JP2016011106A - 軌道を測定するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】前方と後方とで軌道走行可能な２つの外側測定台車とこれらの外側測定台車間に配置された軌道走行可能な１つの中央の測定台車とを有する、特に保線機械用の、軌道を測定するための装置を提供する。【解決手段】好適な測定を可能にするため、中央の前記測定台車２２に指向されているそれぞれ少なくとも１つの位置エンコーダ１４，２０が、外側測定台車１５，２１に付設されていること、及び、少なくとも１つの光学センサが、当該後方の測定台車１５に指向されていて、少なくとも１つの別の光学センサが、前方の測定台車２１に指向されているように、少なくとも２つの光学センサ１６，１７、特にカメラが、１つの光学軸３４上で中央の測定台車２２に配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、前方と後方とで軌道走行可能な２つの外側測定台車とこれらの外側測定台車間に配置された中央で軌道走行可能な１つの測定台車とを有する、特に保線機械用の、軌道を測定するための装置に関する。

このような光学式の測定装置、すなわち軌道突き固め機械用の制御装置は、軌道の実際の（横方向の）位置と軌道の実際の垂直位置とを同時に取り込むために使用される。このため、従来の軌道突き固め機械によれば、３つの測定台車が、軌道上で走行される。緊張鋼線を利用する測定装置が一般的である（ドイツ出願公開第１０３３７９７６号明細書）。当該測定のため、１つの緊張鋼線が、前方の測定台車と後方の測定台車との間に張設されている。中央の台車が、この緊張鋼線の偏差を測定するセンサを支持する。当該軌道突き固め機械では、軌道を突き固めるために必要なタンピング装置も、このセンサの近くに存在するので、当該緊張鋼線は、急カーブ内で多くの場合に邪魔である。当該タンピング装置が、この緊張鋼線と衝突しないように、この緊張鋼線は、その双方の外側張設点で多くの場合に機械式に横方向に反らされる。当該反りによって発生する測定誤差が、電子式に補正される。

軌道の上記垂直位置を測定するため、複数のいわゆる水準測量ロープが、２つのレールにわたって張設される。これらのレールにわたる双方の測定点が、多くの場合に角度エンコーダによって走査される。当該複数の水準測量ロープは、上側に配置される必要がある。何故なら、下側の領域内では、上記タンピング装置及びボギー台車にとって邪魔になるからである。これらの水準測量ロープは、このタンピング装置用のキャビン内まで引き込まれる。この場合、これらの水準測量ロープは、上記軌道突き固め機械内の作業員の自由な移動を制限する。複数の鋼ロープが、振動し（突き固め周波数は、一般に３５Ｈｚである）、それらのロープ張力とそれらの自重とに応じて垂れ下がる。その結果、測定が不正確になる。これらの鋼ロープは、当該軌道突き固め機械の運送時に緩められる必要がある。何故なら、測定台車が、ロック位置にされるからである。多くの場合、これらの鋼ロープは、当該輸送時に損傷を受けるか、又は、これらの鋼ロープは、張設工程時に縺れる。曲線軌道内のその軌道のカントにおける水準測量ロープのドリフトが、さらなるシステム誤差を引き起こす。当該システム誤差は、計算によって補正される必要がある（いわゆる沈下量）。測定結果を不正確にさせないため、使用される距離計が、非常に滑らかに稼働され且つ僅かな力で走査される必要がある。当該複数の鋼ロープに固定されている支持部材の遊びが、測定をさらに不正確にする。

ドイツ出願公開第１０３３７９７６号明細書

したがって、本発明の課題は、上記の緊張鋼線装置の欠点を回避し、より高い測定精度、汎用性のある使用可能性及びより低い故障率を保証する、冒頭で述べた種類の装置、特に光学式測定制御装置を提供することにある。

