| 【発明の名称】 |
超音波探触子レール倣い装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】佐藤 泉
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| 【要約】 |
【課題】レールの摩耗の影響を受けずに、正確に且つ自動的に超音波探触子をレールに倣わせることができる超音波探触子レール倣い装置を提供する。
【解決手段】鉄道レール１の外側頭側面１ｂの相対的な横幅方向の位置を光学的に検出する光学的レール位置検出手段１２と、光学的レール位置検出手段１２からの検出信号を用いて、探傷車両の基準位置からの外側頭側面１ｂの位置変動量を求め、該位置変動量から超音波探触子２の移動すべき移動量に相当する信号を出力する信号処理回路１４と、前記信号処理回路１４から出力される上記信号に基づいて、超音波探触子２をレール１の横幅方向に移動させる駆動手段１８と、を備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 鉄道レールに沿って走行する探傷車両に搭載され、鉄道レールの探傷を行う超音波探触子を鉄道レールに倣わせる超音波探触子レール倣い装置であって、鉄道レールの外側頭側面の相対的な横幅方向の位置を光学的に検出する光学的レール位置検出手段と、前記光学的レール位置検出手段からの検出信号を用いて、探傷車両の基準位置からの前記外側頭側面の位置変動量を求め、該位置変動量から超音波探触子の移動すべき移動量に相当する信号を出力する信号処理回路と、前記信号処理回路から出力される上記信号に基づいて、超音波探触子をレールの横幅方向に移動させる駆動手段と、を備える超音波探触子レール倣い装置。
【請求項２】 前記信号処理回路が異常値除去回路を包含しており、該異常値除去回路が光学的レール位置検出手段による検出信号の異常を除去することにより、鉄道レールの外側頭側面の位置以外の検出を除去する請求項１記載の超音波探触子レール倣い装置。
【請求項３】 前記光学的レール位置検出手段が、鉄道レールの長手方向に略直交する方向を向いたスリット光を鉄道レールの外側頭側面に対して照射するスリット光源と、前記外側頭側面のスリット光輝跡に対して角度をなすように配置されたラインセンサカメラとを備える請求項１または２記載の超音波探触子レール倣い装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道レールに沿って走行する探傷車両に搭載され、鉄道レールの探傷を行う超音波探触子を鉄道レールに倣わせる超音波探触子レール倣い装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄道レールを超音波探傷して例えばレール底部までの探傷を行う場合、超音波探触子は鉄道レールの頭面に接触させて、探傷車両の走行と共に摺動させながら探傷が行われる。この時、超音波探触子は、鉄道レールの頭面の中央に位置しないと、正しくレール底部までの探傷を行うことができない。一方、レール上を探傷車両によって走行すると、車両から見たレール位置はカーブによる偏軌量、スラック（車輪とレールとの横幅方向の遊び）の変動と共に、変動する。
【０００３】そのため、従来は、例えば特開平７−２８６９９４号公報で紹介されたように、図７に示す装置が採用されている。即ち、図７において、案内車輪５０がシリンダ５２によって常時、鉄道レール１の内側頭側面（レールゲージコーナ）１ａに押し当てられており、案内車輪１と超音波探触子２との位置関係を一定に保持するフレーム５４によって、超音波探触子２がレールの頭面１ｃの中央に位置するように調整される。
【０００４】または、その他の装置では、超音波探触子をレールの横幅方向に移動する機構を設けて、超音波探触子からのエコー信号を見ながら、走行中に手動で制御することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鉄道レール１の内側頭側面１ａは、鉄道車両が走行するとその車輪４のフランジが当たるため、図８に示すように摩耗する傾向がある。そのため、案内車輪５０を内側頭側面１ａに押し当てる方式では、摩耗分だけ案内車輪が外側にずれてしまい、これに追随して超音波探触子２も、鉄道レール１の頭面１ｃの中央からフィールド側（外側）にずれたままレールに倣ってしまう、という課題がある。また、案内車輪５０を常時外側に押し広げながら走行するので、レールの摩耗が大きい場合は、案内車輪５０が摩耗面をせり上がって、案内車輪５０が脱線するおそれもある、という課題がある。
