JPS62223608A - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は地下鉄など剛体構造架線（トロＩＪ−線）を
対象として、電気検測車に搭載するトロリー線摩耗測定
装置に関するものである。

［従来の技術］ 電気鉄道のトロリー線は車両のパンタグラフとの摺動接
触により、漸次摩耗するので電気検測車により摩耗１１
の測定がおこなわれている。

トロリー線の摩耗測定の方式は昔日のマイクロメータに
よる手作業から、電気検測車による光学式が導入され逐
次改心を加えられて今Ｆ：１に至っているもので、図に
基ずいてこれらを説明する。

第６図（ａ）は初期の光学式で、トロリー線１に対して
、直角方向に光源２よりレンズ３を用いて平行光線４を
照射する。この光線４をトロリー線１を挾んだ位置でレ
ンズ５で集光して受光器６で受光；４を検出する。受光
１１１は、トロリー線１の断面の高さｈに対する部分が
影となって低下するので、ｐめ高さｈと受光量の関係を
測定してお（ことにより、高さ１１を知ることができる
。これが光１４式とよばれる方式で、高さｈを残存直径
とよんでいる。なお図における７はトロリー線１を吊下
するハンガーで、一定間隔毎に設けられている。

光量式はｉｌｔ両の屋根−１−に精密な光学装置ａｌ　
１式を設備するため、安全、環境上の難点が多く、つい
で行われたのが、第６図（ｂ）に示す撮像管式で、車両
の屋根８の１−に設けた光源２により、トロリー線１の
下面（摺面）１−１に対して斜め下方から光線４を照射
する。摺面１−１は粗面であるので、乱反射して一部が
下方に進み、屯両内に設けたレンズ５により、撮像管１
０に結像して摺面の幅Ｗが測定される。Ｗとｈの間には
簡り１な数式関係があるので、計算により残存直径りが
求められるものである。

−上記の撮像管の方式の大きい欠点は、（光量式も同じ
であるが）昼間Ｓ／Ｎ比が低ドするため、測定が侠間に
限られることである。この解決策として、強い光度が得
られるレーザビーム方式が開発された。

第６図（Ｃ）、（ｄ）にこれを示す。図（Ｃ）において
、レーザビーム１１は３個のミラー１２−１．１２−２
おλび１２−３によって細いスポ・ソトとなって、鉛直
１一方に摺面１−１を照射する。この反射光は同一の経
路を経て戻り、途中分岐して受光器に入力する。なおト
ロリー線１は、パンタグラフの接触面の摩耗を一様にす
るため、水平面内で左右に一定のピッチでジグザグに偏
位しである。このため、レーザビーム１１は図（ｄ）に
示すごとく偏位幅りをカバーするように走査されるもの
である。

さて、最近地下鉄網の拡張が進んでいるが、トンネルの
工ＩＧ費を節約するためその断面積を縮小する方式が行
われ、天井高が従来よりかなり低くされている。この場
合、従来のトロリー線のごとき軟式架線は使用できず、
第１図に示す剛体支持物１３によりトロリー線を支持す
る剛体架線が使用されている。

剛体支持物１３は断面がＴ形のアルミニューム製のレー
ル１３−１をトンネルの天井に取り付け、これにイーヤ
１３−２を用いてトロリー線１を連続して固定するもの
である。この場合には、」−記した従来の摩耗測定の方
式はいずれも使用することができない。すなわち光量式
はもちろん原理的に無理であり、摺動面の反射光を利用
する撮像管式、レーザビーム式は、第１図（ａ）におい
てイーヤ１３−２の爪部（イ）における反射光があるた
め、１４で示す範囲にある反射光が受光されて誤差とな
る。爪部（イ）は表面が摺面１−１と同程度以」−の反
射率があり、図（ｂ）の点線で示す乱反射光の強度が強
いのである。

