JP3852076B2 - Rail advance measuring device and measuring method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロングレールのふく進を光学的測定機器により自動的に測定する装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ロングレールにあっては、その伸縮量（ふく進）を定期的に測定し、ロングレールが座屈変形しないように保守点検を行っている。従来のふく進の測定は、レールを挟んだ左右の両脇に基準杭を打ち込んで固定し、当該基準杭どうしに水糸を張り（水糸を基準線とする）、水糸に定規を当てる等して左右の各レールの側面に付けたポンチマークが前記水糸からズレている量を測定し、過去の統計と比較することで、ふく進の度合いを検出するようにしている。
【０００３】
ところが、従来のこれらの測定作業は、現場作業員が手作業で行わなければならず、非能率的であり、作業者個人によるバラツキが生じやすいという欠点があった。また基準杭が線路の両脇に設置されるものであるため、列車との接触事故を避けるために列車見張り員を多数必要とする等の欠点があった。しかも、測定箇所はロングレールの５０〜２００ｍごとに行わなければならず、測定する数が多く、作業に要する労力、時間及び移動距離が長くなり、作業員にかなりの負担を強いる結果となっていた。
【０００４】
そのため、従来にあっては、特許文献１に示すように、光学的測定機器により自動的にレールのふく進を測定するようにしている。この特許文献１に記載された技術にあっては、先ず、走行中の車両の両側から光を照射し、基準杭からの反射光信号を受光して左右の反射信号の出力された時間の平均値を算出している。また同様に、左右のレール側面に設置した基準ブロックの立ち上がり及び立ち下がり信号を検出している。そして、前記基準杭からの反射信号が出力された時間の平均値から基準ブロックの立ち上がり信号発生時までの時間を演算し、当該時間に車両の速度を掛け算することで、レールのふく進を求めている。
なお、車両の速度は、基準ブロックの距離が予めわかっているので、基準ブロックからの反射光信号の立ち上がり信号及び立ち下がり信号が出力されたときの時間差から演算している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−８８７１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなレールのふく進測定方法であると、車両が軌間中心線に対して回転しているか又は車両の左右の光学的測定機器の設置位置が相互間で前後にズレていた場合には、これらのズレ量が検出誤差となって現れる欠点があった。
またレールの左右両脇に設けた基準杭の位置がレールの長手方向に対して前後にズレて位置していた場合にも両者間の平均値が光学的測定機器の設置位置であると認識されるので、前述のズレ量とは異なるズレ量が発生し、検出誤差となる欠点があった。
【０００７】
本発明は従来の前記条件下においてもふく進の測定等ができるようにしたものであって、左右の基準杭の前後のズレや測定車両の軌間中心線に対する回転ズレが発生している場合であっても正確且つ自動的にふく進を測定することのできる装置及びこれによるふく進の測定方法を提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、線路の左右のレールを挟んで両脇に設置された基準杭に取り付けた反射面を備える基準杭ターゲットと、この基準杭ターゲットに対して光を照射する発光装置及び基準杭ターゲットからの反射光を受光するフォトセンサーを有する基準杭用測定光学装置と、前記基準杭ターゲットに対して前記基準杭用測定光学装置とは異なる所定角度で光を照射する発光装置及び基準杭ターゲットからの反射光を受光するフォトセンサーを有する基準杭測距用光学装置と、左右のレール側面に取り付けた反射面を備える基準点ターゲットと、この基準点ターゲットに対して光を照射する発光装置及び基準点ターゲットからの反射光を受光するフォトセンサーを有する基準点用測定光学装置と、測定車両の走行位置を計測するエンコーダと、前記基準杭用測定光学装置、基準杭測距用光学装置及び基準点用測定光学装置並びに前記エンコーダそれぞれからの出力信号に基づいて演算処理する演算装置とで構成され、前記基準杭用測定光学装置、基準杭測距用光学装置及び基準点用測定光学装置それぞれの発光装置及びフォトセンサーは測定車両の台車に設けられ、前記演算装置は、前記基準杭用測定光学装置及び基準杭測距用光学装置それぞれにおける反射光の検知信号と前記エンコーダからの出力信号とに基づき、あらかじめ設定した軌間中心から左右の基準杭それぞれまでの各距離を演算すると共に、前記基準杭用測定光学装置及び基準点用測定光学装置それぞれにおける反射光の検知信号と前記エンコーダからの出力信号と前記軌間中心から左右の基準杭それぞれまでの各距離とに基づき、左右のレールのふく進を演算するものであることを特徴とするレールふく進測定装置である。
【０００９】
この測定装置は、前記二つの測定光学装置及び基準杭測距用光学装置から発光される光を前記基準杭及びレール側面の基準点の各ターゲットに照射し、その反射光を受光することにより、各ターゲットの位置及び基準杭までの距離を測定演算している。そして、基準杭に対するレールの伸縮量を演算し、ふく進としている。このレールふく進測定装置は、請求項２に示す以下の方法で使用される。
【００１０】
すなわち、本発明が採用した請求項２の方法は、前記レールふく進測定装置を用いて、左右の基準杭それぞれに取り付けた基準杭ターゲットからの前記基準杭用測定光学装置における反射光の検知信号に基づき、先に受光した基準杭ターゲットの位置からレールに対して垂直な線を引き、該線の長さを前記基準杭用測定光学装置及び基準杭測距用光学装置それぞれにおける反射光の検知信号と前記エンコーダからの出力信号とに基づき前記演算装置で算出した軌間中心から左右の基準杭それぞれまでの距離の和に設定した線分を底辺とし、該底辺の両端と後に受光した基準杭ターゲットの位置とを結んだ直角三角形を算出し、該直角三角形の斜辺と左右のレールとが交差する点の位置を求めると共に、左右のレール側面に取り付けた基準点ターゲットそれぞれからの前記基準点用測定光学装置における反射光の検知信号と前記基準杭用測定光学装置における反射光の検知信号及び前記エンコーダからの出力信号に基づき前記基準点ターゲットの位置を求め、前記左右の基準点ターゲットの位置から前記底辺までの距離と、前記直角三角形の斜辺と左右のレールとが交差する点の位置から前記底辺までの距離との差を演算することによりレールのふく進を算出することを特徴とするレールふく進測定方法である。
