JPWO2018011894A1 - 検測装置および検測方法 - Google Patents

Abstract

検測装置では、所定の長さを有する梁部材を予め設定された距離だけ互いに離間する二つのローラーでレールに接触させながらレール上を移動させた場合に、梁部材に作用する角速度を検出し、検出された角速度と二つのローラーのそれぞれとの接触点の間の距離である２点間距離との積を二つの接触点の中点における軌道狂い量として算出する。

Description

本開示は、軌道狂いを検測する技術に関する。

鉄道車両を安全で快適に走行させるためには、鉄道軌道を常に良好な状態に保守管理する必要がある。このためにはレールの不整量である軌道狂いの検測が不可欠である。
軌道狂いの検測手法として差分法および慣性測定法が知られている。差分法を用いる検測装置では、例えば、１〜３ｍの基準の梁をレールに押し当て、その梁の中央点とレールとの相対変位を変位計で測定することにより、高低狂いおよび通り狂いを検測している。また、慣性測定法を用いる検測装置では、例えば、特許文献１に記載のように、軸箱または車体に取り付けた加速度計により検出された加速度を２階積分することにより、高低狂いおよび通り狂いを演算して軌道狂いを検測している。

特開２００９−３００３９８号公報

軌道状態を良好に保つためには、可能な限り広い波長帯域において軌道状態を把握する必要があり、測定波長域での検測利得が短波長成分と長波長成分との双方において大きいことが望ましい。ここでいう短波長成分は、正矢法の場合，弦長の２分の１よりも短い波長の成分である。長波長成分は、弦長の２分の１よりも長い波長の成分である。

しかしながら、上述のような従来の検測手法では、次のような問題があった。
まず、差分法では、測定波長域での検測利得を短波長成分と長波長成分とを比較した場合に、短波長成分における検測倍率の最大値が一定値になってしまう。例えば１次差分法および２次差分法ではこの倍率は２．０である。このため、軌道狂いを測定すると同時に短波長の凹凸の状態を把握するためには、短波長の検測利得を必要なレベルまで増幅するためにフィルタ回路による処理が必要となり、装置の処理負荷が大きくなる。

また、慣性測定法では、上述のように、加速度を２階積分することで波形を得るため、測定波長域での検測利得が全て１．０である。このため、軌道狂いを測定すると同時に短波長の凹凸の状態を把握するためには、短波長の検測利得を必要なレベルまで増幅するためにハイパス・フィルタ回路による処理が必要となり、装置の処理負荷が大きくなる。

本開示の一局面では、処理負荷を抑制しながら、軌道狂いを測定すると同時に短波長の凹凸の状態を把握することが可能な技術を提供することが望ましい。

本開示の一局面の検測装置は、車両が走行する軌道の軌道狂いを検測する検測装置である。
検測装置は、梁部材と、検出部と、算出部と、を備える。

梁部材は、所定の長さを有する。
検出部は、梁部材を予め設定された距離だけ互いに離間する二つの接触点で軌道に接触させながら軌道上を移動させた場合に、梁部材に作用する角速度を検出する。

算出部は、検出部によって検出された角速度と二つの接触点の間の距離である２点間距離との積を二つの接触点の中点における軌道狂い量として算出する。
本開示によれば、測定波長域での検測利得のうち、梁部材の長さよりも短い波長の成分である短波長成分が差分法ほど小さくならない。このため、短波長の検測利得を増幅するためにハイパス・フィルタ回路による処理を行う必要がなく、装置の処理負荷が大きくならない。また、長波長成分を強調したい場合はローパス・フィルタ回路による処理を行えばよく、装置の処理負荷は小さい。したがって、処理負荷を抑制しながら、軌道狂いを測定すると同時に短波長の凹凸の状態を把握することが可能となる。

本開示の検測方法は、車両が走行する軌道の軌道狂いを検測する検測方法である。
本検測方法では、所定の長さを有する梁部材を予め設定された距離だけ互いに離間する二つの接触点で軌道に接触させながら軌道上を移動させた場合に、梁部材に作用する角速度を検出し、検出された角速度と二つの接触点の間の距離である２点間距離との積を二つの接触点の中点における軌道狂い量として算出する。

