JPH0339562B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鉄道軌道のレール頭部の横断外郭
形状の測定方法および測定装置に関する。さらに
詳しくは、この方法および測定装置はレールと直
接に接触しない光学型式のものである。

レールその他の湾曲表面の転動表面の横断外郭
形状の測定方法は既知であり、それによれば、前
記表面上に横断方向の照射線をつくるために測定
される表面上に光線ビームが照射される。次にこ
の照射部がその照射に用いられた角度と異る角度
で観察される。この方法によつて観察された外郭
像は、スクリーン上に再生され或いは電子式に処
理されて基準外郭形状との比較を可能にされて、
この基準外郭形状に対する実際の外郭形状の偏差
を得る。

特許出願DE−OS第2356491号およびDE−OS
第1423606号に記載されるようなこれらの方法は、
その表面が照射部の観察方向と平行或いは接線方
向に延びる部分をもたない限り湾曲表面を測定す
るのに用いることができるが、レール頭部の両側
および縁部の外郭形状を満足に測定するのに用い
ることはできない。

この欠点を解消するために、事実、照射部の観
察部位を多数にすることが提案されたが（ドイツ
特許出願OS2855877号参照）、我々はそれらの断
片的な多数の情報を結合させ、解釈することは極
めて難しい。

この発明は、鉄道軌道のレールの横断外郭形状
の光学式測定の利点を保持しながら、これらの既
知の測定方法および測定装置の欠点を解消するこ
とを目的とする。この発明により100分のmmの精
度をもつて、レール頭部の全外郭形状がその全周
縁（レール頭部の転動表面、縁部、および側部）
にわたつて測定することができる。

この発明による方法は、レールの縦軸線と一つ
の角をなす平面内で鉄道軌道のレール頭部の周縁
上に光線ビームを照射し、この照射部を前記光線
ビームの照射面の外側に位置する複数方向から観
察することから成る。

この方法は、照射部の一点に浮動原点を構成す
る特定点をつくり、前記照射部がこの浮動原点を
それぞれが含む部分外郭像を得るために一つの角
度を形成する少くとも２つの方向から観察され、
前記部分外郭像の浮動原点の像が重ね合わされ、
前記部分外郭像が照射部が観察される角度に従う
一つの角度を前記浮動原点まわりに回転移動され
ることを特徴とする。

この方法により、レール頭部の横断外郭形状の
完全かつ正確な外郭像が得られる。次いでこの頭
部外郭形状を基準外郭形状とこの両方の外郭形状
を重ね合わせて比較できる。

これら２つの像の比較によつて所望の多くの側
方線に対し、前記基準外郭形状に対する観察され
たレール頭部の偏差を測定できる。

この発明は、さらに特許請求の範囲第２項に述
べる特徴を含む装置に関する。

附図はこの発明による方法を略示しかつ装置の
一実施例を示す。

第１図は、レール２の頭部の周縁上の照射部１
の投影の概略を示す。この照射部１はレールの縦
軸線と一つの角をなして形成する平面内に含まれ
るが、前記レールの縦軸線と垂直或は垂直でない
レールを横断する方向の平面内に所在することが
好ましい。

この照射部１は、光線或は輻射線によつて得ら
れた任意の外郭像によつて置換できる。その例と
して、赤外線、紫外線、超音波等が使用できる。

言い換えると、照射部１は、レールの縦軸線と
の間と同様に、相互間で一つの角を形成する２つ
の平面或いは半平面内に含まれる。照射部１は、
レールの頭部の転がり表面上に特定点３を含む。
この特定点３は照射する光線の局部的しや閉によ
り、別の光源の重畳或は影跡の一部分により、或
は前記照射部１が２つの半平面内に含まれるとき
照射部１の２つの部分の交差により得られる照射
部１の残部の部分より異る照明強度をもつ点であ
る。

照射部１の観察は唯一個のカメラ４と、レール
の軸線の両側に配置されかつ相互間で角αをなす
２つの鏡５，６を用いて作られるか、或は角180°
−α＝γをもつて照射部１の重複部分観察を可能
にする２個のカメラによつてなされる。照射部１
のこれらの部分観察の形状およびそれらの相対位
置は照射部１が観察されるすべての角度にさらに
左右され、鏡とレールの縦軸線との間の角β、お
よびカメラ４の光軸がレールの縦軸線に対してな
す角δおよびεなどに左右される。これらの光学
観察位置はそれぞれ照射部１の特定点を再生す
る。

第３図は、この方法によつて得られる２つの部
分的外郭像１′，１″を示し、これら影像はそれぞ
れ照射部１の特定点或は浮動原点３の浮動原点像
３′，３″それぞれを含む。

移動に際し、照射部１の２つの部分外郭像１′
および１″は、照射部の特定点３の２つの浮動原
点像３′，３″が整合するように相互に向つて移動
される。移動後に得られた外郭像を第４図に示
す。照射部１の正しい表現を得るために、前記外
郭像の２つの部分外郭像１′，１″はさらに観察角
α，γの関数である角ψ（第３図および第４図）
から角移動され、これによつてレールの頭部の全
形状が連続して再生される（第５図）。

