JPS5814029A - トロリ−線摩耗測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、剛体架線１通常のカテナリ方式のいずれの場
合にも使用できるトロリー線摩耗測定装置に関する。 従来の電気鉄道における電車線構造は、第１図（ａ）に
示す様に線路側傍に定間隔に建てられた電柱ｌに吊架線
２を展張し、この吊架線２から図（ｂ）に断面図で示す
ようにハンガ３を用いてトロリー線４をほぼ水平に張架
するいわゆるカテナリ方式が広く用いられている。この
場合トロリー線は外力に応じである程度自由に動き、い
わば軟式の構造物である。 これに対し地下鉄の場合は、トンネル建設費低減などの
目的でトンネル断面を狭小にすることが行なわれ、その
ため天井篩さに余裕が少なくなり、前記軟式構造のトロ
リー線の代りに、いわゆる剛体架線を用いることがある
。この剛体架線の構造は第２図（ａｔ、　（ｂｌに示す
ように、トンネルの天井５に鋼材による支持物６が取付
けてあり、これに碍子７を介して吊具８が吊下げられ、
この吊具に更に架台９がボルト締結されている。架台９
の下部は、ボルト９ｂで押え具９ｃを押圧することによ
り２条のトロリー線１０を保持するようになっており、
減耗したトロリー線は容易に交換できる。 この様な剛体架線は第２図（Ｃ）（平面図）に示す一区
間長Ｓを例えば２００ｍ程度とし、パンタグラフ摺板の
摩耗を均一にするために偏位りが与えられている。接続
点Ｊでは、隣接区間のトロリー線１０はパンタグラフと
の接触に死点を生じないよう、互いに重複するように設
備されている。トロリー線１０の地上高Ｈは、支持物６
の調整などにより一定値に保持されてパンタグラフとの
安定す接触が計られているが、接続点Ｊ付近の側面形状
は第２図（ｄｌに示す様になってＡてパンタグラフが円
滑に通過できる。 地下鉄でトンネル内では−に記剛体架線とする場合でも
、地上に設けられた車輛基地内および車幅基地と地下線
路部間の連絡線路には第１図（ａ）、　（ｂｌに示した
軟式トロリー線を用いるのが一般である。 トロリー線４又は１０は使用中次第に摩耗するので、所
定限度まで摩耗した場合には新品と交換を要する。その
ためには適時に摩耗針を測定することが必要である。 一般にトロリー線の摩耗測定方式には、機械接触式と非
接触光学式とがある。機械接触式を剛体架線の場合に用
いようとしても、前記接続点Ｊ付近で測定を一時中止し
てトロリー線に測定センサの付は替えを行なわなければ
ならず効率が著しく低いという致命的欠点がある。また
地下鉄の場合には前述の如（剛体架線と軟式架線とで断
面構造が異なるので、これら双方の架線の測定に共用で
きる機械接触式測定センサが製作できず、測定精度も必
ずしも十分高くないなどの問題があった。 本発明の目的は、通常のカテナリ式トロリー線４および
剛体架線式）口ＩＪ−ｉ１１０のいずれの摩耗量測定に
も共用できる非接触光学式でしかも測定精度の高いトロ
リー線摩耗測定装置を提供することにある。 以下図面によって本発明を説明する。 第３図（ａｔ、　（ｂｌは本発明により剛体架線のトロ
リー線１０の摩耗を測定する場合に対する説明図である
。ビーム径が十分細いレーザビーム１１を図（ａ）Ｋ示
す様に架台９．トロリー線１０に対し側方から矢印入方
向（水平方向）Ｋ投光し、これを上下幅Ｗの範囲に平行
移動させて走査する。一般にレーザビームにより物体表
面が照射された場合、その物体の表面が平滑な場合は、
反射光はほぼ正反射の方向に集中するが、表面形状の急
変部すなわち急な屈曲部、突起、エツジなどがあって平
滑でない所では、反射光は散乱光となって広い角度方向
に分散する。したがって、レーザビーム１１の正反射方
