JPH11295040A

JPH11295040A - パンタグラフ摺り板計測装置

Info

Publication number: JPH11295040A
Application number: JP9772998A
Authority: JP
Inventors: Yuji Hozumi; 雄二穂積
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】光スポットの強度やスポットの直径に変化を
生じても誤差を生じないパンタグラフすり板測定装置を
提供する。また電車進行方向と直角方向の密度を高くす
ることが出来るパンタグラフすり板測定装置を提供す
る。【解決手段】楕円光を出射する扇状光源１７と、扇状
光源１７から出射され摺り板３で反射される光を受光す
る受光部２０を設け、扇状光源１７からの扇状に拡がる
送信光面と受光部２０の受信光軸を所定の角度で交差す
るように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は走行している電車
が有するパンタグラフの摺り板の摩耗量あるいは損傷の
程度を自動的に検出する、光学式のパンタグラフ摺り板
計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】パンタグラフの摺り板は、パンタグラフ
の舟体に取り付けられ電車等の走行中にトロリ線と接触
し続けて集電する部材である。この摺り板は、電車の走
行と共にトロリ線との摺動によって徐々に摩耗する。ま
た走行中のトロリ線との離線に伴い、アークによる溶
損、およびトロリ線の着氷等に起因する損傷が発生して
摺り板が摩耗し、残りの厚さが一定限度以下となると、
それ以上使用することができなくなり、新しい摺り板と
交換していた。また、パンタグラフは１車両編成に４な
いし５セット程度しか搭載されていないため、もし不良
になった場合には、残りのパンタグラフの集電能力に２
０％以上もの過負荷がかかることになる。さらに万が
一、不良パンタグラフがトロリ線を切断する等の重大な
事態が発生した場合、その軌道は電車が全く使用できな
くなるため復旧に多大な時間と労力を必要とし、この間
の車両の運行に支障が発生する等の影響が生じる。

【０００３】近年、このようなパンタグラフの摺り板の
異常あるいは不良を早期に発見するために、トロリ線の
適所に設置された自動計測装置によって、その摩耗量お
よび損傷の程度を計測して、その交換時期を適切に判断
するようになりつつある。この自動計測装置は、特開平
４−３５３７９号公報に示されるように、トロリ線とは
絶縁して配設された複数列のセンサ取付体と、このセン
サ取付体の下面にそれぞれ取付けた複数の超音波センサ
とを備え、電車の走行中に超音波センサが、その真下を
走行する電車の有するパンタグラフの摺り板上面までの
距離を測定し、その距離の差により摺り板の摩耗量、お
よび損傷の有無を検出し、検出データをパソコンによっ
て管理するものである。ここで、実用化に達しているこ
の種の装置は、超音波パルスを用いて摺り板までの距離
を測定しているために、進行方向の測定点が離散的であ
り、例えば４０ｋｍ／ｈ以上の走行速度などでは測定間
隔が荒くなる状況が発生していた。これを補おうとして
も、空気中の超音波の伝播速度は光の１００万分の１程
度しかないために、従来複雑なパルス信号処理を実施す
る必要があった、

【０００４】また、このような問題を有する超音波セン
サの代わりに伝播速度が速いために問題を生じない光学
式センサを用いてパンタグラフの摺り板の摩耗を測定す
る方式が提案されていた。図７は、従来のこの種の測定
装置である特開平５−３３２７４１号公報の表面形状測
定装置をパンタグラフの摺り板計測装置に応用した一例
を示す正面図である。なお、この他に摺り板とほぼ水平
にカメラを設置して画像の色や明るさの差異によって摺
り板を認識し、摺り板の前端と後端面の厚さを測定する
方法も試作されているが、原理的に雨や、霧中を走行し
た濡れた舟体では必要なコントラストを確保することが
困難となると言う問題があり、図７のような光学式の装
置が考えられていた。

【０００５】図７において、パンタグラフ１は電車の屋
根上に搭載されており、高電圧が印加されているトロリ
線２に、摺り板３の上面を接触させて電気エネルギを集
電し、電車のモータ、制御部等へ供給している。トロリ
線と接触している摺り板３の上面は、進行方向に摺動す
るので、電車の走行に対して安定に電気エネルギを取り
込むことが可能となる。ここで摺り板３はその走行に従
って摩耗して摺り板厚さを減少させる。通常摺り板厚さ
が２ｍｍ程度になった場合に使用限度と判断し、人手に
て交換する。

