JP2015014484A - レール断面形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レールの設置状況によらずに容易に断面形状の測定を行うことが出来るレール断面形状測定装置を提供する。
【解決手段】レール頭部の表面に沿った方向にレーザ光を射出する出射部と、射出されたレーザ光を反射してレールに照射する反射部と、このレールで反射されたレーザ光を検出する検出部と、レールに対する出射部の位置を可動に設定する位置設定部と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、レール断面形状測定装置に関する。

鉄道車両の車輪を支え、当該鉄道車両の進行方向に円滑に誘導するのに用いられるレール（軌条）は、硬質の材料を用いて形成されるが、繰り返し鉄道車両が走行することで、徐々に摩耗する。そこで、従来、定期的にレールの形状が測定されて、レールの交換時期の決定などに利用されている。

レールの摩耗量は、通常、非常に小さいので、精密な測定が必要となる。従来、このレールの形状を精密測定するための装置としては、ノギスといったユーザの手による計測を要する定規が用いられている。しかしながら、このような手動測定では、要する時間が長大となる上に、計測値が測定者によってしばしば異なるという問題がある。

そこで、非接触式の測定方法が開発されている。例えば、特許文献１には、マイクロメータを用いたレールの断面形状の測定について記載されている。また、従来、レーザ光を用いたレール断面形状の測定技術が開発されている（特許文献２、３、４）。

また、特許文献３には、レールを略円環状に覆うガイドレールを設け、レーザ出力部を当該ガイドレール上で移動させることで、容易に測定を行う技術について記載されている。また、特許文献３、４には、レーザ測位を行う際の基準位置として、それぞれ、車両による摩耗の少ないレールの顎部やレールの外側面を用いる点について記載されている。

特開平１０−７３４０１号公報 特開平１１−１４２１２４号公報 特開２００１−３３０４２６号公報 特開２００３−２０７３１９号公報

しかしながら、従来、レールがカーブする地点などを中心に、レールの内側面に沿って所定の間隔で脱線や逸走を防止するためのガードレール（護輪軌条）が設けられている。一方で、レーザ光の出力には、出力波長に応じた所定の長さのレーザ発振器が必要である。通常用いられる可視光レーザに係るレーザ発振器の長さは、レールとガードレールとの間隔よりも大きいので、従来のレーザ測位に係る構成でレールの断面形状を測定する場合、ガードレールが設けられた部分では、このガードレールを取り外さないとレールの内側面の断面形状を測定することが困難であるという課題がある。

この発明の目的は、レールの設置状況によらずに容易に断面形状の測定を行うことが出来るレール断面形状測定装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、
レール頭部の表面に沿った方向にレーザ光を射出する出射部と、前記射出されたレーザ光を反射して当該レールに照射する反射部と、前記レールで反射された前記レーザ光を検出する検出部と、前記レールに対する前記出射部の位置を可動に設定する位置設定部と、を備えることとした。
即ち、レールの幅方向には、レーザ光の出射に係る厚みが生じない薄い形状に出来るので、レール断面形状測定装置をコンパクトに構成することが出来る。また、ガードレールが設けられている場合でもガードレールとレールとの隙間からレールの断面形状を計測することが出来る。

また、望ましくは、
前記位置設定部は、前記レールの延在方向に略垂直な断面を含む面内において、当該レールの上方及び側方を囲う案内部と、前記案内部に沿って移動可能に前記出射部を保持する保持部と、を備える。
従って、レールに対する出射部の位置を容易に移動させながら設定し、レールの断面形状を正確且つ容易に取得することが出来る。

また、望ましくは、前記案内部は、円弧形状とする。
従って、保持部をレールの周囲で円滑に移動させることが出来る。

また、望ましくは、
前記レール頭部の両側面を挟持することで、前記案内部を前記レールに対して固定する固定部を備えることとする。
従って、隣接するレールを連結する継ぎ目板の有無に拘わらず同様に、継ぎ目板の無いところでレール断面形状測定装置をレールに固定することが出来る。

また、望ましくは、
前記固定部は、前記レール頭部の両側面において、当該レールに連結される継ぎ目板との境界に接する形状とする。
従って、継ぎ目板の有無に拘わらず、容易且つ確実に出射部の位置を定めてレール断面形状の計測を行うことが出来る。また、比較的レールの摩耗の少ないところで確実且つ位置ずれ無く的確に出射部の位置を定めて固定することが出来る。

