| 【発明の名称】 |
変位検知装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】城 和彦
【氏名】蜂須賀 義文
【氏名】長山 喜則
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| 【要約】 |
【課題】被測定物の変位の絶対値を検知することができる変位検知装置を得る。
【解決手段】被測定物１の変位に拘わりなく、基準となる光ビームを出射する光源２と、被測定物１に取り付けられ、光ビームを受光して信号を出力する検知部４と、検知部４の出力信号を処理し、光ビームの受光位置の変化から被測定物１の変位を求める信号処理部４０とを有してなる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 被測定物の変位に拘わりなく、基準となる光ビームを出射する光源と、上記被測定物に取り付けられ、上記光ビームを受光して信号を出力する検知部と、上記検知部の出力信号を処理し、上記光ビームの受光位置の変化から被測定物の変位を求める信号処理部とを有してなることを特徴とする変位検知装置。
【請求項２】 上記信号処理部は、上記光ビームの受光位置の変化から被測定物の垂直方向の変位と水平方向の変位とを求めることを特徴とする請求項１記載の変位検知装置。
【請求項３】 上記光ビームは被測定物の長さ方向に平行に出射され、上記検知部は上記光ビームの通路上に複数配置され、上記光ビームの一部を透過させるビームスプリッタを有していることを特徴とする請求項１記載の変位検知装置。
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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、基準となる光ビームに対する被測定物の変位を検出するようにした変位検知装置に関するもので、例えば、建物、構造物の水平方向あるいは垂直方向の変位、鉄道用レールの水平方向あるいは垂直方向の変位などを検知することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来では、例えば、鉄道用レールの変位を検知する場合には、工事の影響範囲外に２点の不動点を設け、鉄道用レールに沿って枕木上にワイヤーを張りおのおのの測定点（枕木又はレール）に光波距離計を水平及び鉛直の２方向に設置し、不動梁となるワイヤーの標点との距離を検知している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の検知方法は、不動となる工事影響範囲外の２点の基準点間の距離が３５ｍ以下に限られる。３５ｍ以上にすると緊張のためワイヤーが切断されるからである。また、枕木と枕木との間に不動点となるベース（４００×４００ｍｍ）が必要となるため、枕木をささえているバラスを緩め列車の安全走行にやや問題がある。さらに、枕木上にレールと並行してワイヤーを保護するためのダクトを敷設するため、工事を行うための必須条件となる軌道整備作業が困難である。
【０００４】つまり、工事の影響範囲が３５ｍ以上の工事となる場合は、鉄道用レールの変位検知は行えない。また、列車の安全走行を確保するため、軌道整備作業を確実に行えるようにしなければならない、かつ、車両接触限界を侵すことはできない。
【０００５】本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、被測定物の変位の絶対値を検知することができる変位検知装置を提供することを目的とする。また、本発明は、被測定物の水平方向の変位と垂直方向の変位とを検知することができ、被測定物の変位をより詳細に検知することができる変位検知装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、被測定物の変位に拘わりなく、基準となる光ビームを出射する光源と、上記被測定物に取り付けられ、上記光ビームを受光して信号を出力する検知部と、上記検知部の出力信号を処理し、上記光ビームの受光位置の変化から被測定物の変位を求める信号処理部とを有してなることを特徴とする。
【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記信号処理部は、上記光ビームの受光位置の変化から被測定物の垂直方向の変位と水平方向の変位とを求めることを特徴とする。
【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記光ビームは被測定物の長さ方向に平行に出射され、上記検知部は上記光ビームの通路上に複数配置され、上記光ビームの一部を透過させるビームスプリッタを有していることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明にかかる変位検知装置の実施の形態について説明する。図１において、符号１は、被測定物としての鉄道用レールを示している。この鉄道用レール１の近傍には、光源２が設けられている。この光源２は、鉄道用レール１の変位と拘わりがないように、すなわち鉄道用レール１が変位しても、この変位と伴って変位しないように設けられていて、鉄道用レール１の変位を検知する際に基準となる光ビームを出射するものである。
