JP2010060320A - レール遊間測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】手動の測定方法より短時間で測定可能で、労力が小さく、必要な測定精度を有し、かつ、レール側面に障害物があったとしても適切に測定することができると共に、装置自体のコストを下げ、装置の線路への設置や撤去が容易で、駅構内などの狭いスペースでも計測することが可能なレール遊間測定装置を提供する。
【解決手段】レール２１とレール２１の継ぎ目にある遊間２３を測定するレール遊間測定装置１Ａであって、前記レール２１上を移動自在とする移動体と、この移動体に搭載され、前記レール頭部表面２２に対して所定角度でレーザービーム１１を照射させるレーザー変位計４と、前記移動体を前記レール２１上にて移動させたときに、前記レーザー変位計４の検出出力に基づいて前記遊間２３部分の幅ｓを含む情報を得るコントローラとを備えてなることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、レールとレールの継ぎ目に存在する遊間を測定するレール遊間測定装置に関する。

周知のように、鉄道レールは温度変化に伴って収縮するため、レールとレールの継ぎ目には、遊間が設けられている。この遊間は、大きすぎると、レール温度が下降した際に更に大きくなり、列車通過時の衝撃が大きくなる。また、逆に、この遊間は小さすぎると、レール温度が上昇した際に、レールが十分に伸びることができなくなり、その結果、大きな軸圧が生じることで、レールが座屈するおそれが生じる。
したがって、この遊間を適切に管理することは鉄道保守の観点から必要不可欠であり、そのためには遊間を適切に測定する必要がある。

従来、この遊間を測定する方法として、くさび状の形状をした手動の測定装置を遊間に差し込んで測定する方法（特許文献１）や、レール側面の一面に対向する側から光を照射し、他面に対向する側でこれを検知して光の透過量から遊間を測定する方法、及び、レールを上方から画像撮影し、その画像から遊間を測定する方法が知られている。
特開２００３−７５２６８号公報

しかしながら、上記手動の測定装置を用いた場合は、手動であるため、測定者が、測定する全ての遊間に一つずつ手で測定装置を差し込まなければならず、遊間全てを測定するのに、時間も労力も多大にかかり煩雑であるという不都合がある。加えて、手動であるため、充分な精度を保つことができないといった問題もある。

また、レール側面から光を照射する方法では、レール側面に障害物がある場合に遊間の幅を測定することができないという問題がある。レール側面にある障害物が光を遮ってしまい、本来測定されるべき光量を検知できなくなるからである。
また、レール側面から光を照射する方法では、２本のレール間に障害物がある場合にはこれとの衝突を回避するため、障害物を検知する装置と、測定装置を上下移動させる機構が必要となる。これらによって装置全体が大掛かりなものとなり、重量も重く、線路への設置や撤去が容易にできない。その結果、例えば、線路が複数通っている駅構内等では他の線路にすぐに装置を移動させることができないといった不都合もある。

また、レール上方から画像撮影する方法では、装置全体が大掛かりなものになるとともに、遊間距離を得るデータ処理に時間がかかるため、測定が問題なく行われたかどうかをその場で確認することが難しいといった不都合がある。

このような背景の下、手動の測定方法より短時間で測定可能で、労力が小さく、必要な測定精度を有し、かつ、従来の側面照射式ないし画像撮影の方法による装置よりもコストがかからず、線路への設置と撤去が容易に短時間でできる測定装置が望まれていたが、有効適切なものが提供されていないのが実情である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、手動の測定方法より短時間で測定可能で、労力が小さく、必要な測定精度を有し、かつ、レール側面や２本のレールの間に障害物があっても測定ができると共に、装置自体のコストを下げ、装置の線路への設置や撤去が容易で、駅構内などの狭いスペースでも計測することが可能なレール遊間測定装置を提供することである。

