JP5117368B2 - 跨座型モノレールの走行路摩耗量の測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、跨座型モノレールの走行路摩耗量の測定装置に関し、詳しくは、車体のローリングや左右の変動に影響され難く、高い精度で軌道桁上の走行路の摩耗量を測定できる跨座型モノレールの走行路摩耗量の測定装置に関する。

モノレールの走行路には、跨座型と懸垂型のものとがあるが、跨座型の走行路では、軌道桁上の左右の窪部を走行路とし、モノレール車両は、左右の窪部をそれぞれの走行輪をもって走行する。モノレール車両には、この走行輪のほかに、さらに軌道桁の左右の側壁面にそれぞれ当接される案内輪と安定輪とが上下に設けられている（特許文献１）。
特開２００７−１８３１８３号公報 図４は、その概要説明図であって、１はモノレール車両、１ａはその脚部、点線で示す２ａ，２ｂは走行車輪、点線で示す３ａ，３ｂは案内車輪、そして点線で示す４ａ，４ｂは安定車輪である。 ５は、軌道桁、６は、軌道桁上に設けられた走行路、そして７は支柱である。 走行路６には、図４に示すように走行車輪２ａ，２ｂを受ける窪部（路面）６ａ，６ｂが設けられている。

モノレール走行路では、車両の重量さを支える走行輪２ａ，２ｂが接する窪部６ａ，６ｂの摩耗が問題となる。
通常、その摩耗量は、図４に示すようにレーザ変位センサを複数個、モノレール車両１の底面１ｂに配置して路面が計測される。
図４において、８ａ〜８ｅは、それぞれレーザ変位センサであり、レーザ変位センサ８ａ，８ｂは、それぞれ窪部６ａ，６ｂに対応して設けられ、レーザ変位センサ８ｃ，８ｄは、窪部６ａ，６ｂの両側にある端部突起部６ｃ，６ｄに、そしてレーザ変位センサ８ｅは、中央突起部６ｅの位置に対峙してモノレール車両１の車体底面１ｂに取付けられている。
それぞれのレーザ変位センサ８ａ〜８ｅは、窪部６ａ，６ｂと端部突起部６ｃ，６ｄ、そして中央突起部６ｅの各中央部分に測定光が照射されるように配置され、レーザ変位センサ８ａ，８ｂは、それぞれ窪部６ａ，６ｂの中央位置の距離（高さ）を計測する。レーザ変位センサ８ｃ，８ｄは、端部突起部６ｃ，６ｄの中央位置の距離（高さ）を計測する。そしてレーザ変位センサ８ｅは、中央突起部６ｅの中央位置の距離（高さ）を計測する。
３個のレーザ変位センサ８ｃ〜８ｅは、基準レベルを計測する変位センサであり、端部突起部６ｃ，６ｄの表面、中央突起部６ｅの表面を結ぶ測定基準線Ｒまでの距離（位置）Ｌを測定値の平均値により算出する。
ただし、距離Ｌは、レーザ変位センサ８ａ〜８ｅの照射スタート点を結ぶラインＳ（レーザ変位センサ８ａ〜８ｅの取付位置により決定される原点ライン）から端部突起部６ｃの表面までの測定値と端部突起部６ｄの表面までの測定値、そして中央突起部６ｅの表面までの測定値の平均値として算出される距離である。
測定基準線Ｒを基準として、左側車輪走行路としての窪部６ａの摩耗量ＨLをＨL＝Ａ−Ｌ、右側車輪走行路としての窪部６ｂの摩耗量ＨRをＨR＝Ｂ−Ｌにより算出する。
ただし、Ａは、レーザ変位センサ８ａによるラインＳから窪部６ａの中央位置までの距離（測定値）、Ｂは、レーザ変位センサ８ｂによるラインＳから窪部６ｂの中央位置までの距離（測定値）である。

