１の敷設面３からの高さを測定する。制御解析手段１２が、第１測定手段２２の測定値に基づいてレール１の内側の基部１ａの上面から第１測定手段２２までの第１高さを求め、第２測定手段２３の測定値に基づいてレール１の外側の基部１ａの上面から第２測定手段２３までの第２高さを求め、第３測定手段２４の測定値から、第１高さと第２高さとの平均値を引き、さらにレール１の基部１ａの厚さを引くことにより、レール１と敷設面３との間の隙間を算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、レール下隙間測定装置およびレール下隙間測定方法に関する。

従来、地震などにより列車がレールから脱輪したとき、列車の車輪によってレールが倒れたりレールの敷設面から外れたりすることを防止するために、レール転倒防止装置が設置されている（例えば、特許文献１参照）。新幹線のレールに対して、このレール転倒防止装置を設置するためには、レールとレールを敷設するスラブの敷設面との間の隙間を把握する必要がある。このレールと敷設面との隙間の測定は、従来、測定用の定規などを使用して作業者による手作業で行われていた。

特開２００８−８８７０９号公報

しかしながら、作業者による手作業では、時間も労力も要するという課題があった。一例では、レールの締結手段の位置で隙間測定を行った場合、１日３時間の作業時間で４ｋｍの区間しか測定を行うことができなかった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、容易かつ効率的にレールと敷設面との隙間を測定することができるレール下隙間測定装置およびレール下隙間測定方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るレール下隙間測定装置は、基部を有するレール上を走行する軌道用車両に取り付けて使用されるレール下隙間測定装置であって、前記レールの伸長方向に対して垂直な面内での、前記レールの一方側の基部上面までの距離を測定する第１測定手段と、前記レールの敷設面から前記第１測定手段と同じ高さで、前記レールに対して前記第１測定手段と対称の位置に設けられ、前記レールの伸長方向に対して垂直な面内での、前記レールの他方側の基部上面までの距離を測定する第２測定手段と、前記敷設面から前記第１測定手段と同じ高さの位置に設けられ、前記敷設面からの高さを測定する第３測定手段と、同時に測定された前記第１測定手段、前記第２測定手段および前記第３測定手段の測定値を取得し、前記第１測定手段の測定値に基づいて前記レールの一方側の基部上面から前記第１測定手段までの第１高さを求め、前記第２測定手段の測定値に基づいて前記レールの他方側の基部上面から前記第２測定手段までの第２高さを求め、前記第３測定手段の測定値から、前記第１高さと前記第２高さとの平均値を引き、さらに前記レールの基部の厚さを引くことにより、前記レールと前記敷設面との間の隙間を算出するよう設けられた制御解析手段とを、有することを特徴とする。

また、本発明に係るレール下隙間測定方法は、前記レールの伸長方向に対して垂直な面内での、前記レールの一方側の基部上面までの距離を測定する第１測定手段と、前記レールの敷設面から前記第１測定手段と同じ高さで、前記レールに対して前記第１測定手段と対称の位置に設けられ、前記レールの伸長方向に対して垂直な面内での、前記レールの他方側の基部上面までの距離を測定する第２測定手段と、前記敷設面から前記第１測定手段と同じ高さの位置に設けられ、前記敷設面からの高さを測定する第３測定手段とを有し、前記第１測定手段、前記第２測定手段および前記第３測定手段により同時に測定を行い、同時に測定された前記第１測定手段、前記第２測定手段および前記第３測定手段の測定値を取得して、前記第１測定手段の測定値に基づいて前記レールの一方側の基部上面から前記第１測定手段までの第１高さを求め、前記第２測定手段の測定値に基づいて前記レールの他方側の基部上面から前記第２測定手段までの第２高さを求め、前記第３測定手段の測定値から、前記第１高さと前記第２高さとの平均値を引き、さらに前記レールの基部の厚さを引くことにより、前記レールと前記敷設面との間の隙間を算出することを、特徴とする。

本発明に係るレール下隙間測定方法は、本発明に係るレール下隙間測定装置により好適に実施される。本発明に係るレール下隙間測定装置は、レール上を走行する軌道用車両に取り付けられ、軌道用車両でレール上を走行しながら測定を行うことができる。同時に測定された第１測定手段、第２測定手段および第３測定手段の測定値を使用するため、所定の位置でのレールと敷設面との間の隙間を算出することができる。軌道用車両でレール上を走行しながら、所定の距離間隔で隙間を測定することにより、手作業で隙間測定を行う場合に比べて、容易かつ短時間で効率的にレールと敷設面との隙間を測定することができる。また、制御解析手段としてコンピュータを使用することにより、作業者の労力を要することなく、自動で測定や解析を進めることができる。