【００１０】上記光ビームは、図示のように、鉄道用レール１の長さ方向に平行に出射されるようになっていて、後述する複数の検知部４を介して光ビーム終端板３に入射されるようになっている。この光ビーム終端板３は、上記光源１と同様に、鉄道用レール１の変位と拘わりがないように設けられていて、上記光ビームが鉄道用レール１の長さ方向に平行に出射されるように光ビームの位置決めをするためのものである。
【００１１】光ビームの位置決めは、光源２の出射窓の中心位置と鉄道用レール１との距離αと、光ビーム終端板３の入射窓の中心位置と鉄道用レール１との距離βとが同じ距離になるように、また、光源２と光ビーム終端板３の高さも同じになるように、光源２と光ビーム終端板３をそれぞれ設定しておき、この設定状態で光ビームが光ビーム終端板３の入射窓の中心位置に入射するように、例えば、光ビーム終端板３に記された十字線の交差点に光ビームが入射するように調整すれば、光ビームを鉄道用レール１の長さ方向に平行に出射させることができる。
【００１２】上述のように、光源２から出射された光ビームは、光源２と光ビーム終端板３との間に設けられた複数の検知部４を介して光ビーム終端板３に入射される。図１では、光源２と光ビーム終端板３との距離が短縮されて検知部４が３個しか示されていないが、例えば１６個程度は設定可能である。この各検知部４は、図示のように光ビームの通路上にそれぞれ配置されていると共に、被測定物である鉄道用レール１の長さ方向に沿って一定間隔をおいて鉄道用レール１にそれぞれ取り付けられていて、光源２から出射された光ビームをそれぞれ受光し、後述する信号処理部４０に受光信号を出力するものである。
【００１３】この検知部４を鉄道用レール１に取り付ける際、後述するように、光源２から出射された光ビームが図６に示す光ビーム５０ｅのように、有効受光範囲５０の中心になるように検知部４を取り付ける。検知部４は鉄道用レール１に取り付けられているため、鉄道用レール１の変位に伴って検知部４は変位することになり、この変位によって光ビームを受光する位置が変わり、この光ビームの受光位置の変化を検知することにより、被測定物である鉄道用レール１の変位を検知することができる。具体的な説明は後述する。
【００１４】次に、上記検知部４について具体的に説明する。図２には検知部４の断面図、図３には図２においてＡ方向からみた検知部４の外観図、図４には図２においてＢ方向からみた検知部４の外観図をそれぞれ示している。図２ないし図４に示すように、検知部４の母体は、外観が直方体の筺体２１であり、この筺体２１の側面のうち、光ビームの光軸と垂直な二側面には、円孔２２がそれぞれ形成されている。
【００１５】この各円孔２２には、上記光源２から出射された光ビームが通過する円筒部２３、２４がそれぞれ取り付けられている。円筒部２３は光ビームの出射側に取り付けられ、円筒部２４は光ビームの入射側に取り付けられている。この円筒部２３、２４の外端には、光ビームが透過することができる保護ガラス２３ａ、２４ａがそれぞれ取り付けられている。この保護ガラス２３ａ、２４ａによって各円筒部内に粉塵等が侵入するのを防止することができる。
【００１６】上記筺体２１内であって、円筒部２４を通過した光ビームと交わる位置にはビームスプリッタ２５が光ビームの光軸に対して略４５度になるように取り付けられている。従って、円筒部２４を通過した光ビームの一部は、ビームスプリッタ２５によって略９０度に反射され、光ビームの残りの一部は、ビームスプリッタ２５を透過して円筒部２３を通過するようになっている。
【００１７】図１に示すように、検知部４を複数設ける場合、各検知部４のビームスプリッタ２５の透過率と反射率との比を同じに調整しておくと、光源２から遠ざかるにつれて光ビームの光量が減少してしまい、光ビーム終端板３に一番近い位置に設けられている検知部４においては、鉄道用レール１の変位を検知するのに十分な光ビームの光量を得ることができなくなってしまう場合がある。
【００１８】そこで、検知部４を複数設ける場合には、光源２に一番近い位置に設けられている検知部４のビームスプリッタ２５の透過率を反射率よりも大きくしておき、光源２から遠ざかるにつれてビームスプリッタ２５の透過率をわずかずつ小さくし、反射率をわずかずつ大きくして、各検知部４における光ビームの光量ができるだけ等しくなるように工夫し、各検知部４において鉄道用レール１の変位を検知するのに十分な光量を得ることができるようにするとよい。
【００１９】図２および図３に示すように、上記筺体２１内であって、ビームスプリッタ２５によって反射された光ビームの通路には、スクリーン２６、集光レンズ２７、受光素子としてのＣＣＤ２８がそれぞれ順に設けられている。ＣＣＤ２８としては、エリアセンサとして機能するものが用いられている。スクリーン２６は、ビームスプリッタ２５によって反射された光ビームのうち、一定範囲内におさまった光ビームだけをスクリーン上に写し、そのパターン像をＣＣＤ２８で受光するものです。