向以外の方向に受光器を設置して散乱光を受光、光電変
換すると、例えば図（ｂｌに示す様な信号が得られる。 ポル）９ｂの頭部ａ、押え板９ｃのエツジｂ、ｃ及びト
ロリーＭＡ１０のエツジ’ｅ　　ｅ＋　　Ｅ　　ｇに対
応するパルス信号が得られる。 この信号列からパルスＣとｄの時間間隔Ｔｃｄを測定す
れば、ビーム走査速度を一定として、トロリー線１０の
側面ｃｄの寸法が計算され摩耗量が判明する。ここでボ
ルト頭のパルスａは継続し

【は存在せず、またｃ、ｄ以
外の他のパルスを無視することが必要である。第３図（
ａｔに示す場合トロリー線１０は２条あり、この様な場
合には各条の側面高さ、すなわちｃｄ、　ｇｂの両者を
測定する必要がある。すなわち線路の曲線部分では架台
９が傾斜して取付けられるため、図示の如く左右のトロ
リー線１０が傾斜して摩耗することがあり、また直線区
間でも、かかる傾斜摩耗が生ずる可能性がある。そのた
め本発明にお込てはレーザビームによる走査測定をトロ
リー線の両側から双方独立に行なって、両側面ｃｄ、　
ｇｈをそれぞれ別に測定する。これから必要ならば摩耗
面の傾斜角δを算出できる。 第３図（Ｃ１，（ｄｉは本発明によりカテナリ式トロリ
ー線４の摩耗を測定する場合に対する説明図である。図
（Ｃ１に示す様に前記レーザビーム投光系のいずれか一
方（図では右方）をそのまま使用してトロリー線４の側
面を投光走査する。トロリー線４により左方に設置した
受光器へのレーザビーム１１の入射が遮断されるから、
その遮断時間を測定する。すなわち受光側では光学系１
２を介してレーザビーム１１を光電変換器１３に入射さ
せる。光電変換器１３の出力信号は図（ｄｌに示す様に
なり、トロリー線４の高さＷに対応する時間ＴＷが、そ
の期間出力零として検出される。走査速度を一定として
ＴｗからＷが算出できる。 上記剛体、軟式両トロリー線に対する測定に共通して重
要なことは、レーザビームがトロリー線に対して正しく
等速で平行移動”するように投射されること、及び受光
方向を合理的に配置することである。 第４図（ａ）は本発明の投光系の、トロリー線に直交す
る面による断面図で、レーザ発振器】４からのレーザビ
ーム１１′はビーム変換器１５により適当す直径ノヒー
ム１１″に変換されたのち、スキャナ１６で一定角速度
で方向を変えられながらハーフミラ−１７に達し、ここ
で２分割される。図右方に向う成分は、凹面＠　１９　
ａにより反射され、その際反射ビーム１１の中心軸が常
に平行に走査幅Ｗ内を移動する平行走査光となる。−万
ハーフミラー１７を透過した成分はミラー１８により左
方に向い、凹面鏡１９ｂにより反射されて平行走査光と
なる。（なお２０ａ、２０ｂはポジションセンサで、そ
の作用については後述する。）こうしてトロリー線は左
右両側から独立して平行走査光に照射されることになる
。なお平行走査光を得るために、スキャナ１６から凹面
鏡１９ａ、１９ｂまでの光路長は、それぞれ凹面鏡１９
ａ、１９ｂの焦点距離に等しくしである１、 以上に平行走査を行うレーザビーム１１の中心線の平行
性について述べたが、図（ｂｌに示す如く凹面鏡により
ビーム１１はスポットＰに絞り込まれる。ビーム変換器
１５からの直径Ｄ０のレーザビーム１１″は凹面鏡によ
って絞られ焦点距離ｆの位ｆＫスポットＰを生ずる。こ
の場合、スポットＰは幾何学的な点とはならず、強度が
ガウス分布するレーザビームの場合は、Ｐの直径ｄ０は
電磁波動光学により次式で与えられる。 いま、λ＝　０．６３２８μｍ　のヘリウムネオンレー
ザな用い、ｆ　＝　５００ｍｍ、　Ｄｏ　＝０．２ｍｍ
とすれば、πＤ１／４スｆ？０．１＜、１、ｄｏ！−ｔ
Ｄｏである。すなわち、この様な場合には、凹面鏡の集
