JP7096798B2 - レール踏頂面粗さ測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、レールの踏頂面の粗さを測定するレール踏頂面粗さ測定装置に関する。

従来、レールの踏頂面の凹凸を測定する装置として特許文献１に開示されたものがある。特許文献１には、レールの踏頂面に対してレーザ光を照射し、踏頂面で反射した反射光を受光する変位センサによって検出された鉛直方向の変位を用いて偏心矢法によってレールの踏頂面の凹凸を算出するレール凹凸測定装置について開示されている。

特許第５９６０９５４号公報

特許文献１に開示されたレール凹凸測定装置では、梁のレールの長手方向の異なる３つの点にそれぞれ別々に変位センサが取り付けられ、３つの変位センサによって検出された鉛直方向の変位を用いて偏心矢法によってレールの踏頂面の凹凸が算出される。変位センサは、それぞれレールの踏頂面に対してレーザ光を照射する照射部とレールの踏頂面で反射したレーザ光を受光する受光部とを有している。

そのため、レールの踏頂面の凹凸を測定する際に凹凸測定装置がレール上で走行すると、変位センサの取り付けられた梁が振動あるいは回転する場合がある。その場合、梁の３つの点で別々に取り付けられた変位センサの間で、相対的な変位が生じる。レールの踏頂面の凹凸を測定している間に変位センサの間で相対的な変位が生じると、それによって算出されるレールの踏頂面の凹凸の精度が低下する。

また、それぞれの変位センサのレール長手方向の寸法上、レーザ光の照射部同士を近づけるのに限界がある。照射部同士の間には、ある程度の間隔が生じることになり、その間隔よりも小さな波長のレールの踏頂面の凹凸については算出することができない。そのため、レールの踏頂面での波状摩耗のような波長の長い凹凸については算出することはできるが、レールの踏頂面の表面粗さのような微小な波長の凹凸については算出することができない。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、より小さな波長の凹凸についても算出することにより、レールの踏頂面での波長の長い凹凸だけでなく、レールの踏頂面の微小な波長である表面の粗さについても算出することのできるレール踏頂面粗さ測定装置を提供することを目的としている。また、レール踏頂面粗さを算出する際に、変位センサの間の相対的な変位が生じることが抑えられ、精度の高いレール踏頂面粗さを算出することのできるレール踏頂面粗さ測定装置を提供することを目的としている。

本発明のレール踏頂面粗さ測定装置は、レールに沿って走行可能な走行体と、前記走行体が走行した距離を検出するエンコーダと、前記走行体に支持されたフレームと、前記フレームに支持され、前記レールの踏頂面に対して前記レールの長手方向に延びるライン状のレーザ光を上方から照射するレーザ変位センサと、前記レーザ変位センサの検出データの処理を行う演算装置と、を備え、前記レーザ変位センサは、前記踏頂面におけるライン状のレーザ照射領域に含まれて前記長手方向に並んだ少なくとも３つの検出点での鉛直方向の変位を検出し、前記演算装置は、前記レーザ変位センサで検出された前記少なくとも３つの検出点の鉛直方向の変位を用いて偏心矢法により前記踏頂面の粗さを算出する。

本発明によれば、上記構成のレール踏頂面粗さ測定装置は、ライン状のレーザ光を照射してレーザ変位センサが変位を検出するので、レールの踏頂面の鉛直方向の変位を検出する検出点同士のレールの長手方向の間隔を小さくすることができる。これにより、波長に応じてレール踏頂面粗さを算出する際に、小さな波長の粗さについても算出することができる。また、ライン状のレーザ光を照射してレーザ変位センサが変位を検出するので、レーザ光を照射する部分同士の相対的な変位が生じ難い。従って、より正確なレールの踏頂面の粗さを算出することができる。

