JP5610954B2 - 光学式レール変位検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、レーザ光を用いてレールの変位を検出する光学式レール変位検出装置に係り、特に降雨時などに雨水によって測定精度が低下するのを防止した光学式レール変位検出装置に関する。

列車の運行の安全を確保するために、レール間が基準ゲージの軌道間隔あるいはその許容範囲の間隔にあるか否か及びレールの水平方向曲り量が許容範囲にあるか否かを、定期的に検測車をレール上で走行させて測定している。通常、検測車にはレーザ光を用いて光学的に検出する光学式レール変位検出装置が搭載されている。この光学式レール変位検出装置は、レールにレーザ光を投光する投光器と、レールから反射するレーザ光を受光する受光器とから構成されている。このような光学式レール変位検出装置としては、特許文献１に記載のようなものが知られている。

特開２００５−２２６９９８号公報

特許文献１に記載されたものは、レールにレーザ光を投光する投光光学系と、レールからの反射レーザ光を受光する受光光学系とを検出器本体となる筐体内に内蔵している。検出器本体となる筐体には、レーザ光を投光するための投光用ガラス窓と反射光を通過させるための受光用ガラス窓とが投光側前面に設けられている。筐体の投光側前面には、外部から物や塵埃、雨水、雪などがこの筐体や投光用及び受光用のガラス窓に接触しないように構成された矩形型フードを備えている。この矩形型フードには、レーザ光を投光させるための投光用スリット及び反射光を通過させるための受光用スリットがそれぞれ設けられている。そして、この矩形型フードは、これらの投光用スリット及び受光用スリットを除いて実質的に密閉状態となっている。

ところが、特許文献１に記載のものは、矩形型フードの投光側前面に投光用と受光用の二つのスリットを配置しているため、塵埃、雨水、雪などの侵入を有効に防止することができなかった。そのために、矩形型フード内部の投光用ガラス窓や受光用ガラス窓が汚染され、これによってレーザ光の光路が遮られて光量低下によって測定精度が低下するという問題があった。
また、特許文献１に記載のものは、矩形型フードの先端部と測定対象であるレールとの間隔が非常に長いため、矩形型フードとレールとの間に雨滴等が存在した場合にも同様にそれらによってレーザ光の光路が遮られて光量低下により測定精度が低下するという問題もあった。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、変位検査中に降雨などによって測定精度が低下するのを防止し、高精度にレールの変位を測定することのできる光学式レール変位検出装置を提供することを目的とする。

この発明に係る光学式レール変位検出装置の第１の特徴は、軌道検測車に搭載され、投光窓からレールに光を照射し、前記レールから反射する反射光を受光窓から受光することによって前記レールの変位量を検出する検出器本体と、前記検出器本体に取り付けられ、外部から塵埃、雨水、雪などが前記投光窓及び受光窓に侵入するのを防止するために前記レールに照射される照射光と前記反射光とを通過させるスリットを備えたフード手段と、前記フード手段に取り付けられ、前記フード手段の前記スリットの開口面を含み、前記照射光及び前記反射光の光軸又は外周縁から等距離で、かつ平行に延びた形状の筒型フード手段とを備えたことにある。
従来の光学式レール変位検出装置のように、検出器本体に設けられたフード手段だけでは、検出器本体とレールとの間に存在する降雨中の雨滴によって照射光及び反射光の光路が遮られ、光量低下を有効に防止することができない。この発明では、フード手段とレールとの間にさらに筒型フード手段を設け、筒型フード手段の先端部とレールとの間の間隙をより小さくすると共に筒型フード手段の開口面積すなわち外気に接する箇所を極力小さくすることによって雨滴による照射光及び反射光の光量低下という影響を減ずるようにした。この筒型フード手段は、照射光及び反射光を通過させるためにフード手段に設けられているスリットの開口面を含む大きさの内壁面を備えていれば十分である。ここで、照射光及び反射光の光軸から等距離で、かつ平行に延びた形状とは、筒型フード手段の断面形状が円筒形の場合を意味し、照射光及び反射光の外周縁から等距離で、かつ平行に延びた形状とは、フード手段に設けられている照射光及び反射光を通過させるスリットの形状とほぼ相似形の内壁面形状を有するもので、このスリットの面積とほぼ同等又はそれより若干大きめの矩形型の断面形状の筒を意味する。