【００１１】
この測定方法の発明では、基準杭どうしを結んだ線を斜辺（従来の水糸に相当するものであり、基準線となる）とする直角三角形を求め、これに対するレールと接触する相似形の直角三角形を求めている。そして、レール側面のターゲットの位置と相似形の直角三角形の頂点の位置とのズレ量を求めることにより、ふく進としている。この測定方法は、従来の基準杭どうしを水糸で結んでこれに対するレール側面のポンチマークの位置を測定し、そのズレ量をふく進とする場合と同じ測定をしていることとなる。
【００１２】
更に、請求項３に記載する如く、本発明に係るレールのふく進測定装置において、前記基準杭ターゲットを、左右のレールの両脇に設置した基準杭において、レールの長手方向に対し垂直な面内に発光させた光線が照射される位置に設置したものとし、前記基準点ターゲットを、上記照射位置においてレールの長手方向に対し垂直な面内に発光させた光線が左右のレール側面に照射された位置を仮の基準点とし、この仮の基準点から、現行の基準杭に水糸を張ってレール側面のポンチマークの位置を計測した現行のふく進量となる位置に設置したものとすることが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、基準杭に対して光線を照射し、その光線の照射位置に基準杭ターゲットを設置すればよい。一方、レール側面にあっては、当該レール側面に当てた光線の照射位置を仮の基準点とし、これに対し現行のふく進量となるように基準点ターゲットを設置することで、過去のふく進の統計をそのまま引き継いで利用することが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図１乃至図３は本発明の第１の実施の形態のふく進測定装置に係るものであり、図１は全体の構成を模式的に表した斜視図、図２は各ターゲットからの反射光信号を受光したときのタイムチャート、図３はふく進の演算方法を示す図面である。図１に示す如く、この実施の形態のふく進測定装置は、測定車両の台車１に搭載された基準杭用測定光学装置２と、基準点用測定光学装置３と、基準杭測距用光学装置２０と、台車１の走行位置を測定するエンコーダ４と、これらの各装置からの信号を入力してふく進を演算処理する演算装置５とを有している。
【００１５】
図１に示す基準杭用測定光学装置２は、台車１上にレーザ光線の発光装置６を有し、これをハーフミラー７を介して左右に分光し、分光した左右のレーザ光線が一直線状となるようにしている。ふく進測定位置におけるレール８Ａ，８Ｂの両脇には基準杭９Ａ，９Ｂが設置されている。この基準杭９Ａ，９Ｂのレール側の面には半円柱状の反射面を備えた基準杭用ターゲット１０Ａ，１０Ｂが設置されており、前記レーザ光線の発光装置６から照射された光線の基準杭用ターゲット１０Ａ，１０Ｂからの反射光をフォトセンサー１１Ａ，１１Ｂで受光し、その信号をピーク検出器１２を介して演算装置５へ出力するようになっている。
【００１６】
また基準点用測定光学装置３も同様の構成を有している。すなわち、同装置３は、台車１上にレーザ光線の発光装置１３を有し、これをハーフミラー１４を介して左右に分光し、分光した左右のレーザ光線が一直線状となるようにしている。更に、左右に分光したレーザ光線は、ミラー１５Ａ，１５Ｂ及び１６Ａ，１６Ｂを介してレール側面に設けた基準点ターゲット１７Ａ，１７Ｂへ照射されるようになっている。この基準点ターゲット１７Ａ，１７Ｂは半円柱状の反射面を備えており、前記レーザ光線の発光装置１３から照射された光線を反射させるようになっている。この基準点用ターゲット１７Ａ，１７Ｂからの反射光は、フォトセンサー１８Ａ，１８Ｂで受光され、その信号がピーク検出器１２を介して演算装置５へ出力されるようになっている。
【００１７】
一方、軌間中心から基準杭９Ａ，９Ｂまでの距離を測定するための基準杭測距用光学装置２０は、左右の基準杭９Ａ，９Ｂに対して所定の角度でレーザ光線を照射する発光装置２１Ａ，２１Ｂと、該発光装置２１Ａ，２１Ｂから照射された光線の基準杭用ターゲット１０Ａ，１０Ｂからの反射光を受光するフォトセンサー２２Ａ，２２Ｂとからなる。フォトセンサー２２Ａ，２２Ｂで受光した信号は、ピーク検出器１２を介して演算装置５へ出力されるようになっている。
【００１８】
更に、台車１の走行位置を測定するエンコーダ４は、レール上を走行する車輪１９に連結されており、車輪１９の回転量に応じて所定のパルスを演算装置５へ出力するようになっている。
【００１９】
次に、このように構成されたレールふく進測定装置によるふく進の算出方法を説明する。基準杭用測定光学装置２及び基準点用測定光学装置３のレーザ光線発光装置６及び１３は、それぞれレーザ光線を台車１の左右方向へ連続して発光している。台車１がレール上を走行すると、車輪１９が回転し、その回転数に応じてエンコーダ４がパルスを発生する。従って、エンコーダ４からのパルス数を計測することにより、台車１の走行位置を求めることが可能である。
【００２０】
台車１がふく進測定箇所に到達すると、基準杭用測定光学装置２及び基準点用測定光学装置３並びに基準杭測距用光学装置２０から照射されたレーザ光線が、それぞれ基準杭９Ａ，９Ｂ及び左右のレール８Ａ，８Ｂの側面に設置されたターゲット１０Ａ，１０Ｂ及び１７Ａ，１７Ｂで反射する。そして、この反射光は、フォトセンサ１１Ａ，１１Ｂ及び１７Ａ，１７Ｂ並びに２２Ａ，２２Ｂによって受光され、ピーク検出器１２を介して演算装置５に出力される。この場合において、基準杭のターゲット１０Ａ，１０Ｂは、半円柱状の反射面を有しており、台車１がレール中心線（軌間中心線）に対して平面視した状態でいずれかの方向へ回転ズレを発生させていたとしてもこれを受光することが可能である。