第１測定手段の測定値に基づいて求めた、レールの一方側の基部上面から第１測定手段までの第１高さをＬ１、第２測定手段の測定値に基づいて求めた、レールの他方側の基部上面から第２測定手段までの第２高さをＬ２、第３測定手段の測定値をＬ３、レールの基部の厚さをＬＴとすると、レールと敷設面との間の隙間Ｌは、
Ｌ＝Ｌ３−（Ｌ１＋Ｌ２）／２−ＬＴ
の式により、正確に求めることができる。第１高さと第２高さとの平均値を求めることにより、レールの幅方向の中心位置での隙間を求めることができる。なお、第１測定手段、第２測定手段および第３測定手段は、非接触で対象までの距離を測定可能なレーザーセンサなどのセンサから成ることが好ましい。

本発明に係るレール下隙間測定装置は、前記軌道用車両の走行時に、前記レールを前記敷設面に締結するための締結部材を検出するトリガー検出手段を有し、前記制御解析手段は、前記トリガー検出手段で前記締結部材を検出したとき、前記レールと前記敷設面との間の隙間の計算値を取得することが好ましい。この場合、締結部材の位置で、レールと敷設面との隙間を測定することができる。トリガー検出手段は、例えば、非接触で対象までの距離を測定可能なレーザーセンサなどのセンサから成り、測定距離の変化に基づいて締結部材を検出するようになっていてもよい。

また、本発明に係るレール下隙間測定装置は、前記軌道用車両の走行時に、前記敷設面の継目を検出する継目検出手段を有し、前記制御解析手段は、前記継目検出手段で前記継目を検出したとき、前記レールと前記敷設面との間の隙間の計算値を取得しないよう制御可能であることが好ましい。この場合、トリガー検出手段が敷設面の継目を締結部材と誤って検出したときでも、敷設面の継目の位置で、レールと敷設面との隙間を測定しないようにすることができる。これにより、常に締結部材の位置でのみ、レールと敷設面との隙間を測定することができる。継目検出手段により検出された敷設面の継目を数えることにより、隙間を測定したスラブ等を容易に特定することができ、隙間の測定位置を正確に把握することできる。継目検出手段は、例えば、非接触で対象までの距離を測定可能なレーザーセンサなどのセンサから成り、測定距離の変化に基づいて敷設面の継目を検出するようになっていてもよい。

本発明によれば、容易かつ効率的にレールと敷設面との隙間を測定することができるレール下隙間測定装置およびレール下隙間測定方法を提供することができる。

本発明の実施の形態のレール下隙間測定装置の使用状態を示す平面図である。 図１に示すレール下隙間測定装置の使用状態を示す側面図である。 本発明の実施の形態のレール下隙間測定装置の測定部を示す背面図である。 本発明の実施の形態のレール下隙間測定装置の全体構成を示すブロック図である。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図４は、本発明の実施の形態のレール下隙間測定装置およびレール下隙間測定方法を示している。
図１乃至図４に示すように、レール下隙間測定装置１０は、１対のレール１の上を走行する軌道用車両２に取り付けて使用され、測定部１１と制御解析手段１２とを有している。各レール１は、細長い板状の基部１ａを有し、断面が逆Ｔ字状をなしている。レール１は、代表的には新幹線の軌道レールである。

図１および図２に示すように、軌道用車両２は、車台２ａと１対のシャフト２ｂと４つの車輪２ｃと連結具２ｄとを有している。車台２ａは、鋼材で矩形の枠状に形成されている。各シャフト２ｂは、車台２ａの下面の前部および後部に取り付けられている。各シャフト２ｂは、両端に、互いに独立して回転するよう車輪２ｃを取付可能になっている。各車輪２ｃは、互いに独立して回転可能に、各シャフト２ｂの両端に１つずつ取り付けられている。各車輪２ｃは、軌道用車両２の１対の前輪および１対の後輪を構成しており、各レール１の上を走行可能に設けられている。連結具２ｄは、牽引用の車両に連結可能に、車台２ａの前方中央に設けられている。なお、軌道用車両２は、カーブ走行中に蛇行したりレール１から浮き上がったりしないよう、車台２ａの四隅に１０ｋｇ程度の砂袋２ｅを載せていてもよい。