本発明は、中央の測定台車に指向されているそれぞれ少なくとも１つの位置エンコーダ（ロケータ）が、外側測定台車に付設されていること、及び、少なくとも１つの光学センサが、後方の測定台車に指向されていて、少なくとも１つの別の光学センサが、前方の測定台車に指向されているように、少なくとも２つの光学センサ、特にカメラが、１つの光学軸上で前記中央の測定台車に配置されていることによって、上記の課題を解決する。

本発明によれば、上記の前方の測定台車及び後方の測定台車は、光学パターンを放射又は表示する位置エンコーダ、特に光学装置等を備える。１つの光学軸上に配置された２つの光学センサが、当該２つの測定台車間に存在する中央の測定台車に付設されている。この場合、その一方の光学センサが、当該前方の位置エンコーダ又は測定台車に指向されていて、その他方の光学センサが、後方の位置エンコーダ又は測定台車に指向されている。センサ面、例えばカメラ上の位置エンコーダの位置が、従来の画像解析プログラムを用いて、これらの測定台車の既知の幾何学的な相対距離とこれらの光学センサの倍率とによって算出され、軌道内の当該前方の測定台車及び当該後方の測定台車の実際の位置が、高さ及び横方向の位置について当該位置エンコーダの位置から計算され得る。保線機械、例えば、軌道を目標の位置に持ち上げて補修するための突き固め機械が、当該測定されて計算された実際の位置を当該軌道の目標の位置と比較することによって適切に制御及び調整され得る。

一方のカメラが前方に指向されていて、他方のカメラが後方に指向されているように、当該２つのデジタルカメラ又はＰＳＤカメラ、すなわち光学位置センサが、中央の測定台車上に、特に中央に位置決めされていて且つ１つの光学軸上に存在すると、非常に有益である。光学位置センサは、複数の位置標示灯の１次元の位置又は２次元の位置を測定し得るセンサである。このようなセンサは、２つのクラスに分類され得る。つまり、一方では、アナログセンサ、例えば、線形（連続する）位置情報を提供する位置検出ダイオード（ＰＳＤ）が存在し、他方では分散型デジタルセンサ、例えばＣＣＤカメラが存在する。当該デジタルセンサの表面が、ラスター状に構成されていて、当該表面が、分散型の場所情報を提供する。この場合、本発明用のＣＣＤカメラは、少なくとも４メガピクセルの大きさを有しなければならない。

本発明の好適なその他の構成によれば、それぞれ少なくとも１つの位置エンコーダが、前方の測定台車と後方の測定台車とに付設されている。また、当該それぞれ少なくとも１つの位置エンコーダは、それぞれ少なくとも１つの位置標示灯を有する。画像解析を簡単にするため、特に、複数の位置標示灯が、所定の幾何学配置及び大きさでそれぞれ１つの発光装置に統合されている。本発明の１つの実施の形態は、複数の光源が（白熱灯又は高出力ＬＥＤとして）幾何学的に解析可能な形で且つ場合によっては様々な色調で発光するように構成されることを提唱する。場合によっては、当該位置エンコーダは、光源によって照明可能な反射器でもよい。当該反射器（ストリップ）も、特に特定の幾何学的形状を有する。

上記の両測定台車の垂直位置が、曲線軌道内で横方向に且つ垂直方向に外れると、カメラが、対応する画像を録画する。これらの測定台車の実際の位置が、このカメラの倍率によって再帰計算される結果、これらの測定台車に対するこのカメラの位置が計算され得る。カメラの視野が、小さい軌道半径内で十分でない場合、照明装置又は反射器を、スライド位置検出部を有する横スライド装置上に配置することが提唱される。したがって、上記の位置標示灯が、機械式の調整装置を使用して当該カメラの視野内で横方向に移動され得る。当該調整距離が、調整エンコーダによって測定され得る。この調整距離は、電算解析時に考慮され得る。

上記の位置標示灯又は反射器の画像が、非常に良好に特定可能であるように、背景画像が除去され得る。このため、起動された位置エンコーダ（反射器）を有する１つの画像が録画され、その後に停止された位置エンコーダ（反射器）を有する１つの画像が録画され、これらの画像が、互いに差し引かれるように、当該光を放射する位置エンコーダとカメラとが制御される。その結果、当該背景画像及び場合によっては起こり得る表示エラーが除去される。

