TW202216512A - 軌道量測工具之檢測系統 - Google Patents

Abstract

一種軌道量測工具之檢測系統，用以對各種軌距尺進行檢驗，該檢測系統包含一設置有一光學尺的承載單元、分別位於該承載單元上的一固定單元、一第一橫向移動單元、一第一縱向移動單元，及一控制單元。該固定單元是用以固定一軌距尺，且該軌距尺具有一測頭。該第一橫向移動單元能沿著該光學尺的設置方向往復移動。該第一縱向移動單元是設置於該第一橫向移動單元上，且能隨該第一橫向移動單元移動，該第一縱向移動單元能與該軌距尺的測頭接觸而進行檢驗。該控制單元儲存有各種軌距尺之標準數據與檢驗資料，並控制該第一橫向移動單元與該第一縱向移動單元的作動。透過該檢測系統的配置以及該控制單元內的軟體控制，可以針對不同規格的軌距尺進行自動化量測、數值讀取，及報告產出，以對各種軌距尺的量測正確性進行檢測。

Description

軌道量測工具之檢測系統

本發明是關於一種檢驗設備，特別是指一種軌道量測工具之檢測系統。

對於高速行駛的列車，行車安全性與乘車舒適度是最基本的要求，高速鐵路軌道的平整度影響高速行駛車體的平穩及安全。而軌道經高速列車長期行駛後，鐵軌接觸面會不斷磨耗而使接觸面產生變化，容易引起滾輪振動而產生行駛噪音，除了影響乘車舒適性之外，也會影響行車安全，因此軌道必須定期進行量測與養護。

用來量測軌道的方法有中，軌距尺是鐵道養護最常使用的人工量具，是一種用來檢驗標準軌距的軌距、水平（超高）等數值的鐵路專用檢查工具，可以量測軌道的高度、輪緣槽、背輪距、輪背距等數值，以確保軌道是在正常且安全的使用狀態。而為了讓量測出來的數值正確避免誤差，軌距尺需要定期校驗。

因此，本發明之目的，即在提供一種軌道量測工具之檢測系統。

本發明軌道量測工具之檢測系統，用以對各種軌距尺進行檢驗，該檢測系統包含一設置有一光學尺的承載單元、分別位於該承載單元上的一固定單元、一第一橫向移動單元、一第一縱向移動單元，及一控制單元。該固定單元是用以固定一軌距尺，且該軌距尺具有一測頭。該第一橫向移動單元能沿著該光學尺的設置方向往復移動。該第一縱向移動單元是設置於該第一橫向移動單元上，且能隨該第一橫向移動單元移動，該第一縱向移動單元能與該軌距尺的測頭接觸而進行檢驗。該控制單元儲存有各種軌距尺之標準數據與檢驗資料，並控制該第一橫向移動單元與該第一縱向移動單元的作動。

本發明的另一技術手段，是在於該第一橫向移動單元包括一沿著該光學尺設置的第一橫向螺桿，及一能於該第一橫向螺桿上移動的第一移動台。

本發明的另一技術手段，是在於該第一縱向移動單元包括一設置於該第一移動台上的第一縱向螺桿，及一能於該第一縱向螺桿上移動的探頭，該探頭用以與該軌距尺的測頭接觸。

本發明的另一技術手段，是在於該承載單元包括一設置於地面的承載台，及一設置於該承載台上的旋轉台，該光學尺與該第一橫向移動單元是設置於該旋轉台上，該旋轉台的一側是與該承載台樞接而使該旋轉台的另一側能相對於該承載台升降。