実施形態に係るレール踏頂面粗さ測定装置についての斜視図である。 図１のレール踏頂面粗さ測定装置についての正面図である。 図２のIII－III線に沿う断面図である。 図３のレール踏頂面粗さ測定装置におけるレーザ変位センサについての模式的な斜視図である。 図１のレール踏頂面粗さ測定装置において、フレームの上板にパソコンが搭載された状態について示した斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１のレール踏頂面粗さ測定装置において、保持部材を支持板に取り付ける際の、支持板及び保持部材についての斜視図である。 図１のレール踏頂面粗さ測定装置において、保持部材を支持板に取り付けたときの保持部材及び支持板を下方から見た平面図である。 図６（ａ）の保持部材において、センサ位置表示部について拡大して示した平面図である。 図１のレール踏頂面粗さ測定装置の制御構成について示したブロック図である。 図１のレール踏頂面粗さ測定装置によってレールの踏頂面の粗さが算出される際に、レーザ変位センサによる鉛直方向の変位の検出位置の変化について示した説明図である。 図１のレール踏頂面粗さ測定装置によってレールの踏頂面の粗さが算出される際に、異なる検出位置についての粗さの平均値を取る場合の、レーザ変位センサによる鉛直方向の変位の検出位置について示した説明図である。

以下、実施形態に係るレール踏頂面粗さ測定装置１について、添付図面を参照して説明する。図１は、レール踏頂面粗さ測定装置１についての斜視図である。図２は、レール踏頂面粗さ測定装置１について正面から見た正面図である。図３は、図２のIII－III線に沿う断面図である。レール２は、レール踏頂面粗さ測定装置１によって踏頂面２ａについての粗さが測定される測定対象である。

本実施形態では、レール２における長く延びた方向のことを長手方向というものとし、レール２における長手方向に直交し、１対のレール同士が対向する方向のことを枕木方向というものとする。また、長手方向において、レール踏頂面粗さ測定装置１によるレール２の踏頂面２ａの粗さの測定の際に、レール踏頂面粗さ測定装置１の進む方向を進行方向というものとする。レール踏頂面粗さ測定装置１の進行方向をＤ１とし、また、枕木方向をＤ２とする。

レール踏頂面粗さ測定装置１は、レール２に沿って走行可能な走行体３を備えている。本実施形態では、走行体３は、進行方向前側の前側走行体３ａと進行方向後側の後側走行体３ｂとを有している。前側走行体３ａ及び後側走行体３ｂは、それぞれ円柱状の形状を有している。前側走行体３ａ及び後側走行体３ｂは、レール２の踏頂面２ａ上で転がることにより、レール２に沿って走行可能に構成されている。

レール踏頂面粗さ測定装置１は、フレーム４を備えている。フレーム４は、走行体３によって支持されている。フレーム４は、走行体３の側方に配置された側面フレーム４ａ及び４ｂを有している。側面フレーム４ａ及び４ｂは、走行体３を挟んで枕木方向Ｄ２に対向するように配置されている。走行体３は、側面フレーム４ａ及び側面フレーム４ｂに対し回転可能に取り付けられている。また、フレーム４は、進行方向Ｄ１の前方の位置で側面フレーム４ａと側面フレーム４ｂとの間の空間を覆うように、側面フレーム４ａと側面フレーム４ｂとに対し取り付けられた前側フレーム４ｃを有している。また、フレーム４は、進行方向Ｄ１の後方の位置で側面フレーム４ａと側面フレーム４ｂとの間の空間を覆うように、側面フレーム４ａと側面フレーム４ｂとに対し取り付けられた後側フレーム４ｄを有している。また、フレーム４は、側面フレーム４ａ、側面フレーム４ｂ、前側フレーム４ｃ及び後側フレーム４ｄによって囲まれた空間の上方を覆い、後述するレーザ変位センサを上方から支持する支持板４ｅを有している。また、フレーム４は、支持板４ｅの上面に取り付けられるスペーサ４ｆを有している。また、フレーム４は、スペーサ４ｆの上面に取り付けられた上板４ｇを有している。

支持板４ｅの上面にスペーサ４ｆが取り付けられ、スペーサ４ｆの上面に上板４ｇが取り付けられるので、支持板４ｅと上板４ｇとの間にスペースＳが形成される。

レール踏頂面粗さ測定装置１は、エンコーダ５を備えている。エンコーダ５は、走行体３が走行した距離を検出することが可能に構成されている。本実施形態では、エンコーダ５は、フレーム４に取り付けられている。エンコーダ５は、側面フレーム４ａ、側面フレーム４ｂ、前側フレーム４ｃ及び後側フレーム４ｄによって囲まれ、レール２の踏頂面２ａ上に当接する位置に配置される。エンコーダ５は、踏頂面２ａ上で回転可能に構成された車輪５ａと、車輪５ａが回転したときの車輪５ａの回転の量を検出する検出部５ｂとを有している。検出部５ｂは、検出部５ｂによって検出された車輪５ａの回転量に基づいて、走行体３の走行した距離を検出することが可能に構成されている。