上記の位置標示灯は、様々な色で照明するように構成され得る。同様に、当該位置標示灯の発光色も、制御装置によって切り替え可能にできる。個々の発光素子のカラーリングは、録画ごとに入れ替わるように構成されてもよい（多色ＬＥＤ）。利点が、画像解析時及び可能な妥当性チェック時に得られる。例えば突き固め機械の作業速度が、非常に遅いので（最大で２．５ｋｍ／ｈ）、当該収録される２つの画像の背景が、実質的に等しいと仮定され得る。当該位置標示灯が、十字形に配置されている場合、カメラ測定台車に対する外側測定台車の横方向の傾きが、当該画像データから計算され得る。横方向絶対傾斜計（振り子、傾斜計等）を有するカメラ測定台車の構成の場合、当該外側測定台車の絶対傾きも計算され得る。突き固め機械では、当該傾きは、振り子によって測定され、当該突き固め機械を制御するために使用される。当該横方向の傾きは、カメラ測定台車で測定され得る必要はなく、当該測定は、当該複数の外側測定台車のうちの１つの外側測定台車で実行されてもよい。これらの外側測定台車のうちの一方の外側測定台車の絶対傾きが既知である場合、他方の外側測定台車の傾きが、上記カメラによって算出された傾き角度によって再帰計算され得る。突き固め機械の補修工程及び持ち上げ工程が、０．３〜０．５秒の範囲内の時定数で稼働するので、５０Ｈｚの録画速度が十分である。当該光学式の十字形の中心と、カメラ画像の軌道の横方向の当該十字形の傾きとが、従来の画像解析ソフトウェアによって座標と角度とで表示され得る。

測定車輪の機械摩耗及びその他の影響変数に起因して、突き固め機械の上記測定装置は、随時校正される必要がある。理想的には、当該測定装置の機能が、作業段階の開始前に必ず検査される。緊張鋼線を有する従来の測定システムは、通常はアナログ回路を備える。当該従来の測定システムは、複雑な調整を必要とするので、作業の開始前の測定装置の自動化された簡単で且つ迅速な検査は、実質的に不可能である。複数の位置標示灯を有する構成のときの本発明の実施の形態の場合、これらの位置標示灯は、倍率を校正するために使用され得る。これらの位置標示灯の間隔及び配置が、規定されていて且つ予め設定されているので、当該倍率が、センサ面上のこれらの位置標示灯の画像から計算（校正）され得る。このため、１つの位置標示灯の個々の発光素子（ＬＥＤ）が、別々に切り替えられて起動されてもよい。当該説明した校正は、突き固め作業の開始の直前でも常に自動化されて且つ迅速に実行され得る。

本発明の上記の構成では、緊張鋼線の代わりの慣性のない光学測定軸が有益である。さらに、当該光学測定軸は、特に軌道の中央に存在する。当該軌道の中央では、この光学測定軸は、作業装置の領域内で邪魔されずに作用する。緊張鋼線及び水準測量エンコーダの場合のようなシステムエラーによる当該緊張鋼線のドリフトが存在しないので、達成可能な測定精度が著しく向上する。さらに、運送及び整備中に頻繁に発生する上記鋼ロープの損傷が起きない。上記測定台車の補修位置、垂直位置及び横方向の傾きの同時の取り込みが、さらなる利点である。さらに、デジタルカメラを使用する場合、アナログ変位センサを使用するときに頻繁に起こるような、温度に起因したオフセット移動が発生しない。

図面には、本発明の対象が、例として示されている。

従来の技術による、車両の方角用の張設された測定緊張線と測定センサとを有する測定装置の上面図である。 図１による測定装置の側面図である。 本発明の測定装置の上面図である。 図３による測定装置の側面図である。 本発明の位置標示等の構成を示す。 カメラ測定台車の振り子と、概略的に示されたカメラ画像とを有する本発明の構成を示す。 外側測定台車の横側及び高さ側の偏差を同時に表示する場合のカメラ画像を示す。 図７による２つのカメラ画像から構成された１つの画像を示す。

