JP2020153745A - 異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】早期に異常を検出することが可能な異常検出装置を提供する。【解決手段】異常検出装置１は、剛体である測定対象物の異常変形を検出する。異常検出装置１は、測定対象物の第１部分に設置され、レーザ光Ｌ１を放射する第１発光部１１と、測定対象物の第１部分とは離れた第２部分に設置され、第１発光部１１から放射されたレーザ光を受光する複数に分割された受光領域を有する第１受光部１２と、第１受光部１２の出力に基づいて測定対象物の変形の有無を判定する判定部３０とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、剛体である測定対象物の変形を検出する異常検出装置に関する。

鉄道車両の台車枠は金属疲労等により損傷が生じる可能性がある。これに対し（１）台車枠への超音波探傷検査、（２）橋梁に設置する地上側設備で台車の下面温度を測定する、（３）空気ばね内圧から車体の上下方向支持部品の異常を検知する、といった対策が検討されている。しかし、いずれも運行時の直接的な検知方法ではなく車両上でリアルタイムに損傷を検出する手法も望まれている。

特開２０１０−１９５３４５号公報（特許文献１）は、圧力センサまたは温度センサによって、鉄道車両の異常を常時監視することができる鉄道車両の車軸異常検知システムを開示している。また、特開２００６−２７５９５４号公報（特許文献２）は、振動センサによって、鉄道車両などの車両における軸受の損傷を早期かつ容易に検知することができる軸受監視システムを開示している。

特開２０１０−１９５３４５号公報 特開２００６−２７５９５４号公報

温度の上昇を検出することによって異常検出を行なう従来知られた技術では、異常が発生し温度が上昇するには損傷がある程度大きくなる必要があるので、異常の検知に至るまでには時間がかかる。また、振動加速度または圧力から異常検出を行なう技術では、様々な外来振動、電気的ノイズの中から特定の異常信号を抽出する必要があるので、処理が複雑となる。また、封入した加圧または減圧された気体の圧力から異常検出を行なう技術では、傷が内壁にまで達しないと検知することはできず異常の早期発見には不十分である。したがって、損傷が進行する前に早期かつ確実に発見できる異常検出装置が求められている。

本発明は、このような課題を解決するためのものであって、その目的は、剛体である測定対象物の変形異常を早期に検出することが可能な異常検出装置を提供することである。

本開示は、剛体である測定対象物の異常を検出する異常検出装置に関する。異常検出装置は、測定対象物の第１部分に設置され、レーザ光を放射する第１発光部と、測定対象物の第１部分とは離れた第２部分に設置され、第１発光部から放射されたレーザ光を受光する複数に分割された受光領域を有する第１受光部と、第１受光部の出力に基づいて測定対象物の変形の有無を判定する判定部とを備える。

好ましくは、異常検出装置は、測定対象物の第３部分に設置され、レーザ光を放射する第２発光部と、測定対象物の第３部分とは離れた第４部分に設置され、第２発光部から放射されたレーザ光を受光する複数に分割された受光領域を有する第２受光部とをさらに備える。判定部は、第１受光部の出力と第２受光部の出力とに基づいて測定対象物の変形の有無を判定する。

より好ましくは、第１部分と第２部分とを結ぶ線分は、四角形の第１対角線であり、第３部分と第４部分とを結ぶ線分は、四角形の第２対角線である。

好ましくは、測定対象物は、鉄道車両の台車枠である。
より好ましくは、判定部は、鉄道車両の運転中に繰り返し台車枠の変形を監視し、変形が検出されたら異常を報知する。

好ましくは、第１発光部は、半導体レーザである。
より好ましくは、第１受光部は、４分割フォトダイオードである。

さらに好ましくは、４分割フォトダイオードに照射されるレーザ光のスポット径の長径は、４分割フォトダイオードの全受光面の短辺以下で、かつ、４分割フォトダイオードの４つの受光面のうちの１つの受光面の短辺以上である。

本発明によれば、複雑な処理は不要であり、必要とする電気信号は直流成分もしくは低周波成分である。したがって、懸念される電気的な高周波ノイズをカットすることができ、直接変位を検知することが可能であることから変形異常を早期発見することができる。