そこで、上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用した。
レールとレールの継ぎ目にある遊間を測定するレール遊間測定装置であって、前記レール上を移動自在とする移動体と、この移動体に搭載され、前記レール頭部表面に対して所定角度でレーザービームを照射させるレーザー変位計と、前記移動体を前記レール上にて移動させたときに、前記レーザー変位計の検出出力に基づいて前記遊間部分の幅を含む情報を得るコントローラとを備えてなることを特徴とするものである。

本発明のレール遊間測定装置においては、前記移動体が、台車本体に、前記レール上を転動自在な車輪を設けて構成された走行台車であることが好ましい。

また、本発明のレール遊間測定装置においては、前記レーザー変位計が、前記移動体に、前記移動体の移動方向に所定間隔を有して２個配置され、該２個のレーザー変位計から照射されるレーザービームとレール頭部表面との成す角度が等しく設定されていることが好ましい。

また、本発明のレール遊間測定装置においては、前記移動体に該移動体の移動距離を計測する距離測定装置が搭載され、前記コントローラは、前記レーザー変位計及び前記距離測定装置の出力に基づいて、前記遊間部分の幅を含む情報を得るように構成されていることが好ましい。

また、本発明のレール遊間測定装置においては、前記レーザー変位計が、前記移動体に、該移動体の移動方向に所定間隔をおいて２個配置され、一方のレーザー変位計から照射されるレーザービームが、前記移動体の移動方向前方下部に向かって照射され、他方のレーザー変位計から照射されるレーザービームが、前記移動体の移動方向後方に向かって照射されることが好ましい。

本発明では、上記構成を採用した結果、移動体を用いてレーザー変位計を移動させながら遊間を測定するので、手動計測よりも短時間で測定可能で、労力が小さく、必要な測定精度を有するとの効果が得られる。
また、レーザー変位計から照射されるレーザービームを遮らない限り、レール側面に障害物があったとしても、遊間の幅を適切に測定することができる。
さらに、測定器の上下移動機構がなくレーザー変位計が移動体に固定されている構成なので、コストがかからないと共に、装置自体が大掛かりなものとはならず、線路への設置と撤去が従来の側面照射式ないし画像撮影の方法による装置よりも容易に短時間で行うことができるという効果が得られる。

また、レーザー変位計を台車の移動方向に所定間隔を有して２個配置したことにより、遊間のレール面が傾斜している場合でも、正確に遊間の幅を測定することができるという効果が得られる。

また、台車に位置測定装置を取り付けたことにより、遊間の幅のみならず、遊間のレール面の形状をも測定することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施形態であるレール遊間測定装置について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態であるレール遊間測定装置の一部を省略した斜視図であり、図２は、本実施形態であるレール遊間測定装置を用いた遊間の測定の様子を示す一部を省略した遊間断面図である。図３は、本実施形態であるレール遊間測定装置のレーザー変位計によって測定される距離と時間の関係を示した図である。

本実施形態のレール遊間測定装置１Ａは、移動体たる台車２と台車２の台車本体３に保持されたレーザー変位計４と、台車本体３の上面に配置されたコントローラ５と、コントローラ５及びレーザー変位計４の電源となる電源部６とを備えた構成とされている。
レーザー変位計４の出力信号は、リード線７を介してコントローラ５に供給されるようになっている。

台車２は、平面視略矩形の台車本体３に、該台車本体３の４隅近傍の下部に４つの車輪８を設けたものである。
台車本体３には、保持部９が底面に設けられており、この保持部９にレーザー変位計４が取り付けられている。
車輪８は、台車本体３をレール２１上で移動自在とさせるために、４つの車輪８全てが同一方向を向いて配置されている。
なお、各車輪８は、それぞれ内側にフランジ１０を設けており、これにより、台車２はレール２１上から外れないように構成されている。