従来の技術による緊張鋼線３を有する測定装置の場合（図１）、２つの張設台車２，７が、軌道１内で移動する。中央の補修測定台車４が、距離計５を支持する。この緊張鋼線３の偏差６が、この距離計５によって測定される。張設台車２，７及び中央の補修測定台車４は、特に保線機械の一部、特に持ち上げ補修装置の一部である。目標の偏差が、公知の軌道構造に応じて算定され得る。測定される実際の偏差６を比較することによって、軌道が、対応する補修機器によって目標の位置に移動され、その目標の位置で突き固めによって固定される。

軌道高さ用の緊張鋼線１３を有する従来の測定装置の場合（図２）、２つの水準測量台車８，１２が、軌道１内で移動する。高低偏差１１を測定する水準測量エンコーダ１０が、水準測量台車９上に存在する。偏差が零になり、軌道が、その位置で突き固めによって固定されるように、突き固め機械の持ち上げ機器が、目標の高さを当該方法によって測定される実際の高さと比較することによって制御される。

本発明の補修用の構成の場合（図３）、軌道内で走行可能な２つの外側測定台車１５，２１が、複数の位置エンコーダ１４，２０、すなわち複数の位置標示灯又は複数の反射器ストリップを支持する。中央のカメラ測定台車２２が、光軸３４上に配置された２つのカメラ１６，１７を支持する。この場合、一方のカメラ１６が、後方の測定台車１４へ指向されていて、他方のカメラ１７が、前方の測定台車２１へ指向されている。当該カメラ用の位置標示灯１４，２０が、処理すべき最も小さい軌道半径のときでも目視可能であるように、画像角度範囲（対物レンズの焦点距離）が選択される。

同時に、軌道の高さが測定される（図４）。当該概略図は、本発明の装置の側面図である。

図５は、複数の位置標示灯の可能な配置を示す。これらの位置標示灯は、高出力ＬＥＤとして構成され得る。この場合、容易に評価可能にするため、且つ、画像解析時の妥当性チェックのため、当該ＬＥＤは、多色に且つ色を切り替え可能に構成され得る。例えば、ＬＥＤ２３が、赤色／緑色に発光し、ＬＥＤ２７が、緑色／赤色に発光し、中央のＬＥＤ２６が、白色／黄色に発光し、ＬＥＤ２４及び２５が、黄色／白色に発光し得る。

本発明の装置（図６）を軌道軸１の方向に簡略化して示す。傾斜計３５が、カメラ測定台車２２にさらに設置されている。カメラ位置１６，１７に対する２つの外側の位置エンコーダの実際の偏差は、Ａ及びＢである。座標軸ｘが、軌道の長手方向に規定されていて、軌道の横方向が、ｙ軸として規定されていて、垂直軸が、ｚ軸として規定されている。外側の２つの位置測定台車は、軌道走行可能に構成されていて、カメラ測定台車から距離ａ及びｂ離間して存在する。一般に、ａは、４〜６ｍの長さであり、ｂは、８〜１２ｍの長さである。横偏差は、軌道の中心から０．８ｍであり、高低偏差は、軌道の中心から０．４ｍである。このとき、双方の位置標示灯の仮想接続線に対するカメラの偏差が、Ｃとして得られる。２つのカメラ画像２８，２９は、距離Ａ’及びＢ’と一緒に位置標示灯３０，３１の位置をモニターに同様に表示する。