以」−に述べた理由により、各種の方式に代わり、剛体
架線に有効な摩耗測定方式が必要とされている。ただし
地下鉄は昼夜の区別については問われないので、レーザ
ビームのごとき光度の強いものによることは必ずしも必
殻条件ではないとされている。

「発明の１」的コ この発明は以１−の実情に鑑みて、剛体架線の支持物の
影響を排除してトロリー線の摺面の幅を測定できるトロ
リー線摩耗測定装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明においては、光′７的に摺面幅を測定する方式
をとるが、爪部（イ）の反射光を受光しないために、次
に記す手段をとるものである。

まず投光側については、第２図（ａ）　、（ｂ）に示す
ように、光源２の光線をスリット板１５を通してシリン
ドリカルレンズ１６により幅の十分細い光束１７として
、トロリー線１の長さ方向に対して直角方向で、かつ、
投光方向を摺面１−１に対してモ直面内で傾斜した入射
角ＯＩとし、摺面１−１を照射して光帯１８をつくる。

光束１７は、爪部（イ）も照射してこの部分にも光帯１
８が現れる。

次に受光側については、図（ａ）、（Ｃ）に示すように
反射角０２の方向でレンズ５により受光し、光帯１８の
実像（以下Ｅｌに像という）１８ａをｌＪニアイメージ
センサ１９に結像して摺面１−１の幅を読み取るもので
ある。この場合、像１８ａのうち摺面１−１に対する部
分のみをリニアイメージセンサ１９に結像させる−ため
に、スリット板２０を併用する。

第３図（ａ）、（ｂ）は光帯１８と受光側に生ずる像１
８ａおよびこれに対するスリット板２０の作用を説明す
るもので、図（ａ）は光帯１８で図（ｂ）はこれに対す
るスリット板２０の像１８ａを示す図である。スリット
板２０のスリット２０ａには像１８ａのうちの摺面１−
１に対応する部分のみが当たるが、爪部に対する部分（
イ）ははみ出してカットされる。なお、トロリー線１の
側面１−２（第１図（ｂ））は反射率が低いので、この
部分の像（ＩＩ）の光度は弱くて測定誤差とならないも
のとされる。

この発明の方法はこのようなスリットの作用を利用する
ものであるから、スリット２０ａの幅はできるだけ狭い
ものが望ましいが、光帯１８のうち摺面の部分をスリブ
）２０ａに有効に受光し、その他の不要部分をカットす
るためには投光角度０１１受光角度０２の最適値を検討
することが必要である。さらに検測車が走行するとき、
測定光学系の振動などが伴うことは不可避であり、この
ために光学系に対するトロリー線の高さの変動があり、
スリット２０ａに対する像１８ａの位置ずれも考慮して
安定確実な測定を可能としなければならない。以下これ
らの問題点を検討する。

第４図（ａ）は投光角度Ｏ１と受光角度０２の像との位
置の関係を検討するモデル図で、トロリー線１の線方向
の垂直面を示す。いま、摺面１−１の高さおよび爪部（
イ）の高さをそれぞれＰおよびＱのレベルで表す。ここ
でトロリー線１の側面１−２の像は無視し、爪部（イ）
は表面が水平な甲面と仮定する。投光角度０１の投光光
束は摺面Ｐの点ｐと爪部Ｑの点ｑとで反射して受光角度
０２の方向に向かう。いま、レベルＰ１Ｑ間の高さの差
をｄとすると、点９１間の長さＤは、 Ｄ＝ｄ／ｃｏｓＯＩ　　　　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（１）で、これを受光角度θ２の方向か
らみるとき、その間隔１）ｌは次式であられされる。

１月＝ｄｓ　ｉｎ　（Ｏｌ　＋　０２　）／ｃｏｓ（７
１＝（２）点ｑの反射光はスリットでカットすべきであ
るからり、ＤＩは大きいことが望ましい。これには式（
１）においてＯＩが大きいほうがよく、また式（２）に
おいてＣＯ１十０２　）＝９０＠のときＤＩが最大のＤ
となる。すなわち、投光方向をなるべく水平とし、受光
方向を垂直に近くすることがとりあえず最適である。