レーザー変位計４は、レーザービーム１１を照射させる図示略の照射部と、主にレール頭部表面２２で反射したレーザービーム１１を感知する図示略のセンサ部とを有した構成とされている。
また、レーザー変位計４は、台車２をレール２１上で走行させた際に、レール頭部表面２２の上方に位置するように配置されると共に、レール頭部表面２２からの間隔が一定になるように保持部９に固定されている。
このレーザー変位計４を用いると、対象物との距離の変位値を観測することができる。

コントローラ５は、レーザー変位計４の検出出力に基づいて図２に示す遊間２３部分の幅ｓを含む情報を得るものであり、台車２の台車本体３の上面に設けられている。

また、台車２の台車本体３に設けられた保持部９には、レーザー変位計４の下部近傍に、レーザー変位計４がレール頭部表面２２の上方にあるか否かを確認するための近接センサ１２が設けられている。

以下、図２を用いて、本実施形態のレール遊間測定装置１Ａを利用した遊間２３の測定方法について説明する。

まず、レーザー変位計４からレール頭部表面２２に向けて照射されるレーザービーム１１と、レール頭部表面２２との成す角度θを測定する。
次に、レーザー変位計４からレール頭部表面２２に向けてレーザービーム１１を角度θを維持したままで照射させて、台車２をレール２１の延在方向にレール２１とレール２１の継ぎ目にある遊間２３をまたがって動かす。
レーザー変位計４から照射されるレーザービーム１１がレール頭部表面２２で反射している場合、レーザー変位計４と、レール頭部表面２２との間隔は一定に保たれているので、レーザー変位計４により測定される値は一定となる。
ここで、台車２を移動させた結果、レーザー変位計４から照射されるレーザービーム１１が遊間２３に差し掛かると、この図に示すように、レーザービーム１１の反射する位置が、レール頭部表面２２ではなく、遊間２３のレール面２４になる。
したがって、レーザー変位計４は、レーザービーム１１がレール頭部表面２２で反射している場合と比較すると、長さａ_１だけ対象物との距離が長くなったことを検知し、これを変位値として観測することとなる。

実際には、図３に示すグラフによってａ_１の値を把握する。
このグラフは、レーザー変位計４によって検出出力されたものに基づいたコントローラ５によって把握される情報をもとに作成されたもので、横軸が時間を、縦軸が対象物との距離を示している。
この図３のグラフで、距離が急激に増加している部分があるが、これはレーザービーム１１が遊間２３のレール面２４で反射したために生じたものである。
よって、この増加した変位値がａ_１ということになる。
なお、図３のグラフでは、距離が急激に増加した後、徐々に減少しているが、これは、レーザービーム１１の反射点が、遊間２３のレール面２４の上方に徐々に移動していることから生じている。反射点が、遊間２３のレール面２４の上方に移動しているため、レーザー変位計４と対象物との距離が縮まっているからである。

上記測定結果より、遊間２３の幅ｓは、ｓ＝ａ_１ｃｏｓθの式で表されることから、遊間２３の幅ｓを測定することができる。

以上より、上記構成を採用した結果、本実施形態のレール遊間測定装置１Ａによる測定は、台車２を移動させて行うので、手動計測の煩雑さから開放され、レーザー変位計４を用いての測定なので、手動計測よりも精度よく測定できる。加えて、遊間２３の側面に障害物があったとしても、レーザービーム１１が遊間２３のレール面２４にて反射している限り、適切に測定することができる。また、台車２にレーザー変位計４を搭載した構成なので、装置自体のコストを抑えることもでき、さらに、装置の設置や撤去が簡単で、駅構内などの狭いスペースでも計測することも可能である。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態であるレール遊間測定装置を用いた遊間の測定方法を説明する図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。

この図に示すように、本実施形態においては、レーザー変位計２７及び２８が、図１に示す台車２の移動方向に所定間隔を有して２個配置されている。
また、これら２個のレーザー変位計２７及び２８から照射されるレーザービーム１１とレール頭部表面２６の成す角度が等しくなるように構成されている。