【０００６】図７の４はパンタグラフによって支持され
るとともに摺り板３を保持している舟体の上面、５はレ
ーザ発振器と光学系を組合せた円形の光線を発生するス
ポット光源、６はスポット光源の光を図中左右方向に走
引する回転ミラーであり、この例では八面の多面鏡を図
に示した回転方向に駆動している。回転ミラーによって
反射されたスポット光はコリメーションレンズ７によっ
てパンタグラフ１上の摺り板上面３に直角に入射する。
摺り板上面に到達したスポット光は摺り板上面で散乱反
射されて結像レンズ８で焦点板９に焦点を結ぶ。焦点板
９は、いわゆる格子状の透過スリットである。この焦点
板９は線路の枕木方向にスリットを設けて透過率をステ
ップ状に変化させてある。この焦点板９を通過した光は
光検出器１０に入射して電気信号に変換される。また１
１は、この電気信号の位相成分を検出する位相検出器で
あり、１３は以上のべたスポット光源５、回転ミラー
６、コリメーションレンズ７、結像レンズ８、焦点板
９、光検出器１０、位相検出器１１などの大型で重く、
回転駆動部分を有する光学機器を、精密に位置や角度を
保ったまま高電圧が印加されているトロリ線とは絶縁し
て、地上６０００ｍｍ程度以上の高さに保持している架
台である。

【０００７】次に動作について説明する。ここで完全な
平面で摩耗の無い新品の摺り板３の上面を、図７の左か
ら右へ、一定の走査速度でスポット光を走引させる。す
ると、その反射光は結像レンズ８で焦点板９上を一定速
度で図７の左から右へ走引されて行く。この様子を図８
に示す。図８において摺り板上のスポット光の位置をＡ
１からＤ１に示す。またスポット光の位置Ａ１からＤ１
に対応して結像レンズ８を介して焦点板９上に結像した
輝点をＡ２からＤ２に示す。ここで上述のように、焦点
板９にはステップ状の空間的な透過率の変化が与えてあ
るため、この焦点板９を透過した光を光検出器１０で電
気信号に変換すると次の様になる。まず図９（ａ）に示
すような凸凹のない平面を走査すると、その光スポット
の移動速度は一定である。一方、焦点板にはステップ状
の透過率の差がある。丸い光ビームが一定速度で走査さ
れると、光スポットは、ある大きさをもつため、その透
過光を強度積分した結果は正弦波状の強度変化を生じ
る。この結果図９（ｃ）に示すような一定周波数で強度
変調を受けた信号が得られる。この位相成分を位相検出
器１１で計測すると図９の（ｅ）のように、平坦な位相
信号が得られる。

【０００８】一方、摺り板３が摩耗によって図１０に示
すようにきれいに擦り減って厚さ方向に段がついていた
場合、摺り板３上のスポット光は図１０のＥ１からＨ１
まで走査される。ここで、このスポット光を結像レンズ
８を通し、焦点板９上で見た場合、図１０のＥ２からＨ
２のように変化する。ここで、焦点板上の光のスポット
Ｅ２からＨ２の間隔は一定ではなくなる。これは即ち摺
り板の厚さ方向の変化の分、焦点板９上の走査速度に変
化を生じたことを示す。つまり図９（ｂ）のように凹凸
がある摺り板表面を走査する光の光検出器１０の出力は
図９（ｄ）に示すような光強度信号が得られ、この位相
信号は、図９（ｆ）に示されるような出力が得られるこ
とになる。これによって位相成分を用いれば、すり板の
厚さの変化を検出することが可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の光学式センサに
表面形状測定装置を用いたパンタグラフ摺り板の計測装
置は以上のように構成されており、動作を整理すると次
のようになる。スポット光が摺り板上面を一定速度で走
査する。この結像である輝点が焦点板上を一定速度で走
査する。ここで摺り板厚さに差異があった場合、焦点板
上の走査速度に変化を生じる。一方、焦点板には位置に
よってステップ状の透過率の変化を付けてある。このた
め、焦点板上の輝点が一定の大きさであり、かつ一定の
強度であれば、走査速度の差異は、上述のように正弦波
関数の位相の差異となって検出される。よって位相を検
出すれば厚さの変化が判る。