【００２１】
図２は、各ターゲット１０Ａ，１０Ｂ及び１７Ａ，１７Ｂからの反射光信号を表したタイムチャートである。この例によれば、最初に左の基準杭９Ａの基準杭ターゲット１０Ａから反射光信号ＫＬが検知され、続いて右側レール８Ｂの基準点ターゲット１７Ｂからの反射光信号ＲＲが検知され、次に左側レール８Ａの基準点ターゲット１７Ａからの反射光信号ＲＬが検知され、最後に右側の基準杭９Ｂの基準杭ターゲット１０Ｂからの反射光信号ＫＲが検知されている。
【００２２】
演算装置５は、これら反射光の検知信号と、それぞれに対応するエンコーダ４からの走行位置信号（パルス数）とからレールふく進を演算する。演算は、先ず、最初に検知された反射光信号ＫＬが出力された基準杭ターゲット１０Ａの位置において、レールに向かって垂直な線を引き、当該線を底辺の仮想線とする。そして、基準杭測定用光学装置２から照射されて基準杭ターゲット１０Ａ，１０Ｂで反射し、フォトセンサー１１Ａ，１１Ｂで受光されたレーザ光線の検知信号と、基準杭測距用光学装置２０のレーザ光線の発光装置２１Ａ，２１Ｂから、基準杭用光学装置２と異なる決まった角度で照射されて基準杭ターゲット１０Ａ，１０Ｂで反射し、フォトセンサー２２Ａ，２２Ｂで受光されたレーザ光線の検知信号とから三角測量の原理を利用して軌間中心から左右の基準杭９Ａ，９Ｂまでの距離（ＬＬ及びＬＲ：図２参照）を算出する。これにより、前記底辺仮想線の両端Ｄ，Ｅが求められる（つまり、底辺の長さ＝ＬＬ＋ＬＲが求められる）。
【００２３】
然る後は、この両端Ｄ，Ｅと、基準杭９Ｂのターゲット１０Ｂの位置（図３では符号Ｆ）とを連結し、直角三角形ＤＥＦを形成する。今、前記底辺ＤＥと左右のレール８Ａ，８Ｂとが交差する点をＭ，Ｈとし、また直角三角形ＤＥＦの斜辺（従来の水糸に相当し、基準線となる）ＦＤと左右のレール８Ａ，８Ｂとが交差する点をＪ，Ｎとし、左右のレール側面に設けた基準点ターゲット１７Ａ，１７Ｂの反射光信号が得られる位置をＳ，Ｑとする。またエンコーダ４のパルス信号の１パルスの間隔をＰとする。
【００２４】
図３に示すように、この状態において、底辺ＤＥの端点Ｅから基準杭９Ｂのターゲット１０Ｂまで距離ＥＦは（ＫＲ−ＫＬ）×Ｐとなり、底辺ＤＥから右側レール８Ｂの基準点ターゲット１７Ｂまでの距離ＨＱは（ＲＲ−ＫＬ）×Ｐとなる。また底辺ＤＥから左側レール８Ａの基準点ターゲット１７Ａまでの距離ＭＳは（ＲＬ−ＫＬ）×Ｐとなる。更に、底辺ＤＥから三角形ＤＥＦの斜辺（基準線）と各レール８Ａ，８Ｂとが交差する点までの距離は、軌間をＧとすると、右側レール８ＢのＨＪの場合が、
【００２５】
【数１】
となり、左側レール８ＡのＭＮの場合が、
【００２６】
【数２】
となる。
【００２７】
演算装置５は、前記各距離ＦＥ、ＨＱ、ＭＳと、ＨＪ及びＭＮとから、左右のレール８Ａ及び８Ｂのふく進を求めている。左側レール８Ａのふく進量ＸＬ（＝ＮＳ）は、（ＭＳ−ＭＮ）により求めることができ、また右側レール８Ｂのふく進量ＸＲ（＝ＱＪ）は、（ＨＪ−ＨＱ）により求めることができる。これを数式で表すと、左側レール８Ａのふく進量ＸＬは、
【数３】
となり、また右側レール８Ｂのふく進量ＸＲは、
【数４】
となる。
【００２８】
これにより演算装置５は、自動的に左右のレール８Ａ，８Ｂのふく進量を求めることが可能である。この演算装置５による上記ふく進の算出方法は、従来の基準杭に水糸を張り、定規を用いて作業員が測定する方法と同じ原理となる。つまり、三角形ＤＥＦの斜線ＤＦが従来の基準杭に張設された水糸（基準線）と同じであり、斜線ＤＦに対する左右のレール側面８Ａ，８Ｂのターゲット１７Ａ，１７Ｂのズレ量（ふく進）ＮＳ及びＱＪを求めることは、従来の水糸に対するポンチマークのズレ量を作業員が定規で測定していることと同じ結果が得られる。このような結果が得られるのは、底辺ＤＥを引き、三角形ＤＥＦを作成し、これと相似形である三角形ＤＨＪと、三角形ＤＭＮとを作成してレールふく進量を演算しているためである。
【００２９】
このようなレールふく進の演算方法であれば、台車１がレール８Ａ，８Ｂの軌間中心線に対して回転（レールの向きに対して台車の向きが傾いている姿勢）している場合であっても、各レール８Ａ，８Ｂにおけるふく進は常に同じ数値を示すようになり、回転の影響を受けることがない。これは前記各数式による演算方法で回転ブレのないときと、回転ズレを起こしているときのふく進量を演算して求めたことより明らかである。台車１の回転の影響を受けない理由は、本発明のふく進の演算方法が、底辺ＤＥを引き、三角形ＤＥＦを作成し、これと相似形である三角形ＤＨＪと、三角形ＤＭＮとを作成してレールふく進量を演算しているためである。また軌間中心から基準杭９Ａ，９Ｂまでの距離は、現場によって異なっているがこれを正確に測距することが可能である。更に、レーザ光線を利用した自動的なふく進の測定であり、測定台車１を走行させた状態で連続してふく進の測定が可能となるものである。
【００３０】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態は、前記測定光学装置２及び３により、基準杭及び左右のレール側面に基準となるターゲットを設置せんとするものである。ターゲットの設置に際しては、現行の基準杭に水糸を張り、作業員が手作業で定規をあててレール側面のポンチマークのズレ量を測定し、予めふく進を求めておくことが必要である。この実施の形態における測定光学装置２及び３はレールに対して垂直な同一平面内に設置されている。測定光学装置２及び３は、一つの発光装置から照射されたレーザ光線を四つに分光してレール両脇の基準杭へ照射する基準杭用光線と、左右のレールの側面へ照射するレール用光線とする方式のものであってもよい。なお、図示は省略する。
【００３１】
先ず、ふく進の測定位置において、測定台車１の測定光学装置２から分光して一直線状となるようにしたレーザ光線をレールの両脇に固定設置された基準杭に対して照射する。そして、これに合わせて半円柱状の基準杭用ターゲットを設置すればよい。一方、レール側面に設置する基準点用ターゲットの場合は、測定光学装置３から分光してレール側面へ照射したレーザ光線の位置を仮の基準点とする。そして、予め水糸と定規とを用いて測定しておいた現行のふく進と同じ値になるように基準点ターゲットをレール側面へ設置すればよい。この設置は、自動化することも可能である。これにより、過去のふく進の統計を加工することなくそのまま利用することが可能である。