レール踏頂面粗さ測定装置１は、レーザ変位センサ６を備えている。図４に、レーザ変位センサ６についての模式的な斜視図を示す。レーザ変位センサ６は、レール２の踏頂面２ａに対してレール２の長手方向に延びるレーザ光Ｌを上方から照射するレーザ照射部６ａを有している。また、本実施形態では、例えば、レーザ変位センサ６が、レール２の踏頂面２ａで反射したレーザ光Ｌを受光するレーザ受光部６ｂを有している。レーザ変位センサ６は、支持板４ｅによって上方から支持されている。本実施形態では、レーザ照射部６ａは、レール２の長手方向に長く延びたライン状のレーザ光Ｌを照射する。

レーザ変位センサ６は、レーザ照射部６ａから照射されたレーザ光Ｌを用いてレール２の踏頂面２ａからの鉛直方向の変位を検出することが可能に構成されている。本実施形態では、例えば、レーザ受光部６ｂが、レール２の長手方向の複数の位置でレーザ光Ｌの反射光を受光することが可能に構成されている。例えば、レーザ受光部６ｂは、レール２の長手方向に照射されたレーザ光Ｌを２００分割し、２００個の位置でレーザ光Ｌの反射光を受光することができる。

本実施形態では、レーザ照射部６ａと、レーザ受光部６ｂとは、枕木方向Ｄ２に隣接して配置されている。レーザ照射部６ａは、照射されるレーザ光Ｌが、レール２の長手方向に沿って長く延びるように構成されている。レーザ受光部６ｂは、レーザ照射部６ａから照射されてレール２の踏頂面２ｂで反射したレーザ光Ｌの反射光を受光することが可能なように構成されている。本実施形態では、レーザ変位センサ６は、レーザ受光部６ｂによって受光されたレーザ光Ｌを検出することにより、レール２の踏頂面２ａからの鉛直方向の変位を検出することができる。

図５に、フレーム４における上板４ｇ上にパソコン７ｂが配置された状態のレール踏頂面粗さ測定装置１の斜視図を示す。レール踏頂面粗さ測定装置１は、演算装置７を備えている。本実施形態では、演算装置７は、フレーム搭載演算装置７ａ及びパソコン（ＰＣ）７ｂを有している。本実施形態では、レール踏頂面粗さ測定装置１は、フレーム搭載演算装置７ａ及びパソコン７ｂの両方を有するように構成されている。演算装置７の一部として、フレーム搭載演算装置７ａが、フレーム４に搭載されている。フレーム搭載演算装置７ａは、支持板４ｅの下方で側面フレーム４ａよりも枕木方向の外側の位置に配置され、側面フレーム４ａ及び支持板４ｅによって支持されている。また、本実施形態では、演算装置７の一部として、パソコン７ｂが、レール踏頂面粗さ測定装置１に搭載されている。

フレーム搭載演算装置７ａ及びパソコン７ｂは、それぞれ別々に演算処理を行うように構成されていてもよいし、互いに協働して同じ演算処理を行うように構成されていてもよい。なお、演算装置７は、フレーム搭載演算装置７ａあるいはパソコン７ｂのいずれかが、単独で演算装置７として構成されていてもよく、レール踏頂面粗さ測定装置１が、フレーム搭載演算装置７ａあるいはパソコン７ｂのいずれか一方のみを有するように構成されていてもよい。

演算装置７は、レーザ変位センサ６の検出データの処理を行うように構成されている。演算装置７は、レーザ変位センサ６によって検出された鉛直方向についての変位に基づいて、レール２の踏頂面２ａの粗さを算出することができる。

図６（ａ）及び（ｂ）に、保持部材８の支持板４ｅへの取り付けの際の、支持板４ｅ及び保持部材８の斜視図を示す。レール踏頂面粗さ測定装置１は、レーザ変位センサを保持する保持部材８を備えている。本実施形態では、保持部材８は、支持板４ｅの上面に着脱可能に取り付けられている。図６（ａ）に示されるように、支持板４ｅには、スリット４ｈが形成されている。スリット４ｈは、支持板４ｅを板厚方向に貫通し、枕木方向に延びて形成されている。