本發明的另一技術手段，是在於該檢測系統還包含一第二縱向移動單元，包括一設置於該承載台上的第二縱向螺桿，及一能於該第二縱向螺桿上移動而使該旋轉台升降的滑輪組。

本發明的另一技術手段，是在於該控制單元包括一儲存各種軌距尺之標準數據與檢驗資料的資料庫、一電連接於該資料庫的操作界面，及一電連接於該操作界面的第一顯示幕。

本發明的另一技術手段，是在於該控制單元還包括一朝向該軌距尺的攝影機，及一用以顯示該攝影機所拍攝之影像的第二顯示幕。

本發明的另一技術手段，是在於該檢測系統還包含設置於該承載單元上且平行於該第一橫向移動單元的一第二橫向移動單元及一第三橫向移動單元，該控制單元能控制該第二橫向移動單元與該第三橫向移動單元的作動，以對該軌距尺進行不同參數的檢驗。

本發明的另一技術手段，是在於該第二橫向移動單元包括一平行於該第一橫向螺桿的第二橫向螺桿，及一由該第二橫向螺桿帶動的檢測元件，該第三橫向移動單元包括一平行於該第一橫向螺桿的第三橫向螺桿，及一由該第三橫向螺桿帶動的推片治具。

本發明的另一技術手段，是在於該固定單元包括複數間隔設置於該承載單元上的固定桿、複數可拆離地設置於所述固定桿上且用以承置該軌距尺的墊塊，及複數將該軌距尺固定於所述墊塊上的鎖固治具。

本發明之功效在於，透過該檢測系統的配置以及該控制單元內的軟體控制，可以針對不同規格的軌距尺進行自動化量測、數值讀取，及報告產出，以對各種軌距尺的量測正確性進行檢測。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。在進行詳細說明前應注意的是，類似的元件是以相同的編號作表示。

本發明軌道量測工具之檢測系統，用以對各種軌距尺進行檢驗，首先對軌距尺進行簡單的說明。軌距尺是用來檢驗標準軌距的鐵路專用檢查工具，現行高鐵所使用的軌距尺有RCA、RAH、日式軌距尺、日式軌距尺附電子顯示、PTP1、PTP2等六種型式，用來量測軌道的長度、輪緣槽、背輪距、輪背距、高度等數值，如下表所示。

由於RCA所能量測的特性最齊全，因此為目前最常用之軌距尺，如圖1所示，(a)為軌距(Track Gauge)的量測，(b)為輪緣槽(Flangeway Clearance)的量測，(c)為背輪距(Back-to-back distance)的量測，(d)為輪背距(Check rail gauge)的量測，(e)為高度(Cant)的量測。在以下的說明中，亦以RCA為例進行說明。以RCA型式的軌距尺1來說，包含有本體10、調整旋鈕11、測頭12、輪緣槽拉桿13、對應輪緣槽拉桿13之刻度表14，與氣泡水平儀15。

項目	型式	量測特性
長度	輪緣槽	背輪距	輪背距	高度
1	RCA	V	V	V	V	V
2	RAH	V	V	V	V
3	日式軌距尺	V				V
4	日式軌距尺附電子顯示器	V				V
5	PTP1	V	V	V	V	V
6	PTP2	V	V	V	V	V

參閱圖2至圖4，為本發明軌道量測工具之檢測系統的較佳實施例，包含一承載單元2、分別位於該承載單元2上的一固定單元3、一第一橫向移動單元4、一第一縱向移動單元5、一第二縱向移動單元6、一第二橫向移動單元7、一第三橫向移動單元8，及一控制單元9。

該承載單元2包括一設置於地面的承載台21、一設置於該承載台21上的旋轉台22，及一設置於該旋轉台22上的光學尺23。該旋轉台22的一側是與該承載台21樞接而使該旋轉台22的另一側能相對於該承載台21升降。

第一橫向移動單元4包括一設置於該旋轉台22上且沿著該光學尺23設置的第一橫向螺桿41，及一能於該第一橫向螺桿41上移動的第一移動台42。該第一縱向移動單元5是設置於該第一橫向移動單元4上，且能隨該第一橫向移動單元4移動，其中，該第一縱向移動單元5包括一設置於該第一移動台42上的第一縱向螺桿51，及一能於該第一縱向螺桿51上移動的探頭52。