この発明に係る光学式レール変位検出装置の第２の特徴は、軌道検測車に搭載され、投光窓からレールに光を照射し、前記レールから反射する反射光を受光窓から受光することによって前記レールの変位量を検出する検出器本体と、前記検出器本体に取り付けられ、外部から塵埃、雨水、雪などが前記投光窓及び受光窓に侵入するのを防止するために、前記レールに照射される光及び前記反射光の光軸又は外周縁から等距離で、かつ平行に延びた形状の筒型フード手段とを備えたことにある。この発明は、従来のフード手段を設けることなく、検出器本体に直接、上記第１の特徴に記載の筒型フード手段と同様のものを設け、筒型フード手段の先端部とレールとの間の間隙をより小さくすると共に筒型フード手段の開口面積すなわち外気に接する箇所を極力小さくすることによって雨滴による照射光及び反射光の光量低下という影響を減ずるようにしたものである。

この発明に係る光学式レール変位検出装置の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載の光学式レール変位検出装置において、前記筒型フード手段が、車両限界の最下端まで存在することにある。これは、筒型フード手段の先端部とレールとの間の間隙をより小さくするために、筒型フード手段の先端部を車両限界の最下端まで延ばしたものである。

この発明に係る光学式レール変位検出装置の第４の特徴は、前記第１、第２又は第３の特徴に記載の光学式レール変位検出装置において、前記筒型フード手段の断面形状を円形、矩形又は多角形で構成したことにある。これは、筒型フード手段の断面形状を具体的にしたものである。なお、円形、矩形、多角形以外に形状であっても筒型フード手段と同様の機能を有するものであれば、これ以外の形状で構成してあってもよい。

この発明に係る光学式レール変位検出装置の第５の特徴は、前記第１、第２、第３又は第４の特徴に記載の光学式レール変位検出装置において、前記筒型フード手段を投光側又は受光側のみに設けたことにある。これは、検出器本体が軌道検測車のどの位置に搭載されるかによっては、筒型フード手段を投光側又は受光側のいずれか一方に設けてもよい場合があるので、筒型フード手段を投光側又は受光側のいずれか一方に設けるようにしたものである。

この発明によれば、変位検査中に降雨などによって測定精度が低下するのを防止し、高精度にレールの変位を測定することができるという効果がある。

この発明の１実施の形態に係る光学式レール変位検出装置の概略構成を示す斜視図である。 図１の光学式レール変位検出装置を側面から見た図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。図１はこの発明の１実施の形態に係る光学式レール変位検出装置の概略構成を示す斜視図であり、図２はその側面図である。この光学式レール変位検出装置１は鉄道車両の台車に設置されるものである。光学式レール変位検出装置１は、密閉型筐体２、投光側ガラス３、受光側ガラス４、矩形型フード５、投光側筒型フード６、受光側筒型フード７、投光側スリット８、受光側スリット９からなる。

密閉型筐体２は、略直方体形状をしており、内部に図示していない投光レーザ装置及び受光素子（ＰＳＤ）を備えている。光学式レール変位検出装置１は、レール１１に対して投光レーザ装置からスリット状のレーザ光Ｌ１（光軸のみを図示）を照射して、その反射レーザ光Ｌ２（光軸のみを図示）を受光素子（ＰＳＤ）で受光して、その変位量を検出する。密閉型筐体２は、図示していない軌道検測車の台車にブラケットなどを介して結合部材（ボルト等）によって取り付けられている。投光レーザ装置から出射したレーザ光Ｌｌは、投光側ガラス３、投光側スリット８及び投光側筒型フード６を通過してレール１１の頭面に照射される。矩形型フード５は、図２の紙面表側から見た形状が直角２等辺三角形状をした三角柱で構成されている。矩形型フード５の直角を成す斜面の一方が密閉型筐体２の側面に密着するように設けられており、矩形型フード５の直角を成す斜面の他方は密閉型筐体２の側面と共に平面部を形成している。矩形型フード５の直角２等辺三角形の斜辺を含む平面（斜面）側にスリット状のレーザ光Ｌ１，Ｌ２を通過させる投光側スリット８及び受光側スリット９が設けられている。

投光側ガラス３は、全体形状が筒状をしており、投光側のガラス面がレーザ光Ｌｌの光軸と垂直を成すように、密閉型筐体２のレーザ照射面側に設けられている。また、投光側ガラス３は全体が矩形型フード５内に収納可能に設けられている。投光側ガラス３を図２の矢印Ａ１から見た形状は、レーザ光Ｌ１の出射側（ガラス面）は台形状の上底及び下底に対して直角を成し、レーザ光Ｌ１の入射側は台形の上底及び下底と所定の角度（レーザ光Ｌ１のレール１１への入射角に対応した角度）を成すような形状をしている。

