JPH10194015A - トロリー線の摩耗測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の進行方向に対してトロリー線が傾斜し
ている場合でも、トロリー線の高精度な摩耗測定ができ
るようにする。 【解決手段】 レーザ光源１から発せられる平行光線を
集束して仮想光源ｓとし、この仮想光源ｓからの光ビー
ムをビームエキスパンダのレンズ系３，４，５を通して
回転多面鏡６に入射して走査光束とし、この走査光束を
長焦点距離光学系７，８を通過させることにより、許容
範囲内に位置するトロリー線９の摺動面９ａに垂直又は
垂直より該トロリー線の長さ方向に対して傾けて、該走
査光束により走査させて光スポットを得ると共に、その
光スポットが上記摺動面９ａに当たって反射した反射光
のうち、長焦点距離光学系７，９を逆進してきた光ビー
ムを回転多面鏡６側に入射させることなく偏向させ、そ
の偏向された光を集光レンズ系１１，１２，１４とフイ
ルタ１３を通して検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気鉄道への電力
供給用として、線路に沿って架設されたトロリー線の摩
耗量を測定するためのトロリー線の摩耗測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電気鉄道における電力供給用トロリー線
は、線路に沿って立てられた電柱と、この電柱に支持さ
れた吊り架線から垂れ下がったハンガーによって懸垂支
持されている。そして、電車の屋根上に設置されている
パンタグラフの上部に取付けてあって、通常はトロリー
線に比べて軟質の金属等により形成された摺板をトロリ
ー線に接触させ、電車に所要の電力を供給している。

【０００３】この場合、摺板の全面で一様に摩耗するよ
うに、トロリー線は電車の進行方向に沿って所定の範囲
で蛇行（以下、偏位という）するように架設されてい
る。また、電車の走行密度が高い区間では、所要の電力
を供給するために複数本のトロリー線を所定の間隔で平
行に架設することも行なわれている。

【０００４】このトロリー線も、パンタグラフの摺板と
の間の摩耗や火花放電による摩耗、或いは損傷を受け、
放置しておくと断線することになる。そして、トロリー
線の断線は、電車の運行が停止することによる電車の利
用者のみならず、社会的な損失や影響は極めて大きく、
この対策はトロリー線保守上の重要課題の一つとなって
いる。この重要な課題に鑑みて、従来では画一的にトロ
リー線の使用量を決め、そのトロリー線の張替を行なう
とか、特別な測定車両を走行させて年２回程度の摩耗測
定を行なっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】トロリー線の張替作業
は、電車が運行されていない時間帯を選び、或いは電車
の運行を止めて、多数の作業員を投入して行なうため、
多大の費用が必要となるし、また、トロリー線の使用量
を決めて張替を行なうことは、使用可能なトロリー線の
破棄による経費の無駄使い、或いは危険な状態にあるト
ロリー線の放置による断線事故の発生等、極めて不合理
であった。更にまた、測定に当たって特別な測定車両を
使用することは、電車運行時間の調整及び、夜間の特別
運行等による人員の確保や運行経費の問題があると共
に、年２回程度の測定ではトロリー線の摩耗を適確に把
握することは困難であった。

【０００６】一方、一般に行なわれている光ビーム走査
による測定方法をトロリー線の摩耗測定に適用しようと
すると、次のような問題があって、測定装置を営業車両
の屋根上に搭載することは技術的及び経済的に極めて困
難であった。即ち、レーザ光で検知する場合、トロリー
線摺動面は主に車両の進行方向にすり傷が付くため、ト
ロリー線の幅方向即ち９０度（クロス）方向からの乱反
射には回折現象が顕著であるが、車両の進行方向から出
る乱反射に余り回折現象は見られず、その進行方向から
出る正、乱反射光は回折光が少ないので余り拡がらず、
直接光反射に近くなり、トロリー線の角度変化に対して
は十分な摩耗測定ができなかった。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は車両の進行方向に対してトロリー線が傾
斜している場合でも、トロリー線の摩耗測定を十分に行
なうことができ、かつ、それと９０度方向に対しても摩
耗測定ができる小型で、経済的にして高精度かつ光軸調
整が容易で高信頼性のあるトロリー線の摩耗測定方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の特徴とするトロリー線の摩耗測定方法は、
レーザ光源から発せられる平行光線を集束して仮想光源
とし、この仮想光源からの光ビームをビームエキスパン
ダのレンズ系を通して回転多面鏡に入射して査光束と
し、この走査光束を長焦点距離光学系を通過させること
により、許容範囲内に位置するトロリー線の摺動面に垂
直又は垂直より該トロリー線の長さ方向に対して傾け
て、該走査光束により走査させて光スポットを得ると共
に、その光スポットが上記摺動面に当たって反射した反
射光のうち、上記長焦点距離光学系光を逆進してきた光
ビームを上記回転多面鏡側に入射させることなく偏向さ
せ、その偏向された光を集光レンズ系とフィルタを通し
て検知するものである。

