JP6023688B2

JP6023688B2 - レール凹凸測定装置

Info

Publication number: JP6023688B2
Application number: JP2013233144A
Authority: JP
Inventors: 田中　博文; 博文田中; 惇清水
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2033-11-11
Also published as: JP2015093543A

Description

本発明は、鉄道車両が走行する鉄道軌道のレールの凹凸を連続的に測定するレール凹凸測定装置に関する。

従来より、鉄道軌道のレール凹凸や軌道変位を測定する方式として差分法や偏心矢法及び慣性法などといった種々の測定方式が知られている。

また、このような鉄道軌道のレール凹凸測定装置として、測定車両に変位センサを３つ設置して偏心矢法によって測定することが知られている。この変位センサを３つ設置して偏心矢法を用いた理由としては、非特許文献１に記載されているように、レールの延設方向に沿って、先端側と後端側に夫々一対の変位センサを設けて、これらの変位センサを鉛直方向に対して対称位置に配置した場合、即ち、変位センサを４つ設置して差分法によって測定を行った場合には検測倍率がゼロとなる波長が多くなってしまうという問題を有することから４つの変位センサを用いることはレール凹凸測定装置としては適さないことが知られていることによる。

さらに、特許文献１に記載されているように、変位センサの位置を調整自在とすることで、偏心矢の弦長を変更して検出したいレールの凹凸の波長に適した弦長で測定することができる構造を有するレール凹凸測定装置も知られている。

特開２０１２−２５１８４０号公報

竹下邦夫，偏心矢法による軌道狂い検出法，鉄道総研報告，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．１０，１８−２４，１９９０．１０．

しかし、上述した特許文献に記載されたレール凹凸測定装置は、偏心矢法では弦長の組合せにもよるが、比較的波長の長い帯域についての検測倍率が低いという問題があり、波長の長いレール凹凸の測定精度が低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、比較的波長の長い帯域についての検測倍率を向上させて波長の長いレール凹凸の測定精度を向上させたレール凹凸測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレール凹凸測定装置は、測定レール上を走行する測定車両によって測定レールの凹凸を連続的に測定するレール凹凸測定装置であって、前記測定車両は、測定基準梁に測定レールの延設方向に沿って配列された少なくとも４つの変位センサからなる変位センサ群を備え、前記変位センサ群は、前記測定基準梁の前記延設方向の両端側に位置する先端センサ及び後端センサと、前記先端センサと隣り合う第１の中間センサと、前記後端センサと隣り合う第２の中間センサとを有し、前記先端センサと前記第１の中間センサの距離と前記後端センサと前記第２の中間センサの距離が異なるように配置されることを特徴とする。

また、本発明に係るレール凹凸測定装置において、前記変位センサ群は、前記先端センサを含む先端センサ群と、前記後端センサを含む後端センサ群とを有し、前記先端センサ群と前記後端センサ群は、前記測定基準梁の前記延設方向に沿った両端に配置されることができる。

また、本発明に係るレール凹凸測定装置において、前記変位センサ群は、複数の前記変位センサから少なくとも前記第１及び第２の中間センサを選択することが好ましい。

また、本発明に係るレール凹凸測定装置において、前記変位センサ群を構成する変位センサのうち少なくとも一つの変位センサは、前記延設方向に位置を調整可能であることが好ましい。

本発明に係るレール凹凸測定装置は、３つのセンサを用いた偏心矢法によるレール凹凸検出に加え、先端センサと第１の中間センサの距離と後端センサと第２の中間センサの距離が異なるように配置されているので、４つのセンサを用いた４点差分法によるレール凹凸検出を行うことで、長波長側の検測特性が高くなり、波長の長いレール凹凸の測定精度が向上する。

本発明の実施形態に係るレール凹凸測定装置の概要図。本発明の実施形態に係るレール凹凸測定装置の検測特性。本発明の実施形態に係るレール凹凸測定装置の変形例。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係るレール凹凸測定装置の概要図であり、図２は、本発明の実施形態に係るレール凹凸測定装置の検測特性であり、図３は、本発明の実施形態に係るレール凹凸測定装置の変形例である。なお、本明細書において、先端及び後端とは、図１における紙面右側に向かって測定台車１０が走行した場合の進行方向の一端を先端と、進行方向と逆の方向の他端を後端と定義する。また、測定台車１０は測定レールＲ１上を往復移動可能であるため、先端及び後端は進行方向によって適宜その向きが逆転し、測定レールＲ１の往復方向のいずれの方向からも測定が可能である。

図１に示すように、本実施形態に係るレール凹凸測定装置１は、測定レールＲ１上を走行する測定車両１０と、該測定車両１０に取り付けられた測定基準梁１８を備える。

測定車両１０は、車体フレーム１１と、車体フレーム１１にサスペンションなどの緩衝機構１２，１３を介して回転可能に取り付けられた走行車輪１４，１５及び測定車両１０の進行距離を測定する距離センサとしてロータリーエンコーダ３１を備えている。

測定基準梁１８は、車体フレーム１１にバネ１６，１７を介して車体フレーム１１に吊下するように且つ、測定レールＲ１の延設方向に沿って取り付けられている。

また、測定基準梁１８には、複数の変位センサ２１，２２，２３，２４を有する変位センサ群２０が測定レールＲ１の延設方向に沿って配列されている。変位センサ群２０は、測定基準梁１８の延設方向の両端に位置する先端センサ２１，後端センサ２４と、先端センサ２１と後端センサ２４の間に配列された第１の中間センサ２２及び第２の中間センサ２３とを有している。なお、先端センサ２１，第１の中間センサ２２及び第２の中間センサ２３は互いに近接して配置されており、これらの変位センサによって先端センサ群２０Ａを構成している。