図４において、端部突起部６ｃ，６ｄの頭部の幅は、６０ｍｍ程度であり、モノレール車両１が左右にスライドし、さらにモノレール車両１がローリングすると、測定光の照射点の位置が±３５ｍｍ前後変動するので、端部突起部６ｃ，６ｄの測定光の一方が外側へと移動してあるいは他方が内側へと移動して端部突起部６ｃ，６ｄのいずれかあるいは両者が端部突起部６ｃ，６ｄの上面から下へと落込む問題がある。
なお、この場合、軌道桁５の幅は、８００ｍｍ程度である。
端部突起部６ｃ，６ｄの測定光が端部突起部６ｃ，６ｄの上面から外れて落ち込むと測定基準線Ｒの算出値に誤差が発生して十分な測定精度を得られない問題がある。
一方、窪部６ａ，６ｂは、２５０ｍｍ程度はあるので、±３５ｍｍ前後測定光が移動したとしても窪部６ａ，６ｂについては前記のような問題は生じない。
この発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決するものであって、車体のローリングや左右の変動に影響され難く、高い精度で軌道桁上の走行路の摩耗量を測定できる跨座型モノレールの走行路摩耗量の測定装置を提供することにある。

このような目的を達成するためのこの発明の跨座型モノレールの走行路摩耗量の測定装置の特徴は、軌道桁上の左右の窪部を走行路とする跨座型モノレールの走行路摩耗量の測定装置において、
モノレール車両に設けられ左右の窪部に対応して各窪部までの距離をそれぞれ検出する第１および第２の距離センサと、モノレール車両に設けられ左右の窪部に挟まれた突起部における中央位置を中心として走行路の横断方向に沿った所定の幅部分における突起部までの距離を多数の個所で検出する二次元距離センサとを備えていて、
所定の幅部分が、モノレール車両が左右にスライドし、さらにローリングしたときに突起部の上面から外れない幅に選択され、二次元距離センサによる多数個所の検出値を平均して所定の幅部分についての距離の平均値を算出し、この平均値の位置を基準として各窪部までの距離を算出することで走行路の摩耗量を測定するものである。

このようにこの発明にあっては、走行路の左右の窪部に対応して各窪部までの距離を測定する距離センサ、例えば、変位センサをそれぞれ設け、さらに走行路の中央突起部に対応して所定の幅で測定する二次元距離センサ、例えば、二次元変位センサを設けて、中央突起部の表面の高さを測定して平均値を算出し、この平均値の位置を測定基準線Ｒの位置として各窪部までの距離を算出する。
この場合、中央の突起部における所定の幅部分は、モノレール車両が左右にスライドし、さらにローリングしたときに二次元距離センサの測定範囲が突起部の上面から外れない幅に選択されているので、車体がローリングしても左右に変動しても、二次元距離センサの測定光が中央の突起部の上面から外れることはないので、高い精度で軌道桁上の走行路の摩耗量を測定することができる。

図１は、この発明の跨座型モノレールの走行路摩耗量の測定装置を適用した軌道桁と車両との関係の断面説明図、図２は、二次元変位センサによる傾斜補正についての説明図、そして図３は走行路摩耗量の測定装置のブロック図である。
なお、図４に示すものと同一の構成要素については各図において同一の符号を付し、それらの説明を割愛する。
図１に示す走行路摩耗量の測定装置１０では、端部突起部６ｃ，６ｄの高さを測定するレーザ変位センサ８ｃ，８ｄと中央突起部６ｅの高さを測定するレーザ変位センサ８ｅとが削除され、中央部にはレーザ変位センサ８ｅに換えて中央突起部６ｅの高さを計測する二次元変位センサ８が設けられている。
二次元変位センサ８は、三角測量式のレーザビームセンサであって、左右の窪部６ａ，６ｂに挟まれた中央突起部６ｅの中央位置を中心とした所定の幅部分、ここでは６０ｍｍ分についての中央突起部６ｅまでの距離を二次元で６００個所検出する二次元距離センサである。窪部６ａ，６ｂを走行路横断方向（Ｘ方向）に走査することによりＺ方向（高さ方向）における所定の基準位置Ｓから高さ（変位）を計測する。そのＸ方向の走査幅はこの実施例では６０ｍｍ（図１参照）である。