【００１０】ところが、パンタグラフ上の舟体の摺り板
表面は、常時トロリ線と摺動しており、かつトロリ線は
張架線とバンドルなどで留めてある。よってバンドル部
分のトロリ線は上に吊上がるが、その他の部分のトロリ
線は自重によって垂れ下がる。つまり、電車の進行方向
で考えると、線路とトロリ線間の距離は常に上下に変化
している。このように上下変化が著しい部分のトロリ線
の個所では、高速で走行する電車の舟体は、パンタグラ
フの上下伸縮による追従が間に合わず、トロリ線との離
線を生じる。この際に発生するアークによって摺り板上
面に部分的溶損を生じる。このため摺り板上面は一様で
はなく、太い溝と狭い溝とが不規則に刻まれたような不
規則に荒れた表面状態になる。このため、照射されたス
ポット光はすり板の表面での散乱と光スポットの強度の
変動とスポット直径の変化を受ける。これによって、焦
点板の位置での輝点強度分布の変化と輝点直径の変化が
発生する。前述のような表面形状測定装置は、摺り板厚
さを焦点板上の走査速度に変換し、この焦点板にステッ
プ状の透過率の変化を持たせることで、摺り板厚さの変
化を走査速度の変化に変換し、これを光強度の変化に置
き換えて光強度の位相の変化を検出して厚さを測定する
ものである。よって光強度そのものが変化すると、光強
度の位相が変化し、これによって当然のことながら見か
け上の摺り板厚さを誤って測定してしまうことになる。
また同様に輝点の直径が変化した場合は、焦点板に施し
てあるステップ状の透過率の差によって遮断される光の
面積が変わるので、焦点板を通過する光ビームの面積が
変わる。これによって光強度の変化を生じるために、計
測する摺り板厚さに誤差を生じさせることとなる。

【００１１】このように、従来の表面形状計測装置によ
る摺り板厚さ計測では、光スポットの強度の変化とスポ
ット径の変化が生じると、あたかも計測結果の見掛け上
では摺り板厚さが変動したかのような位相の乱れを受
け、この結果厚さを誤って測定すると言う根本的な問題
があった。

【００１２】加えて、高い精度での保持が必要な反射光
学系である回転ミラーや、約１０００ｍｍの舟体幅にわ
たってスポット光を平行に射出する大型で重いコリメー
ションレンズやスポット光源などの光学機器を、温度変
化の激しい屋外の、しかもパンタグラフの舟体が通過す
る地上約６０００ｍｍの空間に固定させるためには、大
きく頑丈で重い除振機能付きの光学系定盤のような大掛
かりな装置と、線路上方のビームを精密に支える丈夫で
巨大な取り付け架台を設ける必要があるなどの問題があ
った。

【００１３】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、摺り板表面の荒れによる反射光
の強度の変化や、摺り板上の光スポットの輝点寸法の変
動によっても摺り板厚さを安定に計測できる光学式のパ
ンタグラフ摺り板計測装置を実現するものである。

【００１４】また垂直方向即ち摺り板厚さ方向の分解能
が高く、しかも水平方向即ち軌道の枕木方向には要求さ
れる分解能に応じて距離測定部を設けることにより、必
要十分な測定密度の計測が実施できる装置を提供するも
のである。

【００１５】加えて屋外の温度差による光軸の狂いに対
しても安定した摺り板厚さの計測を実施できるパンタグ
ラフ摺り板計測装置を提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】第１の発明のパンタグラ
フ摺り板計測装置は、トロリ線と接触して電車の走行に
従って移動しつつ電気エネルギを集電するパンタグラフ
の摺り板の摩耗あるいは損傷の有無を検出するパンタグ
ラフ摺り板計測装置において、楕円光を出射する扇状光
源と、この扇状光源から出射され前記摺り板上面で反射
される光を集光する受信光学系、この受信光学系によっ
て集光される光を受光する受光素子、および前記受光素
子で受光される光の受光位置を検出する光位置検出部を
有する受光部と、前記光位置検出部から検出される受光
位置に基づいて摺り板の摩耗を計測するデータ処理部と
を具備し、複数個の前記送信部と前記受光部は、線路に
ほぼ垂直な方向に間隔をおいて配置されるとともに、前
記扇状光源から出射される楕円光の長軸および光軸を有
する平面と前記受光部の受信光軸が所定の角度で交差す
るように配置されるものである。