レール頭部のこの形状は、レール頭部の両側の
下方点によつて定まる基線A′−B′を含み、その
中点をO′とする。O′を通り基線A′−B′と垂直な
線とレール頭部形状との交点をC′とする。

基線Ａ−ＢおよびＡ−Ｂの中点を通る垂直線Ｏ
−Ｃをもつ比較形状に対するレール頭部の実際の
形状の偏差を定めるために、比較用形状と観察形
状は点ＣとC′と、および線Ｏ−ＣとO′−C′とを合
致させて重畳する。

この比較用形状は、もし同一の像および観察角
α，β，δ，εが与えられれば基準形状となる像
に対応する。

この比較を行う別の方法は、照射部および観察
角β，δ，εを考慮して得られた観察外郭像（第
５図）を変形して、これを基準形状と比較する方
法である。

図示の例（第６図）から、比較形状Ｒに対し実
際の形状はその左方部において材料の喪失が見ら
れ即ち負の偏差Δ^-、およびその右半部において
正の偏差Δ⁺に対応する材料の増分が見られる。
この形状の各点に対し、この偏差Δは例えば極座
標或は平行座標を用いて表示でき、これらの情報
は前記レールの再成形工具のレールの位置とこれ
に対する圧力を制御するのに用いることができ
る。

比較形状に対するレール頭部の実際形状の偏差
を決定する別の方法は、これらの形状の２つの点
A′およびＡの横座標を合致させ、且つこれら形
状の点O′とＯの縦座標を合致させることによつ
て、実際と比較の両形状を重ねてレールの壁の内
側に対応するそれらの部分を重ねて調べる。

２つの観察方向間の角は例えば20°ないし120°
を含むが30°ないし90°が好適である。これは摩損
したレールの頭部形状および光学装置のサイズ、
および所望の測定精度による。

２つの部分外郭増を増幅するための光学およ
び／または電子式処理手段、即ち観察方向の交点
に対応する仮想中心まわりにこれらの増を回転し
且つ外郭像の２つの像の浮動原点の位置と合致さ
せることが既存の装置によつて実施できる。

鉄道軌道の横断形状のこの測定方法は、走行中
の車輌を用いてこの形状を連続的に測定するのに
適用できる。実際には、例えば光源および鏡とカ
メラ、或は複数のカメラは鉄道軌道に沿つて移動
される車輌上に装備される。ゆえに、所定の時間
間隔をもつて測定を繰り返せば、レールの連続す
る横断形状のサンプルを得ることが可能である。

レールの局部欠陥には関係しないレールの横断
形状の測定を得るために、極めて短い時間間隔を
もつて順次に数回の測定を行いそれらの形状の平
均をとることができる。従つてこの形状は基準形
状と比較される平均形状である。

ゆえに、次の順序に従つて、レール頭部の横断
形状の測定を実際に実施することが可能である。

１ 50ms.ごとに１つの形状を順次に数回測定
し、 ２ 次の250ms.中に測定された形状の平均形状
が決められ、 ３ 次の500ms.中に測定された形状の平均形状
が標準或は基準形状と比較されて、これらの形
状間の差異が決定され、 ４ 次の4000ms.中に、これらの測定結果を印刷
機に表示印刷する。

これにより、7.2Km／ｈの走行速度に対し10ｍ
ごとに、或はは72Km／ｈの走行速度に対し10ｍご
とに平均形状に対して完全な連続動作が５秒ごと
に得られる。

印刷機上に得られたグラフ表示の頂部に、レー
ルの予め定めた数の側方線に沿つてとられた標準
形状と測定形状との間の偏差に関するデジタル情
報を得ることが当然可能である。また、ビデオシ
ステムによつて瞬間的および連続式目視制御を得
ることが可能である。

よつて、一つの特定点或は浮動原点はレールの
表面上に照射された光線ビームの照射部上に形成
されること、およびこの照射部は両者間で一つの
角を形成する２つの方向から観察されかつレール
の縦方向平面形の両側に位置づけられるという事
実によつて、この測定方法によりレールの横断形
状の精密な測定を得ることができ、この場合、従
来既知の方法を使用し得なかつたレール頭部の表
面の刻み目や強い変形が存在する場合でもその側
面およびその縁辺を精密に測定できる。

この方法は、さらにレールの横断形状が総対的
に測定できるから極めて興味がある。この方法は
極めて融通性に富み、観察方向を変更することに
よつてレールの摩損の種類の関数としてこの形状
の光学測定を得ることに容易に適合できる。例え
ば、実際に対称的に摩損したレールに対しては観
察方向は実際にはレールの縦方向対称平面に対し
対称であるが、非対称的に摩損した場合、例えば
一方の側に刻み目が所在するような場合には、刻
み目のある側の、レールの縦方向対称面に対する
観察方向の角度は、この平面と他方の観察方向と
の間の角度よりも大きい。

上述の方法を実施する装置は、第７図ないし第
９図に略示されている。この装置は、車輌の支持
台上に蝶番結合されたジヤツキ８により鉄道車輌
（図示せず）に結合された測定支持台７上に取り
付けられ、このジヤツキ８を用いてこの支持台を
車輌に対して垂直方向に移動させてこれをレール
から一定距離に支持台（測定台）７を維持するた
めに輪ぶち付き車輪９を介してレール２上にのせ
ることができる。

