JP4857369B2 - 分岐器検査装置 - Google Patents

Description

この発明は鉄道における分岐器の検査を実施するために用いる分岐器検査装置に関する。

分岐器は鉄道線路において一つの線路から他の線路を分岐する軌道構造であり、普通分岐器の一例を図１に示す。図１に示したように、分岐器はポイント部、リード部、クロッシング部及びガード部より成り立っているが、一般軌道と比べて構成部品が多く、構造も複雑なために軌道の弱点箇所となっている。

分岐器の各構成部品はそれぞれ目的に応じて使用されているが、列車走行と共に摩耗や損傷、変形等が生じてくる。目的の機能が損なわれた場合には列車の安全走行が脅かされることから、分岐器上を安全に走行させるためには常に分岐器各部の状態を的確に把握し、不良箇所は整備、改修する必要がある。

このことから、安全走行を確保するためには定期的な検査を行うことが重要であり、線路検査規定によりきめ細かな検査項目及び検査方法、検査周期が定められ、管理されている。

分岐器の検査は大別して軌道保守検査と軌道材料検査に分けられる。軌道材料検査は分岐器各部の摩耗、損傷、機能状態について検査するもので、分岐器各部において下記のような項目が検査項目として上げられている。

〈ポイント部〉
・トングレール前端部の基本レールの摩耗
・トングレールの摩耗
・トングレール先端部の食い違い
・トングレール先端部摩耗判定
・ポイント後端継ぎ目部の段違い、目違い、遊間量

〈リード部〉
・主レール、リードレールの摩耗

〈クロッシング部〉
・クロッシング部の摩耗
・クロッシング部のフランジウェイ幅

〈ガード部〉
・ガードレールのフランジウェイ幅
・ガードレールの摩耗

このように、分岐器における軌道材料検査は検査項目の種類及び検査箇所が多く、また各検査項目により測定の方法がそれぞれ異なっている。しかも、検査項目の各測定点位置は分岐器の種類によって異なってくる。

ところで、このような軌道材料検査は現状、ほとんど人手に頼って行われている状況にあり、多大な人力及び作業時間を必要としている。

また、測定にはレール摩耗定規、摩耗判定定規、テーパゲージ、ノギス、スケール等の各種測定器具が使用されることから、各測定項目に対する一律の安定した測定精度を確保することが難しく、各測定器具の取扱いによる誤差の発生、測定者の熟練度による測定誤差の発生は避けられない。

一方、このような分岐器の検査（軌道材料検査）を行う分岐器検査システムが特許文献１において提案されている。

この特許文献１で提案されている分岐器検査システムはレール上を走行可能な移動台車にセンサ部と制御装置とを載置したもので、センサはレールに略直交する面内にスリット光を投射する光源装置（レーザ）と、そのスリット光により生ずるレールの光切断像を予め定めたレール上の特定の複数の位置である撮像箇所で撮像する撮像装置（カメラ）とによって構成され、さらにセンサを移動させるカメラ移動機構を備えている。

特開平８−２４７７３３号公報

特許文献１に記載されている分岐器検査システムは撮像装置によって得られたレールの光切断像を画像処理してレール断面形状を求め、基準断面形状と比較することによりレールの摩耗量を求めるものとなっている。しかるに特許文献１では１つのレールの断面形状の測定に１組の撮像系（２つのセンサ）を使用するものとなっており、またそのような１組の撮像系を複数有し、さらにカメラ移動機構も複数有するものとなっているため、測定部の構成要素が多く、構造が複雑となっている。

この発明の目的はこのような状況に鑑み、簡易な構成で、測定対象の各測定項目を一律の安定した測定精度で測定することができる操作性に優れた分岐器検査装置を提供することにある。