該第二縱向移動單元6包括一設置於該承載台21上的第二縱向螺桿61，及一能於該第二縱向螺桿61上移動而使該旋轉台22升降的滑輪組62。更詳細地說，如圖2所示，該滑輪組62是位於該旋轉台22的下方，該旋轉台22的一側是靠抵於該滑輪組62上。由於該旋轉台22的另一側是與該承載台21樞接，當該滑輪組62沿該第二縱向螺桿61向上移動時，就能帶動該旋轉台22相對於該承載台21傾斜。

參閱圖3，該第二橫向移動單元7與該第三橫向移動單元8皆設置於該承載單元2上且平行於該第一橫向移動單元4。其中，該第二橫向移動單元7包括一平行於該第一橫向螺桿41的第二橫向螺桿71，及一由該第二橫向螺桿71上移動的檢測元件72。該第三橫向移動單元8包括一平行於該第一橫向螺桿41的第三橫向螺桿81，及一由該第三橫向螺桿81帶動的推片治具82。

參閱圖4並配合圖2，該控制單元9包括一儲存各種軌距尺之標準數據與檢驗資料的資料庫91、一電連接於該資料庫91的操作界面92、一電連接於該操作界面92的第一顯示幕93、一的攝影機94，及一用以顯示該攝影機94所拍攝之影像的第二顯示幕95。該控制單元9可以控制該第一橫向移動單元4、該第一縱向移動單元5、該第二縱向移動單元6、該第二橫向移動單元7，及該第三橫向移動單元8的作動。於本實施例中，該操作界面92為鍵盤與滑鼠，於圖2中不再另外繪示。

在進行本發明的操作說明之前，要特別說明的是，前述各螺桿皆是由該控制單元9控制各別的步進馬達來驅動。另外，本發明是利用光學尺23作為量測各元件之移動距離的標準，光學尺23是線性編碼器的一種，隨著精密量測技術的發展，成為高精密度及高效率的量測工具，特別是光學尺23以數位來表示，可以電腦結合，而使量測時間縮短。由於上述以步進馬達驅動螺桿轉動之技術，以及光學尺23的詳細原理，為本領域之通常知識者可以理解，亦非本案重點，因此於以下的內容中不再贅述細節。

再者，本發明有五個移動單元，在以下的說明以及操作畫面中，所述移動單元相對應的移動方位是分別以下列符號表示：第一橫向移動方位為X，第二橫向移動方位為Y，第三橫向移動方位為Z，第一縱向移動方位為U，第二縱向移動方位為V。其中，操作畫面是顯示於該第一顯示幕93上，並利用該操作界面92於該第一顯示幕93的操作畫面上進行點選與控制。

本發明在進行軌距尺的量測之前，需先前進行校正（或稱為零點設定），此時是尚未安裝軌距的狀態，操作方式簡述如下。參閱圖5，先於該第一顯示幕93操作畫面中「輸入XU步進量」的欄位手動輸入移動數據。舉例而言，一般軌距尺的量測範圍為1425mm~1470mm，可以選擇上述範圍中的一個數值作為校正使用。另外要特別說明的是，本發明是利用接觸式的感應，為了避免接觸時速度過快導致元件之間大力碰撞而損壞，因此在輸入移動數據時通常會分批輸入移動距離。配合參閱圖2及圖3，例如，若選定1425mm作為測試數據，可以先輸入1300mm，並按下畫面中「X＋」的箭頭，使該第一移動台42於該第一橫向螺桿41上由圖2的左側往右側移動，並帶動該第一縱向移動單元5同步移動，而該光學尺23能計算該第一移動台42的移動量，使該第一移動台42的移動量與輸入的數據一致。待上述距離移動完畢後再分次輸入50mm，50mm，25mm。當該第一縱向移動單元5的該探頭52與圖2中右側的基準面(也就是歸零點)接觸時，該第一移動台42立即停止移動。此時，按下圖5畫面中「X設定為0」的按鈕，即完成X軸歸零的動作。上述各個輸入數據僅為例示，實際操作人員可視狀況進行調整。進行校正的目的，是要讓機械原點和操作原點互相吻合。