本実施の形態の異常検出装置のブロック図である。 鉄道車両の台車への発光部と受光部の設置例を示す図である。 初期設置時の４分割フォトダイオードに入射されるレーザスポット光の位置を示す図である。 ４分割フォトダイオードの配置の変形例に入射されるレーザスポット光の位置を示す図である。 台車枠の側梁に変形が生じた時のＬ１側受光状態例と４分割フォトダイオードの出力関係式とを示す図である。 台車枠の横梁に変形が生じた時のＬ１側受光状態例と４分割フォトダイオードの出力関係式とを示す図である。 高さ方向に変形が生じた時のＬ１の受光状態例と４分割フォトダイオードの出力関係式とを示す図である。 台車枠の変形によって２方向に変位が発生した時の受光状態例と４分割フォトダイオードの出力関係式とを示す図である。 レーザ発光素子の劣化時または受光部の汚れ付着時の受光状態例と４分割フォトダイオードの出力関係式とを示す図である。 初期設置時の異常検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。 車両運行時の異常検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図１１のステップＳ１５の異常判定処理の詳細を示すフローチャートである。 発光部と受光部の配置の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態の異常検出装置のブロック図である。図２は、鉄道車両の台車への発光部と受光部の設置例を示す図である。

本実施の形態の異常検出装置は、鉄道台車枠などの剛体上の４点からなる四角形の２つ対角線上に、２組のレーザ光源と４分割フォトダイオードを設置した構成を有する。そして、本実施の形態の異常検出装置は、４分割フォトダイオードの各出力の和信号を比較することで剛体の変形の有無を直接取得し、剛体の異常の早期発見に寄与する。

以下に、図１、図２を参照して詳細な異常検出装置１の構成について説明する。異常検出装置１は、剛体である測定対象物（本実施の形態では車輪２１１，２１２の車軸を支持する台車枠１００）の変形を検出する。異常検出装置１は、第１発光部１１と、第１受光部１２と、判定部３０とを備える。

第１発光部１１は、台車枠１００の第１部分Ｐ１に設置され、レーザ光Ｌ１を放射する。第１受光部１２は、台車枠１００の第１部分Ｐ１とは離れた第２部分Ｐ２に設置され、第１発光部１１から放射されたレーザ光を受光する複数に分割された受光領域を有する。判定部３０は、第１受光部１２の出力に基づいて測定対象物の変形の有無を判定する。

好ましくは、異常検出装置１は、第２発光部２１と、第２受光部２２とをさらに備える。第２発光部２１は、台車枠１００の第３部分Ｐ３に設置され、レーザ光Ｌ２を放射する。第２受光部２２は、台車枠１００の第３部分Ｐ３とは離れた第４部分Ｐ４に設置され、第２発光部２１から放射されたレーザ光Ｌ２を受光する複数に分割された受光領域を有する。判定部３０は、第１受光部１２の出力と第２受光部２２の出力とに基づいて台車枠１００の変形の有無を判定する。

より好ましくは、図２に示すように、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とを結ぶ線分は、四角形１０の第１対角線である。この第１対角線は、レーザ光Ｌ１に対応する。また、第３部分Ｐ３と第４部分Ｐ４とを結ぶ線分は、四角形１０の第２対角線である。この第２対角線は、レーザ光Ｌ２に対応する。

第１発光部１１および第２発光部２１は、レーザ光源の中でもコンパクトな半導体レーザとすることが好ましい。

また、第１受光部１２および第２受光部２２は、２分割フォトダイオードでも良いが、４分割フォトダイオードとすることが好ましい。

より好ましくは、異常検出装置１は、第１受光部１２の受光信号の前処理を行なうローパスフィルタ１３Ａ〜１３Ｄ、アンプ１４Ａ〜１４Ｄ、およびオフセット調整回路１５Ａ〜１５Ｄと、マイクロコンピュータ１９とを含む。

マイクロコンピュータ１９は、Ａ／Ｄコンバータ１６Ａ〜１６Ｄと、メモリ１８と、演算処理部１７とを含む。

異常検出装置１は、さらに、第２受光部２２の受光信号の前処理を行なうローパスフィルタ２３Ａ〜２３Ｄ、アンプ２４Ａ〜２４Ｄ、およびオフセット調整回路２５Ａ〜２５Ｄと、マイクロコンピュータ２９とを含む。