投光側筒型フード６は、全体形状が筒状をしており、その筒の中心軸とレーザ光Ｌｌの光軸とが一致するように、矩形型フード５の斜面（矩形型フード５の直角２等辺三角形の斜辺を含む平面）に設けられている。投光側筒型フード６は、図２に示すように、紙面表側から見た形状が平行四辺形状をしている。投光側筒型フード６の内壁面は、投光側スリット８の面積を含むような大きさで構成されている。すなわち、投光側筒型フード６の内壁面は、投光側スリット８の外周縁全体を覆い包むような大きさで構成されている。

投光レーザ装置から出射したレーザ光Ｌｌであって、投光側ガラス３、投光側スリット８及び投光側筒型フード６を通過してレール１１の頭面に照射され、そこで反射したものは、反射レーザ光Ｌ２として受光側筒型フード７、受光側スリット９及び受光側ガラス４を通過し、密閉型筐体２内の受光素子（ＰＳＤ）に取り込まれる。光学式レール変位検出装置は、受光素子（ＰＳＤ）上の反射レーザ光Ｌ２の位置を計測して台車とレール１１間の位置を測定する。

受光側ガラス４は、全体形状が筒状をしており、受光側のガラス面が反射レーザ光Ｌ２の光軸と垂直を成すように、密閉型筐体２のレーザ照射面側に設けられている。また、受光側ガラス４は、その全体が矩形型フード５内に収納可能に設けられている。受光側ガラス４を図２の矢印Ａ１から見た形状は、反射レーザ光Ｌ２の入射側が台形状の上底及び下底に対して直角を成し、反射レーザ光Ｌ２の出射側が台形の上底及び下底と所定の角度（レーザ光Ｌ２のレール１１からの反射角に対応した角度）を成すような形状をしている。

受光側筒型フード７は、全体形状が筒状をしており、その筒の中心軸と反射レーザ光Ｌ２の光軸とが一致するように、矩形型フード５の斜面（矩形型フード５の直角２等辺三角形の斜辺を含む平面）に設けられている。受光側筒型フード７は、図２に示すように、投光側筒型フード６と同様な形状、すなわち紙面側から見た形状が平行四辺形状をしている。また、受光側筒型フード７の内壁面は、受光側スリット９の面積（外周面全体）を含む（覆い包む）ような大きさで構成される。すなわち、受光側筒型フード７の内壁面は、受光側スリット９の外周縁全体を覆い包むような大きさで構成される。

この実施の形態では、投光側スリット８の面積を含みレーザ光Ｌ１の光軸から等距離であって、かつ平行に延びた投光側筒型フード６及び受光側スリット９の面積を含み反射レーザ光Ｌ２の光軸から等距離であって、かつ平行に延びた受光側筒型フード７を備えている。また、投光側筒型フード６及び受光側筒型フード７のレール１１に対向する先端部は、一点鎖線で示した車両限界１０を最下端とする範囲まで延ばされ、防雨効果を効率的に高めるように構成されている。

なお、上述の実施の形態では、筒型フードを例に説明したが、フードの形状は円筒に限定されるものではなく、矩形型や多角形型でもよい。この場合、筒型フードは、投光側スリット８及び受光側スリット９の面積を含みレーザ光Ｌ１，ｌ２の外周縁から等距離であって、かつ平行に延びた形状となる。すなわち、筒型フードの形状、投光側スリット８，受光側スリット９の形状とほぼ相似形の内壁面形状を有するもので、投光側スリット８，受光側スリット９の面積とほぼ同等又はそれより若干大きめの断面形状を備えることになる。この実施の形態の投光側と受光側の位置は、一例であって、逆であってもよい。この場合、投光側と受光側の位置をそれぞれ入れ替えることで対応できる。また、筒型フードは、投光側と受光側のいずれか一方に設けるようにしてもよい。

また、上述の実施の形態では従来技術の矩形型フード５下面に投光側筒型フード６、受光側筒型フード７を配置しているが、矩形型フード５を廃して密閉型筐体２に投光側筒型フード６と受光側筒型フード７を直接配置して、密閉型筐体２の側面にレーザ光Ｌｌと反射レーザ光Ｌ２が通過する投光側スリット８と受光側スリット９を配置しても良い。
従来技術の矩形型フードの下面に、投光側スリット８の面積を含みレーザ光Ｌ１の光軸又は外周縁から等距離であって、かつ平行に延びた投光側筒型フード６及び受光側スリット９の面積を含み反射レーザ光Ｌ２の光軸又は外周縁から等距離であって、かつ平行に延びた受光側筒型フード７をそれぞれ後付けで設置してもよい。