【００３２】
ところで、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、基準杭用測定光学装置２及び基準点用測定光学装置３は、一つのレーザ光線を左右に分光して一直線状になるようにした場合を説明したが、左右にそれぞれ独立した発光装置を用いてレーザ光線を左右の各基準杭又は左右のレールの側面のターゲットへ照射するようにしてもよい。また基準杭用測定光学装置２と、基準点用測定光学装置３とは台車１の前後方向へ離れて設置した場合を説明したが、同一垂直面上において上下に設置することも可能である。更に、基準杭９Ａ，９Ｂ等の反射面を半円柱状にした場合を説明したが、平面状であってもよい。それに加えて、反射面の材質を広範囲の入射角度に対しても受光することのできる例えばテープ材料等を用いることも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るレールふく進測定装置は、レールの左右に設置した基準杭ターゲットと、基準杭ターゲットに対し光照射する発光装置及び反射光を受光するフォトセンサーを有する基準杭用測定光学装置と、基準杭ターゲットに対し基準杭用測定光学装置とは異なる所定角度で光照射する発光装置及び反射光を受光するフォトセンサーを有する基準杭測距用光学装置と、左右のレール側面に取り付けた基準点ターゲットと、基準点ターゲットに対し光照射する発光装置及び反射光を受光するフォトセンサーを有する基準点用測定光学装置と、測定車両の走行位置を計測するエンコーダと、演算装置とで構成し、基準杭用測定光学装置、基準杭測距用光学装置及び基準点用測定光学装置それぞれにおける検知信号並びにエンコーダからの出力信号に基づいて、あらかじめ設定した軌間中心から左右の基準杭それぞれまでの各距離を演算すると共に、左右のレールの各ふく進を演算するものとしたから、測定車両を走行させながらふく進の自動測定が可能である。
【００３４】
また本発明にあっては、測定車両の回転ズレや基準杭の前後の位置ズレ等の影響を受けることなく、正確なふく進の測定が可能である。更に、測定車両を走行させて自動的に行うふく進の測定であり、作業員の個人差による測定結果のバラツキもなく、また列車見張り員が不要であり、多数の測定箇所があってもまたその作業範囲の距離が相当に長い場合であっても作業員の負担となる等のこともない。
【００３５】
また本発明に係るふく進測定方法は、前記レールふく進測定装置を用いて、左右の基準杭ターゲットからの基準杭用測定光学装置における反射光の検知信号に基づき、先に受光した基準杭ターゲットの位置からレールに対して垂直な線を引き、該線の長さを基準杭用測定光学装置及び基準杭測距用光学装置それぞれにおける反射光の検知信号とエンコーダからの出力信号とに基づき算出した軌間中心から左右の基準杭それぞれまでの距離の和に設定した線分を底辺とし、該底辺の両端と後に受光した基準杭ターゲットの位置とを結んだ直角三角形を算出し、該直角三角形の斜辺と左右のレールとが交差する点の位置を求めると共に、左右のレール側面に取り付けた基準点ターゲットそれぞれからの基準点用測定光学装置における反射光の検知信号と基準杭用測定光学装置における反射光の検知信号及びエンコーダからの出力信号に基づき基準点ターゲットの位置を求め、左右の基準点ターゲットの位置から底辺までの距離と、直角三角形の斜辺と左右のレールとが交差する点の位置から底辺までの距離との差を演算することによりレールのふく進を算出するものであるから、従来の基準杭どうしを水糸で結んでこれに対するレール側面のポンチマークの位置を定規で測定し、そのズレ量をふく進とする場合と同じ測定を自動化していることとなる。
【００３６】
更に、本発明にあっては、レールのふく進測定位置において、基準杭ターゲットを、左右のレールの両脇に設置した基準杭において、レールの長手方向に対し垂直な面内に発光させた光線が照射される位置に設置し、基準点ターゲットを、上記照射位置においてレールの長手方向に対し垂直な面内に発光させた光線が左右のレール側面に照射された位置を仮の基準点とし、この仮の基準点から、現行の基準杭に水糸を張ってレール側面のポンチマークの位置を計測した現行のふく進量となる位置に設置するものとしたので、過去のふく進の統計をそのまま引き継いで利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る測定装置の全体構成を模式的に表した斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の測定装置に係るものであり、各ターゲットからの反射光信号を受光したときのタイムチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態の測定装置のふく進の演算方法を示す図面である。
【符号の説明】
１…測定車両（台車）、２…基準杭用測定光学装置、３…基準点用測定光学装置、４…エンコーダ、５…演算装置、６…レーザ光線発光装置、７…ハーフミラー、８Ａ，８Ｂ…レール、９Ａ，９Ｂ…基準杭、１０Ａ，１０Ｂ…基準杭ターゲット、１１Ａ，１１Ｂ…フォトセンサ、１２…ピーク検出器、１３…レーザ光線発光装置、１４…ハーフミラー、１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ…ミラー、１７Ａ，１７Ｂ…基準点ターゲット、１８Ａ，１８Ｂ…フォトセンサ、
１９…エンコーダ用の車輪、２０…基準杭測距用光学装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to wipe advances the long rails in the apparatus and METHODS measured automatically by the optical measurement instrument.