本開示によれば、測定波長域での検測利得のうち、梁部材の長さよりも短い波長の成分である短波長成分が差分法ほど小さくならない。このため、短波長の検測利得を増幅するためにハイパス・フィルタ回路による処理を行う必要がなく、装置の処理負荷が大きくならない。また、長波長成分を強調したい場合はローパス・フィルタ回路による処理を行えばよく、装置の処理負荷は小さい。したがって、処理負荷を抑制しながら、軌道狂いを測定すると同時に短波長の凹凸の状態を把握することが可能となる。

検測装置の構成を示す概略構成図である。 検測装置の構成を示す概略構成図である。 検測装置による軌道狂いの検測方法を説明する説明図である。 検測装置による軌道狂いの検測方法を説明する説明図である。

１…検測装置、１１，１２…梁部材、１３…ジョイント、１４，１５，１６…ローラー、１７…把持部、１８…ガスダンパー、１９Ａ…ポテンショメーター、１９Ｂ…傾斜計、２０…ロータリーエンコーダー、２１，２２…ジャイロセンサー、２３…処理部、２３Ａ…電気線

以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態を説明する。
［１．構成］
検測装置１は、車両が走行する軌道の軌道狂いを検測する装置である。検測装置１は、図１，２に示すように、２本の梁部材１１，１２と、２本の梁部材１１，１２を接続するジョイント１３と、３つのローラー１４，１５，１６と、把持部１７と、ガスダンパー１８と、ポテンショメーター１９Ａと、傾斜計１９Ｂと、ロータリーエンコーダー２０と、ジャイロセンサー２１，２２と、処理部２３と、を備えている。

梁部材１１，１２は、所定の長さを有する棒状の部材である。梁部材１１は、レールＲ１，Ｒ２の長手方向に沿って配置される。梁部材１２は、水平面上でレールＲ１，Ｒ２の長手方向に直交する方向に沿って配置される。

ジョイント１３は、梁部材１１における中央部１１Ａと、梁部材１２における端部１２Ａとを接続する。
ローラー１４は、梁部材１１における端部１１Ｂに取り付けられている。ローラー１４は、レールＲ１の踏面に当接しながら、走行可能に構成されている。ローラー１５は、梁部材１１における端部１１Ｃに取り付けられている。ローラー１５は、レールＲ１の踏面に当接しながら、走行可能に構成されている。ローラー１６は、梁部材１２における端部１２Ｂに取り付けられている。ローラー１６は、レールＲ２の踏面に当接しながら、走行可能に構成されている。検測装置１を用いてレールＲ１の軌道狂いを検測する際には、ローラー１４，１５をレールＲ１に当接させ、ローラー１６をレールＲ２に当接させる。

把持部１７は、梁部材１２に取り付けられている。把持部１７は、作業者が把持しやすい棒状となっている。
ガスダンパー１８は、端部１２Ｂに取り付けられている。ガスダンパー１８は、中央部１１Ａと端部１２Ｂとの間の距離が変化する際に生じる衝撃を吸収する。

ポテンショメーター１９Ａは、端部１２Ｂに取り付けられている。ポテンショメーター１９Ａは、中央部１１Ａと端部１２Ｂとの間の距離を検出する。
傾斜計１９Ｂは、梁部材１２における中央部１２Ｃに取り付けられている。設置位置は必ずしも中央部１２Ｃでなくてもよい。傾斜計１９Ｂは、左右レールの高低差を計測するため、梁部材１２の水平面からの傾斜角を検出する。

ロータリーエンコーダー２０は、ローラー１５に取り付けられている。ロータリーエンコーダー２０は、ローラー１５の回転角度を検出する。
ジャイロセンサー２１，２２は、中央部１１Ａに設置されている。設置位置は必ずしも中央部１１Ａでなくてもよい。ジャイロセンサー２１は、１軸ジャイロであり、ジャイロセンサー２１により、梁部材１１のピッチ角の変化量が検出される。これにより、ジャイロセンサー２１は、レールＲ１にローラー１４，１５を接触させながら、梁部材１１を、レールＲ１上を移動させた場合に、梁部材１１のピッチ軸周りの角速度であるピッチ角速度を検出する。ジャイロセンサー２２は、１軸ジャイロであり、ジャイロセンサー２２により、梁部材１１のヨー角の変化量が検出される。これにより、ジャイロセンサー２２は、レールＲ１にローラー１４，１５を接触させながら、梁部材１１を、レールＲ１上を移動させた場合に、梁部材１１のヨー軸周りの角速度であるヨー角速度を検出する。ジャイロセンサー２１，２２は、検出部の一例に該当する。