マイクロコンピュータ２９は、Ａ／Ｄコンバータ２６Ａ〜２６Ｄと、メモリ２８と、演算処理部２７とを含む。

判定部３０は、マイクロコンピュータ１９，２９の上位システムであり、マイクロコンピュータ１９，２９の出力を受けて台車枠１００の異常変形の有無を判定する。

図３は、初期設置時の４分割フォトダイオードに入射されるレーザスポット光の位置を示す図である。図３に示すように、スポットＬＳが４分割フォトダイオードの中心部分に均等に配置されるように第１発光部１１、第１受光部１２のペアの位置を設定する。同様に、スポットＬＳが４分割フォトダイオードの中心部分に均等に配置されるように第２発光部２１、第２受光部２２のペアの位置を設定する。

発光部および受光部の位置決め後に、スポットＬＳの位置に多少のずれが発生している場合には、後段のオフセット調整回路１５Ａ〜１５Ｄ，２５Ａ〜２５Ｄにてフォトダイオードの４つの領域の検出値Ａ〜Ｄを均等化する。

レーザ光のスポットＬＳの受光面における径は、大きすぎると、スポットの位置が移動しても受光信号が変化せず、小さすぎるとスポットが少し移動しただけで後の変化がなくなる。

そこで、４分割フォトダイオードに照射されるレーザ光のスポットＬＳの径の長径は、４分割フォトダイオードの全受光面の短辺以下で、かつ、４分割フォトダイオードの４つの受光面のうちの１つの受光面の短辺以上とすることが好ましい。このような大きさのスポットとすることによって、スポットが中心からずれた場合に、ずれ方向を感度良く検出することが可能である。

図４は、４分割フォトダイオードの配置の変形例に入射されるレーザスポット光の位置を示す図である。図４に示すように、図３に示した配置の第１受光部１２を４５度回転させて、第１受光部１２Ｘのようにして配置しても良い。

図５は、台車枠の側梁に変形が生じた時のＬ１側受光状態例と４分割フォトダイオードの出力関係式とを示す図である。台車枠１００が変形していないときの第１受光部１２のスポット光位置が図５（Ｂ）に示される。

台車枠１００の側梁１０１に亀裂等が発生し台車枠１００が変形したときの第１受光部１２のスポット光位置が図５（Ａ）に示される。この場合、レーザ光Ｌ１は変化しないが、第１受光部１２の位置が矢印に示す方向に移動する。第１受光部１２の４つの領域の検出値Ａ〜Ｄの各強度の関係は、このとき、（Ｃ＋Ｄ）＞（Ａ＋Ｂ）、（Ｂ＋Ｃ）＝（Ａ＋Ｄ）、（Ｂ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｃ）となる。なお、「＝」は、完全一致のみならず、一定の誤差も許容する場合も含み、以下の説明についても同様である。

台車枠１００の側梁１０２に亀裂等が発生し台車枠１００が変形したときの第１受光部１２のスポット光位置が図５（Ｃ）に示される。この場合、第１受光部１２の位置は変化しないが、レーザ光Ｌ１が矢印に示す方向に移動する。第１受光部１２の４つの領域の検出値Ａ〜Ｄの各強度の関係は、このとき、（Ｃ＋Ｄ）＞（Ａ＋Ｂ）、（Ｂ＋Ｃ）＝（Ａ＋Ｄ）、（Ｂ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｃ）となる。

図５（Ａ）、図５（Ｃ）のいずれの場合も図５（Ｂ）と比較すると、（Ｃ＋Ｄ）＞（Ａ＋Ｂ）となった点が変化している。この変化を検出することにより、側梁１０１または１０２に亀裂が生じた可能性があることを知ることが可能となる。

図６は、台車枠の横梁に変形が生じた時のＬ１側受光状態例と４分割フォトダイオードの出力関係式とを示す図である。台車枠１００が変形していないときの第１受光部１２のスポット光位置が図６（Ｂ）に示される。

台車枠１００の横梁１０３に亀裂等が発生し台車枠１００が変形したときの第１受光部１２のスポット光位置が図６（Ａ）に示される。この場合、レーザ光Ｌ１は変化しないが、第１受光部１２の位置が矢印に示す方向に移動する。第１受光部１２の４つの領域の検出値Ａ〜Ｄの各強度の関係は、このとき、（Ｃ＋Ｄ）＜（Ａ＋Ｂ）、（Ｂ＋Ｃ）＝（Ａ＋Ｄ）、（Ｂ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｃ）となる。

