JP2018146509A - サードレール測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１台もしくは複数台のレーザ測域センサを使用し、各センサから取得したデータを基に、下面接触式サードレールの設置状態・使用度（摩耗度）を測定する。
【解決手段】下面接触式サードレール５及び走行レール８を同時に測定範囲に収めることができるレーザ測域センサ１０と、レーザ測域センサ１０で取得された位置データに基づき、走行レール８を基準としたサードレール５の位置を算出するデータ処理部４０とを備えたので、サードレール５の測定が可能となることに加え、レーザ測域センサ１０によりサードレール５を測定すると同時に走行レール８も測定することにより、走行レール８を基準としたサードレール５の位置を算出することができるという効果を奏する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サードレール測定方法及び装置に関する。詳しくは、１台もしくは複数台のレーザ測域センサを設置し、各センサから取得したデータを基に、サードレールの設置状態・使用度（摩耗度）を測定するものである。

サードレール（第三軌条）とは、電気鉄道の集電方式の一つに使用される、走行用レールとは別に走行用レールと並行して敷設される第三の給電用レールのことを言い、車両に取り付けた集電靴をこのサードレールに擦って車両に電気を供給する。
本明細書ではレールを基準として、上側を擦るタイプを上面接触式サードレール、下面を擦るタイプを下面接触式サードレールと定義する。

即ち、図７に示すように、上面接触式サードレール１は、上向きの状態で、碍子２上に設置して敷設され、その上方に保護板３が取付け金具である腕金４にて吊り下げられている。一方、図８に示すように、下面接触式サードレール５は、下向きの状態で、腕金６の上端から吊り下げられ、その上面は、保護板７により覆われている。
ここで、腕金４，６は、サードレール１，５を支持する金具を言い、一定間隔で設置されている。

上面接触式は主に日本国内で用いられている方式であり、下面接触式は主に海外で用いられている。本発明は下面接触式を対象とし、特に指定がない限り「サードレール」＝「下面接触式サードレール」を指す。
サードレールには、通常の架線と同様に高電圧電流が流れていることから、従来、測定を行う際は遮断し、直接作業員が測定を行う方式、または加圧中に非接触で測定する方式がある。非接触で行う測定方式に、レーザを用いたものがあり、以下の特許文献１が提案されている。

特許文献１は、日本国内で広く用いられている上面接触式サードレールに対して測定する方式であり、上面接触式サードレールの上部からセンサを用いて腕金の上部を検出し、同様に設置された複数のセンサの値を記録する方式である。

特開２０１２−１７３２５４号公報

上記特許文献１では、上面接触式サードレールの上面に向けたセンサの値から、その変位量を測定し、腕金上部を検出することができる。
しかし、下面接触式サードレールにおいては上記のような上面に飛び出した腕金の一部が存在しないため、特許文献１は腕金を検知（測定）することができないといった課題が挙げられる。

即ち、従来技術では下面接触式サードレールを測定できないといった問題があった。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、１台もしくは複数台のレーザ測域センサを使用し、各センサから取得したデータを基に、下面接触式サードレールの設置状態・使用度（摩耗度）を測定することを目的としている。