しかしなかなら、もしトロリー線の高さが光学系に対し
て変化するときは、この条件は最適とはならない。それ
は、ＯＩを大きくして点ｐとｑの間隔を大きくすること
は、レベルＰ１Ｑの晶さの変動による実像の位置の変化
に対しても大きく作用しマイナスの要因となるからであ
る。以下この点について検討する。

第４図（ｂ）において、レベルＰｉ、Ｑ署がＰ２、Ｑｌ
にΔｈ変化したとする。投光光束の図」二の幅（以下ｒ
ａｔに幅という）をＢとし、その中心がＰ！の点１）ｌ
、Ｐ２の点り２、Ｑｌの点ｑｌおよびＱｌの点ｑ２でそ
れぞれ反射するものとする。点ｐ１、ｐ２の間隔を投光
と直角方向からみた幅すなわち光帯１８の移動距離ΔＷ
は、 ΔＷ＝Δｈ／ｃｏｓθｌ　　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・（３）である。このΔＷが大きいときは像
１８ａが高さ変化Δｈによりスリット２０ａを外れるこ
とが起こる。Δｈに対してΔＷを小さくするためには、
角度θ１が小さい程有利であり、上記したことを示して
いる。このように像１８の不要部分をカットする条件と
、高さ変化に対して必要部分を安定にスリット内に受光
する条件とは角度Ｏ１に関しては相反するのである。

そこでこの発明においては、光帯の幅を成程度広くとり
、高さ変化に対して像１８ａがスリット２０ａを外れな
いようにすることを提案し、ここでその条件を検討する
。

第４図（ｂ）において、幅Ｂの光束が各点ｐ＋。

ｐ２　＋　Ｑ　Ｉ　、　（１２でつ（る光帯を、投光と
直角の受光方向からみた幅ΔＢはいずれも、 ΔＢ＝Ｂｊａｎ（７１・・・・・・・・・・・・・・・
・・・（４）で表される。いま高さの差Δｈによる像の
位置変化ΔＷ（ここでは受光レンズの縮尺は考えない）
をカバーするように、幅Ｂを選定して、ΔＷ≦ΔＢ　　
　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
５）とすれば、高さの変化Δｈがあっても、点ｐ１〜ｐ
２の光帯の像のある部分はスリット内に入ることになる
。

一方、ΔＢを大き（すると点ｑ！の光帯がスリットに侵
入する危険がある。これを防止する条件は次式である。

ΔＢ　＜　１）　　　　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（Ｇ）以−１１の式（１）〜（６
）より次の関係式かえられる。

Δ　ｈ　　：ａ　Ｂｓ　　　ｉ　　　ｎ／Ｊ　　璽　　
〈　ｄ　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（７）式（７）の意味するところは、まず高さの変
動Δ１１は摺面レベルＰと爪部レベルＱの高さの差ｄよ
り小さいことが必要で、このためには光学系に対するト
ロリー線の高さが一定となるような機構を必・堤とする
。しかしこれには限度があり、従って測定ｉｉＪ能なｄ
には下限がある。次に、投光光束の幅Ｂについては、角
度Ｏ１を大きくとればＢを小さくできる。これは式（１
）の１〕を人き（とるための条件と矛盾しない。なおｓ
ｉｎ／ｉｔにおいて、Ｏｌを大きくすることはＢを小さ
くでき、光帯の光度を増加できることが利点である。

以上の検討結果を要約すると、投光角度Ｏ１は機構の許
す範囲内で大きく例えば６０°〜８０″とし、受光方向
は投光方向と直角とする。これにより爪部の像がスリッ
トに侵入する危険が最小となる。また光学系とトロリー
線の高さ間隔を出来るだけ一定とする機構とし、なお生
ずる高さ変化に対して、投光光線の幅Ｂを投光角度θＩ
の値にしたがって式（７）を滴定するように定める。幅
Ｂは投光側のレンズ１６の焦点距離などから、投光側の
スリット板１５のスリット幅により設定できる設計−１
−の問題である。