【００１７】また、第２の発明によるパンタグラフ摺り
板計測装置は、第１の発明の扇状光源において、扇状光
源１個に対して複数個の受光部を組み合わせたものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１を示す側面図である。図において、１４
は内部に設けられた光源から光を発し、摺り板からの反
射光を受光するセンサ、１６は光源である発光素子と扇
状光学系からなる扇状光源、１７はこの扇状光源の送信
光平面、２０は受信光学系と受光素子を有する受光部、
１９はこの受光部の受信光軸、２１は扇状光源１６と受
光部２０から構成されて物体までの距離を計測する測距
部、１８は上記送信光平面と受信光軸とが交わる角度、
２２は複数の測距部２１とセンサ１４を統括するデータ
処理部、２３はデ−タ処理部２２からの測定結果の表示
を行うＣＲＴや発光板等の表示器、２４はデータ処理部
２２で測定した結果、摺り板に異常が有ると判定された
場合に、表示器２３を介してデータ処理部２２から発信
される警報信号を受けてランプの点滅や警報音等で警報
を促す警報器、そして２５は有害な迷光をふせぐ遮光板
であり、１から１３までは上記従来装置と同等のもので
ある。

【００１９】次に動作について説明する。図１において
左方向から右方向へ移動する電車の走行に伴って、摺り
板３はセンサ１４の検知ポイント１５に達する。センサ
１４では内部の光源から光を発し、摺り板３が検知ポイ
ント１５に達した時間ｔ₀ と、摺り板３が検知ポイント
１５を通過した時間ｔ₁ 、および摺り板上面から光が反
射されたことを感知するとデータ処理部２２に摺り板の
接近を検知したことを示す信号を伝送する。この信号を
取得するとデータ処理部２２は測距部２１からの距離デ
ータの取得を開始する。測距部２１の正面（電車の進行
方向）から見た様子を図２に示す。図２では測距部２１
から出射される光が扇状に広がって行き、摺り板３の上
面を照射する様子を示している。なお、この光は舟体の
枕木方向（線路に対して垂直な方向）に長い楕円形のス
ポット光を形成する。また図２にて判るように測距部２
１は線路に対して垂直な方向に、必要な間隔で複数個設
置されており、その間隔で取得されるデータのみをデー
タ処理部２２に送ることができ、メモリの利用効率を高
く保てる。ちなみにこの間隔は、トロリ線の直径がφ１
２．３４ｍｍであることから、一般的には１２．５ｍ必
要とされる。なお、トロリ線表面の氷雪による幅の狭い
段摩耗が摺り板に生じる場所では１１ｍｍ程度必要であ
ると言われている。このように必要な間隔で配置するこ
とにより、水平方向に無駄なデータが少ないため、当然
のことながらデータの処理時間が速く、またデータ保存
時の記憶容量を少なくすることが可能となり、さらにこ
の装置による計測結果を通信にて他の統計計算機等に伝
送する場合は、上述のように必要十分な簡潔なデータで
あるため、短い伝送時間での通信が可能となり、性能と
コスト的に優れたパンタグラフ摺り板計測装置を実現で
きる、などの副次的な効果も得られる。これらのセンサ
１４や複数の測距部２１やデータ処理部２２や遮光板２
５は、架台１３に搭載される。ここでセンサ１４は、舟
体が複数の測距部２１に近接したことを検知する。しか
も舟体の進行方向の長さが事前に分かっていれば舟体速
度も同時に検出することが可能である。よって、センサ
１４の情報によってデータ処理部２２は、複数の測距部
２１の測定データを収納し始め、また収納し終わるタイ
ミングを正確に設定することができる。即ち舟体の進行
方向に対しても、無駄なデータの取得が少なくなる利点
を有する。

【００２０】図１および図２のように、架台１３上にデ
ータ処理部２２を搭載する構成をとることによって、架
台１３上の装置と事務所や中央監視センタ等に設置され
た表示器２３との接続点線の数を大幅に減少させる事が
できる。この接続点が多くなると、信号強度の損失が少
なくなり、コネクタやケーブルの数が減少するため、株
料費やコネクタ端末処理などに要するコストを低減する
ことが出来る。なおここで、表示器２３と警報器２４
は、例えば摺り板が予め設定したしきい値（例えば厚さ
２ｍｍ）まで摩耗したときに、例えば表示器２３上でそ
の舟体を赤色で表示し、同時に点滅するオレンジ色のラ
ンプとブザーによる警報音で警報を発するような機能を
有する。