上記課題を解決する本発明の請求項１に係るサードレール測定装置は、下面接触式サードレール及び走行レールを同時に測定範囲に収めることができるレーザ測域センサと、前記レーザ測域センサで取得された位置データに基づき、前記走行レールを基準とした前記サードレールの位置を算出するデータ処理部とを備えることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項２に係るサードレール測定装置は、請求項１において、前記レーザ測域センサで取得された前記位置データを保存する記録装置と、前記レーザ測域センサで取得された前記位置データを前記記録装置に収録するデータ収録部とを備えることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項３に係るサードレール測定装置は、請求項１において、前記レーザ測域センサは、複数台であり、前記走行レール上を走行する車両に各々取り付けられることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項４に係るサードレール測定装置は、請求項３において、前記車両に取り付けられた２台の前記レーザ測域センサで各々取得された位置データに基づき、前記車両に対する前記走行レールの傾きを計算し、前記傾きに基づいて前記車両に対して前記走行レールに関して各々取得された前記位置データが水平となるように補正する車両動揺補正部を備えることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項５に係るサードレール測定方法は、下面接触式サードレール及び走行レールを同時にレーザ測域センサの測定範囲に収めると共に、前記レーザ測域センサで取得された位置データに基づき、前記走行レールを基準とした前記サードレールの位置を算出することを特徴とする。
上記課題を解決する本発明の請求項６に係るサードレール測定方法は、請求項５において、前記レーザ測域センサで取得された前記位置データを収録して保存することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項７に係るサードレール測定方法は、請求項５において、前記レーザ測域センサは、複数台であり、前記走行レール上を走行する車両に各々取り付けられることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項８に係るサードレール測定方法は、請求項７において、前記車両に取り付けられた２台の前記レーザ測域センサで各々取得された位置データに基づき、前記車両に対する前記走行レールの傾きを計算し、前記傾きに基づいて前記車両に対して前記走行レールに関して各々取得された前記位置データが水平となるように補正することを特徴とする。

本発明は、下面接触式サードレールの測定が可能となることに加え、レーザ測域センサによりサードレールを測定すると同時に走行レールも測定することにより、走行レール（または走行レール上を走行する車両の中心）を基準としたサードレールの位置を算出することができるという効果を奏する。具体的には、サードレールの摩耗量、保護板（カバー）のズレ・外れ、腕金のズレ・外れを測定できるという効果を奏する。

本発明の実施例１に係るサードレール測定装置の概略図である。 本発明の実施例２に係るサードレール測定装置の概略図である。 測定項目（検測項目）の説明図である。 車両のローリングを示す説明図である。 本発明の実施例１に係るサードレール測定方法のフローチャートである。 本発明の実施例２に係るサードレール測定方法のフローチャートである。 上面接触式サードレールに関し、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）は正面図である。 下面接触式サードレールに関し、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は正面図である。

［実施例１］
＜基本的な考え方の実施例＞
本発明の実施例１に係るサードレール測定装置を図１に示す。

本実施例のサードレール測定装置は、図１に示すように、サードレール５、腕金６、保護板７及び走行レール８（これらを、以下、構造物と言う）を同時に測定範囲とするレーザ測域センサ１０と、このレーザ測域センサ１０で取得された位置データを保存する記録装置２０と、このレーザ測域センサ１０で取得された位置データを記録装置２０に収録するデータ収録部３０と、このレーザ測域センサ１０で取得された位置データに基づき、構造物に関する各測定項目（検測項目）に該当する値を算出するデータ処理部４０を備える。

レーザ測域センサ１０とは、走査式のレーザ距離センサの総称であり、図１に示すように、センサ内のレーザ発信機から赤外線レーザを、図中破線で囲まれた角度θをなす扇状の測定範囲に照射し、構造物で反射された光を受光センサで受光することにより、その赤外線レーザの走査面内にある構造物までの距離と、赤外線レーザの照射された方向を表す角度値を連続して取得するものである。取得された位置データは、方位毎の測距データである極座標となる。

レーザ測域センサ１０は、構造物を同時に測定範囲とするために、サードレール５、保護板７及び走行レール８の敷設される方向に対して直交する枕木方向と平行となるよう設置され、その扇状の測定範囲は、水平方向に対して一定の仰角及び俯角を有する垂直面である。
レーザ測域センサ１０は、図１に示すように１台に限るものではなく、複数台として、取得された位置データを平均化すると精度が向上する利点がある。