[0002]
[Prior art]
Normally, for long rails, the amount of expansion and contraction (spinning) is measured periodically, and maintenance inspection is performed to prevent the long rails from buckling. In the conventional measurement, the reference piles are driven and fixed on both the left and right sides of the rail, the water strings are stretched between the reference piles (the water line is the reference line), and a ruler is applied to the water threads. For example, the amount of punch marks attached to the side surfaces of the left and right rails is deviated from the water thread, and the degree of advancement is detected by comparing with the past statistics.
[0003]
However, these conventional measurement operations have to be performed manually by field workers, are inefficient, and have a drawback that individual variations are likely to occur. Moreover, since the reference piles are installed on both sides of the track, there are drawbacks such as requiring a large number of train guards to avoid contact accidents with the train. In addition, the measurement points must be performed every 50 to 200 m of the long rail, and the number of measurements is large, and the labor, time, and travel distance required for work become long, resulting in a considerable burden on workers. It was.
[0004]
For this reason, conventionally, as shown in Patent Document 1, the advance of the rail is automatically measured by an optical measuring instrument. In the technique described in Patent Document 1, first, the light is irradiated from both sides of the running vehicle, the reflected light signal from the reference pile is received, and the average time when the left and right reflected signals are output The value is calculated. Similarly, rising and falling signals of reference blocks installed on the left and right rail sides are detected. Then, the time from when the reflected signal from the reference pile is output to the time when the rising signal of the reference block is generated is calculated, and the speed of the rail is obtained by multiplying the time by the vehicle speed. ing.
The vehicle speed is calculated from the time difference when the rising signal and the falling signal of the reflected light signal from the reference block are output because the distance of the reference block is known in advance.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-88711
[Problems to be solved by the invention]
However, with this rail advance measurement method, if the vehicle is rotating with respect to the center line of the gauge or the installation positions of the optical measuring instruments on the left and right of the vehicle are shifted back and forth between each other However, there is a drawback that these deviation amounts appear as detection errors.
In addition, even if the reference piles provided on the left and right sides of the rail are displaced from each other in the longitudinal direction of the rail, the average value between the two is recognized as the installation position of the optical measuring instrument. Therefore, there is a drawback that a deviation amount different from the above-described deviation amount is generated, resulting in a detection error.
[0007]
The present invention is capable of measuring the advancement under the above-mentioned conventional conditions, and in the case where there is a deviation before and after the left and right reference piles and a rotation deviation with respect to the center line between the gauges of the measuring vehicle. even those that St. provide an advance measuring how clothes device and by which can measure the clothes proceed accurately and automatically.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
And Thus, means of claim 1 in which the present invention is adopted to solve the above problems, the reference pile targets Ru with a reflective surface attached to the reference piles installed on both sides across the left and right rails of the line And a reference pile measuring optical device having a light emitting device for irradiating light to the reference pile target and a photosensor for receiving reflected light from the reference pile target, and the reference pile measurement for the reference pile target. Ru with a reference pile ranging optical device having a photo sensor for receiving light reflected from the light-emitting device and reference piles target is irradiated with light, was attached to the left and right rails side reflecting surface at a predetermined angle different from the optical device a reference point target, the light emitting device and a reference point for measuring optical having a photosensor for receiving light reflected from the reference point targets is irradiated with light to the reference point targets And location, an encoder for measuring the traveling position of the measuring vehicle, to arithmetic processing based on an output signal from the reference pile for measuring optical system, reference stakes ranging optical system and the reference point measuring optical system and said encoder respectively The light emitting device and the photosensor of each of the reference pile measuring optical device, the reference pile distance measuring optical device, and the reference point measuring optical device are provided in a cart of the measurement vehicle, Based on the reflected light detection signal and the output signal from the encoder in each of the reference pile measuring optical device and the reference pile ranging optical device, each distance from the preset center of the gauge to each of the left and right reference piles is calculated. In addition, the reflected light detection signal and the output signal from the encoder in the reference pile measurement optical device and the reference point measurement optical device, respectively. And based on the respective distances from the gauge center to each reference pile of right and left, a rail clothes proceeds measuring apparatus, characterized in that for calculating the clothes advance of the left and right rails.
[0009]
This measurement device irradiates each target of the reference point of the reference pile and rail side surface with light emitted from the two measurement optical devices and the reference pile ranging optical device, and receives the reflected light, The position of each target and the distance to the reference pile are measured and calculated. And the amount of expansion and contraction of the rail with respect to the reference pile is calculated, and it is assumed to advance. This rail advance measurement device is used in the following method as shown in claim 2 .