このとき、上記の双方の位置標示灯１４，２０の接続線に対するカメラ１６，１７の位置Ｃに対して：

が、（符号を簡略化して）得られる（図７）。
この場合、Ａ及びＢは、カメラ解析と倍率（Ｍ_１，Ｍ_２）とから、以下のように：

から得られる。

位置標示灯の横偏差及び垂直偏差の場合（図７）、上記の横偏差と同時に、垂直偏差も、以下のように算出される：

この場合、Ｘ及びＹは、カメラ解析と倍率とから、以下のように同様に得られる：

図８は、図７による位置標示灯３２，３３を１つに統合された画像２８，２９で示す。このとき、当該双方の位置標示灯３２，３３は、それらの外側の測定台車で支配的な横断勾配に起因して、カメラ軸に対して角度α_Ａ及びα_Ｂだけ傾いている。当該実際の傾きを算出するため、座標系が、測定されるカメラの傾きα_Ｋによって回転される。したがって、後方の測定台車の絶対傾きα_Ａ及び前方の測定台車の絶対傾きα_Ｂが、当該カメラの傾きを測定することによって算出され得る。

１ 軌道、軌道軸
２ 張設台車
３ 緊張鋼線
４ 補修測定台車
５ 距離計
６ 偏差
７ 張設台車
８ 水準測量台車
９ 水準測量台車
１０ 水準測量エンコーダ
１１ 高低偏差
１２ 水準測量台車
１３ 緊張鋼線
１４ 位置エンコーダ
１５ 外側測定台車
１６ カメラ、カメラ位置
１７ カメラ、カメラ位置
１８ 撮像角度範囲
１９ 撮像角度範囲
２０ 位置エンコーダ
２１ 外側測定台車
２２ カメラ測定台車
２３ 位置標示灯
２４ 位置標示灯
２５ 位置標示灯
２６ 位置標示灯
２７ 位置標示灯
２８ カメラ画像、１つに統合された画像
２９ カメラ画像、１つに統合された画像
３０ 位置標示灯
３１ 位置標示灯
３２ 位置標示灯
３３ 位置標示灯
３４ 光軸
３５ 傾斜計

Claims (12)

1. 前方と後方とで軌道走行可能な２つの外側測定台車（１５，２１）とこれらの外側測定台車間に配置された軌道走行可能な１つの中央の測定台車（２２）とを有する、特に保線機械用の、軌道を測定するための装置において、
   中央の前記測定台車（２２）に指向されているそれぞれ少なくとも１つの位置エンコーダ（１４，２０）が、前記外側測定台車（１５，２１）に付設されていること、及び、少なくとも１つの光学センサが、当該後方の測定台車（１５）に指向されていて、少なくとも１つの別の光学センサが、当該前方の測定台車（２１）に指向されているように、少なくとも２つの光学センサ（１６，１７）、特にカメラが、１つの光学軸（３４）上で前記中央の測定台車（２２）に配置されていることを特徴とする当該装置。
2. 前記光学センサ（１６，１７）は、デジタルカメラであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記光学センサは、ＰＳＤカメラ（１６，１７）、すなわち光学位置センサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記位置エンコーダ（１４，２０）は、位置標示灯（２３，２４，２５，２６，２７）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 複数の位置標示灯（２３，２４，２５，２６，２７）が、所定の幾何学配置でそれぞれ１つの発光装置に統合されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記複数の位置標示灯（２３，２４，２５，２６，２７）は、異なる発光色を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
7. 前記複数の位置標示灯（２３，２４，２５，２６，２７）の複数の発光色が、制御装置によって切り替え可能であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. １つの位置標示灯（１４，２０）の個々の位置標示灯（２３，２４，２５，２６，２７）が、互いに別々に制御装置によって切り替え可能であり且つ制御可能であることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記位置エンコーダ（１４，２０）は、それぞれ少なくとも１つの光源によって照明可能な反射器として構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記カメラ（１６，１７）が、光を放射する位置エンコーダ（１４，２０）の画像と、停止された位置エンコーダ（１４，２０）の画像とを交互に録画するように、当該光を放射する位置エンコーダ（１４，２０）及び前記カメラ（１６，１７）が制御されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 横方向傾斜計（３４）が、当該複数の測定台車のうちの少なくとも１つの測定台車（２２）に付設されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 当該照明装置（１４，２０）又は前記反射器が、スライド位置検出部を有する横スライド装置上に配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。

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