この走査幅６０ｍｍは、モノレール車両１が左右にスライドし、さらにローリングしたときに測定光が中央突起部６ｅの上面から外れない幅である。
すなわち、中央突起部６ｅの底面の幅１４０ｍｍとすると、走査幅の位置が中央突起部６ｅ上で６０±３５ｍｍ移動したとしても、走査幅の端部の移動量は、中央突起部６ｅの中心線Ｏの位置から最大で±６５ｍとなる。そこで、走査幅の端部の移動範囲は最大で１３０ｍｍとなり、中央突起部６ｅの底面の幅１４０ｍｍより小さい範囲となる。中央突起部６ｅの両端部の傾斜部分の幅を５ｍｍとすれば、１３０ｍｍ＋５×２＝１４０ｍｍで測定限界ぎりぎりに設定することができる。
なお、走査幅（中央突起部における所定の幅部分）は、２０ｍｍから６０ｍｍの範囲で選択することが可能である。２０ｍｍ未満になると、車体の傾斜角θの測定精度が十分でなくなるからである。

図３に示すように、二次元変位センサ８とレーザ変位センサ８ａ，８ｂの検出値は、それぞれインタフェースコントローラ１１を介してデータ処理装置１２に入力される。
二次元変位センサ８は、走査型投光系８１と二次元ＣＣＤ受光部８２、そしてコントロール回路８３、Ａ／Ｄ８４，そしてメモリ８５とで構成されている。

二次元ＣＣＤ受光部８２は、例えば、各画素位置が２分割された受光エリアをＸＹ方向（Ｘは走査方向，Ｙは高さＺ方向に応じた受光方向）に二次元配列され、２分割された受光エリアの信号が差動増幅回路等を介して変位信号として各画素位置対応（Ｘ方向の走査位置対応）に出力される。
ここでは、走査幅６０ｍｍにおいて、分解能を０．１ｍｍとして６００画素分の変位信号をインタフェースコントローラ１１を介してデータ処理装置１２に送出する。
なお、レーザ変位センサ８ａ，８ｂの検出スポット径は、１ｍｍφ程度であり、二次元変位センサ８に対して１／１０程度の分解能である。
データ処理装置１２は、インタフェースコントローラ１１を介して二次元変位センサ８と接続されていて、内部にＭＰＵ１３とメモリ１４、ＨＤＤ１５等からなり、これらがバス１６により相互に接続されている。メモリ１４には、平均値算出プログラム１４ａ、傾斜補正プログラム１４ｂ、そして走行路の摩耗量算出プログラム１４ｃ等が記憶され、作業領域１４ｄが設けられている。

データ処理装置１２は、平均値算出プログラム１４ａをコールして実行し、各画素位置対応（Ｘ方向の走査位置対応）の変位信号のデジタル値を受けてメモリ１４の作業領域１４１ｄに記憶して、６００個分の変位信号の値の平均値を算出してそれを測定基準線Ｒまでの距離をＬとしてメモリ１４に記憶する。
そして、図２に示すように、走査幅６０ｍｍにおける最初の走査点の変位信号の検出値のデジタル値ｄ１と最後の走査点の変位信号の検出値のデジタル値ｄ２の差Δｄ＝ｄ１−ｄ２を算出してその差Δｄ＞＝Ｍか、の判定をする。この判定でＹＥＳとなると、モノレール車両１の車体が傾斜していると判定し、ＭＰＵ１３は、傾斜補正プログラム１４ｂをコールして実行して、ｔａｎθ＝Δｄ／６０を算出する。そうでないときには、走行路の摩耗量算出プログラム１４ｃをコールして次に実行する。
なお、６０は、走査幅６０ｍｍに対応している。また、Ｍは、実測値より算出されるものであって、通常は０．３ｍｍである。ただし、摩耗精度を１ｍｍとした場合である。