［作用］ 以上の説明で明らかなように、この発明によるトロリー
線摩耗測定装置においては、第４図（ａ）による投光角
度０１および受光角度０２の検討にもとずき、第２図の
各図に示すように、トロリー線の摺面１−１に対して下
方より、大きい入射角度０１　　（６０°〜８０”）で
、トロリー線に直角方向の光帯１８を照射することによ
り、光帯が摺面にあたる位置とトロリー線の支持イーヤ
１３−２の爪部（イ）にあたる位置とをできるだけ離隔
する。また受光方向を投光と直角（Ｏｌ　＋　０２　＝
９０°）とすることにより、像のうち摺面に対する部分
と爪部に対する部分の間隔を最大とするもので、これら
により、不’ＩＴ害な爪部の像をスリットによりカット
してその影響を排除するものである。

さらに、投光光束の幅Ｂを式（７）で示す範囲内で拡げ
ることにより、役、受光光学系に対する摺面の高さの変
動Δｈがある場合においても、摺面に対する像がスリッ
ト内に入り、安定な測定を可能とするものである。この
場合、幅Ｂを過大に広げるときは、爪部の像がスリット
に侵入して誤差となるので、その上限を式（７）で制限
している。

［実施例コ 第５図（ａ）〜（Ｃ）はこの発明によるトロリー線庁耗
測定装置の実施例を示すもので、図（ａ）において、光
源２、スリット板１５、レンズ１６よりなる投光部より
トロリー線１の摺面１−１に光束１７を照射して光帯１
８を作る。光帯１８の方向はトロリー線１に直角で、摺
面１−１に対する入射角度ＯＩは６０°〜８０＠の大き
いものとする。

投光光束の幅Ｂは式（７）の条件に従って定め、これに
合致するようにスリット板１５のスリットの幅を設定す
る。

次に、受光部はレンズ５、スリット板２０、リニアイメ
ージセンサ１９より−なるもので、受光角度０２は投光
方向に直角とする。この場合のスリットの幅は、リニア
イメージセンサ１９の素子の感度幅が十分に狭いもので
あるときは、その幅と同一・とじ、場合によっては省略
することができる。

ただし素子の感度幅が過大であるときは、実像のうち不
要部分をカットすることのできるスリット幅とすること
が必殻である。

さて、当初に述べたように、トロリー線は架設位置の偏
位があるので、投光部、受光部はこの偏位幅に対処しな
ければならない。第５図（ｂ）、（Ｃ）はこれに対する
実施例で、図（ｂ）においてトロリー線はｌａｗ　　ｌ
ｂ、ｌｃのように、偏位間隔Ｈの範囲で移動する。具体
的な数値ではＨは２００ｍｍ程度である。投光部はこの
Ｈよりやや長い光源２、スリット板１５、シリンドリカ
ルレンズ１６とする。光源２としては管球のネオンまた
はナトリューム管が適する。

図（ｃ）は受光部で、この場合、受光用のレンズ５の収
差の関係で、１例として偏位幅Ｈを３分割したものであ
る。各区間にそれぞれレンズ５　ａ　ｅ５　ｂ　＋　５
　ｃ　ｓスリット板２０　ａｓ　２０　ｂｓ　２０　ｃ
およびリニアイメージセンサ１９ａ、１９ｂ、１９ｃよ
りなる３組の受光器を配置する。各分割幅の境界は光学
系で互いにオーバラップさせてあり、各リニアイメージ
センサの素子の番地を調整して接続するものである。