台車枠１００の横梁１０４に亀裂等が発生し台車枠１００が変形したときの第１受光部１２のスポット光位置が図６（Ｃ）に示される。この場合、第１受光部１２の位置は変化しないが、レーザ光Ｌ１が矢印に示す方向に移動する。第１受光部１２の４つの領域の検出値Ａ〜Ｄの各強度の関係は、このとき、（Ｃ＋Ｄ）＜（Ａ＋Ｂ）、（Ｂ＋Ｃ）＝（Ａ＋Ｄ）、（Ｂ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｃ）となる。

図６（Ａ）、図６（Ｃ）のいずれの場合も図６（Ｂ）と比較すると、（Ｃ＋Ｄ）＜（Ａ＋Ｂ）となった点が変化している。この変化を検出することにより、横梁１０３または１０４に亀裂が生じた可能性があることを知ることが可能となる。

図７は、高さ方向に変形が生じた時のＬ１の受光状態例と４分割フォトダイオードの出力関係式とを示す図である。台車枠１００が変形していないときの第１受光部１２のスポット光位置が図７（Ｂ）に示される。

台車枠１００の側梁１０１の下側に亀裂等が発生し台車枠１００が変形したときの第１受光部１２のスポット光位置が図７（Ａ）に示される。この場合、レーザ光Ｌ１は変化しないが、第１受光部１２の位置が矢印に示す方向（上方向）に移動する。第１受光部１２の４つの領域の検出値Ａ〜Ｄの各強度の関係は、このとき、（Ｃ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｂ）、（Ｂ＋Ｃ）＞（Ａ＋Ｄ）、（Ｂ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｃ）となる。

台車枠１００の側梁１０１の上側に亀裂等が発生し台車枠１００が変形したときの第１受光部１２のスポット光位置が図７（Ｃ）に示される。この場合、レーザ光Ｌ１の位置は変化しないが、第１受光部１２の位置が矢印に示す方向（下方向）に移動する。第１受光部１２の４つの領域の検出値Ａ〜Ｄの各強度の関係は、このとき、（Ｃ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｂ）、（Ｂ＋Ｃ）＜（Ａ＋Ｄ）、（Ｂ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｃ）となる。

図７（Ａ）、図７（Ｃ）のいずれの場合も図７（Ｂ）と比較すると、（Ｂ＋Ｃ）と（Ａ＋Ｄ）との大小関係が変化している。この変化を検出することにより、側梁１０１の上側または下側に亀裂が生じた可能性があることを知ることが可能となる。

図８は、台車枠の変形によって２方向に変位が発生した時の受光状態例と４分割フォトダイオードの出力関係式とを示す図である。図８（Ａ）に示す例では、Ａを検出する領域またはＣを検出する領域に多く入射するようにスポット光が移動している。この場合には、４つの領域の検出値Ａ〜Ｄの各強度の関係は、（Ｂ＋Ｄ）＜（Ａ＋Ｃ）となる。一方、図８（Ｂ）に示す例では、Ｂを検出する領域またはＤを検出する領域に多く入射するようにスポット光が移動している。この場合には、４つの領域の検出値Ａ〜Ｄの各強度の関係は、（Ｂ＋Ｄ）＞（Ａ＋Ｃ）となる。

図９は、レーザ発光素子の劣化時または受光部の汚れ付着時の受光状態例と４分割フォトダイオードの出力関係式とを示す図である。発光部の劣化または受光部への汚れの付着などのために図９（Ａ）に示すようにスポット光の強度が全体的に低下した場合、または図９（Ｃ）に示すようにスポット光の面積が小さくなった場合には、４つの領域の受光強度の総和は、図９（Ｂ）に示す初期設定時の４つの領域の受光強度の総和を基準とすると、小さくなる。

以上説明したような受光部の出力の変化に基づいて、図１のマイクロコンピュータ１９は、上位システムである判定部３０に異常結果を出力する。図１のマイクロコンピュータ２９も同様に、上位システムである判定部３０に異常結果を出力する。

図１０は、初期設置時の異常検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、図１のマイクロコンピュータ１９，２９の各々において初期設定時に実行される。ここでは、マイクロコンピュータ１９で実行される例を説明するが、マイクロコンピュータ２９も同様な処理を実行する。