図１乃至図３に示すように、測定部１１は、それぞれ１対の取付部材２１と第１測定手段２２と第２測定手段２３と第３測定手段２４と継目検出手段２５とトリガー検出手段２６とを有している。各取付部材２１は、それぞれ車台２ａの両側の前輪と後輪との間に、レール１の外側に向かって突出して取り付けられている。各取付部材２１は、対応するレール１を横切るよう、レール１の内側から外側に向かって伸びたアーム２１ａと、アーム２１ａの周囲を枠状に取り囲むよう設けられたセンサーガード２１ｂとを有している。

第１測定手段２２、第２測定手段２３、第３測定手段２４、継目検出手段２５およびトリガー検出手段２６は、非接触で対象までの距離を測定可能なレーザーセンサ（オムロン株式会社製「ZS-LD450」）から成り、アーム２１ａに取り付けられている。第１測定手段２２は、レール１より内側に配置され、レール１の伸長方向に対して垂直な面内で、レール１の内側の基部１ａの上面に向かってレーザー光を照射可能になっている。これにより、第１測定手段２２は、レール１の伸長方向に対して垂直な面内での、レール１の内側の基部１ａの上面までの距離を測定するようになっている。

第２測定手段２３は、レール１の敷設面３から第１測定手段２２と同じ高さで、レール１に対して第１測定手段２２と対称の位置になるよう、レール１より外側に配置されている。第２測定手段２３は、レール１の伸長方向に対して垂直な面内で、レール１の外側の基部１ａの上面に向かってレーザー光を照射可能になっている。これにより、第２測定手段２３は、レール１の伸長方向に対して垂直な面内での、レール１の外側の基部１ａの上面までの距離を測定するようになっている。

第３測定手段２４は、レール１の敷設面３から第１測定手段２２および第２測定手段２３と同じ高さで、レール１より内側に配置されている。第３測定手段２４は、レール１の伸長方向に対して垂直な面内で、レール１の敷設面３に向かって垂直にレーザー光を照射可能になっている。これにより、第３測定手段２４は、レール１の敷設面３からの高さを測定するようになっている。また、第３測定手段２４は、軌道用車両２の走行時に、測定高さの変化に基づいて、レール１の敷設面３の継目も検出可能になっている。

継目検出手段２５は、第１測定手段２２、第２測定手段２３および第３測定手段２４とほぼ同じ高さで、レール１の内側に配置されている。継目検出手段２５は、レール１の伸長方向に対して垂直な面内で、下方に向かってレーザー光を照射して距離を測定可能になっている。これにより、継目検出手段２５は、軌道用車両２の走行時に、測定距離の変化に基づいて、レール１の敷設面３の継目を検出するようになっている。

トリガー検出手段２６は、第１測定手段２２、第２測定手段２３および第３測定手段２４よりも低い位置で、一方の取付部材２１ではレール１の内側に、他方の取付部材２１ではレール１の外側に配置されている。トリガー検出手段２６は、レール１の伸長方向に対して垂直な面内で、下方に向かってレーザー光を照射して距離を測定可能になっている。これにより、トリガー検出手段２６は、軌道用車両２の走行時に、測定距離の変化に基づいて、レール１を敷設面３に締結するための締結部材４を検出するようになっている。なお、トリガー検出手段２６は、締結部材４の種類によってその設置位置が異なるため、締結部材４の種類に応じてアーム２１ａへの取付位置を調整可能になっている。

図１および図２に示すように、制御解析手段１２は、走行時の振動を抑制するため、防振部材２７を介して車台２ａの中央に取り付けられている。図４に示すように、制御解析手段１２は、５つのセンサコントローラ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅとマルチコントローラ２９とシーケンサ３０と高速ＡＤ変換器３１と電源３２とコンピュータ３３とを有している。

各センサコントローラ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅは、それぞれ第１測定手段２２、第２測定手段２３、第３測定手段２４、継目検出手段２５およびトリガー検出手段２６に接続されて、それぞれの測定値を入力可能になっている。センサコントローラ２８ａは、第１測定手段２２の測定値から、レール１の内側の基部１ａの上面から第１測定手段２２までの第１高さを求めるようになっている。センサコントローラ２８ｂは、第２測定手段２３の測定値から、レール１の外側の基部１ａの上面から第２測定手段２３までの第２高さを求めるようになっている。センサコントローラ２８ｃは、第３測定手段２４の測定値を出力するようになっている。また、センサコントローラ２８ｃは、第３測定手段２４の測定値からレール１の敷設面３の継目を検出し、第１継目検出信号を出力するようになっている。センサコントローラ２８ｄは、継目検出手段２５の測定値を出力するようになっている。また、センサコントローラ２８ｄは、継目検出手段２５の測定値から、レール１の敷設面３の継目を検出し、第２継目検出信号を出力するようになっている。センサコントローラ２８ｅは、トリガー検出手段２６の測定値から、締結部材４を検出し、トリガー信号を出力するようになっている。