［発明の効果コ 以−１−の詳細な説明で明らかなように、この発明によ
るトロリー線摩耗測定装置においては、従来の方式によ
っては不ｎ（能であった、地下鉄などで使用される剛体
架線式のトロリー線に対して、高入射角度による光束照
射と、これを直角方向で受光する方式とすることにより
、摺面幅の測定を可能とするものである。なかでも、測
定の確実性を期するため、投光および受光角度と受光器
に生ずる光帯の像の位置の関係、ならびにトロリー線の
高さ変動によるスリット上の像の移動について、モデル
を用いて解析がなされ、この結果を用いて高さの変動に
対する対策として、光帯の幅を安全な範囲に拡大するこ
とが数式を以て提案されているなど、測定の安定性が１
・分確保されている。これらにより、この発明によるト
ロリー線摩耗測定装置の実用性が高められ、剛体架線の
摩耗測定に寄与する効果には優れたものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の対象の剛体架線の断面を示す説明
図、図（ａ）は剛体架線に下方から光線を１！（１射し
たときの各部の反射を示す図、図（ｂ）は図（ａ）の一
部拡大図である。第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、そ
れぞれこの発明によるトロリー線摩耗測定装置の光学系
の構成図であり、図（ａ）は剛体架線の線方向の垂直断
面図、図（ｂ）は投光部の架線に直角断面図、図（ｃ）
は受光部の゛架線に直角断面図である。第３図（ａ）、
（ｂ）は、それぞれこの発明によるトロリー線摩耗測定
装置における光帯の説明図であり、図（ａ）は剛体架線
の下面よりみた光帯の図、図（ｂ）は受光部のスリット
板上の光帯の像の図である。第４図（ａ）、（ｂ）は、
それぞれこの発明によるトロリー線摩耗測定装置の投光
、受光角度および光帯の幅を検討するためのモデル図、
第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれこの発明に
よるトロリー線摩耗測定装置の実施例における光学系の
構成図であり、図（ａ）は全体図、図（ｂ）は投光部の
説明図、図（ｃ）は受光部の説明図、第６図（ａ）、（
ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ従来の光学式による
トロリー線摩耗測定装置の原理図である。 １・・・トロリー線、１−！・・・摺面、■−２・・・
側面、２・・・光源、　　　　　　３．５・・・レンズ
、４・・・投光光線、　　　　６・・・受光器、７・・
・ハンガー、　　　　　８・・・車両の屋根、９・・・
受光光線、　　　　１０・・・撮像管、ＩＩ・・・レー
ザビーム、＋２・・・ミラー、！３・・・剛体支持物、
１３−ト・・Ｔ形し−ル、１３−２・・・イーヤ、１４
・・・反射光線、１５．２０・・・スリット板、Ｉ［ｉ
−・・シリンドリカルレンズ１７・・・投光光束、１８
・・・光帯、１８ａ・・・光帯の像、　１Ｂ・・・リニ
アイメージセンサ。 ２０ａ・・・スリット。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）剛体架線構造のトロリー線の摺面の幅を測定する
   装置であって、該摺面に対して入射角θｌを６０°〜８
   ０°として光束を投光し、該摺面にトロリー線と直角方
   向の光帯を照射する投光部と、上記投光する光束の方向
   に対して直角の方向において上記光帯を受光し、該受光
   によりえられる上記光帯の像における上記摺面に対応す
   る部分を通過し、上記摺面以外の剛体架線構造支持物に
   対応する部分をカットするスリットならびに該摺面に対
   応する像の長さを計測する受光センサを有する受光部と
   により構成されたことを特徴とするトロリー線摩耗測定
   装置。
2. （２）上記摺面の高さと上記剛体架線構造のトロリー線
   の支持物の下面の高さの差をｄ、上記摺面と上記投光部
   および受光部よりなる光学系との高さ間隔の変動幅を△
   ｈ、上記投光光束の上記摺面に対する入射角をθｌとす
   るとき、トロリー線方向の垂直断面内における上記投光
   光束の幅Ｂが、条件式；△ｈ≦Ｂｓｉｎθｌ＜ｄ、で定
   まる値に設定できる投光用のスリットを有する上記投光
   部であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   トロリー線摩耗測定装置。