前記判定においてＹＥＳとなると、レーザ変位センサ８ａによる測定値ＡをＡ＝Ａ−Ｄ×ｔａｎθにより補正し、レーザ変位センサ８ｂによる測定値ＢをＢ＝Ｂ−Ｄ×ｔａｎθにより補正する。ただし、Ｄは、レーザ変位センサ８ａ，８ｂと二次元変位センサ８の測定中心Ｏとの距離である（図２参照）。ｄ１＜ｄ２のときにはΔｄは負になる。
補正した距離Ａ，Ｂをメモリ１４の作業領域１４ｄに記憶すると、次に、ＭＰＵ１２は、走行路の摩耗量算出プログラム１４ｃをコールして実行してメモリに記憶された測定基準線Ｒまでの距離Ｌを参照して、これを基準として、左側車輪走行路としての窪部６ａの摩耗量ＨLをＨL＝Ａ−Ｌ、右側車輪走行路としての窪部６ｂの摩耗量ＨRをＨR＝Ｂ−Ｌにより算出する。
このような摩耗量の測定は、車両走行状態で所定間隔、例えば、距離パルス発生回路１７（図３参照）から得られる距離パルスＰに応じて測定することになる。そして距離パルスＰにより算出される走行距離とともにＨＤＤ１５等に摩耗量を順次記憶する。
なお、プログラム処理のフローチャートについては順次各プログラムを実行する単純な処理である関係で、その説明を割愛する

以上説明してきたが、実施例では変位センサとしてレーザ変位センサを用いているが、この発明は、レーザ変位センサに限定されるものではなく、通常の変位センサあるいは変位センサに換えて距離センサが用いられてもよい。
また、実施例では、モノレール車両１の車体の傾斜について、最初の走査点の変位信号のデジタル値ｄ１と最後の走査点の変位信号のデジタル値ｄ２との差により算出しているが、これは、少なくとも傾斜角が算出できる離れた２つの走査個所の測定値を使用すればよい。

図１は、この発明の跨座型モノレールの走行路摩耗量の測定装置を適用した軌道桁と車両との関係の断面説明図である。 図２は、二次元変位センサによる傾斜補正についての説明図である。 図３は、走行路摩耗量の測定装置のブロック図 図４は、従来の跨座型モノレールについての概要説明図である。

符号の説明

１…モノレール車両、１ａ…脚部、２ａ，２ｂ…走行車輪、
３ａ，３ｂ…案内車輪、４ａ，４ｂ…安定車輪、
５…軌道桁、６…走行路、６ａ，６ｂ…窪部、
６ｃ，６ｄ…端部突起部、６ｅ…中央突起部、
７…支柱、８…二次元変位センサ、
８ａ〜８ｅ…レーザ変位センサ、
１０…走行路摩耗量の測定装置、１１…インタフェースコントローラ、
１２…データ処理装置、１３…ＭＰＵ、１４…メモリ、
１４ａ…平均値算出プログラム、
１４ｂ…傾斜補正プログラム、
１４ｃ…走行路の摩耗量算出プログラム、１４ｄ…作業領域、
１５…ＨＤＤ、１６…バス、１７…距離パルス発生回路。

Claims (3)

1. 軌道桁上の左右の窪部を走行路とする跨座型モノレールの走行路摩耗量の測定装置において、
   前記モノレール車両に設けられ前記左右の窪部に対応して各前記窪部までの距離をそれぞれ検出する第１および第２の距離センサと、
   前記モノレール車両に設けられ前記左右の窪部に挟まれた突起部における中央位置を中心として前記走行路の横断方向に沿った所定の幅部分における前記突起部までの距離を多数の個所で検出する二次元距離センサとを備え、
   前記所定の幅部分は、前記モノレール車両が左右にスライドし、さらにローリングしたときに前記突起部の上面から外れない幅に選択され、
   前記二次元距離センサによる前記多数個所の検出値を平均して前記所定の幅部分についての距離の平均値を算出し、この平均値の位置を基準として各前記窪部までの距離を算出することで前記走行路の摩耗量を測定する跨座型モノレールの走行路摩耗量の測定装置。
2. 前記二次元距離センサは二次元変位センサであり、前記所定の幅部分は、２０ｍｍから６０ｍｍの範囲である請求項１記載の跨座型モノレールの走行路摩耗量の測定装置。
3. 前記二次元距離センサによる前記多数個所の検出値のうちの少なくとも２つの検出値に基づいて前記モノレール車両の車体の傾斜量を算出して、測定される前記走行路の摩耗量を補正する請求項２記載の跨座型モノレールの走行路摩耗量の測定装置。

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