まず、ステップＳ１において、Ａ／Ｄコンバータ１６Ａ〜１６Ｄの値を演算処理部１７が読み込む。続いて、ステップＳ２において、演算処理部１７は、検出値にＡ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄが成立するか否かを判断する。

検出値にＡ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄが成立するとき（Ｓ２でＹＥＳ）、ステップＳ３において、演算処理部１７は、検出値Ａ〜Ｄに対する補正値をゼロにクリアして、不揮発性のメモリ１８に記憶させる。

一方、検出値にＡ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄが成立しないとき（Ｓ２でＮＯ）、ステップＳ４において、演算処理部１７は、検出値Ａ〜Ｄの総和の４分の１の値（平均値）と検出値Ａ〜Ｄの各々との差分を、検出値Ａ〜Ｄに対する補正値として、不揮発性のメモリ１８に記憶させる。

ステップＳ３またはＳ４の処理が終了すると、演算処理部１７は、ステップＳ５において、検出値Ａ〜Ｄの総和を不揮発性のメモリ１８に記憶させ、ステップＳ６において初期設定処理を終了する。

図１１は、車両運行時の異常検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
まずステップＳ１１において、演算処理部１７は、検出値Ａ〜Ｄの総和値を不揮発性のメモリ１８から読み出す。続いて、ステップＳ１２において、演算処理部１７は、検出値Ａ〜Ｄの各補正値を不揮発性のメモリ１８から読み出す。

そしてステップＳ１３では、演算処理部１７は、Ａ／Ｄコンバータ１６Ａ〜１６Ｄから今回取得された検出値Ａ〜Ｄの値を読み込み、ステップＳ１４において、読み込んだ検出値Ａ〜Ｄの値を補正値に従って補正する。

補正後の検出値Ａ〜Ｄの値に従って、ステップＳ１５において演算処理部１７は異常判定処理を実行し、その後ステップＳ１６において終了操作が行なわれたか否かを判断する。終了操作が行なわれていない場合（Ｓ１６でＮＯ）、ステップＳ１３〜Ｓ１５の処理が繰り返し実行され、終了操作が行なわれた場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、ステップＳ１７で処理が終了する。終了操作は、たとえば、測定終了ボタンが押されたこと、電源オフボタンが押されたことなどが考えられるが、直接的な作業者の操作でなくてもタイマーに設定された時間が経過したことなどであっても良い。

図１２は、図１１のステップＳ１５の異常判定処理の詳細を示すフローチャートである。図１２を参照して、演算処理部１７は、ステップＳ２１において、検出値Ａ〜Ｄの総和がメモリ１８から読み出した初期値よりも小さいか否かを判断する。

総和が初期値よりも小さい場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２２において演算処理部１７は、第１発光部１１または第１受光部１２の図９で説明したような異常と判定して、上位システムである判定部３０に判定結果を出力する。

一方、総和が初期値以上であった場合（Ｓ２１でＮＯ）、ステップＳ２３において演算処理部１７は、以下の関係が検出値Ａ〜Ｄに成立するか否かを判断する。
（Ｂ＋Ｄ）＜（Ａ＋Ｃ）、または（Ｂ＋Ｄ）＞（Ａ＋Ｃ）
ステップＳ２３の条件が成立した場合、ステップＳ２４において演算処理部１７は、図８で説明したような２方向の変位が発生したと判定して、上位システムである判定部３０に判定結果を出力する。一方、ステップＳ２３の条件が成立しない場合、ステップＳ２５において演算処理部１７は、以下の関係が検出値Ａ〜Ｄに成立するか否かを判断する。
（Ｃ＋Ｄ）＞（Ａ＋Ｂ）、かつ（Ｂ＋Ｃ）＝（Ａ＋Ｄ）、かつ（Ｂ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｃ）
ステップＳ２５の条件が成立した場合、ステップＳ２６において演算処理部１７は、側梁１０１または側梁１０２に図５で説明したような変形が発生したと判定して、上位システムである判定部３０に判定結果を出力する。一方、ステップＳ２５の条件が成立しない場合、ステップＳ２７において演算処理部１７は、以下の関係が検出値Ａ〜Ｄに成立するか否かを判断する。
（Ｃ＋Ｄ）＜（Ａ＋Ｂ）、かつ（Ｂ＋Ｃ）＝（Ａ＋Ｄ）、かつ（Ｂ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｃ）
ステップＳ２７の条件が成立した場合、ステップＳ２８において演算処理部１７は、横梁１０３または横梁１０４に図６で説明したような変形が発生したと判定して、上位システムである判定部３０に判定結果を出力する。一方、ステップＳ２７の条件が成立しない場合、ステップＳ２９において演算処理部１７は、以下の関係が検出値Ａ〜Ｄに成立するか否かを判断する。
（Ｃ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｂ）、かつ（Ｂ＋Ｃ）＞（Ａ＋Ｄ）、かつ（Ｂ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｃ）
ステップＳ２９の条件が成立した場合、ステップＳ３０において演算処理部１７は、上下方向の変位が生じ、側梁１０１等の下面に図７（Ａ）で説明したような亀裂が発生したと判定して、上位システムである判定部３０に判定結果を出力する。一方、ステップＳ２９の条件が成立しない場合、ステップＳ３１において演算処理部１７は、以下の関係が検出値Ａ〜Ｄに成立するか否かを判断する。
（Ｃ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｂ）、かつ（Ｂ＋Ｃ）＜（Ａ＋Ｄ）、かつ（Ｂ＋Ｄ）＝（Ａ＋Ｃ）
ステップＳ３１の条件が成立した場合、ステップＳ３２において演算処理部１７は、上下方向の変位が生じ、側梁１０１の上面等に図７（Ｃ）で説明したような亀裂が発生したと判定して、上位システムである判定部３０に判定結果を出力する。一方、ステップＳ３１の条件が成立しない場合、ステップＳ３３において演算処理部１７は、処理を図１１のフローチャートに戻す。