以下、本実施形態のレール遊間測定装置１Ｂを用いた遊間２９の測定方法について説明する。
なお、本実施形態で測定する遊間２９は、図４に示すように、遊間２９のレール面のうち、レーザー変位計２７及び２８から照射されるレーザービーム１１が反射するレール面２５が、上端から下端にかけて遊間２９の幅を広げる方向に傾斜したものになっている。

まず、２個のレーザー変位計２７及び２８の間隔ｌと、レーザー変位計２７及び２８からレール頭部表面２６に向けて照射されるレーザービーム１１と、レール頭部表面２６との成す角度θを測定する。
次に、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、２個のレーザー変位計２７及び２８からレール頭部表面２６に向けてレーザービーム１１を角度θを維持したままで照射させて、図１に示す台車２をレール３０の延在方向にレール３０とレール３０の継ぎ目にある遊間２９をまたがって動かす。
レーザー変位計２７及び２８から照射されるレーザービーム１１が、レール頭部表面２６にて反射している場合は、第１の実施形態と同様に、それぞれのレーザー変位計２７及び２８で測定される変位値は一定の値となる。

次に、レーザービーム１１が、初めて遊間２９のレール面２５で反射した際のレーザー変位計２７ないし２８の変位値ａ_２を測定する。これは、台車２に配置されたどちらのレーザー変位計によって測定しても構わない。
その後、台車２の移動方向前方に配置されたレーザー変位計２７から照射されるレーザービーム１１が、遊間２９のレール面２５からレール頭部表面２６で反射するように切り替わった瞬間の、台車２の移動方向後方に配置されたレーザー変位計２８によって計測される変位値ａ_３を測定する。

以上より、遊間２９で最もレール３０同士が近接している部分の幅ｓは、三角形の相似の原理を用いて、ｓ＝ａ_２・ｌ／ａ_３となるから、上記測定結果を用いて、この幅ｓを計測することができる。
また、遊間２９のレール面２５の傾斜角についても、遊間２９のレール面２５と鉛直方向との成す角度αについて、ｔａｎα＝（ａ_２ｃｏｓθ−ｓ）／ａ_２ｓｉｎθとなるから、ａ_２とｓを求めることによって得られる。

本実施形態のレール遊間測定装置１Ｂは、上記構成を採用した結果、第１の実施形態と同様な効果を得ることができ、かつ、遊間２９のレール面２５が傾斜している場合に、遊間２９で最もレール３０同士が近接している部分の幅ｓを正確に測定することができ、また、遊間２９のレール面２５の傾斜角も測定できる。

なお、傾斜角が測定可能なので、レール３０の高さを予め測定しておくことにより、遊間２９で最もレール３０同士が離間している部分の幅も計測することができる。
また、傾斜面が、上端から下端にかけて遊間２９の幅を狭める方向に傾斜したものになっていても同様の方法で測定可能である。

［第３の実施形態］
図５は、本発明の第３の実施形態であるレール遊間測定装置を用いた遊間の測定方法を説明する図である。本実施形態は、第１の実施形態のレール遊間測定装置の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。

本実施形態は、第１の実施形態のレール遊間測定装置に、台車２の移動距離を計測する図示略の距離測定装置が搭載されている。また、図１に示すコントローラ５は、図１に示すレーザー変位計４及び図示略の距離測定装置の出力に基づいて、遊間３１部分の幅を含む情報を得るように構成されている。

以下、本実施形態のレール遊間測定装置を用いた遊間３１の測定方法について、図５を用いて説明する。
なお、本実施形態で測定する遊間３１は、図５に示すように、遊間３１のレール面３２が平面ではなく、波打った形状をしている。