保持部材８は、支持板４ｅの上方に配置される本体部８ａを有している。また、保持部材８は、本体部８ａの長手方向における進行方向の後方側の端部から進行方向後方側へ突出すると共に、本体部８ａから下方に延びるように設けられた２つの接続部８ｂを有している。また、保持部材８は、進行方向の前方側で、支持板４ｅの一部を本体部８ａとの間に挟み込むように構成された挟持部８ｃを有している。挟持部８ｃは、本体部８ａにおける長手方向の進行方向Ｄ１の前方側で、下方に向けて延び、そこから進行方向の後方側に延び、そこからさらに進行方向の前方側に向けて延びるように屈曲されて形成されている。

保持部材８を支持板４ｅに取り付ける際には、図６（ｂ）に示されるように、スリット４ｈに２つの接続部８ｂを挿入する。また、本体部８ａと挟持部８ｃとの間に、支持板４ｅの一部を挟み込む。こうすることにより、図６（ｂ）に示されるように、保持部材８が支持板４ｅに取り付けられる。

図７に、保持部材８がレーザ変位センサ６を保持している部分について、支持板４ｅの下方から見た平面図を示す。保持部材８を支持板４ｅに取り付ける際には、接続部８ｂがスリット４ｈを通って支持板４ｅの下方に配置される。レーザ変位センサ６は、進行方向の前方側に、接続部８ｂに当接して、接続部８ｂと接続される当接部６ｃを有している。本実施形態では、当接部６ｃが、枕木方向Ｄ２の両方の外側の位置から接続部８ｂによって挟み込まれて接続される。接続部８ｂは、支持板４ｅの下方でレーザ変位センサ６に接続されており、本体部８ａから延びた接続部８ｂは、スリット４ｈを通って支持板４ｅの下方のレーザ変位センサ６に接続される。また、接続部８ｂは、スリット４ｈに案内されて枕木方向Ｄ２に移動可能に構成されているので、レーザ変位センサ６が、枕木方向に移動可能に構成されている。

また、接続部８ｂが、スリット４ｈに案内されて枕木方向Ｄ２に移動可能に構成されているので、接続部８ｂがスリット４ｈの枕木方向Ｄ２の端部４ｉで支持板４ｅに当接したところで接続部８ｂの枕木方向Ｄ２の移動が止まる。そのため、スリット４ｈの枕木方向Ｄ２の端部４ｉで接続部８ｂの移動を規制することができる。結果的に、レーザ変位センサ６の枕木方向Ｄ２の移動を、スリット４ｈの枕木方向Ｄ２の端部４ｉで規制することができる。これにより、レーザ変位センサ６が枕木方向Ｄ２に移動し過ぎて、レーザ変位センサ６がレール２の踏頂面２ａから外れることを防ぐことができる。

図８に、保持部材８を上側から見た平面図を示す。本実施形態では、保持部材８は、センサ位置表示部８ｄを有している。図８に示されるように、本実施形態では、保持部材８における本体部８ａの上側の面にセンサ位置表示部８ｄの目盛が付されている。支持板４ｅに基準となる基準位置が表示されていれば、支持板４ｅの基準位置に対する保持部材８の位置を確認することができる。なお、支持板４ｅがセンサ位置表示部を有し、保持部材８に基準位置についての表示があってもよい。支持板４ｅと保持部材８との間の枕木方向についての相対的な位置が確認できるのであれば、どちらにセンサ位置表示部が付されていてもよく、またどちらに基準位置が付されていてもよい。また、本実施形態では、上板４ｇは、透明となるように構成されている。

レール踏頂面粗さ測定装置１は、バッテリ９を備えている（図２）。バッテリ９は、フレーム４に支持されている。本実施形態では、バッテリ９は、支持板４ｅの下方で側面フレーム４ｂの枕木方向の外側の位置に配置され、側面フレーム４ｂ及び支持板４ｅによって支持されている。バッテリ９は、演算装置７及びレーザ変位センサ６に供給される電力を蓄電している。また、本実施形態では、バッテリ９は、エンコーダ５に供給される電力等、他の電力を蓄電していてもよい。

また、前述したように、フレーム搭載演算装置７ａは、側面フレーム４ａ及び支持板４ｅによって支持されている。本実施形態では、図２に示されるように、フレーム搭載演算装置７ａと、バッテリ９とが、枕木方向の両側に分かれてフレーム４に搭載されている（図２）。従って、レール２を挟んで枕木方向の一方側でフレーム搭載演算装置７ａがフレーム４に搭載され、枕木方向の他方側でバッテリ９がフレーム４に搭載されている。