処理部２３は、ＣＰＵと、メモリと、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。メモリは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリである。処理部２３の各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、処理部２３を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。また、処理部２３が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。処理部２３は、算出部の一例に該当する。

処理部２３は、可搬形に構成されている。処理部２３は、ポテンショメーター１９Ａ、傾斜計１９Ｂ、ロータリーエンコーダー２０およびジャイロセンサー２１，２２と電気線２３Ａで接続されている。処理部２３は、ポテンショメーター１９Ａ、傾斜計１９Ｂ、ロータリーエンコーダー２０およびジャイロセンサー２１，２２が出力する信号を電気線２３Ａ経由で取得可能である。なお、処理部２３が、ポテンショメーター１９Ａ、傾斜計１９Ｂ、ロータリーエンコーダー２０およびジャイロセンサー２１，２２から無線で信号を取得するよう構成してもよい。また、処理部２３を梁部材１２上に設置する構成としてもよい。

処理部２３は、ロータリーエンコーダー２０から出力されるローラー１５の回転角度を用いて検測装置１がレールＲ１，Ｒ２上を走行した距離および検測装置１の現在位置を算出する。

処理部２３は、レールＲ１の高低狂い量Ｇ_１を算出する。すなわち、処理部２３は、ジャイロセンサー２１から出力される梁部材１１のピッチ軸周りのピッチ角速度ω_１とローラー１４，１５の間の距離である２点間距離Ｌとの積をローラー１４，１５の中点における高低狂い量Ｇ_１として算出する。レールＲ１の高低狂い量Ｇ_１の算出には、次の（１）式を用いる。処理部２３は、レールＲ１の通り狂い量Ｇ_２を算出する。すなわち、処理部２３は、ジャイロセンサー２２から出力される梁部材１１のヨー軸周りのヨー角速度ω_２とローラー１４，１５の間の距離である２点間距離Ｌとの積をローラー１４，１５の中点における通り狂い量Ｇ_２として算出する。レールＲ１の通り狂い量Ｇ_２の算出には、次の（２）式を用いる。

（１）

（２）
上述の（１）式および（２）式は、次の（３）式を用いて導き出される。以下に、図３を用いて説明する。図３は、検測開始点からの距離を横軸とし、基準面からのレールの頭頂面までの高さ寸法を縦軸とするグラフである。ここで、測定点２点の傾きの差Ｇは、次の（３）式で表される。

（３）
ｙ_１は、測定点Ａにおけるレール設置面からのレール頭頂面までの高さ寸法である。
ｙ_２は、測定点Ｂにおけるレール設置面からのレール頭頂面までの高さ寸法である。

ｙ_１´は、測定点Ａにおける梁部材の傾きである。
ｙ_２´は、測定点Ｂにおける梁部材の傾きである。
Ｌは、測定点２点間の距離寸法である。

θは、水平線と梁部材との間の角度である。
ωは、梁部材に生じる角速度である。
測定点２点の傾きの差Ｇは、測定点２点間の中点の軌道狂い量に相当する。このことにより、測定基準となる梁部材の上にジャイロセンサーを設置し、梁部材をレール上で移動させる際に、ジャイロセンサーから出力されるピッチ角速度またはヨー角速度に測定点２点間の距離寸法Ｌを乗ずることにより、測定点２点間の中点における高低狂い量または通り狂い量が得られる。

図４は、各検測方法による検測利得の特性を示すグラフである。このグラフでは、空間周波数を横軸とし、検測倍率を縦軸とする。本検測方法によれば、従来の検測法と比較すると、短い波長における検測利得が高いという特徴があり、その出力波形で短波長凹凸の状態を把握することができる。