請求項１の発明によれば、分岐器各部の軌道材料検査を行う分岐器検査装置は、軌道上を走行可能な台車と、その台車に設置され、台車の走行距離を測定する距離センサと、台車上に搭載され、測定対象物の形状を測定するレーザ式変位センサと、そのレーザ式変位センサを測定対象側レールの軌間測定点の鉛直線上に常に位置させるスライドガイドと、台車上に搭載された測定制御装置とを有し、台車に基準位置指標が設けられ、基準位置指標は測定対象側レールと反対の対側レール側に、レーザ式変位センサの軌道方向の位置と一致されて設けられており、測定制御装置は分岐器の各測定位置情報及び測定情報を記憶する基本データ記憶部と、各測定位置の測定データを記憶する測定データ記憶部と、入力部と、表示部と、制御部とを備えており、制御部は距離センサにより測定された測定始点からの台車の走行距離が基本データ記憶部に記憶されている測定位置情報に一致した時に、その測定位置情報と対とされて基本データ記憶部に記憶されている測定情報及びその走行距離を表示部に表示させ、入力部からの入力によりその表示した測定情報に従い、レーザ式変位センサを作動させて測定を行わせ、その測定データを表示部に表示させると共に、測定データ記憶部に格納する。

請求項２の発明では請求項１の発明において、基本データ記憶部は形状基準データを記憶し、測定制御装置はデータ演算処理部を備え、データ演算処理部は測定データに対する演算処理もしくは測定データと形状基準データとの比較処理を実行して、各測定項目に対する測定値を算出し、その算出した測定値を記憶すると共に表示部に表示させる。

請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、レーザ式変位センサがレーザ式３次元スキャナとされる。

この発明によれば、一台のレーザ式変位センサで軌道材料の検査において測定対象としている各測定項目の測定を行うことができる。よって、測定部の構成及びデータ処理を簡素化することができることから、運搬、分岐器区間の移動が容易な小型・軽量で操作性に優れた分岐器検査装置を実現することができる。

また、一台のレーザ式変位センサを使用することで、各測定項目に対して一律の安定した測定精度で測定を行うことができる。

分岐器の構成を示す図。 この発明による分岐器検査装置の一実施例の構成を示す図、Ａは一部省略した平面図、Ｂは正面図。 図２に示した分岐器検査装置の電気的な構成を説明するためのブロック図。 レーザ式変位センサの２次元測定例を示す図。 レーザ式変位センサの３次元測定例を示す図。 摩耗量の測定を説明するための図。 フランジウェイ幅、ガードレール摩耗量の測定を説明するための図。 ポイント後端継ぎ目部の段違い、目違い、遊間量の測定を説明するための図。 トングレール先端部の食い違いの測定を説明するための図。 トングレール先端部の摩耗判定を説明するための図。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。

図２はこの発明による分岐器検査装置の構成を示したものであり、分岐器検査装置は軌道上を走行可能な台車２１を備えている。台車２１は左右レール上に各２輪の走行車輪２２を配置した４輪台車で、各走行車輪２２の取り付け台２３には脱輪防止用の案内ローラ２４が設けられている。台車２１は手押しにより走行できる。

左右レールのうち、測定対象側レール１１上の一方の走行車輪２２には台車２１の走行距離を測定するための距離センサ２５が設けられている。距離センサ２５は例えばロータリエンコーダによって構成され、走行車輪２２が回転する毎にパルスを発生するものとされる。

台車２１の中央部には直動軸受及びコイルスプリングを内蔵し、ガイドローラ２６を軌間面１１ａに押し当てるためのスライドガイド２７が設けられている。図２Ａ中、２７ａは直動軸受及びコイルスプリングを内蔵している固定部を示し、２７ｂは一対のガイドローラ２６が取り付けられている可動部を示す。

スライドガイド２７の押し当て力によりガイドローラ２６は軌間面１１ａに常に当接した状態に維持される。また、台車２１全体も押し当て力の反力により対側レール１２側に移動し、各案内ローラ２４が軌間面１２ａに常に当接した状態に維持される。このような機構を採用することで、台車２１は各案内ローラ２４の接触点を基準とし、軌道と直交する姿勢を維持しながら安定した走行を行うことができる。