また、本実施形態では、側面フレーム４ａ及び４ｂの内側の位置に、レール２の枕木方向の外側でレール２と当接するように車輪１０が設けられている。車輪１０は、レール２の枕木方向についての両方の外側に設けられ、２つの車輪１０によってレール２の側面を枕木方向に挟むように構成されている（図２）。車輪１０は、レール踏頂面粗さ測定装置１における進行方向の前方及び後方の端部付近の位置にそれぞれ設けられている。本実施形態では、車輪１０は、バネによってレール２の側面を押す方向に付勢されている（図３）。

また、本実施形態では、側面フレーム４ａ及び４ｂの内側で車輪１０よりも下方の位置に、レール２のフランジ部の枕木方向の外側でレール２と当接するように下側車輪１１が設けられている。下側車輪１１についても、レール２のフランジ部の枕木方向についての両方の外側に設けられ、２つの下側車輪１１によってレール２のフランジ部の側面を枕木方向に挟むように構成されている（図２）。下側車輪１１は、レール踏頂面粗さ測定装置１における進行方向の前方及び後方の端部付近の位置にそれぞれ設けられている（図３）。

次に、レール踏頂面粗さ測定装置１の制御構成について説明する。図９に、本実施形態のレール踏頂面粗さ測定装置１の制御構成についてのブロック図を示す。

演算装置７は、レーザ変位センサ６のレーザ照射部６ａに対しレーザ光を照射させることが可能であると共に、レーザ受光部６ｂによって受光したレーザ光の検出データを受け取ることが可能に構成されている。また、演算装置７は、レーザ変位センサ６から受け取った検出データの処理を行うことが可能に構成されている。演算装置７は、レーザ変位センサ６から受け取った検出データに基づいて、レール２の踏頂面２ａの粗さを算出することができる。

また、演算装置７は、エンコーダ５が検出した走行体３の走行距離を受け取ることができる。演算装置７は、エンコーダ５が検出した走行体３の走行距離に基づいて、所定の間隔ごとにレーザ変位センサ６によるレール２の踏頂面２ａの鉛直方向の変位の検出を行うことができる。

本実施形態では、レール踏頂面粗さ測定装置１は、人の手によって押されることで移動する形式である。なお、レール踏頂面粗さ測定装置１は、自走式であってもよい。その場合、走行体３は、それぞれ円柱状の形状を有した前側走行体３ａ及び後側走行体３ｂの回転を駆動させる駆動源を有していてもよい。また、演算装置７は、駆動源の制御を行うことにより、レール踏頂面粗さ測定装置１の移動の制御を行うように構成されていてもよい。

次に、レール２の踏頂面２ａの粗さの算出について説明する。本実施形態では、レール２の踏頂面２ａの粗さは、公知の偏心矢法によって算出が行われる。図１０に、レール踏頂面粗さ測定装置１によってレール２の踏頂面２ａの粗さが算出される際に、レーザ変位センサ６による鉛直方向の変位の検出位置の変化について示した説明図を示す。

レール２の踏頂面２ａの粗さの算出が行われる際には、まずレーザ照射部６ａから単一のライン状のレーザ光が照射される。ライン状のレーザ光が照射されると、レーザ光が踏頂面２ａで反射し、反射光がレーザ受光部６ｂで受光される。本実施形態では、レーザ受光部６ｂが反射したレーザ光を受光可能な複数の位置のうち、任意の３つの検出点で、それぞれの検出点でのレーザ変位センサ６からの鉛直方向の変位が検出される。

本実施形態では、レーザ受光部６ｂの反射したレーザ光を受光可能な位置のうちの進行方向の最も後方の位置を第１検出点ｘ１とし、進行方向の最も前方の位置を第２検出点ｘ２とし、長手方向についての第１検出点ｘ１と第２検出点ｘ２との間の位置を第３検出点ｘ３とする。また、レーザ変位センサ６における第１検出点ｘ１に対応する位置をＰ１とし、第２検出点ｘ２に対応する位置をＰ２とし、第３検出点ｘ３に対応する位置をＰ３とする。また、レール２の踏頂面２ａ上における第１検出点ｘ１に対応する位置をＲ１とし、第２検出点ｘ２に対応する位置をＲ２とし、第３検出点ｘ３に対応する位置をＲ３とする。また、第１検出点での鉛直方向の変位をＺ１とし、第２検出点での鉛直方向の変位をＺ２とし、第３検出点での鉛直方向の変位をＺ３とする。また、レーザ変位センサ６上における第１検出点の位置Ｐ１と第３検出点の位置Ｐ３との距離をａとし、第３検出点の位置Ｐ３と第２検出点Ｐ２の距離をｂとする。