なお、検測装置１を用いてレールＲ２の軌道狂いを検測する際には、ローラー１４，１５をレールＲ２に当接させ、ローラー１６をレールＲ１に当接させる。処理部２３は、ジャイロセンサー２１から出力される梁部材１１の角速度ω_１を用いて、レールＲ２の高低狂い量Ｇ_１を算出する。レールＲ２の高低狂い量Ｇ_１の算出には、上述の（１）式を用いる。処理部２３は、ジャイロセンサー２２から出力される梁部材１１の角速度ω_２を用いて、レールＲ２の通り狂い量Ｇ_２を算出する。レールＲ２の通り狂い量Ｇ_２の算出には、上述の（２）式を用いる。

なお、上記（１）式および（２）式は、軌道狂いを測定する際に検測装置１を走行させる速度である測定速度ｖが一定である場合に用いる。測定速度ｖが変動する場合には、次の（４）式および（５）式を用いる。

（４）

（５）
［２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、所定の長さを有する梁部材１１を予め設定された距離だけ互いに離間する二つのローラー１４，１５でレールＲ１に接触させながら、梁部材１１を、レールＲ１上を移動させた場合に、梁部材１１に作用する角速度が検出され、検出された角速度と二つのローラー１４，１５のそれぞれとの接触点の間の距離である２点間距離との積が二つの接触点の中点における軌道狂い量として算出される。このため、測定波長域での検測利得のうち、梁部材１１の長さよりも短い波長の成分である短波長成分が差分法ほど小さくならない。このため、短波長の検測利得を増幅するためにハイパス・フィルタ回路による処理を行う必要がなく、装置の処理負荷が大きくならない。また、長波長成分を強調したい場合はローパス・フィルタ回路による処理を行えばよく、装置の処理負荷は小さい。したがって、処理負荷を抑制しながら、軌道狂いを測定すると同時に短波長の凹凸の状態を把握することが可能となる。

［３．他の実施形態］
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（１）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（２）上述した検測装置１の他、当該検測装置１を構成要素とするシステム、当該検測装置１の処理部２３としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、検測方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

Claims (6)

1. 車両が走行する軌道の軌道狂いを検測する検測装置であって、
   所定の長さを有する梁部材と、
   前記梁部材を予め設定された距離だけ互いに離間する二つの接触点で前記軌道に接触させながら前記軌道上を移動させた場合に、前記梁部材に作用する角速度を検出する検出部と、
   前記検出部によって検出された前記角速度と前記二つの接触点の間の距離である２点間距離との積を前記二つの接触点の中点における軌道狂い量として算出する算出部と、を備える
   検測装置。
2. 請求項１に記載の検測装置であって、
   前記検出部は、前記梁部材のピッチ軸周りの角速度であるピッチ角速度を前記角速度として検出し、
   前記算出部は、検出された前記ピッチ角速度と前記２点間距離との積を前記二つの接触点の中点における高低狂い量を前記軌道狂い量として算出する
   検測装置。
3. 請求項１に記載の検測装置であって、
   前記検出部は、前記梁部材のヨー軸周りの角速度であるヨー角速度を前記角速度として検出し、
   前記算出部は、検出された前記ヨー角速度と前記２点間距離との積を前記二つの接触点の中点における通り狂い量を前記軌道狂い量として算出する
   検測装置。
4. 車両が走行する軌道の軌道狂いを検測する検測方法であって、
   所定の長さを有する梁部材を予め設定された距離だけ互いに離間する二つの接触点で前記軌道に接触させながら前記軌道上を移動させた場合に、前記梁部材に作用する角速度を検出し、
   検出された前記角速度と前記二つの接触点の間の距離である２点間距離との積を前記二つの接触点の中点における軌道狂い量として算出する
   検測方法。
5. 請求項４に記載の検測方法であって、
   前記梁部材のピッチ軸周りの角速度であるピッチ角速度を前記角速度として検出し、
   検出された前記ピッチ角速度と前記２点間距離との積を前記二つの接触点の中点における高低狂い量を前記軌道狂い量として算出する
   検測方法。
6. 請求項４に記載の検測方法であって、
   前記梁部材のヨー軸周りの角速度であるヨー角速度を前記角速度として検出し、
   検出された前記ヨー角速度と前記２点間距離との積を前記二つの接触点の中点における通り狂い量を前記軌道狂い量として算出する
   検測方法。