【００２１】次に測距部２１の動作について詳細に説明
する。測距部２１の機械的な詳細構成を図３に示す。図
中、扇状光源１６は、発光素子２６と扇状光学系２７に
よって構成される。扇状光源１６による光のうち、摺り
板３で乱反射され受光部２０に入射する光について考え
ると、扇状光源１６から出射される光は摺り板の長手方
向（線路に対して垂直な方向）に扇状に広がる楕円形の
光となって、その長軸と光軸とを有する平面（送信光平
面）が扇状の光の面であっても、その送信光平面内に送
信光軸１７と言うものが想定できる。この送信光軸１７
は、受光部２０の受信光軸１９と、線路方向に向かって
一定の角度１８で交わる様に調整されて、固定されてい
る。ここで、この光軸がなす角度と摺り板厚さの関係に
ついて図４を用いて詳細に説明する。図４は測距部２１
の電気的および光学的な構成と動作原理を示すものであ
る。図４にて扇状光源１６は、発光素子２６で発生した
光束２８を扇状光学系２７によって扇状に広げて平面状
の光束（スポット光）を形成し、摺り板３の上面を照射
する。ここで扇状光学系２７は発光素子２６から出力さ
れる円状のスポット光を入射させると、線路に垂直な方
向にはスポット光の寸法をひろげるが、線路方向すなわ
ち摺り板の移動する方向の光スポット寸法は変化させな
いものであり、例えばかまぼこ状のシリンドリカルレン
ズを使用する。

【００２２】この扇状のスポット光は受光部２０に入射
し、受信光学系２９で集光され受光素子３０中のフォト
センサ素子に結像される。ここで用いる受光素子３０は
例えばリニアアレイであり、多数のフォトセンサ素子
（図中３１、及び３２等）を高い位置精度と高い密度で
一直線にならべたものである。摺り板３に照射されるス
ポット光が受信光学系２９で集光され入射したフォトセ
ンサ素子３１において光電変換された電圧は、光が入射
していない他のフォトセンサ素子の電圧よりも明確に高
くなる。一方、例えば摺り板３が擦り減って、厚さが無
くなれば上述のスポット光は、舟体の上面４を照射す
る。そのスポット光は受信光学系２９で、今度はフォト
センサ素子３２に結像される。このため、擦り減って無
くなった摺り板３（図４は、例えば舟体上面４と同じ高
さまで擦り減った状態を示す）からの反射によって結像
されたフォトセンサ素子３２の電圧が高くなる。

【００２３】このように摺り板３の厚さが変化するにつ
れて、スポット光が結像するフォトセンサ素子が変化
し、異なるフォトセンサ素子が高い電圧を示すことにな
る。よって逆に、高い電圧を示した素子の位置を検出す
ることによって、摺り板の厚さを求めることができる。

【００２４】ここで、受信部２０には受信光学系２９、
受光素子３０の他にクロック発生器３３、光位置検出部
３５が設けられており、受光素子３０および光位置検出
部３５にはクロック発生器３３のクロック信号３４が入
力されている。一方、光位置検出部３５は、クロック発
生器３３のクロック信号３４に同期して受光素子３０の
各フォトセンサの電圧を読出し、あらかじめ設定された
閾値より高い電圧を示しているフォトセンサがどれであ
るかを検出し、その検出結果をデータ処理部２２に出力
３６として出力する。ここで上述のように、この受光素
子であるリニアアレイは、多数のフォトセンサを高精度
かつ高密度に所定の間隔で一列にならべたものである。
よって、受光素子３０において高い電圧を示すフォトセ
ンサの位置を検出することにより、データ処理部２２に
おいて、その位置に基いて摺り板３の厚さを高い精度で
計測することができる。例えば図４において、摺り板の
厚さが０ｍｍであった場合、その反射光が結像する位置
は受光素子３０の中のフォトセンサ素子３２である。一
方図４中に示すように厚さＨの摺り板上面からの反射光
が結像する位置は受光素子３０の中のフォトセンサ素子
３１となる。ここで受光素子３０の基準位置を図４の３
０ｂとすると、実際の摺り板厚さＨ（既知）が受光素子
３０中でｈ₂ −ｈ₁ に相当することとなる。これより、
任意の厚さの摺り板がきた場合でも基準位置３０ｂから
の距離からｈ₁ を引いた値を基にして、その測定ポイン
トでの摺り板厚さを測定することが可能となる。また、
摺り板厚さの測定において、基準位置３０ｂとして、舟
体の上面４からの反射光の戻り位置を基準にできる。こ
の場合、図４の状態から舟体の進行に応じて、２つの摺
り板間にある舟体の上面４からの反射光の受光位置を測
定することによって基準位置３０ｂを決める。この舟体
の上面部分は、通常２ｍｍ以上の厚さを有する摺り板で
囲まれているために、距離データに注目して、近い、遠
い、近いと言う距離パターンを有するセンサの出力と摺
り板の形状により、認識することが可能となる。あるい
はここで補充摺り板の部分が殆ど摩耗しないことを利用
して基準となる面を認識しても良い。