束作用Ｋかかわらず、レーザビームの回折限界によりス
ポット径ｄ０は、レーザビーム１１″　の径Ｄ０とほと
んど等しく、したがって第４図（ａｌ、　（ｂ）におい
てトロリー線４または１０が偏位しても、常にほぼ一定
のスポット径ｄ０で走査できるのである。ただし、この
ためにはり。の値がある程度小さいことが必要である。 一般のガスレーザ発振器出力ビーム径は０．８　ｍｍ程
度である。そのため本発明においては第４図（ｂ）に示
すビーム変換器１５＆Ｃは、通常エキスパンダと称され
るビーム径拡大器を逆方向にしてコンプレッサ（圧縮器
）として用い、例えば拡大比４倍のエキスパンダを逆用
して圧縮比１／４とし、直径０．８　ｍｍのビームを径
０．２ｍｍ　Ｋ　Ｌ、て用途に適合させている。 第３図（ｂｌ、　（ｄ）に関連して述べた様に、本発明
においてはレーザビーム走査速度が一様一定であること
が必要である。第４図（ａ）において、凹面鏡１９ａへ
の入射ビーム、反射ビームは凹面鏡の光軸１９′に対し
ていずれもある角度傾斜している。 凹面鏡を使用して平行走査を行う場合、スキャナによる
ビームの振れの角速度が一定でも厳密には平行走査速度
は一定にならない。しかし、凹面鏡として、例えば放物
鏡と球面鏡のいずれを用いるか、凹面鏡の軸中心を含む
部分と軸中心を含まない部分のいずれを用いるか、また
上記傾斜角の大きさをどの様にするか、更に測定゛範囲
に対するスキャナによる走査角の大きさ、を適切に選定
２組合せることにより、レーザビームの平行移動走査速
度を実用上問題がなり程度に一定化することは可能で、
本出願人により本発明と同時に「レーザビーム走査方法
」として出願されている方式によることができる。 第４図（ｃｌは剛体架線式トロＩＪ−［１０に対する本
発明受光系の水平面図、図（ｄｌはカテナリ式トロリー
線４に対する本発明受光系の水平面図である。 図（ｃｌに示す様に、凹面鏡１９　ａ、　　１９　ｂに
より、それぞれトロＩＪ−線１０の点Ｑ、　Ｑ’におい
て垂直方向にレーザビームによる平行走査が行なわれ、
第３図（ａ）、　（ｂ）に関して述べたトロリー線の形
状急変部から生ずる散乱反射光が、それぞれ受光レンズ
２１ａ、２１ｂにより集光され、光電変換器２２　ａ、
　　２２　ｂに入射される。この場合、既述の如くトロ
リー線は、［偏位）により例えば１０′の位置に移動す
るので、最大偏位りにおいても十分受光できるように、
受光レンズ２１ａ、２１ｂの視野角度を考慮しなければ
ならない。第４図（ｄｌに示す場合は右方の凹面鏡１９
ａのみを用いており、レーザビーム１１は平行走査を行
うから、ｌ・ロリー線４の偏位には関係なく測定できる
。この場合の受光レンズ２１ｃは第３図（Ｃ１に示した
走査幅Ｗの範囲を受光できなければならない。 第５図は本発明実施例センサ部２３などの外観図で、筐
体２４に、レーザ発振器１４．ビーム変換器１５．スキ
ャナ１６．〕〕ｈ−フミラ＝−１７．ｊラー１８凹面鏡
１９　ａ、　　１９　ｂ、　　ボジシ曹ンセンサ２０　
ａ　ｅ　　２０　ｂ　＊　受光レンズ２］ａ、２１ｂ。 ２１Ｃ１光電変換器２’２ａ、２２Ｊ　　２２ｃを、図
示の如く配設しである。また、トロリー線に対し直角方
向におかれたそり形の接触板２５ａ。 ２５ｂがトロリー線方向に間隔をおいて配置され、これ
らの接触板がトロリー線４またば１０の底面に接触する
ことにより、センサ部２３がトロリー線に対し正しい相
対位置をとり、レー・ザビームによるトロリー線の側面
の走査および、その結果生ずる散乱反射光や走査ビーム
の遮断などの検出。 測定が所期の如く行なわれるようになる。 測定光にはレーザビームを用いるので強度の強いビーム
スポットが得られ、外光の影響は少ないが、必要な場合