本発明に従うと、レールの設置状況によらずに容易に断面形状の測定を行うことが出来るという効果がある。

本発明のレール断面形状測定装置の実施形態を示す全体斜視図である。 レール断面形状測定装置の正面図である。 レール断面形状測定装置の右側面図である。 レール断面形状測定装置におけるレーザ入出力部の配置を説明する正面図である。 固定部を示す背面図である。 固定部を示す平面図である。 レール断面形状測定装置の変形例を示す全体斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のレール断面形状測定装置１００の実施形態を示す全体図である。また、図２、図３は、それぞれ、レール断面形状測定装置１００の正面図及び右側面図である。
なお、図２には、レール断面形状測定装置１００が固定されたレールＲ、継ぎ目板Ｊ１、Ｊ２及びこれらを連結するボルトＢが合わせて示されている。また、レールの形状について、以下では、レールと車輪とが接触する上部の幅広部分を頭部、頭部を支える狭幅部分を腹部とそれぞれ称する。

このレール断面形状測定装置１００は、レーザ入出力部１１（出射部、検出部）と、反射部１２と、案内部２１と、保持部２２と、固定部２３などを備える。

レーザ入出力部１１は、ケーブルＣから入力された駆動信号及び電力に基づいて所定の波長のレーザ光を反射部１２の方向に出射し、また、被測定物及び反射部１２により反射されて戻ってきたレーザ光が入射される。このレーザ入出力部１１は、レーザ光の出射方向に延びるレーザ発振器を備え、少なくともこの出射方向に当該レーザ光の波長に応じた所定の長さを有する。また、このレーザ入出力部１１は、入射されたレーザ光を検出する光学系センサを備える。レーザ発振器及び光学系センサには、従来周知のものであって小型軽量の各種レーザ測位計やレーザ変位計から選択されて用いられる。

また、このレーザ入出力部１１は、レーザ光の検出データを出力する通信部を備えている。この通信部としては、特には限られないが、例えば、無線ＬＡＮ用のネットワークカードが用いられることで、配線を用いずに高速でノートＰＣなどの電子通信機器に取得データを無線転送することが出来る。

反射部１２は、レーザ入出力部１１から出射されたレーザ光を反射して進行方向を所定角度折り曲げる。反射部１２の反射面は、出射するレーザ光の波長帯又は可視光帯全般で十分に高い反射率を有する。反射面は、一枚に限られないが、出射光に対して４５度の角度で一枚設けられることで効率的に構成することが出来る。

ケーブルＣは、図示略の操作制御部に接続され、電力供給や測定実行に係るスイッチ動作の検出に応じてレーザ入出力部１１に電力や制御信号を送り、レーザ入出力部１１を動作させる。電力を供給する電源としては、特には限られないが、各種乾電池や二次電池を必要な電力に応じて選択して用いることが出来る。

案内部２１は、レールに対するレーザ入出力部１１の位置変更を誘導し、定めるためのガイド部材である。案内部２１は、本実施形態では、所定の幅を有する円弧状板面２１ａを有し、形状測定対象のレールの上面及び側面を囲うように配置される。また、当該円弧状板面２１ａの所定幅方向端部に沿って、保持部２２の歯車２２ｂに対応する噛合部２１ｂが設けられている。この円弧の長さは、１８０度（半円）より若干長く設定されることで、レール頭部全体の形状が測定し易いようになっている。また、この案内部２１では、円弧状板面２１ａの円周内側に平板部２１ｃが設けられている。この円弧状板面２１ａは、固定部２３との連結に用いられると共に、これにより円弧状板面２１ａの強度を増すことが出来る。この平板部２１ｃには、少なくともレール及び継ぎ目板と接触しないように切り込みが設けられている。

保持部２２は、レーザ入出力部１１に接合され、このレーザ入出力部１１を案内部２１に従って移動させる。この保持部２２は、案内部２１に対してスライドするようになっており、特には限られないが、例えば、案内部２１の延在方向に所定の長さ部分を狭むように三方から包囲する切欠部２２ａが設けられた形状となっている。また、この保持部２２には、回転自在の歯車２２ｂが設けられ、案内部２１の噛合部２１ｂと噛み合っている。この歯車２２ｂは、ユーザの手による保持部２２の移動に従って自由に回転可能である。或いは、この歯車２２ｂがモータの動作により回転駆動されることで保持部２２を移動させる構成であっても良い。または、歯車２２ｂ又は保持部２２をボルトなどで仮留め可能とすることで、測定の際に保持部２２及びレーザ入出力部１１を固定可能としても良い。

ここで、保持部２２の切欠部２２ａの大きさ、即ち、案内部２１と保持部２２との隙間が狭すぎるとスライド動作を阻害し、隙間が広過ぎると保持部２２のレールからの距離が一定に保てなくなるので、適宜な大きさに定められる。また、このレール断面形状測定装置１００では、保持部２２の切欠部２２ａにおいて案内部２１との接触面の一方に板ばね２２ｃを挟むことで、隙間を一方に安定的に偏らせている。
これらの案内部２１及び保持部２２により位置設定部が構成されている。