スライドガイド２７の可動部２７ｂ上には支柱２８が立設され、この支柱２８の上端位置にレーザ式変位センサ２９を取り付けるための取り付け台３１が設けられている。

レーザ式変位センサ２９としてこの例ではレーザ式３次元スキャナを用いる。レーザ式３次元スキャナはレーザ光を測定対象物に投光し、測定対象物表面で散乱した光を集光レンズによりＣＣＤカメラ上に結像させて、その結像位置をカウンタ値として入力し、距離データとして変換するもので、レーザ投受光の光軸をガルバノミラーによって高速で連続走査することにより視野内空間の多くの点群データを得ることができる。

レーザ式３次元スキャナはこの例では測定モードを切り替えることにより、２次元測定及び３次元測定の両者を行えるものとなっており、また各測定範囲の測定中心点においてレーザ光を照射させるセンター照射機能を有している。

このようなレーザ式３次元スキャナはその２次元測定方向を軌道と直交する方向に設定し、測定対象側レール１１の軌間測定点Ｐの鉛直線上に位置するように、つまりセンター照射位置を軌間測定点Ｐと一致させた姿勢で取り付け台３１に取り付けられる。図２Ｂ中、２９ａはセンター照射光を示す。

なお、レーザ式３次元スキャナは他の光センサと比べて外乱光にも強く、測定センサとして使用することで、小型・軽量で位置調整も容易な測定部を構成することができる。

一方、台車２１の測定対象側レール１１と反対の対側レール１２側には基準位置指標３２が設置される。基準位置指標３２はレーザ式変位センサ２９のセンター照射位置の軌道方向の位置と一致されて台車２１に設置されている。

台車２１には図２Ｂに示したように測定制御装置４０が搭載される。測定制御装置４０はこの例では台車２１に設けられた設置台３３上に設置されている。なお、図２Ａでは設置台３３の上板３３ａ及び測定制御装置４０の図示は省略している。

図３はこの分岐器検査装置の電気的な構成を説明するためのブロック図であり、測定制御装置４０はこの例では入出力ポート４１、ＣＰＵ４２、ＨＤＤ（ハードディスク装置）４３、ＲＡＭ４４、キーボード４５及びディスプレイ４６を具備する構成とされる。このような構成を具備する測定制御装置４０は例えばノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）によって構成することができる。

測定制御装置４０のＨＤＤ４３には分岐器の各測定位置情報（測定始点からの各測定点の位置情報）、測定点の測定項目に対応した測定モード等の測定情報及び所要の形状基準データが基本データとして記憶されており、さらに測定時にＣＰＵ４２を所定の順序で動作させ、データ処理させるためのデータ処理プログラムが記憶されている。また、ＲＡＭ４４には測定時においてデータ処理プログラム、基本データ及び測定データ等が一時格納される。

次に、この分岐器検査装置を用いた測定手順、測定方法について説明する。

測定においては、まず台車２１を分岐器の測定始点にセットして測定制御装置４０を起動させる。次に、キーボード４５の操作により測定諸元を設定し、各基本データをＨＤＤ４３から読み込み、ＲＡＭ４４に取り込む。

次に、測定をスタートさせ、台車２１を走行させる。台車２１は手押しにより走行させる。走行時には距離センサ２５から発生するパルスによりＣＰＵ４２は測定始点からの走行距離をカウントし、走行距離をディスプレイ４６に表示させる。また、ＣＰＵ４２は走行距離と測定位置情報とを比較し、一致した時点で走行距離と共に、その測定点の測定項目に対応した測定モード等の測定情報をディスプレイ４６に表示させる。