【００２５】なお、説明のために簡単化して図示した
が、一般的にこのような受光素子３０として用いられる
リニアアレイは、２０４８素子程度の高解像度のもの
は、市販品として容易に入手できる。例えばこのような
市販品を用いることによって従来の垂直４００素子程度
のカメラを用いた装置に比べて飛躍的に高い分解能およ
び計測精度を有する測定装置が容易に構築可能となる。
なお、ここではシリンドリカルレンズを用いた扇状光学
系によって円状のスポット光の形状を楕円状に変換した
が、ここで発光素子２６に半導体レーザを使用すると、
この素子からのスポット光は元々楕円状の形状をしてい
るため、シリンドリカルレンズなどを使用しなくても楕
円スポット光を得ることができる。この場合、複数の半
導体レーザを用いて半導体レーザから出射される光束の
長径方向に各半導体レーザを所定の間隔で配列すれば、
より偏平した長楕円形のスポット光を得ることが可能と
なる。

【００２６】当然のことながら、ここで前述のように摺
り板表面の凸凹によって摺り板上のスポット光の反射が
変化し、焦点位置での光の大きさが変化する。しかし、
この発明の例では格子状のフィルタは使用していないた
めスポット光の大きさの変化による誤差は生じない。さ
らに光強度の変化を使用して距離を計測する方式でない
ため光強度が変化しても厚さの誤差は生じない。この発
明では焦点位置での光の中心の位置を検出できれば良
く、これは図４で、例えばフォトセンサ素子３２一個で
なく、数個にわたって摺り板からの反射光が広がった場
合でも、受光部２０で、その光の上の境界と下の境界の
フォトセンサ素子の各位置を検出し、データ処理部２２
においてそれらの中心位置を計算することによって、測
距部２１の出力データから変位を計測することができ
る。このため、摺り板のような凸凹の多い測定に適して
いる。なお、この中心の計算に、上記光の上の境界から
下の境界までの間に有る各フォトセンサ素子の電圧と、
その位置とからメジアンや標準偏差等の統計処理を使用
すれば、データのバラツキを抑制し、凸凹に対する許容
力をさらに向上できる。

【００２７】さらに、屋外での光学系による計測では、
一年あるいは一日の温度変化によって光軸が狂い、著し
い場合は受光視野の中にスポット光が入射せず、計測動
作事態が不可能になる場合がある。これは、光源から入
射する光を小さな円形のスポットにして、かつ迷光を避
けるために受信光学系２９において受信視野を狭くして
いることから発生する。この発明の例では、発光素子２
６からの光を扇状光学系２７によって扇状のひろがりを
持つ長楕円スポット光としているため、受信視野が狭く
とも、また光軸が多少ずれた場合でも、スポット光が受
光視野から外れることは避けられる。よって、装置の稼
働率があがり、また、同じ程度の稼働率で良ければ、光
軸を高精度にあるいは高剛性に保持する必要が少なくな
るために、計測系を軽量化することが可能となる。

【００２８】これを図５によって説明する。図５（ａ）
は円形の光源を持つ測距部であり、また図５（ｂ）は扇
状光源を持つ測距部である。ここで図５（ａ）のスポッ
ト光３９は円型であり、また受光視野４０も太陽光など
の迷光を避けるためにスポット光３９と重なるようにし
た同じ円型である。ここで経年変化等によって光軸がず
れた場合、そのずれの成分は、摺り板の移動方向４１と
それに垂直な方向即ち軌道の枕木方向４２の成分に分解
して考えることができる。ここで、摺り板移動方向４１
のずれ成分は、測距部２１からの摺り板の距離に関係す
るが、摺り板の厚さは、例えば１舟体の舟体の上面４即
ち摺り板３の取付けてある面が形成する平面（例えば舟
体の上面４における２つの摺り板間の平面）までの距離
を基準距離として予め測定し、この基準距離に対して測
距部２１で検出される摺り板３までの距離が相対的にど
の程度異なるかを検出して摺り板の厚さを求めることに
より、この成分における、光軸方向のずれを、摺り板厚
さの計測の誤差から除去することが出来る。これによっ
て前後の端面のみならず、摺り板上面の形状の計測が可
能となる。