[0010]
That is, the method according to claim 2 adopted by the present invention uses the rail advance measurement device to detect the reflected light in the measurement optical device for the reference pile from the reference pile target attached to each of the left and right reference piles. Based on the above, a line perpendicular to the rail is drawn from the position of the previously received reference pile target , and the length of the line is detected in the reference pile measuring optical device and the reference pile ranging optical device. The reference pile received at both ends of the bottom side and the back side of the line segment set to the sum of the distances from the center of the gauge to the respective left and right reference piles calculated by the arithmetic unit based on the signal and the output signal from the encoder calculates a right-angled triangle formed by connecting the position of the target, together with the left and right rails and hypotenuse of right-angled triangle determine the position of the point of intersection, the reference point data attached to the left and right rails sides Based on the output signal from the detection signal and the encoder of the reflected light in the detection signal of the reflected light and the reference pile for measuring optical device in the reference point for measuring optical system from each target obtain the position of the reference point targets, wherein By calculating the difference between the distance from the left and right reference point target position to the base and the distance from the point where the hypotenuse of the right triangle intersects the left and right rails to the base, the rail travels . A rail advance measurement method characterized by calculating .
[0011]
In the invention of this measuring method, a right-angled triangle having a line connecting the reference piles as a hypotenuse (corresponding to a conventional water thread and serving as a reference line) is obtained, and a similar right-angled contact with the rail is obtained. Seeking a triangle. Then, the amount of deviation between the position of the target on the side surface of the rail and the position of the apex of the similar right-angled triangle is obtained, so that the advance is made. This measurement method is the same measurement as that in the case of connecting the conventional reference piles with water thread, measuring the position of the punch mark on the side surface of the rail with respect to the reference pile, and setting the deviation amount as the advance.
[0012]
Further, in the rail advance measurement apparatus according to the present invention, the reference pile target is a surface perpendicular to the longitudinal direction of the rail in the reference pile installed on both sides of the left and right rails. It is assumed that the reference point target is placed in a position perpendicular to the longitudinal direction of the rail at the irradiation position and the left and right rail sides are irradiated. The temporary position is the temporary reference point, and from this temporary reference point, the current reference pile is stretched with water thread and the position of the punch mark on the side of the rail is measured. It is preferable.
[0013]
According to this invention, a light beam may be irradiated to the reference pile, and the reference pile target may be installed at the light irradiation position. On the other hand, on the rail side surface, the irradiation position of the light beam applied to the rail side surface is used as a temporary reference point, and the reference point target is set so as to achieve the current amount of advance. It is possible to continue to use the statistics of the progress.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The configuration of the present invention will be described below based on the embodiment of the invention shown in the drawings. FIG. 1 to FIG. 3 relate to a travel measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view schematically showing the entire configuration, and FIG. 2 is a reflected light from each target. FIG. 3 is a time chart when a signal is received, and FIG. As shown in FIG. 1, the forward measuring apparatus of this embodiment includes a reference pile measuring optical device 2, a reference point measuring optical device 3, and a reference pile ranging optical device mounted on a carriage 1 of a measuring vehicle. It has the apparatus 20, the encoder 4 which measures the driving | running | working position of the trolley | bogie 1, and the arithmetic unit 5 which inputs the signal from each of these apparatuses, and carries out arithmetic processing of the advance.
[0015]
The reference pile measuring optical device 2 shown in FIG. 1 has a laser beam emitting device 6 on a carriage 1 and splits it left and right via a half mirror 7, and the split left and right laser beams are in a straight line. It is trying to become. Reference piles 9A and 9B are installed on both sides of the rails 8A and 8B at the advance measurement position. Reference pile targets 10A and 10B having semi-cylindrical reflecting surfaces are installed on the rail-side surfaces of the reference piles 9A and 9B, and the reference piles of the light beams emitted from the laser beam emitting device 6 are provided. The reflected light from the target 10A, 10B is received by the photosensors 11A, 11B, and the signal is output to the arithmetic unit 5 via the peak detector 12.
[0016]
The reference point measurement optical device 3 has the same configuration. That is, the apparatus 3 has a laser beam emitting device 13 on the carriage 1 and splits it left and right via a half mirror 14 so that the split left and right laser beams are in a straight line. Further, the laser beams dispersed right and left are irradiated to reference point targets 17A and 17B provided on the side surfaces of the rails via mirrors 15A and 15B and 16A and 16B. The reference point targets 17A, 17B are cage Ete Bei the reflecting surface of the semi-cylindrical and is adapted to reflect light emitted from the light emitting device 13 of the laser beam. The reflected light from the reference point targets 17A and 17B is received by the photosensors 18A and 18B, and the signal is output to the arithmetic unit 5 via the peak detector 12.
[0017]
On the other hand, the reference pile distance measuring optical device 20 for measuring the distance from the center of the gauge to the reference piles 9A and 9B is a light emitting device 21A that irradiates the left and right reference piles 9A and 9B with a laser beam at a predetermined angle. , 21B and photosensors 22A, 22B that receive the reflected light from the reference pile targets 10A, 10B of the light emitted from the light emitting devices 21A, 21B. Signals received by the photosensors 22A and 22B are output to the arithmetic unit 5 via the peak detector 12.
[0018]
Furthermore, the encoder 4 for measuring the travel position of the carriage 1 is connected to a wheel 19 that travels on a rail, and outputs a predetermined pulse to the arithmetic device 5 according to the amount of rotation of the wheel 19. .
[0019]
Next, a method for calculating the advance by the rail advance measuring apparatus configured as described above will be described. The laser beam emitting devices 6 and 13 of the reference pile measuring optical device 2 and the reference point measuring optical device 3 continuously emit laser beams in the left-right direction of the carriage 1, respectively. When the carriage 1 travels on the rail, the wheel 19 rotates, and the encoder 4 generates a pulse according to the number of rotations. Therefore, the traveling position of the carriage 1 can be obtained by measuring the number of pulses from the encoder 4.