マルチコントローラ２９は、センサコントローラ２８ａ，２８ｂ，２８ｃに接続され、第１高さ、第２高さおよび第３測定手段２４の測定値を入力可能になっている。マルチコントローラ２９は、第３測定手段２４の測定値から、第１高さと第２高さとの平均値を引き、さらにあらかじめ入力された既知のレール１の基部１ａの厚さを引くことにより、レール１と敷設面３との間の隙間を算出するようになっている。すなわち、第１高さをＬ１、第２高さをＬ２、第３測定手段２４の測定値をＬ３、レール１の基部１ａの厚さをＬＴとすると、レール１と敷設面３との間の隙間Ｌを、
Ｌ＝Ｌ３−（Ｌ１＋Ｌ２）／２−ＬＴ
の式により算出するようになっている。なお、レール１の基部１ａの厚さは、第１測定手段２２および第２測定手段２３により測定されるレール１の基部１ａの上面の測定点での基部１ａの厚みである。

シーケンサ３０は、センサコントローラ２８ｃ，２８ｄ，２８ｅに接続され、第１継目検出信号、第２継目検出信号およびトリガー信号を入力可能になっている。シーケンサ３０は、トリガー信号が入力されたとき、データ取得指令を出力するようになっている。ただし、シーケンサ３０は、トリガー信号と同時に、第１継目検出信号および第２継目検出信号が入力されたとき、データ取得指令を出力しないようになっている。

高速ＡＤ変換器３１は、センサコントローラ２８ｄ、マルチコントローラ２９およびシーケンサ３０に接続され、継目検出手段２５の測定値、算出されたレール１と敷設面３との間の隙間の計算値、およびデータ取得指令を入力可能になっている。高速ＡＤ変換器３１は、データ取得指令が入力されたとき、レール１と敷設面３との間の隙間の計算値をＡＤ変換するようになっている。また、高速ＡＤ変換器３１は、継目検出手段２５の測定値を連続的にＡＤ変換するようになっている。

電源３２は、ＡＣ１００Ｖで発電する発電機３２ａと、発電機３２ａで発電された電力を、ＤＣ１２Ｖに変換するパワーサプライ３２ｂとを有している。電源３２は、パワーサプライ３２ｂで変換されたＤＣ１２Ｖの電力を、第１測定手段２２、第２測定手段２３、第３測定手段２４、継目検出手段２５およびトリガー検出手段２６に供給可能になっている。

コンピュータ３３は、ノートパソコンから成り、高速ＡＤ変換器３１に接続されている。コンピュータ３３は、高速ＡＤ変換器３１によりデジタルデータに変換された、レール１と敷設面３との間の隙間の計算値、および継目検出手段２５の測定値を入力し、これらのデータの保存や各種のデータ解析を行うようになっている。

本発明の実施の形態のレール下隙間測定方法は、レール下隙間測定装置１０により好適に実施される。レール下隙間測定装置１０は、軌道用車両２でレール１上を走行しながら測定を行うことができる。レール下隙間測定装置１０は、レール１を走行中、第１測定手段２２、第２測定手段２３、第３測定手段２４、継目検出手段２５およびトリガー検出手段２６により連続的に測定を行い、マルチコントローラ２９により、レール１と敷設面３との間の隙間を連続的に算出する。

トリガー検出手段２６が締結部材４を検出したとき、算出されたレール１と敷設面３との間の隙間の計算値をコンピュータ３３に入力する。これにより、締結部材４の位置で、レール１と敷設面３との隙間を測定することができる。ただし、第３測定手段２４および継目検出手段２５がスラブ等の敷設面３の継目を検出したときには、レール１と敷設面３との間の隙間の計算値をコンピュータ３３に入力しないようになっている。これにより、トリガー検出手段２６が敷設面３の継目を締結部材４と誤って検出したときでも、敷設面３の継目の位置で、レール１と敷設面３との隙間を測定しないようにすることができる。これにより、レール下隙間測定装置１０は、常に締結部材４の位置でのみ、レール１と敷設面３との隙間を測定することができる。

