JP2567354B2 - 軌道面の変位測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軌道を走行する車両に
取付けられて、車両から軌道面までの垂直方向の距離を
測定して、軌道面の変位を測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道等においては、車両が軌道上を走行
する。この軌道は、車両が走行することにより、外部か
らの干渉により、更には環境の変化により、劣化や破損
を生じることがあり、これによって、安全面はもとよ
り、乗り心地にも悪影響を与え、騒音を発生または増大
させる。このため、軌道面を保守点検する必要がある。
特に、鉄道においては、線路の高低狂い（一定の長い距
離での許容範囲を越える凹凸をいう）を測定したり、細
かい傷や継ぎ目の段差等が軌道の損傷や騒音の原因とな
るので線路の頭頂面の変位を測定したりしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】軌道の高低狂いの測定
や軌道の頭頂面の変位の測定のために、車両に光学式セ
ンサや電磁式センサを取付けて、軌道へ接触することな
く車両から軌道面までの距離を測定する軌道面の検査装
置は知られている。これらの装置は、軌道に接触しない
という利点があるものの、車両が走行時に振動するの
で、センサに影響が及んで測定に誤差を生じてしまって
いた。それらの誤差を除去するための工夫が試みられて
いるが、複雑で高価なものになり、しかも、その誤差を
完全に除去するのは難しい。

【０００４】従って、本発明の目的は、車両の走行によ
り発生する振動が測定値に影響しない軌道面の変位測定
装置を提供することにある。また、本発明は、車両の走
行により発生する振動の影響を受けずに、軌道の高低狂
いを測定する装置、及び軌道の頭頂面の状態を検出する
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明によれば、軌道を走行する車両に取付けられ
て、車両から軌道面までの垂直方向の距離を測定して、
軌道面の変位を測定する装置であって、垂直方向に一定
の固有振動数で固有振動する自由振動系と、該自由振動
系の一端に取付けられて、軌道面までの垂直方向の距離
を検出するセンサ手段と、該センサ手段からの信号を受
けて、前記固有振動数に基づく信号の変化から軌道面に
対する仮想原点を算出し、前記センサ手段からの信号に
よって前記仮想原点から軌道面までの垂直方向の距離を
測定する処理手段とから成ることを特徴とする軌道面の
変位測定装置が提供される。また、本発明によれば、そ
の軌道面の変位測定装置を備えた軌道の高低狂いを測定
する装置、並びに、前記の変位測定装置を備えた軌道の
頭頂面の状態を検出する装置が提供される。

【０００６】

【作用】本発明においては、軌道面までの垂直方向の距
離を検出するセンサ手段が、走行車両に直接取付けられ
るのではなく、垂直方向に一定の固有振動数で固有振動
する自由振動系の一端に取付けられるので、該固有振動
数に基づく信号の変化から軌道面に対する仮想原点を算
出することができ、この仮想原点は、固有振動数のみに
よって変化し、車両の走行に伴う振動によっては変化し
ないので、この仮想原点を基礎として軌道面までの垂直
方向の距離を測定した場合、その測定値には車両の振動
による影響が生じない。従って、車両の走行に伴う振動
による測定誤差が除去できるようになった。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。図１において、本発明に係る軌道面の
変位測定装置１は、軌道２を走行する車両３に直接また
はボックス５の中に取付けられる。軌道面の変位測定装
置１は、垂直方向に一定の固有振動数Ｆｏで固有振動す
る自由振動系６と、この自由振動系６の下端に取付けら
れて、軌道面までの垂直方向の距離を検出する距離セン
サ７と、この距離センサ７の手段を送るケーブル９と、
距離センサからの信号を受けて処理する処理装置１０と
を備えている。自由振動系６は、例えば、ボックス５の
天井から吊るして垂直方向に固有振動するコイルばね等
で構成される。このコイルばねは垂直方向にのみ固有振
動するように規制されている。距離センサ７は非接触式
距離センサが好ましく、例えば、レーザ光を発してその
反射光との位相差によって距離を検出するレーザ光距離
センサ等を用いることができる。このような光センサを
用いた場合、車両３の底面には光が透過するガラス等の
材料で窓が形成される。また、距離センサ７は、自由振
動系６の下端に吊るされているので、固有振動数Ｆｏで
垂直方向に振動することとなる。更に、ケーブル９は、
距離センサ７に接続されているので、距離センサ７に連
結された自由振動系６の固有振動に影響がでないよう
に、その接続部分に工夫がなされている。

【０００８】処理装置１０は、好ましくは、マイクロプ
ロセッサやパーソナルコンピュータ等の種々のデジタル
処理装置で構成される。この処理装置１０は、図２に示
すように、一定の周波数特性を有する。すなわち、自由
振動系の固有振動数Ｆｏより高い周波数の信号であっ
て、距離センサ７の応答速度で定まる周波数Ｆｒより低
い周波数の信号だけを受入れる周波数特性を有する。こ
の周波数特性は、処理装置１０の入力部に対応するフィ
ルタを設けてもよいが、かかるフィルタの代わりに、処
理装置１０の内部で、距離センサ７からの信号を、上記
周波数特性のデジタルフィルタによる処理を行うように
するのが好ましい。図３には処理装置１０の代表的な構
成が示されている。処理装置１０は、距離センサ７から
のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１
１と、デジタル信号処理部１３と、デジタル信号をアナ
ログ信号に変換するＤＡ変換器１４とを備え、デジタル
信号処理部１３には、操作卓１５から操作のための信号
が入力され、デジタル信号処理部１３からは一定の内容
が表示部１７に表示される。なお、図示のように、処理
装置１０には、デジタル信号が出力されるデジタル出力
が設けれられるのが好ましく、これにより、そのデジタ
ル信号を、外部の機器のよっても利用し、処理できる。