【０００６】また、他の超音波のエコー信号を見ながら手動で制御する装置では、操作者の疲労が大きく、制御遅れが出て、正確な制御ができないという課題がある。本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、請求項１ないし請求項３記載の発明は、レールの摩耗の影響を受けずに、正確に且つ自動的に超音波探触子をレールに倣わせることができる超音波探触子レール倣い装置を提供することをその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の超音波探触子レール倣い装置は、鉄道レールに沿って走行する探傷車両に搭載され、鉄道レールの探傷を行う超音波探触子を鉄道レールに倣わせるものであって、鉄道レールの外側頭側面の相対的な横幅方向の位置を光学的に検出する光学的レール位置検出手段と、前記光学的レール位置検出手段からの検出信号を用いて、探傷車両の基準位置からの前記外側頭側面の位置変動量を求め、該位置変動量から超音波探触子の移動すべき移動量を求める信号処理回路と、前記信号処理回路から出力される上記信号に基づいて、超音波探触子をレールの横幅方向に移動させる駆動手段と、を備える。
【０００８】鉄道レールの外側頭側面（フィールドコーナ）側には塗油器などの線路設備が設置されているため、該外側頭側面に鉄道車輪のフランジが当たることはなく、外側頭側面は摩耗することはない。そこで、基準位置からの外側頭側面の相対的な横幅方向の位置変動量を検出することで、摩耗の影響を受けずに超音波探触子の位置決めを行うことができる。また、光学的レール位置検出手段を用いることで、外側頭側面側に設置された線路設備と衝突するおそれがなく、鉄道レールの外側頭側面の位置変動量を検出することができる。
【０００９】また、請求項２記載のものは、請求項１記載のものにおいて、前記信号処理回路が異常値除去回路を包含しており、該異常値除去回路が光学的レール位置検出手段による検出信号の異常を除去することにより、鉄道レールの外側頭側面の位置以外の検出を除去する。また、請求項３記載のものは、請求項１または２記載のものにおいて、前記光学的レール位置検出手段が、鉄道レールの長手方向に略直交する方向を向いたスリット光を鉄道レールの外側頭側面に対して照射するスリット光源と、前記外側頭側面のスリット光輝跡に対して角度をなすように配置されたラインセンサカメラとを備える。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る超音波探触子レール倣い装置の全体ブロック図である。超音波探触子レール倣い装置１０は、主に、光学的レール位置検出手段１２と、信号処理回路１４と、基準位置設定器１６と、駆動手段１８とを備えており、超音波探触子２と共に鉄道レール１に沿って走行する探傷車両５に搭載され、左右の鉄道レール１にそれぞれ対応して設けられる（図３参照）。
【００１１】光学的レール位置検出手段１２は、鉄道レール１の外側頭側面１ｂの相対的な横幅方向の位置を光学的に検出するもので、具体的には、図２及び図３に示したように、スリット光を発生して鉄道レール１の外側頭側面１ｂを照射するスリット光源２０と、鉄道レール１の外側頭側面１ｂを撮像するラインセンサカメラ２２とを備えている。スリット光源２０は幅の狭いスリット光を間欠的に照射するもので、スリット光は、鉄道レール１の長手方向に略直交する方向を向いている。このようにして照射された鉄道レール１の外側頭側面１ｂは、図４に示したように、レールを横切断したときの輪郭に該当するスリット光輝跡Ｓを描く。一方の、ラインセンサカメラ２２のセンサ素子２２ａは、スリット光に対して角度をなすようにライン状に配置されており、言い換えれば、鉄道レール１の外側頭側面１ｂのスリット光輝跡Ｓを横切るようにその視野が設定される。これにより、鉄道レール１の外側頭側面１ｂが探傷車両５に対して横幅方向に位置変動すると、この変動に伴いラインセンサカメラ２２が捉える輝点の位置が変化する。ラインセンサカメラ２２からの検出信号から輝度がピークとなるセンサ素子２２ａ（図４中の斜線部分）の位置を求めることで、鉄道レール１の外側頭側面１ｂの位置を簡単且つ迅速に求めることができる。
【００１２】ラインセンサカメラ２２からの検出信号は信号処理回路１４へと送られる。信号処理回路１４は、上述のように輝度がピークとなるセンサ素子２２ａの位置を求めることで、鉄道レール１の外側頭側面１ｂの位置を求める位置算出回路２４と、異常値除去回路２８と、この位置算出回路２４で求めた外側頭側面１ｂの位置の基準位置設定器１６で設定された基準位置信号からの誤差を、該誤差から超音波探触子２の移動すべき移動量に相当し、後述のサーボモータ３２の回転角度に相当する信号を出力する誤差算出回路２６とを備えている。基準位置信号は、探傷車両５と鉄道レール１との位置関係が基準状態にあるときの、外側頭側面１ｂの位置を表すものである。
【００１３】誤差算出回路２６からの移動量は駆動手段１８へと送られる。駆動手段１８は、駆動回路３０と、駆動源であるサーボモータ３２と、サーボモータ３２の回動を直線運動に変換するボールネジナット機構のような横幅移動機構３４と、横幅移動機構３４に連結され超音波探触子２を支持する支持アーム３６とから構成される。駆動回路３０は上記移動量に基づきサーボモータ３２を駆動し、横幅移動機構３４が支持アーム３６を介して超音波探触子２を横幅方向に移動させる。こうして、超音波探触子２が常に鉄道レール１の頭面１ｃの中心になるように制御される。