歸零完成後，就可以進行軌距尺的檢測。首先要將軌距尺1安裝於該固定單元3上。如圖6所示，該固定單元3包括複數間隔且直立設置於該承載單元2上的固定桿31、複數可拆離地設置於所述固定桿31上且用以承置該軌距尺1的墊塊32，及複數將該軌距尺1固定於所述墊塊32上的鎖固治具33。由於不同廠片型號的軌距尺1外型與尺寸皆有差異，因此需先選擇對應軌距尺1的墊塊32，並如圖6(a)所示，將所述墊塊32分別鎖設於所述固定桿31上。再如圖6(b)所示，將軌距尺1放置於所述墊塊32上。最後如圖6(c)所示，利用所述鎖固治具33將軌距尺1夾持定位於所述墊塊32上，確保軌距尺1在檢測的過程中不會發生任何移動。所述鎖固治具33在鎖固前，需確認軌距尺1的擺放位置有對準基準點。要另外說明的是，因為本發明整體結構設計的關係，圖5中的軌距尺1，是圖1的軌距尺1水平旋轉180度後才能安裝於本發明的檢測系統上。

軌距尺1安裝完成後，就形成如圖7所示的態樣，並能開始對軌距尺1進行檢測。如圖8所示，先旋轉軌距尺1的調整旋鈕11至預計量測的長度，例如：1435mm。再於圖5的操作畫面左側的「待測件種類選擇」欄位中選擇對應的軌距尺，於本較佳實施例為「RCA」，再於下方的欄位選擇量測項目為「軌距」。接著，調整該第一縱向移動單元5(移動方位U)的該探頭52的高度，在「輸入XU步進量」的欄位手動輸入移動數據並按下U+箭頭，該控制單元9會控制該探頭52上升。由於軌距尺1的量測是要讓該第一縱向移動單元5的探頭52能與軌距尺1的測頭12接觸作為量測依據，因此需因應不同軌距尺的種類，該探頭52上升的高度亦不相同。該探頭52上升完成後，接著於「輸入XU步進量」的欄位手動輸入移動數據並按下X+箭頭，使該第一移動台42於該第一橫向螺桿41上由左向右移動，同時帶動該探頭52往該軌距尺1的測頭12方向靠近。在進行檢驗時，同樣是如校正過程中，以分批輸入移動距離的方式使該第一移動台42分次前進。當該探頭52與軌距尺1上的測頭12接觸時，該第一移動台42會立即停止，畫面上「接觸狀態」的顯示燈會亮起，並顯示X軸讀值，操作者再由畫面中右側的記錄畫面將量測數值儲存於該控制單元9的資料庫91內。由於X軸讀值是由光學尺23所量測的數據，因此將X軸讀值與一開始設定的預定量測長度進行比對，就可以了解目前測試中的軌距尺1所量測出來的數值是否準確，而達到檢驗軌距尺1的目的。

量測完成後，先使該探頭52下降，在「輸入XU步進量」的欄位手動輸入移動數據並按下U-箭頭，使該探頭52下降。當該探頭52下降後，畫面上「已回下方」的顯示燈會亮起，表示該探頭52與軌距尺1的測頭12沒有互相接觸，才能使該探頭52左右移動。上述操作方式可以進行軌距、背輪距、背輪距等不同長度的量測。