図４は、レール断面形状測定装置１００によりレールの断面形状を測定する際のレーザ入出力部１１及び保持部２２の位置の例を示す図である。
レール断面形状測定装置１００を用いてレールの形状を測定する際に、レーザ入出力部１１は、保持部２２の周回範囲Ｌ１から若干ずれた周回範囲Ｌ２を保持部２２よりも大きい周回半径で周回移動する。この際、レーザ入出力部１１が２本のレール間に設けられたガードレールに接触しないように、レーザ入出力部１１の周回範囲Ｌ２とガードレールとが重ならない向きにレール断面形状測定装置１００が取り付けられる。この図４では、レールＲの右側にガードレールが取り付けられている場合に、周回範囲Ｌ２は、ガードレールと重ならない。

固定部２３は、案内部２１をレールに固定する。この固定部２３は、図１、図３に示すように、案内部２１及びレーザ入出力部１１に対してレールの延在方向に異なる位置に平板部２１ｃを介して設けられ、レール断面形状の測定を阻害しない。

図５、図６は、それぞれ、固定部２３の背面図及び平面図である。なお、図５には、固定部２３が取り付けられるレールＲ、継ぎ目板Ｊ１、Ｊ２及びこれらを連結するボルトＢを併せて示している。

固定部２３は、図５に示すように、レール頭部を跨ぐ構造を有し、このレール頭部の両側面でクランプ２３１、２３２によりレールを挟持する。このクランプ２３１、２３２の幅は、可変となっており、クランプねじ２３３を回転させることで幅を狭めてレールに対して固定する。

クランプ２３１、２３２は、本実施形態では、レールとの接触面がそれぞれ二股になっており、下方がレール頭部の下端に嵌る形状となっている。これにより、レール腹部に継ぎ目板Ｊ１、Ｊ２が連結されている場合でも、この継ぎ目板Ｊ１、Ｊ２に阻害されずにレールＲを挟持することが出来る。

以上のように、このレール断面形状測定装置１００は、レールに沿ってレーザ光を出射すると共に、レールから反射されたレーザ光を検出するレーザ入出力部１１と、出射されたレーザ光を反射してレールに照射する反射部１２と、レーザ入出力部１１をレールに対して位置決めする案内部２１及び保持部２２とを備えている。この構成により、レールの幅方向にはレーザ発振器に係る厚みが生じず、薄い形状としながら確実にレール頭部に対するレーザ光の照射及び照射したレーザ光の検出を行うことが出来るので、レール断面形状測定装置１００をコンパクトに構成することが出来る。そして、このレール断面形状測定装置１００により、ガードレールが設けられている場合でも当該ガードレールに接触せず、ガードレールとレールとの隙間からレールの断面形状を計測することが出来る。

また、案内部２１は、レール断面の上部及び側面部を覆う形状であり、レーザ入出力部１１と接続された保持部２２を当該案内部２１に対してスライドさせることで、レールに対する位置を定めるので、レールに対するレーザ入出力部１１の位置を容易に移動させながら設定し、レールの断面形状を正確且つ容易に取得することが出来る。

また、案内部２１の形状が円弧形状であるので、保持部２２をレールの周囲で円滑に移動させることが出来る。

また、固定部２３は、レール頭部の両側面でレールを挟持する。即ち、レール断面形状測定装置１００は、隣接するレールを連結する継ぎ目板の有無に拘わらず、継ぎ目板の無いところでレールに固定されるので、わざわざ継ぎ目板を外す手間をかけることなく速やかにレール断面形状の測定を行うことが出来る。

また、特に、レール頭部の内側面下端部で継ぎ目板との接合境界にかかるように固定部２３が設けられるので、継ぎ目板の有無に係らず容易且つ確実にレーザ入出力部１１の位置を定めてレール断面形状の計測を行うことが出来る。また、比較的レールの摩耗の少ないところで確実且つ位置ずれ無く的確にレーザ入出力部１１の位置を定めて固定することが出来るので、より正確に計測結果を得ることが出来る。

［変形例］
次に、レール断面形状測定装置の実施形態の変形例について説明する。
図７は、この変形例のレール断面形状測定装置１００ａの斜視図である。

このレール断面形状測定装置１００ａは、レーザ入出力部１１ａと反射部１２ａの配置を除いて上記実施の形態のレール断面形状測定装置１００と同一であり、同一部分については同一の符号を付して説明を省略する。