この実施の形態では、投光側筒型フード６の出射側の先端部と、受光側筒型フード７の入射側の先端部とは共に空洞の場合を図示したが、投光側スリット８及び受光側スリット９と同様又はこれよりも若干大きめのスリットを先端部に設けてもよい。

上述の実施の形態によれば、筒型フードを設けることによって、レールとフード間に存在する雨滴が光路を遮ることによる測定精度の低下を低減し、雨などの侵入によって内部のガラス窓面の汚染に伴う光量低下による測定精度の低下を有効に防止することができるという効果がある。また、上述の実施の形態によれば、雨の侵入を防ぐ筒型フードを検出器本体の下部に備えたことによって、筒型フードの断面形状すなわちその開口面積を小さくすることができるので、この筒型フードの開口部から検出器本体側のガラス面までの距離を十分に長くすることができ、検出器本体側のガラス面の汚染を低減でき、それによる測定精度の低下を有効に防止することができる。

Ｌ１…レーザ光、
Ｌ２…反射レーザ光、
１…光学式レール変位検出装置、
１０…車両限界、
１１…レール、
２…密閉型筐体、
３…投光側ガラス、
４…受光側ガラス、
５…矩形型フード、
６…投光側筒型フード、
７…受光側筒型フード、
８…投光側スリット、
９…受光側スリット

Claims (6)

1. 軌道検測車に搭載され、投光窓からレールに光を照射し、前記レールから反射する反射光を受光窓から受光することによって前記レールの変位量を検出する検出器本体と、
   前記検出器本体に取り付けられ、外部から塵埃、雨水、雪などが前記投光窓及び受光窓に侵入するのを防止するために前記レールに照射される照射光と前記反射光とを通過させるスリットを備えたフード手段と、
   前記フード手段に取り付けられ、前記フード手段の前記スリットの開口面を含み、前記照射光及び前記反射光の光軸又は外周縁から等距離で、かつ平行に延びた形状の筒型フード手段とを備え、
   前記筒型フード手段は車両限界の最下端まで存在することを特徴とする光学式レール変位検出装置。
2. 軌道検測車に搭載され、投光窓からレールに光を照射し、前記レールから反射する反射光を受光窓から受光することによって前記レールの変位量を検出する検出器本体と、
   前記検出器本体に取り付けられ、外部から塵埃、雨水、雪などが前記投光窓及び受光窓に侵入するのを防止するために、前記レールに照射される光及び前記反射光の光軸又は外周縁から等距離で、かつ平行に延びた形状の筒型フード手段とを備え、
   前記筒型フード手段は車両限界の最下端まで存在することを特徴とする光学式レール変位検出装置。
3. 軌道検測車に搭載され、投光窓からレールに光を照射し、前記レールから反射する反射光を受光窓から受光することによって前記レールの変位量を検出する検出器本体と、
   前記検出器本体に取り付けられ、外部から塵埃、雨水、雪などが前記投光窓及び受光窓に侵入するのを防止するために前記レールに照射される照射光と前記反射光とを通過させるスリットを備えたフード手段と、
   前記フード手段に取り付けられ、前記フード手段の前記スリットの開口面を含み、前記照射光及び前記反射光の光軸又は外周縁から等距離で、かつ平行に延びた形状の筒型フード手段とを備え、
   前記筒型フード手段の断面形状を円形、矩形又は多角形で構成したことを特徴とする光学式レール変位検出装置。
4. 軌道検測車に搭載され、投光窓からレールに光を照射し、前記レールから反射する反射光を受光窓から受光することによって前記レールの変位量を検出する検出器本体と、
   前記検出器本体に取り付けられ、外部から塵埃、雨水、雪などが前記投光窓及び受光窓に侵入するのを防止するために、前記レールに照射される光及び前記反射光の光軸又は外周縁から等距離で、かつ平行に延びた形状の筒型フード手段とを備え、
   前記筒型フード手段の断面形状を円形、矩形又は多角形で構成したことを特徴とする光学式レール変位検出装置。
5. 請求項１又は２に記載の光学式レール変位検出装置において、前記筒型フード手段の断面形状を円形、矩形又は多角形で構成したことを特徴とする光学式レール変位検出装置。
6. 請求項１、２、３、４又は５に記載の光学式レール変位検出装置において、前記筒型フード手段を投光側又は受光側のみに設けたことを特徴とする光学式レール変位検出装置。

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