【０００９】そして、本発明方法におけるビームエキス
パンダは、レーザ光源の出力光路上に配置されて仮想光
源を形成する第１の集光レンズと、その第１の集光レン
ズの光軸上に設けたシリンダレンズと、そのシリンダレ
ンズの光軸上に設けたオートフォーカスレンズ及び回転
多面鏡６の反射点を焦点とする第１の反射鏡と、により
構成されている。

【００１０】本発明方法によれば、トロリー線の摺動面
に当たって反射し、長焦点距離光学系を逆進してきた光
ビームを回転多面鏡側に入射させないで、ハーフミラー
又は反射鏡（全反射鏡）に入射した正、乱及び回折反射
光の回折を生じることが少ない車両の進行方向の傾き角
に対する受光感度の大きい集光レンズ（大口径のもの）
で、トロリー線からの進行方向から出る反射光や回折光
とトロリ線の幅方向からでる反射光や回折光をほぼ同じ
立体角によりハーフミラー又は反射鏡で偏向した偏向光
を集光レンズ系とフィルタを通して検知する。

【００１１】

【発明の実施の形態】先ず、本発明方法の実施に用いる
測定装置について説明する。図１〜図２において、１は
小型高出力のダイオードＹＡＧレーザ等のレーザによる
レーザ光源、２はレーザ光源１の出力光路上に配置され
て仮想光源ｓを形成する第１の集光レンズ、３は集光レ
ンズ２の光軸上に設けたシリンダレンズ、４はシリンダ
レンズ３の光軸上に設けた第２の集光レンズ、５は後述
するようにトロリー線の上下変動により生ずる僅かなビ
ームエキスパンダのピント調節を行なうオートフォーカ
スレンズで、６は回転面にオートフォーカスレンズ５を
通過した光ビームが入射するように設けてある回転多面
鏡（走査鏡）である。

【００１２】そして、７は回転多面鏡６の反射面部２０
の中心を焦点（後述する偏向点）とする凹型の球面鏡又
は放物面鏡からなる第１の反射鏡、８は第１の反射鏡７
による反射光を上方に反射する平面鏡である第２の反射
鏡、９は被測定物であるトロリー線、１０はトロリー線
９の摺動面９ａによって反射された帰還光束を第２の反
射鏡８と第１の反射鏡７を介して反射する第３の反射鏡
であって、第１の集光レンズとシリンダレンズ３と第２
の集光レンズ４とオートフォーカスレンズ５及び第１の
反射鏡７によってトロリー線９上でシャープに走査光束
をフォーカスするためのビームエキスパンダを、また第
２の集光レンズ４と回転多面鏡６と第１の反射鏡７及び
第２の反射鏡８によって長焦点距離光学系をそれぞれ構
成している。

【００１３】１１は第３の反射鏡１０の反射光を受光す
る大口径の第３の集光レンズ、１２は第３の集光レンズ
１１の出力光路上に配設された第４の集光レンズである
凹レンズ、１３は後述するようにトロリー線からの帰還
光束である反射光のみを通過させるフイルタ、１４はフ
イルタ１３からの出力光を受光する第５の集光レンズで
ある凸レンズ、１５は第５の集光レンズ１４の集束光路
上に配置された絞り、１６は絞り１５による絞り光を受
光する受光素子である。

【００１４】なお、前述した長焦点距離光学系を含む上
記関連部材は営業車両又は測定車両の屋根上か測定車両
の車内に設置される。そして、この装置全体の大きさ
は、例えば営業車両の屋根上に取付けられているクーラ
ーとほぼ同じか或いは小さいものであって、次のような
測定を実行できる。

【００１５】レーザ光源１から発せられた平行光線は、
第１の集光レンズ２とシリンダレンズ３によって、その
光軸上の点に所定の径に集光され、仮想光源ｓを形成す
る。この仮想光源ｓからの光ビームはビームエキスパン
ダ内のレンズ系（シリンダレンズ３、第２の集光レンズ
４、オートフォーカスレンズ５）を通過して回転多面鏡
６に入射され、この回転多面鏡６で反射した走査光束は
第１の反射鏡７に入射することになる。ここで、図示さ
れている実施の形態では、回転多面鏡６と第１の反射鏡
７の間には第３の反射鏡１０が配置されており、この第
３の反射鏡１０は全反射鏡でもハーフミラーでもよく、
全反射鏡を用いた場合は、第３の反射鏡１０を回転多面
鏡６からの走査光束の光路からずらして、該走査光束を
第３の反射鏡１０の上方又は下方の空間を通すようにす
るが、ハーフミラーを用いた場合は、走査光束を該ミラ
ーのほぼ中央を通して第１の反射鏡７に入射させるよう
にする。