まず、図１に示すレーザー変位計４からレール頭部表面３３に向けて照射されるレーザービーム１１と、レール頭部表面３３との成す角度θを測定する。
次に、図１に示すレーザー変位計４からレール頭部表面３３に向けてレーザービーム１１を角度θを維持させたままで照射させ、図１に示す台車２をレール３４上で動かす。
また、図５に示すように、レール頭部表面３３の任意の点を原点３５とし、この原点３５から水平方向への移動距離を図示略の距離測定装置によって計測する。なお、原点３５から図１に示す台車２の移動方向側水平方向にＸ軸を、原点３５から鉛直方向下方にＹ軸をとする。

この図に示すように、レーザービーム１１が遊間３１のレール面３２で反射する場合の反射点をＰとし、ＰのＸ座標をＸｐ、Ｙ座標をＹｐとする。
そして、レーザービーム１１がＰで反射する際の図１に示すレーザー変位計４が測定する変位値Ｌｍ（Ｘ）と、図示略の距離測定装置による測定値Ｘを測定する。

以上より、Ｘｐは、Ｘｐ＝Ｘ＋Ｌｍ（Ｘ）ｃｏｓθとなり、Ｙｐは、Ｙｐ＝Ｌｍ（Ｘ）ｓｉｎθとなるから、上記測定結果を用いて、Ｐの座標を計測することができる。
このようにして、順次Ｐの座標を計測することにより、遊間３１のレール面３２の形状を把握することができる。

本実施形態のレール遊間測定装置は、上記構成を採用した結果、第１の実施形態と同様な効果を得ることができ、かつ、遊間３１のレール面３２の形状をも測定することができる。

［第４の実施形態］
図６は、本発明の第４の実施形態であるレール遊間測定装置を用いた遊間の測定方法を説明する図である。本実施形態のレール遊間測定装置は、第３の実施形態の変形例で、距離測定装置を備え付けた構成をしており、同様の部分については説明を省略する。

本実施形態のレール遊間測定装置１Ｃは、図１に示す台車２に、この台車２の移動方向に所定間隔を有して２個配置されたレーザー変位計４１及び４２を有した構成とされている。また、台車２の移動方向前方に配置されたレーザー変位計４１から照射されるレーザービーム１１は、台車２の移動方向後方下部に向かって照射され、台車２の移動方向後方に配置されたレーザー変位計４２から照射されるレーザービームは、台車２の移動方向前方下部に向かって照射されている。

実際の測定方法については、それぞれのレーザー変位計４１及び４２につき、第３の実施形態と同様な測定をする。すなわち、レーザー変位計４１によって、遊間４５のレール面４４の形状を測定し、レーザー変位計４２によって、遊間４５のレール面４３の形状を測定する。

以上より、本実施形態のレール遊間測定装置１Ｃは、上記構成を採用した結果、第１の実施形態と同様な効果を得ることができ、かつ、一回の測定で、遊間４５のレール面４３及びレール面４４の形状を測定することができる。

なお、図６では、図１に示す台車２の移動方向前方に配置されたレーザー変位計４１が、移動方向後方下部に向けてレーザービーム１１を照射させ、移動方向後方に配置されたレーザー変位計４２が、移動方向前方下部に向けてレーザービーム１１を照射させているが、このように限定する必要はなく、前方に配置されたレーザー変位計４１が、前方下部に、後方に配置されたレーザー変位計４２が、後方下部に向けてレーザービーム１１を照射させても構わない。

［第５の実施形態］
図７は、本発明の第５の実施形態であるレール遊間測定装置を用いた遊間の測定方法を説明する図である。本実施形態で用いるレール遊間測定装置は、第１の実施形態で用いた装置と同様のものとする。

以下、このレール遊間測定装置１Ａを用いた、遊間４６の測定方法について、図７を用いて説明する。
なお、本実施形態で測定する遊間４６は、この図に示すように、遊間４６のレール面のうち、レーザー変位計４から照射されるレーザービーム１１が反射しているレール面４７に対抗する位置に配置されたレール面４８の上端部の断面が、半径ｒの四半円状になっている。