【００１４】以上のようにこの超音波探触子レール倣い装置１０では、摩耗しにくい鉄道レール１の外側頭側面１ｂの位置変動量に基づいて超音波探触子２の横幅位置を制御するため、内側頭側面１ａの摩耗の影響を受けずに正確に且つ自動的に超音波探触子２をレールに倣わせることができる。これにより、従来のレールに押し付けられながら走行する案内車輪が不要となるために、案内車輪の脱線する心配がなく、また案内車輪やこれを支持する台車が不要となるために、探傷車両５の小型軽量化を図ることができる。
【００１５】また、外側頭側面１ｂの位置変動は、光学的レール位置検出手段１２によって非接触に検出しているため、レール１の外側頭側面１ｂ側に設けられる線路設備との衝突の危険を回避することができる。図５は、その一例を示しており、線路設備である塗油器３が設置された場所を探傷車両５が通過する場合、光学的レール位置検出手段１２は、塗油器３の上方または外方を通過する。ところで、スリット光源２０からのスリット光は、間欠的に照射されるため、局所的に設置される塗油器３を照射する確率は低い。しかしながら、塗油器３を照射した場合、ラインセンサカメラ２２からの検出信号は乱れて異常値を示すはずであり、この異常値を異常値除去回路２８で除去することが好ましい。異常値除去回路２８では、例えば位置算出回路２４で時系列的に求められる位置データの移動平均をとって平滑化を行うことで、異常値除去を行うことができる。これにより、線路設備の影響を防ぐことができる。
【００１６】次に、図６は、本発明の他の実施の形態を示す図２相当図であり、この実施の形態では、光学的レール位置検出手段として、レーザ変位センサ４０を用いている点で異なっている他は、第１の実施の形態と同様である。レーザ変位センサ４０は、レーザ光をレール１の外側頭側面１ｂに向けて間欠的に送信し、外側頭側面１ｂからの反射光を受信して、送信波と受信波との位相差から外側頭側面１ｂの距離を求めるものである。このようにレーザ変位センサ４０を用いても、線路設備と衝突することなく、外側頭側面１ｂの位置変動量を求めることができ、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００１７】また、外側頭側面１ｂ側に設置された線路設備にレーザが照射された場合も、第１の実施の形態と同様に、異常値除去回路２８によって異常値を除去することにより、線路設備の影響を防ぐことができる。探傷車両は夜間走行されるため、光学的レール位置検出手段が用いる光は、可視光を用いることができる。但し、昼間走行する場合には、赤外線を用いることも可能である。
【００１８】また、光学的レール位置検出手段としては、第１及び第２の実施の形態で示したもの以外の公知の光を用いた非接触の検出手段を採用することができる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請求項３記載の発明によれば、鉄道レールの摩耗しにくい外側頭側面の位置変動量に基づいて超音波探触子の横幅位置を制御するため、内側頭側面の摩耗の影響を受けずに正確に且つ自動的に超音波探触子をレールに倣わせることができる。
【００２０】また、外側頭側面の位置変動は、光学的レール位置検出手段によって非接触に検出されるため、レールの外側頭側面側に設けられる線路設備との衝突の危険を回避することができる。また、請求項２記載の発明によれば、光学的レール位置検出手段が線路設備の位置を検出してしまった場合であっても、異常値除去回路が検出信号の異常を除去するので、線路設備の影響を防止することができる。
【００２１】また、請求項３記載の発明によれば、スリット光源からのスリット光によってできる鉄道レールの外側頭側面のスリット光輝跡を、スリット光輝跡に対して角度をなすように配置されたラインセンサカメラで撮像することで、輝度がピークとなるラインセンサカメラのセンサ素子の位置から鉄道レールの外側頭側面の位置を簡単且つ迅速に求めることができ、処理時間を短縮することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３３８８
【氏名又は名称】株式会社トキメック
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月４日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】石戸 元 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２４８６９２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月１７日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−５２１７８ |
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