【００２９】一方、左右の光軸方向４２のずれは、少量
であっても光スポット３９と受信視野４０のクロスセク
ションの減少につながる。これは即ち信号対雑音比の悪
化を招き、計測精度の低下等につながる。ここで、摺り
板進行方向の光軸ずれは、上述のように摺り板厚さの誤
差とはなり得ないことを利用して、図５（ｂ）に示すよ
うにスポット光を長楕円形状の３９ｂとする。この場
合、左右即ち枕木方向（線路に対して垂直な方向）の光
軸ずれは、元々スポット光が枕木方向に扇状に広がりを
持つために、ずれを生じた場合であっても、送信光平面
内に受信光軸１９と一定の角度１８で交わる送信光軸１
７が存在し、受信視野４０と十分に重なりを保ち得るこ
とができ、このため計測に支障を生じない。

【００３０】また、前述のように摺り板の前端および後
ろ端を、摺り板とほぼ同じ高さとなるように水平に近い
角度で設置したカメラを用いて、摺り板の厚さを測定し
ようとする従来の装置においては、精度を保つためにレ
ンズ系による光学的な歪みを少なくする目的で、レンズ
の倍率を低く押さえる必要がある。このため、電車進行
方向の遠い距離から撮像する必要が生じる。これはすな
わち、電車進行方向の距離を長くすることになり、長大
な架台が必要となる。これに対して、この発明による摺
り板測定装置は、電車の上方向から測定するものであ
り、電車の走行方向の占有距離を短くすることができる
ため、台風などの強風に対しても安定した測定を実施す
ることが出来る。

【００３１】実施の形態２．図６はこの発明の形態２を
示す構成図である。図において３７は扇状に広げられた
扇状光束、そして３８から４０までは複数の受光部であ
る。ここで実施の形態１は、図３に示すような構成であ
り、この場合、扇状光源の発光素子としてＬＥＤや半導
体レーザ等が使用される。光のビーム形状は扇状であ
り、扇状光源１６のそれぞれ１個づつに対応する受光部
が個別に用意され、点光源と受信部の各ペアが枕木方向
に並べてある。図６は、１個の扇状光源１６からの扇状
の光を複数個の受光部３８から４０で受光したものであ
る。従って実施の形態１のものに比べて、扇状光源１６
からの長楕円スポット光の長径が長くなっている。この
手法によれば、受信部の所要個数に対して光源の所要個
数を少なくすることができるために、コストダウンを図
ることができる。また、１個の光源に対して複数の受光
部を組み合わせることができるため、図６中の扇状光源
を横方向に高密度で配列する場合には、実施の形態１で
は幅をとる扇状光学系が障害となって制限されていた、
枕木方向すなわち線路に対して垂直な方向のセンサの密
度を上げることが可能となり、受光部における測定密度
を向上させることが出来る。

【００３２】なお、図１、図２に示す例では遮光板によ
って、測距部近傍に日陰を形成し、有害な迷光を遮断し
ているが、光源を強度変調して、これと同期している信
号を受信することによって迷光の悪影響を避けても良
い。この場合信号光は規則的な変調を加えてあるのに対
して、迷光である光雑音はランダムに強度が変化してい
るため、同期検波を行うことによって信号光と光雑音と
が区別可能となる。

【００３３】また、有害な迷光としては、可視領域が考
えられるが、赤外や紫外線など可視以外の光源と受光部
とを組み合わせてもよい。さらにこの例では遮光板をデ
ータ処理部の下に設置した例について説明したが、遮光
板をデータ処理部の上に設けても良い。その場合は屋外
に設置する場合にデータ処理部への太陽光の直射を防ぐ
ことができ、いわゆる日よけカバーとして機能するた
め、データ処理部の温度の上昇を軽減することができ
る。一般的には１０℃から１５℃程度の装置温度上昇の
抑圧が可能となる。これは内部の素子の動作温度の低減
になり、装置の延命や信頼性の向上に寄与することの
他、測定部２１における各光軸の精度を維持できる。