データ処理部４０で算出される各測定項目に該当する値とは、図３に示すように、走行レール８の上端を高さ基準Ｖとし、この高さ基準Ｖからサードレール５までの垂直方向の距離であるサードレール高さＡ、この高さ基準Ｖから保護板７までの垂直方向の距離である保護板垂直方向距離Ｂ、走行レール８の側面を水平距離基準Ｈとし、この水平距離基準Ｈからの腕金６までの水平距離である腕金水平距離Ｃ、この水平距離基準Ｈから保護板７までの水平方向距離である保護板水平距離Ｄなどをいう。各測定項目に該当するサードレール高さＡは、走行レール８を基準とする値である。

データ処理部４０は、レーザ測域センサ１０で取得された位置データである構造物までの距離と照射方向を表す角度値よりなる極座標を、水平方向及び垂直方向の直交座標に変換（以下、「各検測項目データ分割」と言う）し、各測定項目に該当する値として、サードレール高さＡ、保護板垂直方向距離Ｂ、腕金水平距離Ｃ及び保護板水平距離Ｄを算出（以下、「基準値からの距離計算」と言う）する。

本実施例では、記録装置２０及びデータ収録部３０を備えているため、データ処理部４０は、レーザ測域センサ１０で取得された位置データとして、データ収録部３０により記録装置２０に既に記録された位置データを使用して上記演算を行うことも可能である。

上記構成を有するサードレール測定装置によるサードレール測定方法について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。
先ず、構造物であるサードレール５、腕金６、保護板７及び走行レール８を同時にレーザ測域センサ１０の測定範囲に収めて、レーザ測域センサ１０で取得された位置データをデータ収録部３０により記録装置２０に収録して保存する（ステップＳ１）。

次いで、レーザ測域センサ１０で取得された位置データに対して、データ処理部４０により各検測項目データ分割を行う（ステップＳ２）。
引き続き、各検測項目データ分割されたデータに基づき、データ処理部４０により基準値からの距離計算を行う（ステップＳ３）。

このように説明したように、本実施例は、下面接触式サードレール５の計測が可能となるのに加え、サードレール５を測定すると同時に走行レール８も測定することにより、走行レール８を基準とし、走行レール８からの水平又は垂直距離として、各測定項目に該当する値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを算出できるという効果を奏する。

具体的には、図３に示すように、走行レール８を基準とし、各測定項目に該当する値として、サードレール高さＡ、保護板垂直方向距離Ｂ、腕金水平距離Ｃ及び保護板水平距離Ｄを算出することができ、このことは言い換えると、サードレール５の高さ（摩耗量）、保護板７のズレ・外れ、腕金６のズレ・外れを測定できるといった利点があることである。
また、構造物を連続的に測定することができるため、サードレール５の支持点である腕金６の有無は「腕金水平距離Ｃ」の測定値の有無により判断することができる。

更に、レーザ測域センサ１０の測定範囲に走行レール８、サードレール５、腕金６が入る位置、かつ、サードレール５の接触面より下部であれば、レーザ測域センサ１０の設置位置に制約はないといった利点もある。
また、走行レール８に代えて、走行レール８上を走行する図示しない車両の中心を基準としても同様な効果を奏する。

即ち、レーザ測域センサ１０が、走行レール８上を走行する図示しない車両に取り付けられた場合には、車両を基準として、レーザ測域センサ１０が取り付けられる車両の動揺を考慮に入れず、構造物の設置状況を判断することができるという効果を奏する。

［実施例２］
＜２台のレーザ測域センサを使用する実施例＞
本発明の実施例２に係るサードレール測定装置を図２に示す。
実施例１の構成が片側のサードレール５を対象としたものに対し、本実施例は、図２に示すように、両側のサードレール５ａ，５ｂを対象とし、枕木方向に同軸にもう１台のレーザ測域センサを追加設置したものである。