には光電変換器に光学フィルタを取付けて外光をほとん
ど除去してしまえばよい。 第６図は、センサ部２３をパンタグラフ２７を用いて、
検測車２８の屋上に装着した状態を示す。 パンタグラフ２７の押上刃により、前述の接触板２５ａ
、２５ｂのメ方がトロリ線４または１０に接触し、セン
サ部２３はトロリー線に対し正しい相対位置をとる。 なお前記センサ部２３は、トロリー線４又はｌＯに給電
していない状態で測定するもので、従ってパンタグラフ
等にも何等絶縁対策が施してない。 もしトロリー線が活線状態で測定する場合には、パンタ
グラフ２７の絶縁は勿論、センサ部２３からの信号系、
センサへの給電系にも絶縁（通常地下鉄では直流遮断）
対策を行う必要がある。 第７図（ａ）は本発明の受光系から得られた信号を処理
する信号処理回路のブロック図、図（ｂｌはその中の各
信号の波形図である。光電変換器２２ａの出力信号■は
、第３図（ｂｌ　Ｋ示したものと同様のもので、これを
波形整形回路２９ａで整形して信号■とする。−万第４
図（ａｌＫ示１．ｆｃポジションセンザ２０ａによりレ
ーザビームの走査開始時点の信号がとらえられて波形整
形回路２９ｂで信号■に整形され、これが単安定マルチ
３０ａをトリガし、時間幅Ｔａの負電圧信号■を作る。 信号■は信号■と共にアンドゲート３１ａに加えられ、
パルスａ、　　ｂは阻止される。時間幅ＴａはパルスＣ
の時点でアンドゲート３１ａが開かれるように調整され
る。ついでパルスＣによりフリップフロップ３２ａがセ
ットされ、セット信号■とフリップフロップ３４ａのリ
セット信号■により、クロック発振器３６からのクロッ
クパルスがアンドゲート３５ａを通れるようになり、カ
ウンタ４０ａでカウントされる。次にパルスｄが入力す
るとフリップフロップ３４ａがセットされて信号■がオ
フとなり、クロックパルス■のカウントが停止される。 すなわちパルスｃ、　　ｄ間の時間Ｉｌ！１ｉＩＴｏｄ
が計測されたことになる。カウンタ４０ａのカウント数
値はＤ／Ａ変換器４１ａでアナログ量に変換され、トロ
リー線１０（剛体架線）の側面ｃｄの計測値として出力
される。なお上記と全く同様な回路が更に１組設けられ
ており（波形整形回路以外はすべて添字ｂ、信号にはダ
ッシュ）、上記と反対側からレーザビームを投光走査し
て得られた信号に同様な処理が行１工われてＤ／Ａ変換
器４１ｂから出力される。なお必礫によりこれら２個の
データ信号を演算回路４２に入力し、２条のトロリーＨ
１０の摩耗面の傾斜角δを算出させる。次にカテナリ式
トロリー線４の場合には、光電変換器２２ｃからトロリ
ー線４の高さＷに対応する時間幅ＴＷの間が負となる信
号■が得られる。これを整形して信号■としたのちアン
ドゲート３７に加え、時間幅ＴＷＯ間クコクロックパル
ス］がカウンタ４０ａに加えられて時間幅’１ｗが計測
され更にＤ／Ａ変換器４１ａでアナログ量に変換される
。ここで切換器３９は剛体架線式とカテナリ式の切換を
行うものである。なおりテナリ弐の場合は単１条の場合
を対象にしている。 次にレーザビームのスキャナ１６の駆動について述べる
と、クロック発振器３６からのクロックパルスをランプ
電圧回路３８に加え、ランプ信号■を作り、スキャナ１
６を直線駆動する。これにより、前記した走査光学系の
構成とともに走査速度の一様性を保つ。なお信号■ばフ
リップフロップ３２　ａ、　　３４　ａ、　　カウンタ
４（）ａのリセットにも用いられる。 以上説明した様に本発明によれば、剛体架線区間、カテ
ナリ弐区間を通して同一装置によりトロリー線摩耗測定
が可能であり、非接触光学式なので剛体架線接続一点に
おけるセンザ付は替え等の非能率、障害の発生の恐れな
どは皆無となり、また十分細くほぼ一定径のレーザビー