このとき、踏頂面２ａ上の点Ｒ１と点Ｒ２とを結んだ直線からＲ３までの距離Ｚ（ｘ）を、
Ｚ（ｘ）＝（ｂ／（ａ＋ｂ））Ｚ１＋（ａ／（ａ＋ｂ））Ｚ２－Ｚ３
として算出する。

算出された点Ｒ１と点Ｒ２とを結んだ直線からＲ３までの距離Ｚ（ｘ）の値が、検出値として用いられる。そこでの検出値としてＺ（ｘ）が算出されると、図１０に示されるように、レール踏頂面粗さ測定装置１を進行方向Ｄ１に向かって移動させる。

レール踏頂面粗さ測定装置１を進行方向Ｄ１に移動させながら、所定の間隔ごとにＺ（ｘ）の値を算出することにより、進行方向Ｄ１に沿ったＺ（ｘ）の分布を算出することができる。こうして算出された進行方向Ｄ１に沿ったＺ（ｘ）の分布について、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことによって、波長（周波数）と振幅との関係を算出することができ、波長（周波数）に応じた踏頂面２ａの粗さについての算出を行うことができる。

偏心矢法によって踏頂面２ａの粗さを算出する際には、隣り合う検出点同士の間の距離よりも小さな波長の粗さについては算出できない。レール２の踏頂面２ａの算出可能な粗さは、レーザ変位センサ６上における第１検出点ｘ１に対応する位置Ｐ１と第３検出点ｘ３に対応する位置Ｐ３との間の距離ａあるいは第３検出点ｘ３に対応する位置Ｐ３と第２検出点ｘ２に対応する位置Ｐ２との間の距離ｂによって決まる。第１検出点ｘ１の位置Ｐ１と第３検出点ｘ３の位置Ｐ３とを近づける、あるいは、第３検出点ｘ３の位置Ｐ３と第２検出点ｘ２の位置Ｐ２とを近づけることにより、微小な波長の粗さについても算出することができるようになる。

本実施形態では、レーザ照射部６ａは、レール２の長手方向に長く延びたライン状のレーザ光を照射している。レーザ照射部６ａがライン状のレーザ光を照射してレーザ変位センサ６が変位を検出し、レーザ光を分割した位置を検出点にできるので、踏頂面２ａの鉛直方向の変位を検出する検出点同士のレールの長手方向の間隔を小さくすることができる。これにより、踏頂面２ａについての、小さな波長の粗さについても算出することができる。

本実施形態では、波長に応じてレール踏頂面粗さを算出する際に、より小さな波長の粗さについても算出することができるので、レール踏頂面のより細かい粗さを算出することができる。

また、本実施形態では、レーザ照射部６ａがライン状のレーザ光を照射してレーザ変位センサ６が変位を検出するので、レーザ照射部６ａは、単一の照射部によって一度にレーザ光を照射することができる。従って、踏頂面２ａの粗さの算出を行う際に、レーザ光を照射する部分同士の相対的な変位が生じ難い。これにより、より正確なレールの踏頂面の粗さを算出することができる。

また、本実施形態では、レール踏頂面粗さ測定装置１において、フレーム搭載演算装置７ａ及びバッテリ９が、枕木方向の両側に分かれてフレーム４に搭載されているので、枕木方向の両側に重量物が搭載されることになり、枕木方向の一方側と他方側との間でバランス性を向上させることができる。従って、枕木方向Ｄ２の重量バランスが安定した状態でレール２の踏頂面２ａの粗さの算出を行うことができる。

また、本実施形態では、保持部材８の接続部８ｂがスリット４ｈを通って支持板４ｅの下方のレーザ変位センサ６に接続されるので、接続部８ｂがスリット４ｈに案内されて、レーザ変位センサ６が枕木方向Ｄ２に移動することができる。従って、枕木方向Ｄ２について異なる位置についての踏頂面２ａの粗さを算出することができる。