即ち、本実施例のサードレール測定装置は、図２に示すように、サードレール５ａ、腕金６ａ、保護板７ａ及び走行レール８ａ（これらを、以下、構造物と言う）を同時に測定範囲とするレーザ測域センサ１０ａと、サードレール５ｂ、腕金６ｂ、保護板７ｂ及び走行レール８ｂ（これらを、以下、構造物と言う）を同時に測定範囲とするレーザ測域センサ１０ｂとを枕木方向に対して逆向きに各々設置したものである。つまり、図４に示すように、レーザ測域センサ１０ａに対して、枕木方向に１８０度回転させたもう片方側にも１台のレーザ測域センサ１０ｂを車両９に追加で設置したものである。

また、このレーザ測域センサ１０ａ，１０ｂで各々取得された位置データを保存する記録装置２０と、このレーザ測域センサ１０ａ，１０ｂで各々取得された位置データを記録装置２０に収録するデータ収録部３０と、このレーザ測域センサ１０ａ，１０ｂで各々取得された位置データに基づき、サードレール５ａ，５ｂ、走行レール８ａ，８ｂ、腕金６ａ，６ｂに関する各測定項目に該当する値を算出するデータ処理部４０を備える。

更に、記録装置２０、データ収録部３０及びデータ処理部４０に加え、２台のレーザ測域センサ１０ａ，１０ｂで各々取得された走行レール８ａ，８ｂの位置データから車両動揺を計算し、補正する車両動揺補正部５０を加えた点に特徴がある。それ以外は実施例１と同様である。

即ち、図４に示すように、２台のレーザ測域センサ１０ａ，１０ｂを取り付けた車両９がローリング（動揺）等により傾くと、２台のレーザ測域センサ１０ａ，１０ｂが各々取得する走行レール８ａ，８ｂの位置データは、走行レール８ａ，８ｂが車両９に対して傾いたものとなる。但し、これは見かけ上であって、実際には、走行レール８ａ，８ｂは傾いておらず、車両９がローリング（動揺）して傾いているのである。

そこで、車両動揺補正部５０は、２台のレーザ測域センサ１０ａ，１０ｂで各々取得された走行レール８ａ，８ｂの位置データに基づき、車両９に対する走行レール８ａ，８ｂの傾斜を計算（以下、「レール傾き計算」と言う）し、この傾斜を以て車両動揺と推定し、車両９に対して走行レール８ａ，８ｂに関して各々取得された位置データが水平になるように補正する（以下、「車両動揺補正」と言う）。これにより、実施例１では判らない、車両９のローリングの影響を打ち消すことができる利点がある。

ここで、図４に示す車両９のローリングにおいては、車両９がローリングしていない時に比較して、レーザ測域センサ１０ａで取得する走行レール８ａの方向を表す角度値が、車両９に対する走行レール８ａ，８ｂの傾斜分だけ余分であり、逆に、レーザ測域センサ１０ｂで取得する走行レール８ｂの方向を表す角度値が、車両９に対する走行レール８ａ，８ｂの傾斜分だけ少なくなっている。

そのため、車両動揺補正部５０は、車両動揺補正として、例えば、レーザ測域センサ１０ａで取得する走行レール８ａの方向を表す角度値に対して、車両９に対する走行レール８ａ，８ｂの傾斜分を減算し、逆に、レーザ測域センサ１０ｂで取得する走行レール８ｂの方向を表す角度値に対して、車両９に対する走行レール８ａ，８ｂの傾斜分を加算する。

上記構成を有するサードレール測定装置によるサードレール測定方法について、図６に示すフローチャートを参照して説明する。
先ず、構造物であるサードレール５ａ、腕金６ａ、保護板７ａ及び走行レール８ａを同時にレーザ測域センサ１０ａの測定範囲に収めると共に、構造物であるサードレール５ｂ、腕金６ｂ、保護板７ｂ及び走行レール８ｂを同時にレーザ測域センサ１０ｂの測定範囲に収めて、レーザ測域センサ１０ａ，１０ｂで各々取得された位置データをデータ収録部３０により記録装置２０に収録して保存する（ステップＴ１）。