【０００９】かかる構成でなる変位測定装置１の動作は
次の通りである。先ず、距離センサ７は自由振動系６に
支持されているので、走行する車両が振動しても、固有
振動数Ｆｏ以上の振動は自由振動系６に吸収され、距離
センサ７は、固有振動数Ｆｏ以上の走行車両の振動の影
響を受けずに、軌道２の面までの垂直方向の距離を測定
できる。処理装置１０は、前記のように、一定の周波数
特性を有するので、走行する車両が振動しても、固有振
動数Ｆｏ未満の振動が除去される。従って、処理装置１
０で取扱われる信号には走行する車両の振動による影響
がなくなる。距離センサ７からの信号は、図４に図示の
ように、固有振動数Ｆｏで振動する信号であり、この固
有振動数Ｆｏで振動する基本信号１８に、距離センサ７
によって測定した距離信号１９が重畳される。処理装置
１０は、図４の重畳信号２１を受取って、固有振動数に
基づく基本信号の変化から軌道面に対する仮想原点を算
出する。この仮想原点は、図５の基線２２で示される。
処理装置１０は、更に、距離信号１９が基線２２すなわ
ち仮想原点からどれくらいの高さにあるかどうかを演算
して仮想原点から軌道面までの垂直方向の距離を測定す
る。かかる測定は、車両３の走行中に行われ、距離セン
サ７からの距離信号がリアルタイムで処理されて、仮想
原点から軌道面までの垂直方向の距離が測定される。こ
れらの結果は必要に応じて表示部１７に表示され、ＤＡ
変換器１４からアナログ信号が出力される。また、操作
卓１５からは必要に応じて処理や表示が指示される。

【００１０】本発明においては、変位測定装置１を用い
て、軌道の高低狂いすなわち一定の長い距離での許容範
囲を越える凹凸を測定することができる。図５におい
て、距離信号１９の内、大きく変化する信号が一定の範
囲内にあれば、軌道の高低の狂いがないと判断でき、そ
の範囲を越えると、その軌道部分が高低に狂いがあると
判断できる。この場合において、本発明の装置は、リア
ルタイムで判断されるので、的確にその高低狂いのある
個所を定めることができる。また、本発明においては、
軌道の頭頂面の状態も検出できる。例として、軌道の継
ぎ目の部分の頭頂面の状態の検出を挙げる。この頭頂面
の状態の検出には、図５の距離信号１９の細かい変化の
信号が利用される。図６の（Ａ）は、その細かい変化の
信号部分を拡大したものである。図６の（Ｂ）は、第１
軌道２３と第２軌道２５とが連結されており、その連結
部分に硬い板状体２６が設けられ、板状体２６の両側の
継ぎ目に凹部２７が形成されている状態を示している。
図６の（Ａ）において、信号２９は、第１軌道２３の凹
部２７、板状体２６、第２軌道２５の凹部２７に対応す
る値の信号となっている。従って、信号２９によって、
軌道の頭頂面の状態も検出できる。

【００１１】

【発明の効果】本発明によれば、垂直方向に一定の固有
振動数で固有振動する自由振動系に軌道面までの垂直方
向の距離を検出するセンサ手段が設けられているので、
固有振動数に基づく信号の変化から軌道面に対する仮想
原点が、車両の走行に伴う振動に影響されずに得られ、
この仮想原点を基礎として軌道面までの垂直方向の距離
を測定するので、その測定値には車両の振動による影響
が生じない。従って、車両の走行に伴う振動による測定
誤差が除去でき、車両の走行により発生する振動の受け
ずに、リアルタイムで、一回の測定で、軌道の高低狂い
を測定したり、軌道の頭頂面の状態を検出することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る変位測定装置の構成図である。

【図２】処理装置の周波数特性を示す図である。

【図３】処理装置のブロック図である。

【図４】距離センサからの出力信号波形の一例を示す図
である。

【図５】図４の信号から固有振動による周波数成分を除
去した波形図である。

【図６】軌道の頭頂面の検出を示す図であり、（Ａ）は
距離信号に基づく信号波形を示す図であり、（Ｂ）は対
応する軌道の状態を示す図である。

【符号の説明】

１ 変位測定装置 ２ 軌道 ３ 車両 ６ 自由振動系 ７ 距離センサ １０ 処理装置 １８ 基本信号 １９ 距離信号 ２１ 重畳信号 ２２ 基線（仮想原点） ２３ 第１軌道 ２５ 第２軌道 ２６ 硬い板状体 ２７ 凹部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軌道を走行する車両に取付けられて、車
   両から軌道面までの垂直方向の距離を測定して、軌道面
   の変位を測定する装置において、 垂直方向に一定の固有振動数で固有振動する自由振動系
   と、該自由振動系の一端に取付けられて、軌道面までの
   垂直方向の距離を検出するセンサ手段と、該センサ手段
   からの信号を受けて、前記固有振動数に基づく信号の変
   化から軌道面に対する仮想原点を算出し、前記センサ手
   段からの信号によって前記仮想原点から軌道面までの垂
   直方向の距離を測定する処理手段とから成ることを特徴
   とする軌道面の変位測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の変位測定装置を備えて
   いることを特徴とする軌道の高低狂いを測定する装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の変位測定装置を備えて
   いることを特徴とする軌道の頭頂面の状態を検出する装
   置。