測定者は表示された測定情報を確認した時点で台車２１の走行を停止し、予め設けられた測定点の印付け位置にレーザ式変位センサ２９により照射されたセンター照射光２９ａを台車２１の位置を微調整して一致させる。そして、キーボード４５の操作によりその測定点における測定をスタートさせる。ＣＰＵ４２はその測定点の測定情報に従い、レーザ式変位センサ２９を作動させ、測定項目に対応した測定モードで測定を行わせる。

なお、キーボード４５からの入力を待つことなく、走行距離が測定位置情報と一致した時点で測定信号を送り、自動測定を行うことも可能であるが、敷設された分岐器は設計寸法と実際の寸法（レール長さ）が異なる場合があり、またポイント部、クロッシング部等においてはレールの長手方向に対する形状変化が大きいことから、位置ずれによる測定誤差を防止するために一時停止の測定方法を採用することとしている。

測定されたデータはＣＰＵ４２に送られ、形状基準データとの比較を含めたデータ処理が行われる。データ処理により算出された各測定項目に対する測定値はＨＤＤ４３に記憶されると共にディスプレイ４６に表示される。測定者は表示内容（測定値）を確認し、次の測定点に台車２１を移動させる。

なお、この例では測定時にデータ処理まで行うものとし、つまり測定データに対する演算処理や測定データと形状基準データとの比較処理を実行して、各測定項目に対する測定値を求めるものとしているが、測定時には測定及び測定データの確認まで行うこととし、データ処理は測定後に例えばオフィス内にて行うようにしてもよい。この場合、測定データはＨＤＤ４３に記憶されると共に、ディスプレイ４６に表示される。

上述した測定方法によれば、測定点毎に測定情報が表示されるため、測定点を逸することなく、確実に測定を行うことができる。また、測定と同時に測定結果が表示されるため、現場のレール状況と照らし合わせた測定結果の確認を行うことができる。

以下、レーザ式変位センサ２９の測定モード及び各測定項目の測定値算出方法について説明する。

〔レーザ式変位センサの測定モード〕
測定モードには２次元測定モードと３次元測定モードの２種類があり、各測定項目によりモードが選択され、測定が行われる。図４に２次元測定モードでのセンター照射位置及び測定例を示す。また、図５に３次元測定モードでのセンター照射位置及び測定例を示す。２次元測定モードによる測定項目及び３次元測定モードによる測定項目を以下に示す。

１）２次元測定モードでの測定
・主レール、リードレール、トングレール、クロッシング部、ガードレールの摩耗
量測定
・クロッシング部、ガードレールのフランジウェイ幅測定

２）３次元測定モードでの測定
・トングレール先端部の食い違い測定
・トングレール先端部の摩耗判定
・ポイント後端継ぎ目部の段違い、目違い、遊間量測定

〔各測定項目の測定値算出方法〕
各測定項目の測定値は測定データ及び形状基準データ、各測定項目に対する算出手順をもとに算出される。

ａ）各測定点の摩耗量測定
図６を参照して各測定点の摩耗量測定の手順を説明する。図６はトングレール部分（基本レール５１及びトングレール５２）を示したものである。

（算出手順）
・測定データをもとにレール断面形状の画像データを作成する。
・基準断面形状（形状基準データ）をＲＡＭ４４から取り出し、表示する。
・測定されたレール断面形状と基準断面形状を、摩耗の発生しない位置（この例ではＲ
１３位置）を基準として重ね合わせる。
・各測定点に対し、基準断面形状と測定されたレール断面形状の各Ｘ，Ｚ座標値の差か
ら各摩耗量を求める。

ｂ）フランジウェイ幅、ガードレール摩耗量測定
図７を参照してフランジウェイ幅測定、ガードレール摩耗量測定の手順を説明する。

（算出手順）
・測定データをもとにレール断面形状の画像データを作成する。
・ガードレール５３の基本レール５１側測定点のＸ座標値を求め、フランジウェイ幅測
定値とする。
・ガードレール幅測定点の各Ｘ座標値の差からガードレール幅を求め、ガードレール幅
と摩耗していない基準値との差から摩耗量を求める。