接下來說明輪緣槽的量測方式，參閱圖5、圖7及圖9，在「輸入推座步進量」的欄位手動輸入移動數據並按下Z+箭頭，該控制單元9控制該第三橫向移動單元8的推片治具82推動軌距尺1的輪緣槽拉桿13(顯示於圖9)，而當輪緣槽拉桿13被推動時，刻度表14上也會同步顯示被推動的距離，由標線140與刻度表14上的刻度是否對齊，來判斷輪緣槽所量測出來的數值是否準確。由於輪緣槽拉桿13及刻度表14與該操作介面92之間的距離較遠，操作人員需要來回走動進行確認與控制，因此該攝影機94是直接朝向該刻度表14，並將影像放大顯示在第二顯示幕95，使該攝影機94成為輔助刻線對準元件。操作人員只需要站在第二顯示幕95的位置，就能直接由該第二顯示幕95觀看輪緣槽的量測結果。另外，該第二橫向移動單元7(移動方位Y) 主要是應用在檢測附電子顯示器的日式軌距尺的檢測，且其操作模式與該第三橫向移動單元8類似，於此不再贅述。

參閱圖10及圖11，最後，要進行超高量測，量測之前同樣要進行歸零動作，其操作步驟與前述X軸歸零動作雷同，不再贅述。另外，要特別說明的是，因為本發明整體結構設計的關係，在進行超高量測時需要再將軌距尺1方向對調才能進行量測，也就是圖11中的軌距尺1，是圖5的軌距尺1水平旋轉180度後才能安裝於本發明的檢測系統上，因此圖11中的軌距尺1的擺放角度是與圖1相同。如圖10所示，在「輸入V步進量」的欄位手動輸入移動數據並按下V-箭頭，該控制單元9控制該第二縱向移動單元6的該滑輪組62該第二縱向螺桿61向上移動時，就能如圖11所示，帶動該旋轉台22相對於該承載台21傾斜。要注意的是，因為機台設計的關係，圖11中該旋轉台22的傾斜方向與圖10畫面中所顯示者不同。當傾斜角度到達定點後，操作人員是依據軌距尺1上的氣泡水平儀15是否維持水平來判斷軌距尺1的超高量測是否準確。

綜上所述，本發明軌道量測工具之檢測系統，運用精密玻璃光學尺、精密導軌（螺桿）、馬達驅動的移動頭所組成的檢測旋轉台，並配合該控制單元內建之軟體控制，能自動化量測、讀取，並產出報告，且可以運用於各種規格的軌距尺的功能檢測，可以防止太多人為操作所產生的誤差，確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:軌距尺 10:本體 11:調整旋鈕 12:測頭 13:輪緣槽拉桿 14:刻度表 15:氣泡水平儀 2:承載單元 21:承載台 22:旋轉台 23:光學尺 3:固定單元 31:固定桿 32:墊塊 33:鎖固治具 4:第一橫向移動單元 41:第一橫向螺桿 42:第一移動台 5:第一縱向移動單元 51:第一縱向螺桿 52:探頭 6:第二縱向移動單元 61:第二縱向螺桿 62:滑輪組 7:第二橫向移動單元 71:第二橫向螺桿 72:檢測元件 8:第三橫向移動單元 81:第三橫向螺桿 82:推片治具 9:控制單元 91:資料庫 92:操作界面 93:第一顯示幕 94:攝影機 95:第二顯示幕 X:第一橫向移動方向 Y:第二橫向移動方向 Z:第三橫向移動方向 U:第一縱向移動方向 V:第二縱向移動方向

圖1是一示意圖，為本發明軌道量測工具之檢驗系統的較佳實施例，說明其中一種軌距尺所能量測的參數； 圖2是一示意圖，由前視角度說明本較佳實施例的整體架構； 圖3是一示意圖，由俯視角度說明本較佳實施例的整體架構； 圖4是一示意圖，說明本較佳實施例中一控制單元的元件組成以及與其他元件的連結關係； 圖5是一示意圖，說明本較佳實施例的長度量測操作畫面； 圖6是一示意圖， 說明本較佳實施例安裝軌距尺的順序； 圖7是一示意圖， 說明本較佳實施例安裝軌距尺後的態樣； 圖8是一示意圖，說明本較佳實施例中，轉動調整旋鈕來改變軌距尺之量測長度； 圖9是一示意圖，說明本較佳實施例中一第三橫向移動單元的作動方式； 圖10是一示意圖，說明本較佳實施例的高度量測操作畫面；及 圖11是一示意圖， 說明本較佳實施例的高度量測的實際結構。