【００３４】また、この例ではデータ処理部を架台の上
に搭載したが、架台上に高速／大容量の光リンクユニッ
トを配置して架台上の光リンクユニットと地上に配置さ
れたデータ処理部との間を光ファイバで接続してもよ
く、もちろん架台に固定されたセンサ１４、測定部２１
と地上機器を個々にメタルケーブルで接続しても構わな
い。また、発光素子としてＬＥＤやレーザダイオードを
用いる例について説明したが、もちろんスーパールミネ
ッセントダイオードでも、ヘリウムネオンレ−ザでも、
ＹＡＧレーザでも良いことは言うまでもない。さらにこ
の実施の形態１の図３では、扇状光源として比較的広が
りの大きい光を図示したが、もちろんもっと狭い広がり
にしても良く、その場合、強い光の強度が得られる。ま
た、上述の例では高精度を追求するため、受光素子とし
てリニアアレイを用いたが、廉価な２次元アレイの光位
置検出器でもよく、この場合は精度は低下するが、コス
トダウンを実現することができる。

【００３５】

【発明の効果】第一の発明のパンタグラフ摺り板測定装
置によれば、摺り板表面の荒れによる反射光の強度変化
や、摺り板上の光スポットの輝点寸法の変動によっても
摺り板厚さの測定に誤差を生じずに安定した摺り板厚さ
の測定が可能なパンタグラフ摺り板測定装置を実現する
ことが出来る。

【００３６】第２の発明のパンタグラフ摺り板測定装置
によれば、上記の効果に加えて扇状光源の個数を少なく
することができるため、コストダウンが可能となる。ま
た、限られた計測スペースしか実現できない場合に適用
すれば、狭い場所に高密度に測定ポイントを配置するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１のパンタグラフ摺り
板計測装置の構成を示す側面図である。

【図２】この発明の実施の形態１のパンタグラフ摺り
板計測装置の構成を示す正面図である。

【図３】この発明のパンタグラフ摺り板計測装置の測
距部の機械的な詳細の構成を示す図である。

【図４】この発明のパンタグラフ摺り板計測装置の測
距部の電気的および光学的な構成を示す構成図である。

【図５】従来の測距部と、この発明の実施の形態の機
械的な詳細構成を示す図である。

【図６】この発明の実施の形態２のパンタグラフ摺り
板計測装置の測距部の機械的な詳細構成を示す図であ
る。

【図７】従来のパンタグラフ摺り板計測装置の適用を
示す側面図である。

【図８】従来のパンタグラフ摺り板計測装置の平面の
測定原理を示す概念図である。

【図９】従来のパンタグラフ摺り板計測装置の被測定
物の形状と光強度信号と位相信号の関係を示す概念図で
ある。

【図１０】従来のパンタグラフ摺り板計測装置の摺り
板と焦点板の関係を示す図である。

【符号の説明】

１パンタグラフ、２トロリ線、３摺り板、４舟
体の上面、１３架台、１４センサ、１５検出ポイ
ント、１６扇状光源、１７送信光軸、１８角度、１
９受信光軸、２０受光部、２１測距部、２２デ
ータ処理部、２３表示器、２４警報器、２５遮光
板、２６発光素子、２７扇状光学系、２８光束、
２９受信光学系、３０受光素子、３１フォトセン
サ素子、３２フォトセンサ素子、３３クロック発生
部、３４クロック信号、３５光位置検出部、３６出
力、３７扇状光束、３８受光部、４１摺り板移動
方向、４２左右の光軸方向。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トロリ線と接触して電車の走行に従って
移動しつつ電気エネルギを集電するパンタグラフの摺り
板の摩耗あるいは損傷の有無を検出するパンタグラフ摺
り板計測装置において、楕円光を出射する扇状光源と、
この扇状光源から出射され前記摺り板上面で反射される
光を集光する受信光学系、この受信光学系によって集光
される光を受光する受光素子、および前記受光素子で受
光される光の受光位置を検出する光位置検出部を有する
受光部と、前記光位置検出部から検出される受光位置に
基づいて摺り板の摩耗を計測するデータ処理部とを具備
し、複数個の前記送信部と前記受光部は、線路にほぼ垂
直な方向に間隔をおいて配置されるとともに、前記扇状
光源から出射される楕円光の長軸および光軸を有する平
面と前記受光部の受信光軸が所定の角度で交差するよう
に配置されることを特徴とするパンタグラフ摺り板計測
装置。
【請求項２】上記扇状光源に対して複数の受光部を組
み合わせたことを特徴とする上記請求１項記載のパンタ
グラフ摺り板計測装置。