[0020]
When the carriage 1 reaches the advance measurement location, the laser beams emitted from the reference pile measurement optical device 2, the reference point measurement optical device 3, and the reference pile distance measurement optical device 20 are changed to the reference piles 9A, 9B and 9B, respectively. Reflected by the targets 10A, 10B and 17A, 17B installed on the side surfaces of the left and right rails 8A, 8B. The reflected light is received by the photosensors 11A, 11B, 17A, 17B, and 22A, 22B, and is output to the arithmetic unit 5 via the peak detector 12. In this case, the target 10A, 10B of the reference pile has a semi-cylindrical reflecting surface, and rotates in either direction in a state where the carriage 1 is viewed in plan with respect to the rail center line (gauge center line). Even if a deviation is generated, it can be received.
[0021]
FIG. 2 is a time chart showing reflected light signals from the respective targets 10A and 10B and 17A and 17B. According to this example, the reflected light signal KL is first detected from the reference pile target 10A of the left reference pile 9A, then the reflected light signal RR from the reference point target 17B of the right rail 8B is detected, and then the left side The reflected light signal RL from the reference point target 17A of the rail 8A is detected, and finally the reflected light signal KR from the reference pile target 10B of the right reference pile 9B is detected.
[0022]
The computing device 5 computes the rail travel from these reflected light detection signals and the travel position signal (number of pulses) from the encoder 4 corresponding to each . In the calculation, first, at the position of the reference pile target 10A from which the reflected light signal KL detected first is output , a line perpendicular to the rail is drawn, and the line is set as a virtual line at the bottom. And the detection signal of the laser beam irradiated from the reference pile measuring optical device 2, reflected by the reference pile targets 10A and 10B, and received by the photosensors 11A and 11B, and the laser beam of the reference pile ranging optical device 20 from the light emitting device 21A, 21B, are illuminated by the reference pile optical device 2 and the different that determined waited angle reflected by the reference pile target 10A, 10B, the detection signal of the photosensor 22A, the laser beam received at 22B and The distance (LL and LR : refer to FIG. 2 ) from the center of the gauge to the left and right reference piles 9A and 9B is calculated using the principle of triangulation . Thereby, both ends D and E of the base imaginary line are obtained (that is, the length of the base = LL + LR is obtained).
[0023]
After natural Ru, both ends D, ligated and E, the position of the target 10B of the reference pile 9B and (in Figure 3 reference numeral F), to form a right triangle DEF. Now, the points where the base DE intersects the left and right rails 8A and 8B are M and H, and the hypotenuse of the right triangle DEF (corresponding to a conventional water thread, which serves as a reference line) FD and the left and right rails 8A, Points where 8B intersects are J and N, and positions where reflected light signals of reference point targets 17A and 17B provided on the left and right rail side surfaces are obtained are S and Q. Also, let P be the interval of one pulse of the pulse signal of the encoder 4.
[0024]
As shown in FIG. 3, in this state, the distance EF from the end point E of the bottom DE to the target 10B of the reference pile 9B is (KR−KL) × P, and the distance from the bottom DE to the reference point target 17B of the right rail 8B HQ is (RR−KL) × P. The distance MS from the base DE to the reference point target 17A of the left rail 8A is (RL−KL) × P. Further, the distance from the base DE to the point where the hypotenuse (reference line) of the triangle DEF intersects each rail 8A, 8B is G in the case of the right rail 8B , where G is the gauge .
[0025]
[Expression 1]
In the case of the left rail 8A MN,
[0026]
[Expression 2]
It becomes.
[0027]
The arithmetic unit 5 obtains the advance of the left and right rails 8A and 8B from the distances FE, HQ, MS and HJ and MN. The travel amount XL (= NS) of the left rail 8A can be obtained from (MS-MN), and the travel amount XR (= QJ) of the right rail 8B can be obtained from (HJ-HQ). . When this is expressed by a mathematical expression, the travel amount XL of the left rail 8A is
[Equation 3]
And the amount of advance XR of the right rail 8B is
[Expression 4]
It becomes.
[0028]
Thereby, the arithmetic unit 5 can automatically obtain the amount of advance of the left and right rails 8A and 8B. The calculation method of the above-mentioned advance by the arithmetic unit 5 is based on the same principle as a method in which a water thread is stretched on a conventional reference pile and an operator measures using a ruler. That is, the diagonal line DF of the triangle DEF is the same as the water thread (reference line) stretched on the conventional reference pile, and the deviations (progression) of the targets 17A and 17B on the left and right rail side surfaces 8A and 8B with respect to the diagonal line DF Obtaining NS and QJ has the same result as when a worker measures the deviation of the punch mark with respect to the conventional water thread using a ruler. Such a result is obtained because the base DE is drawn, a triangle DEF is created, a triangle DHJ that is similar to this is created, and a triangle DMN is created to calculate the rail travel amount. .
[0029]
In such a rail advance calculation method, the carriage 1 is rotating with respect to the center line between the rails 8A and 8B (an attitude in which the direction of the carriage is inclined with respect to the direction of the rail). However, the advance in each rail 8A, 8B always shows the same numerical value and is not affected by the rotation. This is apparent from the calculation of the amount of advance when there is no rotational shake and when there is a rotational shift in the calculation method according to each formula. The reason why it is not affected by the rotation of the carriage 1 is that the calculation method of the advance of the present invention draws the base DE, creates a triangle DEF, and creates a triangle DHJ and a triangle DMN that are similar to the triangle DEF. This is because the rail advancement amount is calculated. Further, although the distance from the center of the gauge to the reference piles 9A and 9B varies depending on the site, it is possible to accurately measure the distance. Furthermore, it is an automatic measurement of the spread using a laser beam, and it is possible to continuously measure the spread while the measurement carriage 1 is running.