なお、図１２のフローチャートにおいては、ステップＳ２３以降で変形発生箇所を特定する分類を行なっているが、Ｓ２３，Ｓ２５，Ｓ２７，Ｓ２９，Ｓ３１のいずれかの条件が成立した場合に、分類せずに異常発生の可能性ありということを報知するだけでも良い。

上位システムである判定部３０は、マイクロコンピュータ１９，２９の各々で行なわれた異常判定処理の結果を受けて、警告表示を行なったり鉄道車両を停止したりする。

このようにして、判定部３０は、鉄道車両の運転中に繰り返し台車枠の変形を監視し、変形が検出されたら異常を報知する。

なお、図１１、図１２に示した処理は、マイクロコンピュータ１９，２９の各々で行なわれ、その結果を受けて判定部３０が異常判定を行なうこととしたが、マイクロコンピュータ１９，２９から検出値Ａ〜Ｄを受けた判定部３０が図１１、図１２に示した処理を実行しても良い。

以上説明したように、本実施の形態では、レーザ発光器と受光部である４分割フォトダイオードとを１組とする光学系を、図２に示すように対角線上に２組配置することによって、台車枠の前後左右上下の変位を取得することができる。従って、単に２点間の距離を測定する場合の構成と比べ、部品点数も少なく、安価で変位の有無取得が可能となる。

図１３は、発光部と受光部の配置の変形例を示す図である。図１３に示す変形例では、異常検出装置は、第１発光部１１１と、第１受光部１１２と、第２発光部１１３と、第２受光部１１４と、第３発光部１１５と、第３受光部１１６と、第４発光部１１７と、第４受光部１１８とを備える。

第１発光部１１１は、台車枠１００の第１部分Ｐ１１に設置され、レーザ光Ｌ１１を放射する。第１受光部１１２は、台車枠１００の第１部分Ｐ１１とは離れた第２部分Ｐ１２に設置され、第１発光部１１１から放射されたレーザ光Ｌ１１を受光する複数に分割された受光領域を有する。

第２発光部１１３は、台車枠１００の第３部分Ｐ１３に設置され、レーザ光Ｌ１２を放射する。第２受光部１１４は、台車枠１００の第３部分Ｐ１３とは離れた第４部分Ｐ１４に設置され、第２発光部１１３から放射されたレーザ光Ｌ１２を受光する複数に分割された受光領域を有する。

第３発光部１１５は、台車枠１００の第２部分Ｐ１２に設置され、レーザ光Ｌ１３を放射する。第３受光部１１６は、台車枠１００の第２部分Ｐ１２とは離れた第３部分Ｐ１３に設置され、第３発光部１１５から放射されたレーザ光Ｌ１３を受光する複数に分割された受光領域を有する。