また、本実施形態では、支持板４ｅと上板４ｇとの間にスペースＳが形成されているので、スペースＳに物を収納することができる。本実施形態では、上板４ｇ上にはパソコン７ｂが配置される。そのため、パソコン７ｂに接続された配線を、スペースＳに配置することができる。これにより、配線の取り回しを容易に行うことができ、レール踏頂面粗さ測定装置１の使い勝手を良くすることができる。

また、本実施形態では、保持部材８がセンサ位置表示部８ｄを有し、上板４ｇが透明に構成されているので、センサ位置表示部８ｄを上板４ｇの上方から視認できる。従って、保持部材８が支持板４ｅに対し枕木方向に移動したときに、保持部材８の枕木方向についての支持板４ｅに対する相対的な位置を上方から確認することができる。なお、支持板４ｅがセンサ位置表示部を有している場合についても、上板４ｇが透明に構成されているので、センサ位置表示部を上板４ｇの上方から視認できる。従って、保持部材８が支持板４ｅに対し枕木方向に移動したときに、保持部材８の枕木方向についての支持板４ｅに対する相対的な位置を上方から確認することができる。

なお、上記実施形態では、第１検出点ｘ１、第２検出点ｘ２及び第１検出点ｘ１と第２検出点ｘ２との間の第３検出点ｘ３で検出された鉛直方向の変位を用い、偏心矢法を用いて踏頂面２ａの粗さの算出を行う方法について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。第１検出点ｘ１と第２検出点ｘ２との間であって第３検出点ｘ３とは異なる第４検出点ｘ４での鉛直方向の変位を検出し、第１検出点ｘ１、第２検出点ｘ２及び第３検出点ｘ３での鉛直方向の変位を用いて偏心矢法を用いて算出を行った第１粗さと、第１検出点ｘ１、第２検出点ｘ２及び第４検出点ｘ４での鉛直方向の変位を用いて偏心矢法を用いて算出を行った第２粗さとの平均である平均粗さの算出が行われてもよい。また、例えば、平均粗さを用いてレールの品質の確認が行われてもよい。

図１１を用いて、第１検出点ｘ１、第２検出点ｘ２及び第３検出点ｘ３での鉛直方向の変位を用いた第１粗さと、第１検出点ｘ１、第２検出点ｘ２及び第４検出点ｘ４での鉛直方向の変位を用いた第２粗さとの平均である平均粗さの算出を行う場合について説明する。まず、第１検出点ｘ１、第２検出点ｘ２及び第１検出点ｘ１と第２検出点ｘ２との間の第３検出点ｘ３で検出されたそれぞれの位置での鉛直方向の変位を用い偏心矢法を用いて第３検出点ｘ３でのＺ（ｘ）を算出し、これを第１距離Ｚ（１）とする。同様に、第１検出点ｘ１、第２検出点ｘ２及び第１検出点ｘ１と第２検出点ｘ２との間であって第３検出点ｘ３とは異なる第４検出点ｘ４で検出されたそれぞれの位置での鉛直方向の変位を用い偏心矢法を用いて第４検出点でのＺ（ｘ）を算出し、これを第２距離Ｚ（２）とする。

最初の位置で第１距離Ｚ（１）及び第２距離Ｚ（２）が算出されると、レール踏頂面粗さ測定装置１を進行方向Ｄ１に向かって移動させながら、所定の間隔ごとに第１距離Ｚ（１）及び第２距離Ｚ（２）が算出される。これにより、進行方向Ｄ１に沿った第１距離Ｚ（１）及び第２距離Ｚ（２）の分布を算出することができる。進行方向Ｄ１に沿った第１距離Ｚ（１）及び第２距離Ｚ（２）の分布が算出されると、第１距離Ｚ（１）及び第２距離Ｚ（２）について、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことによって、第１距離Ｚ（１）についての波長と振幅との関係及び第２距離Ｚ（２）についての波長と振幅との関係を算出することができる。これにより、踏頂面２ａの第１粗さ及び第２粗さを算出することができる。第１粗さ及び第２粗さが算出されると、第１粗さと第２粗さとの平均である平均粗さが算出される。