[0030]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the measurement optical devices 2 and 3 are used to set a reference target on the reference pile and the left and right rail sides. When installing the target, it is necessary to apply water thread to the current reference pile, measure the amount of punch mark deviation on the side of the rail by manually applying a ruler, and seek advance in advance. . The measurement optical devices 2 and 3 in this embodiment are installed in the same plane perpendicular to the rail. The measuring optical devices 2 and 3 are divided into four laser beams emitted from one light-emitting device and irradiated to the reference piles on both sides of the rail and to the rails irradiated to the side surfaces of the left and right rails. It may be of a light beam type. Illustration is omitted.
[0031]
First, a laser beam that is split from the measurement optical device 2 of the measurement carriage 1 so as to be in a straight line is irradiated to the reference pile fixedly installed on both sides of the rail at the measurement position of the advance. Then, a semi-cylindrical reference pile target may be installed in accordance with this. On the other hand, in the case of the reference point target installed on the rail side surface, the position of the laser beam that is split from the measurement optical device 3 and applied to the rail side surface is used as a temporary reference point . Then, the reference point target may be installed on the side surface of the rail so as to be the same value as the current advance that has been measured in advance using a water thread and a ruler. This installation can also be automated. As a result, it is possible to use the statistics of the past progress without processing them.
[0032]
By the way, the present invention is not limited to the embodiments described above, and appropriate modifications are possible. For example, the measurement optical device 2 for the reference pile and the measurement optical device 3 for the reference point have been described in which one laser beam is split left and right so as to be in a straight line. The laser beam may be used to irradiate the left and right reference piles or the targets on the side surfaces of the left and right rails. Further, the reference pile measuring optical device 2 and the reference point measuring optical device 3 have been described as being separated from each other in the front-rear direction of the carriage 1, but it is also possible to install them vertically on the same vertical plane. Furthermore, although the case where reflective surfaces, such as reference | standard pile 9A, 9B, were made into semi-column shape was demonstrated, planar shape may be sufficient. In addition, it is also possible to use, for example, a tape material that can receive the material of the reflecting surface even with a wide range of incident angles.
[0033]
【The invention's effect】
As described above , the rail advance measurement device according to the present invention is for a reference pile having a reference pile target installed on the left and right sides of the rail, a light emitting device for irradiating light to the reference pile target, and a photosensor for receiving reflected light. A measuring optical device, a light emitting device that emits light at a predetermined angle different from the measuring optical device for the reference pile with respect to the reference pile target, a reference pile ranging optical device that has a photosensor that receives reflected light, and the left and right rail side surfaces A reference point target attached to the reference point, a light emitting device for irradiating light to the reference point target, and a reference point measuring optical device having a photosensor for receiving reflected light, an encoder for measuring the traveling position of the measuring vehicle, and an arithmetic unit, The detection signal and encoder in each of the reference pile measuring optical device, the reference pile ranging optical device, and the reference point measuring optical device Based on the output signal from da, while calculating the respective distances from the gauge center preset to the respective right and left of the reference pile, because I assumed for calculating the respective clothes advance of the left and right rails, while traveling the measurement vehicle Automatic progress measurement is possible.
[0034]
Further, in the present invention, it is possible to accurately measure the advancement without being affected by the rotational displacement of the measuring vehicle, the positional displacement before and after the reference pile, and the like. In addition, the measurement is automatically performed by running the measurement vehicle, there is no variation in measurement results due to individual differences among workers, train guards are unnecessary, and there are many measurement points. Even if the distance of the work range is considerably long, there is no burden on the worker.
[0035]
Further, the method for measuring the advancement according to the present invention uses the rail advancement measuring device, and based on the detection signal of the reflected light in the measurement optical device for reference piles from the left and right reference pile targets, the reference pile target previously received A line perpendicular to the rail is drawn from the position of the rail, and the length of the line is calculated based on the reflected light detection signal and the output signal from the encoder in the reference pile measuring optical device and the reference pile ranging optical device, respectively. The line segment set to the sum of the distances from the center of the gauge to each of the left and right reference piles is taken as the base, and a right triangle connecting both ends of the base and the position of the reference pile target received later is calculated. Find the position of the point where the hypotenuse and the left and right rails intersect, and detect the reflected light in the reference point measurement optical device from each of the reference point targets attached to the left and right rail sides No. a reference obtain the position of the reference point targets on the basis of the output signal from the detection signal and the encoder of the reflected light in the pile for measuring optical device, the distance to the bottom from the positions of the left and right of the reference point targets, the hypotenuse of a right triangle right rail and from the position of the point of intersection because calculates a clothes proceeds rail by calculating the difference between the distance to the bottom, of the rail side with respect to which the conventional reference piles each other by connecting with water yarn The same measurement as when the position of the punch mark is measured with a ruler and the amount of deviation is advanced is automated.
[0036]
Furthermore, in the present invention, at the rail advance measurement position, the reference pile target is a light beam emitted in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the rail in the reference pile installed on both sides of the left and right rails. The position where the light beam emitted from the reference point target in the plane perpendicular to the longitudinal direction of the rail at the irradiation position is irradiated to the left and right rail sides is set as a temporary reference point. From this temporary reference point, we installed water yarn on the current reference pile and measured the position of the punch mark on the side of the rail. It can be used as it is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an overall configuration of a measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 relates to the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, and is a time chart when a reflected light signal from each target is received.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of calculating the advance of the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measuring vehicle (cart), 2 ... Measuring optical device for reference piles, 3 ... Measuring optical device for reference points, 4 ... Encoder, 5 ... Arithmetic device, 6 ... Laser beam emitting device, 7 ... Half mirror, 8A, 8B ... Rail, 9A, 9B ... Reference pile, 10A, 10B ... Reference pile target, 11A, 11B ... Photo sensor, 12 ... Peak detector, 13 ... Laser beam emitter, 14 ... Half mirror, 15A, 15B, 16A, 16B ... Mirror, 17A, 17B ... Reference point target, 18A, 18B ... Photo sensor,
19 ... Wheel for encoder, 20 ... Optical device for reference pile distance measurement
Claims (3)
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