第４発光部１１７は、台車枠１００の第４部分Ｐ１４に設置され、レーザ光Ｌ１４を放射する。第４受光部１１８は、台車枠１００の第４部分Ｐ１４とは離れた第１部分Ｐ１１に設置され、第４発光部１１７から放射されたレーザ光Ｌ１４を受光する複数に分割された受光領域を有する。

図１、図２に示した構成では、レーザ発光部と受光部からなる１組の変位検知セットを対角線上に２組配置することで、台車枠の４角と隣接する角をつなぐ計４辺に対して変位検知セットを配置する（図１３）よりも部品点数を少なく、より安価に構成することができる。

一方、図１３に示す配置では、レーザ発光器と受光部である４分割フォトダイオードとを１組とする光学系を４組使用するため図２に示す配置よりも部品点数は多くなる。しかし、台車の中央部分に遮蔽物がありレーザ光を通過させることができない場合には、図１３に示した配置とすることにより、台車枠の変形異常を検出することができる。

以上説明したように、本実施の形態に記載の異常検出装置は、複雑な処理は不要であり、必要とする電気信号は直流成分もしくは低周波成分である。したがって、懸念される電気的な高周波ノイズをカットすることができ、直接変位を検知することが可能であることから異常を早期発見することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 異常検出装置、１０ 四角形、１１，１１１ 第１発光部、１２，１２Ｘ，１１２ 第１受光部、１３Ａ〜１３Ｄ，２３Ａ〜２３Ｄ ローパスフィルタ、１４Ａ〜１４Ｄ，２４Ａ〜２４Ｄ アンプ、１５Ａ〜１５Ｄ，２５Ａ〜２５Ｄ オフセット調整回路、１６Ａ〜１６Ｄ，２６Ａ〜２６Ｄ Ａ／Ｄコンバータ、１７，２７ 演算処理部、１８，２８ メモリ、１９，２９ マイクロコンピュータ、２１，１１３ 第２発光部、２２，１１４ 第２受光部、３０ 判定部、１００ 台車枠、１０１，１０２ 側梁、１０３，１０４ 横梁、１１５ 第３発光部、１１６ 第３受光部、１１７ 第４発光部、１１８ 第４受光部、２１１，２１２ 車輪、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４ レーザ光、Ｐ１，Ｐ１１ 第１部分、Ｐ２，Ｐ１２ 第２部分、Ｐ３，Ｐ１３ 第３部分、Ｐ４，Ｐ１４ 第４部分。

Claims (8)

1. 剛体である測定対象物の異常を検出する異常検出装置であって、
   前記測定対象物の第１部分に設置され、レーザ光を放射する第１発光部と、
   前記測定対象物の前記第１部分とは離れた第２部分に設置され、前記第１発光部から放射されたレーザ光を受光する複数に分割された受光領域を有する第１受光部と、
   前記第１受光部の出力に基づいて前記測定対象物の変形の有無を判定する判定部とを備える、異常検出装置。
2. 前記測定対象物の第３部分に設置され、レーザ光を放射する第２発光部と、
   前記測定対象物の前記第３部分とは離れた第４部分に設置され、前記第２発光部から放射されたレーザ光を受光する複数に分割された受光領域を有する第２受光部とをさらに備え、
   前記判定部は、前記第１受光部の出力と前記第２受光部の出力とに基づいて前記測定対象物の変形の有無を判定する、請求項１に記載の異常検出装置。
3. 前記第１部分と前記第２部分とを結ぶ線分は、四角形の第１対角線であり、
   前記第３部分と前記第４部分とを結ぶ線分は、前記四角形の第２対角線である、請求項２に記載の異常検出装置。
4. 前記測定対象物は、鉄道車両の台車枠である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常検出装置。
5. 前記判定部は、前記鉄道車両の運転中に繰り返し前記台車枠の変形を監視し、変形が検出されたら異常を報知する、請求項４に記載の異常検出装置。
6. 前記第１発光部は、半導体レーザである、請求項１に記載の異常検出装置。
7. 前記第１受光部は、４分割フォトダイオードである、請求項６に記載の異常検出装置。
8. 前記４分割フォトダイオードに照射される前記レーザ光のスポット径の長径は、前記４分割フォトダイオードの全受光面の短辺以下で、かつ、前記４分割フォトダイオードの４つの受光面のうちの１つの受光面の短辺以上である、請求項７に記載の異常検出装置。

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