2:承載單元

21:承載台

22:旋轉台

3:固定單元

4:第一橫向移動單元

41:第一橫向螺桿

42:第一移動台

5:第一縱向移動單元

51:第一縱向螺桿

52:探頭

6:第二縱向移動單元

61:第二縱向螺桿

62:滑輪組

7:第二橫向移動單元

8:第三橫向移動單元

9:控制單元

93:第一顯示幕

94:攝影機

95:第二顯示幕

Claims (10)

1. 一種軌道量測工具之檢測系統，用以對各種軌距尺進行檢驗，該檢測系統包含： 一承載單元，設置一光學尺； 一固定單元，設置於該承載單元上，用以固定一軌距尺，該軌距尺具有一測頭； 一第一橫向移動單元，設置於該承載單元上，並能沿著該光學尺的設置方向往復移動； 一第一縱向移動單元，設置於該第一橫向移動單元上，且能隨該第一橫向移動單元移動，該第一縱向移動單元能與該軌距尺的測頭接觸而進行檢驗；及 一控制單元，儲存有各種軌距尺之標準數據與檢驗資料，並控制該第一橫向移動單元與該第一縱向移動單元的作動。
2. 如請求項1所述軌道量測工具之檢測系統，其中，該第一橫向移動單元包括一沿著該光學尺設置的第一橫向螺桿，及一能於該第一橫向螺桿上移動的第一移動台。
3. 如請求項2所述軌道量測工具之檢測系統，其中，該第一縱向移動單元包括一設置於該第一移動台上的第一縱向螺桿，及一能於該第一縱向螺桿上移動的探頭，該探頭用以與該軌距尺的測頭接觸。
4. 如請求項1所述軌道量測工具之檢測系統，其中，該承載單元包括一設置於地面的承載台，及一設置於該承載台上的旋轉台，該光學尺與該第一橫向移動單元是設置於該旋轉台上，該旋轉台的一側是與該承載台樞接而使該旋轉台的另一側能相對於該承載台升降。
5. 如請求項4所述軌道量測工具之檢測系統，還包含一第二縱向移動單元，包括一設置於該承載台上的第二縱向螺桿，及一能於該第二縱向螺桿上移動而使該旋轉台升降的滑輪組。
6. 如請求項1所述軌道量測工具之檢測系統，其中，該控制單元包括一儲存各種軌距尺之標準數據與檢驗資料的資料庫、一電連接於該資料庫的操作界面，及一電連接於該操作界面的第一顯示幕。
7. 如請求項1所述軌道量測工具之檢測系統，其中，該控制單元還包括一朝向該軌距尺的攝影機，及一用以顯示該攝影機所拍攝之影像的第二顯示幕。
8. 如請求項1所述軌道量測工具之檢測系統，還包含設置於該承載單元上且平行於該第一橫向移動單元的一第二橫向移動單元及一第三橫向移動單元，該控制單元能控制該第二橫向移動單元與該第三橫向移動單元的作動，以對該軌距尺進行不同參數的檢驗。
9. 如請求項1所述軌道量測工具之檢測系統，其中，該第二橫向移動單元包括一平行於該第一橫向螺桿的第二橫向螺桿，及一由該第二橫向螺桿帶動的檢測元件，該第三橫向移動單元包括一平行於該第一橫向螺桿的第三橫向螺桿，及一由該第三橫向螺桿帶動的推片治具。
10. 如請求項1所述軌道量測工具之檢測系統，其中，該固定單元包括複數間隔設置於該承載單元上的固定桿、複數可拆離地設置於所述固定桿上且用以承置該軌距尺的墊塊，及複數將該軌距尺固定於所述墊塊上的鎖固治具。

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