このレール断面形状測定装置１００ａでは、レーザ光は、レーザ入出力部１１ａから水平方向に出射され、レーザ入出力部１１ａに併設された反射部１２ａにより反射されて案内部２１の円弧中心方向に向けて送られる。

このように、レーザ光の出射方向が鉛直方向とは異なる配置、ここでは、出射方向がレールの延在する方向となるようにレーザ入出力部１１が配置されている。従って、レーザ光は、常にレールの延在する方向に出射されるので、レーザ入出力部１１ａのレーザ発振器に係る厚みがレールの幅方向に現れず、レーザ入出力部１１ａを薄く構成することが出来る。これにより、ガードレールを取り外すことなくレールとガードレールとの間からレールの断面形状を計測することが出来る。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、反射部１２に一枚の鏡面を設けることとしたが、複数の鏡面により当該複数回反射する構成であっても良い。

また、上記実施の形態では、レーザ光の出射方向を円弧状板面２１ａに沿った方向及びレールの延在方向とする例を挙げて説明したが、レーザ光の出射方向がレール頭部の表面に対して垂直でなければ、即ち、レーザ光の出射方向がレール頭部の表面に沿った方向であれば、これに限られない。特に、レーザ光の出射方向がレール頭部の表面に平行に近くなるほど効率良くレーザ入出力部１１、１１ａを薄くすることが出来る。

また、レーザ入出力部１１の出射方向を回転させると共に、又は、レーザ入出力部１１の出射方向を回転させる代わりに、反射部１２の反射角度を変化させる構成とすることも可能である。この場合、レールとガードレールとの間におけるレーザ光の出射方向が当該レールの頭部側面に略平行となる構成とすることが出来る。

また、上記実施の形態では、板ばね２２ｃを用いて保持部２２及びレーザ入出力部１１を安定的に保持させることとしたが、案内部２１との固定の度合に応じて必ずしも設ける必要は無い。例えば、２つ以上の歯車２２ｂを用いて保持部２２を案内部２１に対して安定的に保持させることが出来る。また、保持部２２において、切欠部２２ａと歯車２２ｂとを別個に設けずに、切欠部２２ａにおいて、噛合部２１ｂと面状に噛み合う歯車２２ｂが設けられていても良い。

また、上記実施の形態では、レール頭部の両側面を挟持するクランプ２３１、２３２は、レール頭部の下端に合わせた部分と、側面と接触する部分との二股構造とさせたが、これに限られない。レール頭部の下端部分の形状に従った曲面形状でも良い。或いは、単に平面構造としてレール頭部の両側から挟持するだけのものであっても良い。

また、案内部２１は、保持部２２及びレーザ入出力部１１をレールの断面形状測定に必要な位置に移動させることが可能であれば、円弧状板面２１ａの代わりに他の形状のものが設けられていても良い。
その他、上記実施の形態で示した構造や配置などの具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１１ レーザ入出力部
１１ａ レーザ入出力部
１２ 反射部
１２ａ 反射部
２１ 案内部
２１ａ 円弧状板面
２１ｂ 噛合部
２１ｃ 平板部
２２ 保持部
２２ａ 切欠部
２２ｂ 歯車
２２ｃ 板ばね
２３ 固定部
２３１、２３２ クランプ
２３３ クランプねじ
１００ レール断面形状測定装置
１００ａ レール断面形状測定装置
Ｃ ケーブル
Ｒ レール
Ｊ１、Ｊ２ 継ぎ目板
Ｂ ボルト

Claims (5)

1. レール頭部の表面に沿った方向にレーザ光を射出する出射部と、
   前記射出されたレーザ光を反射して当該レールに照射する反射部と、
   前記レールで反射された前記レーザ光を検出する検出部と、
   前記レールに対する前記出射部の位置を可動に設定する位置設定部と
   を備えることを特徴とするレール断面形状測定装置。
2. 前記位置設定部は、
   前記レールの延在方向に略垂直な断面を含む面内において、当該レールの上方及び側方を囲う案内部と、
   前記案内部に沿って移動可能に前記出射部を保持する保持部と
   を備えることを特徴とする請求項１記載のレール断面形状測定装置。
3. 前記案内部は、円弧形状であることを特徴とする請求項２記載のレール断面形状測定装置。
4. 前記レール頭部の両側面を挟持することで、前記案内部を前記レールに対して固定する固定部を備えることを特徴とする請求項２又は３記載のレール断面形状測定装置。
5. 前記固定部は、前記レール頭部の両側面において、当該レールに連結される継ぎ目板との境界に接する形状であることを特徴とする請求項４記載のレール断面形状測定装置。

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