【００１６】図示の場合は第３の反射鏡１０に全反射鏡
が用いられており、第１の反射鏡７は回転多面鏡６の反
射面部２０等から焦点距離分だけ離して設置されている
ため、回転多面鏡６の反射面部２０から第１の反射鏡７
に入射した走査光束は平行走査光として反射される。第
１の反射鏡７から反射した平行走査光は、第２の反射鏡
８によって反射され、トロリー線９の摺動面９ａに下方
からほぼ垂直な光スポットの走査光束となって投射され
る。即ち、第１の反射鏡７は、回転多面鏡６及びビーム
エキスパンダと共働して、仮想光源ｓの像を垂直方向に
走査するトロリー線９の摺動面９ａに結像すると共に、
回転多面鏡６の偏向点Ｐに達した走査光束が総て摺動面
９ａに対して進行方向に垂直で光軸がほぼ平行な光束と
なって摺動面９ａに下方から垂直に投射される。

【００１７】トロリー線９の摺動面９ａに投射された平
行光束は摺動面９ａによって反射され、帰還光束とな
る。この帰還光束は第２の反射鏡８、第１の反射鏡７及
び第３の反射鏡１０を介して大口径である第３の集光レ
ンズ１１上に集光されることになる。この場合、第３の
集光レンズ１１が大口径であるためにトロリー線方向角
度変動を十分に受け入れ、その帰還光束は凹レンズであ
る第４の集光レンズ１２、フイルタ１３、凸レンズであ
る第５の集光レンズ１４及び絞り１５によって受光素子
１６に向けられる。

【００１８】この場合、フイルタ１３はレーザ光源１か
ら投光されてトロリー線９の摺動面９ａから乱反射して
帰還する光ビームのみを極力通過させ、トロリー線周辺
から入射される自然光のような外乱光を遮断する。ま
た、絞り１５によって外乱光を防止すると共に、太陽光
が受光光路中に入ることを防止できる。そして、受光素
子１６は外乱光を極力取り除いた主にレーザ波長を取り
込むことができ、この受光素子１６により得られる電気
信号は信号処理部（図示せず）により処理され、最終的
にトロリー線の摩耗量が算出される。

【００１９】本発明においては、回転多面鏡６の一面等
に光束により入射してくる光を小さなフォトマル等の受
光素子前に置いてあるピンホールを通して受光するとい
う極めてデリケートな光軸調整を行なう必要がなく、ま
たは、回転多面鏡６とトロリー線９の上下変動により生
ずる摺動面９ａのわずかなピントずれを調節するオート
フォーカスレンズ５は受光面積を大きくするための受光
立体角を大きくする必要がなくて、回転多面鏡６は投光
だけに使用すればよいので、投光面積は小さくてよい。
また、レーザにダイオードＹＡＧレーザを用いれば、本
方法を実施するトロリー線の摩耗測定装置を小型化する
上に有効である。

【００２０】

【発明の効果】本発明は上記の如くであって、回転多面
鏡を小さくかつ薄くできると共に、オートフォーカスレ
ンズはレンズ径が半分以下となって軽くなり、回転多面
鏡の機械的な駆動を軽くすることができて、その寿命は
長くなる。また、帰還光束の光軸調整は絞りの調整のみ
で補える利点があると共に、トロリー線の長さ方向の角
度変動に対しても大口径の受光レンズ径を変えることに
より容易に受光できて、より一層高精度かつ簡単にトロ
リー線の摩耗測定装置の調整や信頼度の向上が期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施に用いるトロリー線の摩耗測
定装置の全体構成を概略的に示す斜視図でる。

【図２】図１に示すものの側面図である。

【符号の説明】

１はレーザ光源 ２は第１の集光レンズ ３はシリンダレンズ ４は第２の集光レンズ ５はオートフォーカスレンズ ６は回転多面鏡 ７は第１の反射鏡 ８は第２の反射鏡 ９はトロリー線 ９ａは摺動面 １０は第３の反射鏡 １１は第３の集光レンズ １２は第４の集光レンズ １３はフイルタ １４は第５集光レンズ １５は絞り １６は受光素子 ｓは仮想光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 正和 埼玉県川越市大字今福2763番地８

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源から発せられる平行光線を集
   束して仮想光源とし、この仮想光源からの光ビームをビ
   ームエキスパンダのレンズ系を通して回転多面鏡に入射
   して走査光束とし、この走査光束を長焦点距離光学系を
   通過させることにより、許容範囲内に位置するトロリー
   線の摺動面に垂直又は垂直より該トロリー線の長さ方向
   に対して傾けて、該走査光束により走査させて光スポッ
   トを得ると共に、その光スポットが上記摺動面に当たっ
   て反射した反射光のうち、上記長焦点距離光学系を逆進
   してきた光ビームを上記回転多面鏡側に入射させること
   なく偏向させ、その偏向された光を集光レンズ系とフィ
   ルタを通して検知することを特徴とするトロリー線の摩
   耗測定方法。
2. 【請求項２】 ビームエキスパンダは、レーザ光源の出
   力光路上に配置されて仮想光源を形成する第１の集光レ
   ンズと、その第１の集光レンズの光軸上に設けたシリン
   ダレンズと、そのシリンダレンズの光軸上に設けたオー
   トフォーカスレンズ及び回転多面鏡６の反射点を焦点と
   する第１の反射鏡と、により構成されている請求項１記
   載のトロリー線の摩耗測定方法。