ｃ）ポイント後端継ぎ目部の段違い、目違い、遊間量測定
図８を参照してポイント後端継ぎ目部の段違い、目違い、遊間量測定の手順を説明する。

（算出手順）
・測定データをもとにレール断面形状の画像データを作成する。
・段違い測定点の各Ｚ座標値の差から段違い量を求める。
・目違い測定点の各Ｘ座標値の差から目違い量を求める。
・遊間量測定点の各Ｙ座標値の差から遊間量を求める。

ｄ）トングレール先端部の食い違い測定
図９を参照してトングレール先端部の食い違い測定の手順を説明する。

（算出手順）
・台車２１に設けられている基準位置指標３２（図２Ａ参照）を対側トングレールの先
端位置に合わせ、測定側トングレールの先端部を測定する。
・測定データをもとにレール断面形状の画像データを作成する。
・トングレール先端位置のＹ座標値を求め、食い違い量とする。

ｅ）トングレール先端部の摩耗判定
図１０を参照してトングレール先端部の摩耗判定の手順を説明する。

（判定手順）
・測定データをもとにレール断面形状の画像データを作成する。
・摩耗判定形状（形状基準データ）をＲＡＭ４４から取り出し、表示する。
・摩耗判定形状を図１０に示すように基本レール５１上面の位置に合わせ、摩耗判定形
状の角点位置がトングレール５２上面位置に対し、上にあるか、下にあるかを確認し、判定する。

以上、各測定項目の測定値算出、判定について説明したが、ポイント部のトングレール先端部では列車走行による摩耗のほか、損傷、フローが発生する場合がある。この場合、損傷部の補修、フローの削正等の補修作業を行うことが必要となるが、補修前後のレール形状を測定することで、補修作業前の状況確認、補修作業後の仕上がり状態の確認等を目的とした測定器としても利用することができる。

Claims (3)

1. 分岐器各部の軌道材料検査を行う分岐器検査装置であって、
   軌道上を走行可能な台車と、
   その台車に設置され、台車の走行距離を測定する距離センサと、
   前記台車上に搭載され、測定対象物の形状を測定するレーザ式変位センサと、
   前記レーザ式変位センサを測定対象側レールの軌間測定点の鉛直線上に常に位置させるスライドガイドと、
   前記台車上に搭載された測定制御装置とを有し、
   前記台車に基準位置指標が設けられ、
   前記基準位置指標は前記測定対象側レールと反対の対側レール側に、前記レーザ式変位センサの軌道方向の位置と一致されて設けられており、
   前記測定制御装置は、分岐器の各測定位置情報及び測定情報を記憶する基本データ記憶部と、各測定位置の測定データを記憶する測定データ記憶部と、入力部と、表示部と、制御部とを備えており、
   前記制御部は、前記距離センサにより測定された測定始点からの前記台車の走行距離が前記基本データ記憶部に記憶されている測定位置情報に一致した時に、その測定位置情報と対とされて前記基本データ記憶部に記憶されている測定情報及びその走行距離を前記表示部に表示させ、前記入力部からの入力により、その表示した測定情報に従い、前記レーザ式変位センサを作動させて測定を行わせ、その測定データを前記表示部に表示させると共に、前記測定データ記憶部に格納することを特徴とする分岐器検査装置。
2. 請求項１記載の分岐器検査装置において、
   前記基本データ記憶部は形状基準データを記憶しており、
   前記測定制御装置はデータ演算処理部を備え、
   前記データ演算処理部は、前記測定データに対する演算処理もしくは前記測定データと前記形状基準データとの比較処理を実行して、各測定項目に対する測定値を算出し、その算出した測定値を記憶すると共に前記表示部に表示させることを特徴とする分岐器検査装置。
3. 請求項１又は２記載の分岐器検査装置において、
   前記レーザ式変位センサがレーザ式３次元スキャナとされていることを特徴とする分岐器検査装置。

Images