【００２０】上記一定範囲とは、図６に示すように、有効受光範囲５０のことである。この有効受光範囲５０内に光ビームの断面の中心があれば、後述するように集光レンズ２７によって集光され、ＣＣＤ２８によって受光される。図６に示す光ビーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅは、その断面の中心がそれぞれ有効受光範囲内にあるので、集光レンズ２７によって集光され、ＣＣＤ２８によって受光される。
【００２１】前述のように、検知部４は、光ビームの通路上に配置されていると共に、鉄道用レール１に取り付けられているが、この取り付けの際、光源２から出射された光ビームが図６に示す光ビーム５０ｅのように有効受光範囲５０の中心に位置するように検知部４を鉄道用レール１に取り付ける。従って、受光された光ビームが有効受光範囲５０内の中心からどれだけ変化したかを検知することにより、被測定物である鉄道用レール１の変位を検知することができる。鉄道用レール１の変位は、後述する信号処理部４０によって垂直方向の変位と水平方向の変位とに分けて求めることができる。
【００２２】図６に示す有効受光範囲５０は、左右方向の幅よりも上下方向の幅の方が長く設定されているが、これは、被測定物の変位に合わせているためである。すなわち、図１に示す被測定物は鉄道用レール１であり、鉄道用レール１は上下方向に大きく変位し、左右方向にはあまり変位しないため、この鉄道用レール１の変位に合わせて有効受光範囲の上下方向の幅を左右方向の幅よりも長く設定しているのである。従って、被測定物が左右方向に大きく変位するものである場合には、有効受光範囲５０の左右方向の幅を大きく設定すればよい。要は、被測定物の変位を確実に検知することができるように有効受光範囲５０を設定すればよい。
【００２３】上記集光レンズ２７は、図５に示すように、有効受光範囲５０を透過した光ビームを集光するものであり、この集光された光ビームはＣＣＤ２８に受光されるようになっている。集光レンズ２７によって集光された光ビームを受光したＣＣＤ２８は、後述する信号処理部４０に受光信号を出力するようになっている。
【００２４】上記信号処理部４０は、各検知部４ごとに設けられ、上記検知部４のＣＣＤ２８からの出力信号、すなわち受光信号を処理し、光ビームの受光位置の変化から鉄道用レール１の変位を求めるためのものであり、図７に示すように、信号処理回路４１、信号送信回路４２、信号受信回路４３、およびＡＤ変換部４４で主に構成されている。信号処理回路４１と信号送信回路４２は、図示のように検知部４内に配置することができ、信号受信回路４３とＡＤ変換部４４は、データ集積部４５内に配置されている。
【００２５】信号処理回路４１は、ＣＣＤ２８から送信された受光信号を処理するものである。前述のように、検知部４は鉄道用レール１に取り付けられているため、鉄道用レール１の変位に伴って検知部４は変位し、この変位によって光ビームの受光位置が変わる。つまり、有効受光範囲５０の中心に位置していた光ビームが、上記変位に伴ってこの中心の位置から変化するが、この光ビームの受光位置の変化は、例えば、エリアセンサとしてのＣＣＤ２８上における座標位置の変化として信号処理回路４１によって読み取られ、読み取られた受光信号は信号送信回路４２に送信される。
【００２６】信号送信回路４２は、この受光信号をデータ集積部４５内に配置されている信号受信回路４３に送信し、信号受信回路４３は、信号送信回路４２から送信された受光信号をＡＤ変換部４４に送信する。ＡＤ変換部４４は、この受光信号をデジタル信号に変換して制御部４６に送信する。
【００２７】上記データ集積部４５は、図７に示すように、各検知部４から送信された受光信号を集積するためのものであり、このデータ集積部４５に集積された受光データは、制御部４６にそれぞれ送信される。制御部４６は、データ集積部４５から送信された各検知部４の受光信号を処理し、鉄道用レール１上であって検知部４が取り付けられた各位置の変位をモニターに表示する。これにより、検知者は検知された鉄道用レール１の変位を知ることができる。この制御部４６によって処理された鉄道用レール１の変位データは、フロッピーディスク（ＦＤ）等に保存することができる。
【００２８】上述のように、信号処理回路４１が受光された光ビームが有効受光範囲５０内の中心からどれだけ変化したかを読み取るようになっているため、鉄道用レール１の変位を垂直方向の変位と水平方向の変位とに分けて求めることができる。従って、鉄道用レール１の変位をより詳細かつ具体的に検知することができる。
【００２９】次に、上記実施の形態の動作について説明する。まず、図１に示すように、鉄道用レール１の変位を検知したい部分の一端側に光源２を鉄道用レール１の変位と拘わりがないように配置し、他端側に光ビーム終端板３を鉄道用レール１の変位と拘わりがないように配置する。この配置の際、光ビームを出射させ、前述のように光ビームの位置決めを行う。その後、光源２と光ビーム終端板３との間であって、鉄道用レール１の変位を検知したい部分に一つまたは複数の検知部４をそれぞれ取り付ける。取り付けの際には、光ビームが有効受光範囲５０の中心に位置するようにする。