次いで、車両動揺補正部５０によりレール傾き計算を行い（ステップＴ２）、車両動揺補正を行う（ステップＴ３）。
引き続き、データ処理部４０によりレーザ測域センサ１０ａ，１０ｂで各々取得された位置データに対して各検測項目データ分割を行い（ステップＴ４）、各検測項目データ分割されたデータに基づき、基準値からの距離計算を行う（ステップＴ５）。

このように説明したように、本実施例によれば、実施例１と同様な効果を奏する他、車両９に取り付けられた２台のレーザ測域センサ１０ａ，１０ｂで各々取得された位置データに基づき、車両９に対する走行レール８ａ，８ｂの傾きを計算（レール傾き計算）し、この傾きに基づいて、車両９に対して走行レール８ａ，８ｂに関して各々取得された位置データが水平になるように補正（車両動揺補正）するため、更に、車両９がローリングで傾斜しても、ローリングの影響を打ち消すことができると言う利点がある。

なお、本実施例では、レーザ測域センサ１０ａ，１０ｂは、走行レール８ａ，８ｂ上を走行する車両９に各々取り付けられるが、記録装置２０、データ収録部３０、データ処理部４０及び車両動揺補正部５０は必ずしも車両に搭載される必要はなく、地上に設置し、ネットワークを介して、レーザ測域センサ１０ａ，１０ｂと通信可能な状態としても良い。

本発明は、サードレール測定方法及び装置として産業上広く利用可能なものである。

１ 上面接触式サードレール
２ 碍子
３，７，７ａ，７ｂ 保護板
４，６，６ａ，６ｂ 腕金
５，５ａ，５ｂ 下面接触式サードレール
８，８ａ，８ｂ 走行レール
９ 車両
１０，１０ａ，１０ｂ レーザ測域センサ
２０ 記録装置
３０ データ収録部
４０ データ処理部
５０ 車両動揺補正部

Claims (8)

1. 下面接触式サードレール及び走行レールを同時に測定範囲に収めることができるレーザ測域センサと、
   前記レーザ測域センサで取得された位置データに基づき、前記走行レールを基準とした前記サードレールの位置を算出するデータ処理部とを備えることを特徴とするサードレール測定装置。
2. 前記レーザ測域センサで取得された前記位置データを保存する記録装置と、
   前記レーザ測域センサで取得された前記位置データを前記記録装置に収録するデータ収録部とを備えることを特徴とする請求項１記載のサードレール測定装置。
3. 前記レーザ測域センサは、複数台であり、前記走行レール上を走行する車両に各々取り付けられることを特徴とする請求項１記載のサードレール測定装置。
4. 前記車両に取り付けられた２台の前記レーザ測域センサで各々取得された位置データに基づき、前記車両に対する前記走行レールの傾きを計算し、前記傾きに基づいて前記車両に対して前記走行レールに関して各々取得された前記位置データが水平となるように補正する車両動揺補正部を備えることを特徴とする請求項３記載のサードレール測定装置。
5. 下面接触式サードレール及び走行レールを同時にレーザ測域センサの測定範囲に収めると共に、前記レーザ測域センサで取得された位置データに基づき、前記走行レールを基準とした前記サードレールの位置を算出することを特徴とするサードレール測定方法。
6. 前記レーザ測域センサで取得された前記位置データを収録して保存することを特徴とする請求項５記載のサードレール測定方法。
7. 前記レーザ測域センサは、複数台であり、前記走行レール上を走行する車両に各々取り付けられることを特徴とする請求項５記載のサードレール測定方法。
8. 前記車両に取り付けられた２台の前記レーザ測域センサで各々取得された位置データに基づき、前記車両に対する前記走行レールの傾きを計算し、
   前記傾きに基づいて前記車両に対して前記走行レールに関して各々取得された前記位置データが水平となるように補正することを特徴とする請求項７記載のサードレール測定方法。

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