レール下隙間測定装置１０および本発明の実施の形態のレール下隙間測定方法は、トリガー検出手段２６で締結部材４を検出したときに、同時に測定された第１測定手段２２、第２測定手段２３および第３測定手段２４の測定値を使用するため、締結部材４の位置でのレール１と敷設面３との間の隙間を正確に算出することができる。軌道用車両２でレール１上を走行しながら測定を行うため、手作業で隙間測定を行う場合に比べて、容易かつ短時間で効率的にレール１と敷設面３との隙間を測定することができる。また、制御解析手段１２でコンピュータ３３などを使用するため、作業者の労力を要することなく、自動で測定や解析を進めることができる。

レール下隙間測定装置１０は、コンピュータ３３に入力された継目検出手段２５の測定値と、レール１と敷設面３との間の隙間の計算値とを対応させることにより、隙間を測定したスラブ等を容易に特定することができ、隙間の測定位置を正確に把握することできる。

１ レール
１ａ 基部
２ 軌道用車両
２ａ 車台
２ｂ シャフト
２ｃ 車輪
２ｄ 連結具
３ 敷設面
４ 締結部材
１０ レール下隙間測定装置
１１ 測定部
１２ 制御解析手段
２１ 取付部材
２１ａ アーム
２１ｂ センサーガード
２２ 第１測定手段
２３ 第２測定手段
２４ 第３測定手段
２５ 継目検出手段
２６ トリガー検出手段
２７ 防振部材
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ センサコントローラ
２９ マルチコントローラ
３０ シーケンサ
３１ 高速ＡＤ変換器
３２ 電源
３２ａ 発電機
３２ｂ パワーサプライ
３３ コンピュータ

Claims (4)

1. 基部を有するレール上を走行する軌道用車両に取り付けて使用されるレール下隙間測定装置であって、
   前記レールの伸長方向に対して垂直な面内での、前記レールの一方側の基部上面までの距離を測定する第１測定手段と、
   前記レールの敷設面から前記第１測定手段と同じ高さで、前記レールに対して前記第１測定手段と対称の位置に設けられ、前記レールの伸長方向に対して垂直な面内での、前記レールの他方側の基部上面までの距離を測定する第２測定手段と、
   前記敷設面から前記第１測定手段と同じ高さの位置に設けられ、前記敷設面からの高さを測定する第３測定手段と、
   同時に測定された前記第１測定手段、前記第２測定手段および前記第３測定手段の測定値を取得し、前記第１測定手段の測定値に基づいて前記レールの一方側の基部上面から前記第１測定手段までの第１高さを求め、前記第２測定手段の測定値に基づいて前記レールの他方側の基部上面から前記第２測定手段までの第２高さを求め、前記第３測定手段の測定値から、前記第１高さと前記第２高さとの平均値を引き、さらに前記レールの基部の厚さを引くことにより、前記レールと前記敷設面との間の隙間を算出するよう設けられた制御解析手段とを、
   有することを特徴とするレール下隙間測定装置。
2. 前記軌道用車両の走行時に、前記レールを前記敷設面に締結するための締結部材を検出するトリガー検出手段を有し、
   前記制御解析手段は、前記トリガー検出手段で前記締結部材を検出したとき、前記レールと前記敷設面との間の隙間の計算値を取得することを、
   特徴とする請求項１記載のレール下隙間測定装置。
3. 前記軌道用車両の走行時に、前記敷設面の継目を検出する継目検出手段を有し、
   前記制御解析手段は、前記継目検出手段で前記継目を検出したとき、前記レールと前記敷設面との間の隙間の計算値を取得しないよう制御可能であることを、
   特徴とする請求項２記載のレール下隙間測定装置。
4. 前記レールの伸長方向に対して垂直な面内での、前記レールの一方側の基部上面までの距離を測定する第１測定手段と、前記レールの敷設面から前記第１測定手段と同じ高さで、前記レールに対して前記第１測定手段と対称の位置に設けられ、前記レールの伸長方向に対して垂直な面内での、前記レールの他方側の基部上面までの距離を測定する第２測定手段と、前記敷設面から前記第１測定手段と同じ高さの位置に設けられ、前記敷設面からの高さを測定する第３測定手段とを有し、
   前記第１測定手段、前記第２測定手段および前記第３測定手段により同時に測定を行い、同時に測定された前記第１測定手段、前記第２測定手段および前記第３測定手段の測定値を取得して、前記第１測定手段の測定値に基づいて前記レールの一方側の基部上面から前記第１測定手段までの第１高さを求め、前記第２測定手段の測定値に基づいて前記レールの他方側の基部上面から前記第２測定手段までの第２高さを求め、前記第３測定手段の測定値から、前記第１高さと前記第２高さとの平均値を引き、さらに前記レールの基部の厚さを引くことにより、前記レールと前記敷設面との間の隙間を算出することを、
   特徴とするレール下隙間測定方法。