【００３０】この状態にした後、例えば、鉄道用レール１上に列車を走行させて、この走行の際の鉄道用レール１の変位を検知する。鉄道用レール１上を列車を走行させると、この走行の際に生じる振動等によって鉄道用レール１が変位する。この変位に伴って鉄道用レール１に取り付けられた各検知部４はそれぞれ変位し、有効受光範囲５０の中心に位置していた光ビームはこの中心の位置から変化する。
【００３１】この変位が各々の検知部４の設定位置によって異なる場合は、光ビームの受光位置の変化も各々の検知部４によって異なる。各検知部４のＣＣＤ２８によって受光された光ビームは、受光信号として信号処理部４０に送信され、信号処理回路４１、信号送信回路４２、信号受信回路４３、およびＡＤ変換部４４を介して制御部４６にそれぞれ送信され、モニターに表示される。
【００３２】従って、検知者は、このモニターを見ることにより、鉄道用レール１上であって検知部４が取り付けられた各位置の変位を知ることができる。また、信号処理回路４１が受光された光ビームが有効受光範囲５０内の中心からどれだけ変化したかを読み取るようになっているため、鉄道用レール１の変位を垂直方向の変位と水平方向の変位とに分けて知ることができる。
【００３３】従来では、被測定物の変位がある設定値に対して大きいか否かということしか検知することができなかったが、上記実施の形態では、被測定物としての鉄道用レールが実際にどれだけ変位したかを検知することができるため、被測定物の変位の絶対値を検知することができる。また、被測定物の変位を垂直方向の変位と水平方向の変位とに分けて知ることができるため、被測定物の変位をより詳細かつ具体的に検知することができる。
【００３４】いままで説明したものは、受光素子としてＣＣＤ２８を用いているが、ＣＣＤに限らず、ＰＳＤ（位置検知形検出器）等を用いることができる。また、図１に示す検知部４は、一定間隔をおいて鉄道用レール１に取り付けられているものを示しているが、検知部４は一定間隔ごとに取り付けなくてもよく、要は、被測定物である鉄道用レール１の変位を検知したい位置に取り付ければよい。
【００３５】また、光源２、光ビーム終端板３、および検知部４は、適宜の手段によって防塵、耐水、耐熱、耐冷に施すことができ、これによってあらゆる環境条件の中で被測定物の変位を検知することができる。被測定物の変位検知時間は、予め制御部４６に記憶されているタイマー時間に基づいて行ってもよいし、検知者が検知したい時間に検知するようにしてもよい。例えば、鉄道用レールの変位を測定する場合は、車両が所定位置まで接近したときこれをセンサで検知して本発明にかかる変位検知装置を起動させ、測定を開始し、車両が通過した後は動作を停止させるようにするとよい。また、動作中は一定時間ごとに変位を測定して時間軸上の変位の様子がわかるようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、被測定物の変位に拘わりなく、基準となる光ビームを出射する光源と、上記被測定物に取り付けられ、上記光ビームを受光して信号を出力する検知部と、上記検知部の出力信号を処理し、上記光ビームの受光位置の変化から被測定物の変位を求める信号処理部とを有してなるため、被測定物の変位の絶対値を検知することができる。
【００３７】請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、上記信号処理部は、上記光ビームの受光位置の変化から被測定物の垂直方向の変位と水平方向の変位とを求めるようにしたため、被測定物の変位をより詳細かつ具体的に検知することができる。
【００３８】請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、上記光ビームは被測定物の長さ方向に平行に出射され、上記検知部は上記光ビームの通路上に複数配置され、上記光ビームの一部を透過させるビームスプリッタを有しているため、一つの光ビームでもって被測定物の各位置ごとの変位を同時に検知することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９５１３２３５９
【氏名又は名称】日本科学エンジニアリング株式会社
【識別番号】５９３１２２３２１
【氏名又は名称】綜合計測株式会社
【識別番号】５９２１０５６２０
【氏名又は名称】ジェイアール西日本コンサルタンツ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年９月１４日（１９９９．９．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８８８５６
【弁理士】
【氏名又は名称】石橋 佳之夫
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１４１４１５（Ｐ２００１−１４１４１５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月２５日（２００１．５．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２６０３７０ |
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