ム 差の小さい一様な速度で平行移動させて走査を行うので
精度良好な測定結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｔ、　（ｂｌはカテナリ式トロリー線の説明
図、第２図（ａｔ、　（ｂｌ、　（ｃｌ、　ｆｄｌは剛
体架線式トロリー線の説明図、第３図（ａｌ、　（ｂｌ
は本発明により剛体架線式トロリー線測定を行う際の原
理図、第３図傾、（ｄ）は本発明によりカテナリ式トロ
リー線測定を行う際の原理図、第４図（ａ）は本発明に
係る投光系図、（ｂ）はビームスポット説明図、（Ｃ）
は本発明を剛体架線式に適用する際の受光系図、（ｄｌ
は本発明をカテナリ式に適用する際の受光系図、第５図
は本発明センサ部の外観図、第６図は本発明装置の検測
車への取付は状態図、第７図（ａｌは信号処理回路ブロ
ック図、（ｂｌは同回路中の信号波形図である。 ４．１０・・・トロリー線、１１．１１’、　１１“・
・・レーザビーム、１４・・・レーザ発振器、１５・・
・ビーム変換器、１６・・・スキャナ、１７・・・ハー
フミラ−１１９ａ、１９ｂ−・・凹面鏡、２０ａ、２０
ｂ・・・ボジシｌンセンサ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃｍ
　受光レンズ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃｍ　光電変換器
、２３・・・センサ部、２４・・・筐体、２５ａ、２５
ｂ・・・接触板、２９ａ〜２９ｅ・・・波形整形回路、
３０ａ。 ３０ｂ・・・単安定マルチ、３６・・・クロック発振器
、３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂ−＝７リツプ７゜ツ
ブ、３８・・・ランプ電圧回路、４０ｍ、４０ｂ・・・
カウンタ、４１　ａ、　　４　ｌ　ｂ−Ｄ／Ａ変換器、
４２・・・演算回路。 代理人　弁理士　　縣　　　武　雄 第　　３　　図 （ａ−ジ デ ／σ （Ｃ） ／２ イｂ） ノ （ｔｌ−９ ／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. トロリー線の側面にレーザビームを投射してトロリー線
   の高さ方向に走査させ、トロリー線の側面の高さ又は垂
   直断面高さを測定するトロリー線摩耗測定装置において
   、ａ）レーザ発振器と、レーザビーム径を測定に適した
   径に変換するビーム変換器と、走査のためにレーザビー
   ムの方向を変えるスキャナと、このレーザビームを２分
   割するハーフミラ−と、２分割されたレーザビームをそ
   れぞれ反射して反射光を被測定トロリー線の両側面に投
   射しスキャナの動きに応じた投射ビームの平行移動によ
   り走査を行う２個の凹面鏡と、２分割されたレーザビー
   ムそれぞれの走査開始位置を検出する２個のポジション
   センサとを備えた投光系と、ｂ））ロリー線の両側面を
   走査するレーザビームによりトロリー線の形状急変部か
   ら生ずる散乱反射光をトロリー緋の両側で独立に受光す
   る２組の受光器Ａ、　Ｂと、Ｃ）前記２個の凹面鏡の５
   ちのいずれか一方により投射、走査されるレーザビーム
   を、トロリー線に対して該凹面鏡とは反対側対称位置で
   受光する受光器０と、ｄ）Ａｈ記投光系および受光器Ａ
   、　　Ｂ、　０が取付けられ、トロリー線の底面に接触
   する２枚の接触板を介して前記投、受光系をトロリー線
   に対し所期の位置に保持する筐体と、ｅ）前記受光器Ａ
   、Ｂ又は０から得られた信号を処理する信号処理回路と
   を有することを特徴とするトロリー線摩耗測定装置。