このように、第１検出点ｘ１、第２検出点ｘ２及び第３検出点ｘ３についての鉛直方向の変位を用いて偏心矢法によって算出した第１粗さと、第１検出点ｘ１、第２検出点ｘ２及び第４検出点ｘ４についての鉛直方向の変位を用いて偏心矢法によって算出した第２粗さと、の平均である平均粗さを算出するので、誤差の少ない粗さを算出することができる。従って、より正確にレール２の踏頂面２ａの粗さを算出することができる。

１ レール踏頂面粗さ測定装置
２ レール
２ａ 踏頂面
３ 走行体
４ フレーム
４ｅ 支持板
４ｆ スペーサ
４ｇ 上板
４ｈ スリット
５ エンコーダ
６ レーザ変位センサ
７ 演算装置
７ａ フレーム搭載演算装置
７ｂ パソコン
８ 保持部材
８ｂ 接続部
８ｄ センサ位置表示部
ｘ１ 第１検出点
ｘ２ 第２検出点
ｘ３ 第３検出点
ｘ４ 第４検出点

Claims (6)

1. レールに沿って走行可能な走行体と、
   前記走行体が走行した距離を検出するエンコーダと、
   前記走行体に支持されたフレームと、
   前記フレームに支持され、前記レールの踏頂面に対して前記レールの長手方向に延びるライン状のレーザ光を上方から照射するレーザ変位センサと、
   前記レーザ変位センサの検出データの処理を行う演算装置と、を備え、
   前記レーザ変位センサは、前記踏頂面におけるライン状のレーザ照射領域に含まれて前記長手方向に並んだ少なくとも３つの検出点での鉛直方向の変位を検出し、
   前記演算装置は、前記レーザ変位センサで検出された前記少なくとも３つの検出点の鉛直方向の変位を用いて偏心矢法により前記踏頂面の粗さを算出する、レール踏頂面粗さ測定装置。
2. 前記演算装置及び前記レーザ変位センサに供給される電力を蓄電し、前記フレームに支持されたバッテリを更に備え、
   前記演算装置は、前記フレームに支持され、
   前記演算装置及び前記バッテリは、前記長手方向に直交する枕木方向の両側に分かれて前記フレームに搭載されている、請求項１に記載のレール踏頂面粗さ測定装置。
3. 前記レーザ変位センサを保持する保持部材を更に備え、
   前記フレームは、前記レーザ変位センサを上方から支持する支持板を有し、
   前記支持板には、前記長手方向に直交する枕木方向に延び板厚方向に貫通するスリットが形成され、
   前記保持部材は、前記支持板の上方に配置された本体部と、前記本体部から下方に延び前記スリットを通って前記支持板の下方の前記レーザ変位センサに接続される接続部と、を有し、
   前記接続部が前記スリットに案内されて前記枕木方向に移動することにより、前記レーザ変位センサが前記枕木方向に移動する、請求項１または２に記載のレール踏頂面粗さ測定装置。
4. 前記フレームは、
   前記レーザ変位センサを上方から支持する支持板と、
   前記支持板の上面に取り付けられるスペーサと、
   前記スペーサの上面に取り付けられる上板と、を更に有する、請求項１または２に記載のレール踏頂面粗さ測定装置。
5. 前記フレームは、
   前記支持板の上面に取り付けられるスペーサと、
   前記スペーサの上面に取り付けられる上板と、を更に有し、
   前記保持部材または前記支持板は、前記レーザ変位センサの前記長手方向に直交する枕木方向の位置を上方から確認できるセンサ位置表示部を有し、
   前記上板は、透明である、請求項３に記載のレール踏頂面粗さ測定装置。
6. 前記少なくとも３つの検出点は、第１検出点、第２検出点、前記第１検出点と前記第２検出点との間の第３検出点、及び前記第１検出点と前記第２検出点との間であって前記第３検出点とは異なる第４検出点を含み、
   前記演算装置は、
   前記レーザ変位センサで検出された前記第１検出点、前記第２検出点及び前記第３検出点の鉛直方向の変位を用いて偏心矢法により前記踏頂面の第１粗さを算出し、
   前記レーザ変位センサで検出された前記第１検出点、前記第２検出点及び前記第４検出点の鉛直方向の変位を用いて偏心矢法により前記踏頂面の第２粗さを算出し、
   前記第１粗さと前記第２粗さとの平均である平均粗さを算出する、請求項１から５のいずれか１項に記載のレール踏頂面粗さ測定装置。

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