各変位センサの配列間隔は、先端センサ２１と第１の中間センサ２２との距離と、後端センサ２４と第２の中間センサ２３との距離が異なるように配列されており、図１において測定基準梁１８の延設方向に左右非対称に配列されている。具体的には、例えば先端センサ２１と第１の中間センサ２２の距離を２５ｍｍ、第１の中間センサ２２と第２の中間センサ２３の距離を２５ｍｍ、後端センサ２４と第２の中間センサ２３との距離を２０５ｍｍに設定すると好適である。

各変位センサは、例えば、非接触式のレーザ変位センサを用い、例えば測定スポットは２００×７５０μｍ程度に設定すると好適である。また、渦電流式変位センサなどを用いることも可能である。

ロータリーエンコーダ３１は、車体フレーム１１に垂下して取り付けられると共に空転を抑制するためにバネによって測定レールＲに押し付けるように取り付けられており、走行車輪１４，１５の回転に伴って測定車両１０の進行距離を測定する。なお、ロータリーエンコーダの代わりにレーザ距離センサ、光学式距離センサ、超音波式距離センサを用いても構わない。また、ロータリーエンコーダ３１は、走行車輪１５と同軸に取り付けずに、車体フレーム１１から吊下して測定レールＲ１の長手方向に沿って滑動自在に接するように構成しても構わない。

このように構成したレール凹凸測定装置１は、従来の測定方法のように先端センサ２１，第１の中間センサ２２及び後端センサ２４又は、先端センサ２１，第２の中間センサ２３及び後端センサ２４の３つの変位センサを用いて偏心矢法によって測定レールＲ１の凹凸を測定することができることに加え、先端センサ２１，第１の中間センサ２２，第２の中間センサ２３及び後端センサ２４の４つの変位センサを用い、４点差分法によるレール凹凸検出を行うことができるので、図２に示すように波長が０．１ｍ以上の長波長側の検測特性を向上させることができる。また、各変位センサの間隔を左右非対称となるように選択しているので、差分法を実用的に活用することが可能となる。

図２は、本実施形態に係るレール凹凸測定装置１の検測特性を示したグラフであり、検測倍率が大きい程その波長における検測精度が高いことを示しており、実施例は、４つの変位センサを用いて各センサの間隔を２５ｍｍ−２５ｍｍ−２０５ｍｍに設定した４点差分法によってレール凹凸検出を行った測定結果を示しており、比較例１は、従来の測定方法のように３つの変位センサを用いて各センサの間隔を２５ｍｍ−２３０ｍｍに設定した偏心矢法によってレール凹凸検出を行った測定結果であり、比較例２は、３つの変位センサを用いて各センサの間隔を５０ｍｍ‐２０５ｍｍに設定した偏心矢法によってレール凹凸検出を行った測定結果である。

図２から明らかなように、実施例の測定結果は、４つの変位センサから適宜選択した３つの変位センサを構成した場合の比較例１及び比較例２の検測特性の利点を有した特性となっており、比較例１の検測特性と比べて長波長側の検測倍率が向上しながらも比較例２のように中間波長帯域で検測倍率の低下はみられず広帯域で概ね１以上の検測倍率を有している。

なお、４点差分法の弦長として、各変位センサ間の間隔を２５ｍｍ−２５ｍｍ−２０５ｍｍとした場合について説明を行ったが、これらの弦長は測定レールに応じて適宜変更することが可能であり、これを実現するために、各変位センサを測定基準梁１８の延設方向に沿って位置調整自在に取り付けるように構成しても構わない。

また、図３に示すように、先端センサ群２０Ａに加え、後端センサ２４に近接するように中間センサ２５，２６を配置し、後端センサ群２０Ｂを構成することも可能である。この場合、差分法に使用する中間センサを先端センサ２１及び後端センサ２４を除いた変位センサから適宜選択することができる。また、中間センサの数も２に限らず、３以上選択して、変位センサを５以上用いた多点差分法によってレール凹凸を測定しても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１，２レール凹凸測定装置，１０，１０´ 測定車両，１１車体フレーム，１２，１３緩衝機構，１４，１５走行車輪，１８測定基準梁，２０変位センサ群，２０Ａ先端センサ群，２０Ｂ後端センサ群，２１先端センサ，２２第１の中間センサ，２３第２の中間センサ，２４後端センサ，２５，２６中間センサ，Ｒ１測定レール。

Claims

測定レール上を走行する測定車両によって測定レールの凹凸を連続的に測定するレール凹凸測定装置であって、
前記測定車両は、測定基準梁に測定レールの延設方向に沿って配列された少なくとも４つの変位センサからなる変位センサ群を備え、
前記変位センサ群は、前記測定基準梁の前記延設方向の両端側に位置する先端センサ及び後端センサと、前記先端センサと隣り合う第１の中間センサと、前記後端センサと隣り合う第２の中間センサとを有し、
前記先端センサと前記第１の中間センサの距離と前記後端センサと前記第２の中間センサの距離が異なるように配置されることを特徴とするレール凹凸測定装置。
請求項１に記載のレール凹凸測定装置において、
前記変位センサ群は、前記先端センサを含む先端センサ群と、前記後端センサを含む後端センサ群とを有し、
前記先端センサ群と前記後端センサ群は、前記測定基準梁の前記延設方向に沿った両端に配置されることを特徴とするレール凹凸測定装置。
請求項１又は２に記載のレール凹凸測定装置において、
前記変位センサ群は、複数の前記変位センサから少なくとも前記第１及び第２の中間センサを選択することを特徴とするレール凹凸測定装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載のレール凹凸測定装置において、
前記変位センサ群を構成する変位センサのうち少なくとも一つの変位センサは、前記延設方向に位置を調整可能であることを特徴とするレール凹凸測定装置。