まず、レーザー変位計４からレール頭部表面４９に向けて照射されるレーザービーム１１と、レール頭部表面４９との成す角度θを測定する。
次に、レーザー変位計４からレール頭部表面４９に向けてレーザービーム１１を角度θを維持したまま照射させ、図１に示す台車２をレール５０上で動かすことで、変位値ａ_４を測定する。

以上より、遊間４６で最もレール５０同士が近接している部分の幅ｓは、ｓ＝ａ_４ｃｏｓθ＋ｒｔａｎ（θ／２）−ｒとなるから、上記測定結果を用いて、遊間４６で最もレール５０同士が近接している部分の幅を測定することができる。

本実施形態のレール遊間測定装置１Ａを用いて、上記のように測定することで、第１の実施形態と同様な効果を得ることができると共に、かつ、遊間４６のうち、レーザー変位計４から照射されるレーザービーム１１が反射しないレール面４８の上端部の断面が、半径ｒの四半円状になっている遊間４６で、最もレール５０同士が近接している部分の幅ｓを測定することができる。

なお、この遊間４６のレール面４８の上端部断面の四半円の半径ｒが不明の場合は、第３の実施形態に示した測定方法によって、半径ｒを測定することになる。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

本発明は、レール遊間測定装置を製造する製造業において幅広く利用することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態であるレール遊間測定装置の概略を示した斜視図である。 図２は、本発明の第１の実施形態であるレール遊間測定装置を用いた遊間の測定の様子を示す一部を省略した遊間断面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態であるレール遊間測定装置のレーザー変位計によって測定される距離と時間の関係を表した図である。 図４は、本発明の第２の実施形態であるレール遊間測定装置を用いた遊間の測定の様子を示す一部を省略した遊間断面図である。 図５は、本発明の第３の実施形態であるレール遊間測定装置を用いた遊間の測定の様子を示す一部を省略した遊間断面図である。 図６は、本発明の第４の実施形態であるレール遊間測定装置を用いた遊間の測定の様子を示す一部を省略した遊間断面図である。 図７は、本発明の第５の実施形態であるレール遊間測定装置を用いた遊間の測定の様子を示す一部を省略した遊間断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ・・・レール遊間測定装置、２・・・台車、４，２７，２８，４１，４２・・・レーザー変位計、１１・・・レーザービーム、２１，３０，３４，５０・・・レール、２２，２６，３３，４９・・・レール頭部表面、２３，２９，３１，４５，４６・・・遊間

Claims (5)

1. レールとレールの継ぎ目にある遊間を測定するレール遊間測定装置であって、
   前記レール上を移動自在とする移動体と、
   この移動体に搭載され、前記レール頭部表面に対して所定角度でレーザービームを照射させるレーザー変位計と、
   前記移動体を前記レール上にて移動させたときに、前記レーザー変位計の検出出力に基づいて前記遊間部分の幅を含む情報を得るコントローラとを備えてなることを特徴とするレール遊間測定装置。
2. 前記移動体が、台車本体に、前記レール上を転動自在な車輪を設けて構成された走行台車であることを特徴とする請求項１に記載のレール遊間測定装置。
3. 前記レーザー変位計が、前記移動体に、前記移動体の移動方向に所定間隔を有して２個配置され、該２個のレーザー変位計から照射されるレーザービームとレール頭部表面との成す角度が等しく設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレール遊間測定装置。
4. 前記移動体に該移動体の移動距離を計測する距離測定装置が搭載され、
   前記コントローラは、前記レーザー変位計及び前記距離測定装置の出力に基づいて、
   前記遊間部分の幅を含む情報を得るように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のレール遊間測定装置。
5. 前記レーザー変位計が、前記移動体に、該移動体の移動方向に所定間隔をおいて２個配置され、一方のレーザー変位計から照射されるレーザービームが、前記移動体の移動方向前方下部に向かって照射され、他方のレーザー変位計から照射されるレーザービームが、前記移動体の移動方向後方に向かって照射されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレール遊間測定装置。

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