各レールに対し、測定台７はレール頭部の表面
形状の測定装置を担持し、該装置はレール２の縦
軸線と垂直方向に沿つて２つの相反する方向の２
つの光線１１，１１′を発射するレーザ１０のよ
うな光線を含む。

光線１１は、第１振動鏡１２上に投射されてレ
ール２の縦軸線と一つの角をなす平面内に含まれ
る第１光線ビーム１３を形成する。第１振動鏡１
２の角振動偏角αは、この第１光線ビーム１３が
レール頭部の外側壁の表面およびレール頭部の転
動表面の一部分上の第１の部分照射部１４をあら
わすように設定される。

第１振動鏡１２は弾性羽根によつて測定台７上
の振動に対して取り付けられ、かつ同様に測定台
７上に取り付けられた電磁モータ１５によつて加
振される。

同様の方法で、光線１１′は第２光線ビーム１
７を形成する第２振動鏡１６によつて反射される
が、前記第２光線ビーム１７は第１光線ビーム１
３と同一面内にあつて、レール２頭部の内側壁の
表面と転動表面の一部分上に第２部分照射部１８
を形成する。振動鏡１２，１６振動は急速でかつ
同期されることが好ましい。

第１および第２部分照射部１４，１８は重なり
合わずに、レール２の頭部表面の一部分１９は光
線を受けずに、この部分は２つの部分照射部１
４，１８の浮動原点として用いられる特定点を構
成する。また他の変形例においては、これら２つ
の部分照射部は部分的に重なり合つてさらに照度
の高い特定点をつくる。

部分照射部像１４，１８および特定点１９は相
互間で一つの角をなす２つの鏡２１（第７図にそ
の一つのみを示す）によつて測定台７に固定され
たカメラ２０によつて観察される。これらの鏡は
それぞれ異る角度で照射部を見て、カメラ２０に
部分照射部１４，１８および特定点１９の一部を
反射し、照射部のこれらの部分照射部１４および
１８はそれぞれ前記照射部の特定点１９を含む。

この測定装置は、さらに鏡２１によつて反射さ
れた照射部の部分照射部１４，１８および特定点
１９をあらわすカメラ２０によつて送出された信
号を処理する電子装置を含み、このブロツク図を
第９図に示す。

カメラ２０によつて送出された信号は、一方に
おいて照射部の両方の部分照射部１４，１８にあ
る不連続な特定点１９の位置を決める計算器２２
に、他方において２つの弁別器２３，２４に送ら
れる。弁別器２３は照射部の部分照射部の一方に
関する信号のみを送出し、他方の弁別器２４はこ
の照射部の他方の部分照射部に関連する信号のみ
を送出する。

計算器２２および２つの弁別器２３，２４の出
力はシフター２５の入力に接続されて移動動作に
よつて照射部の不連続な特定点１９で２つの部分
照射部１４，１８を重ね合わせる。

このシフター２５の出力は、回路に送られ照射
部が観察される角度の関数である２つの部分照射
部１４，１８間の相対的な角度変位を起させる。

シフター２５の出力信号は、第４図に示す外郭
像に対応するが、回路２６の出力信号は第５図の
外郭像に、従つてレール２の実際の形状に対応す
る。

回路２６の出力信号は計算器２７に送られてレ
ール形状の基線A′−B′に垂直な中心線O′−C′を
決める。この計算器の２７の出力信号は、比較器
２８に送られ、ここにおいてメモリー２９から基
準外郭形状と前記外郭形状の中心線Ｏ−Ｃの位置
に関する情報を受ける。この比較器は中心線Ｏ−
ＣとO′−C′をこれらの線の点ＣとC′とともに重ね
合わせて重ね合わされた実際と基準の外郭形状の
像（第６図の外郭像）に対応する信号および／ま
たはこれらの外郭形状間の偏差Δ⁺，Δ^-に対応す
る信号を送出する。

比較器２８の出力はオツシロスコープおよび／
または印刷機３０に送られて、例えば1981年６月
23日付米国特許出願第277201号或は第004488.5と
して公布された欧州特許出願第80107901.3号に記
載のような、基準外郭形状と実際の外郭形状との
間の偏差のグラフ或は数字的表現でそれぞれの目
視を可能にさせる。

この電子装置の種々の回路および要素の実現に
関しては通常の技術を用いるものであるからその
詳細な説明には触れない。

レール頭部の外郭形状を測定する装置の他の実
施例において、レールのこの頭部の表面上の外郭
像は、例えば照明光線、赤外線、紫外線或は超音
波のような他の波長の光線などの放射源によつて
得られる。この光線源はレールを囲む線形光線或
は湾曲光線で２つの偏平な光線ビーム１３，１７
を形成する２つの溝孔を含むマスクを含む。外郭
像の形成は、反面においてその精度が低く、この
手段の利点は構成が単純でかつ装置にかかる費用
が低いことである。

外郭像が一つの平面に投影されると、上から見
て、レールの縦軸線に対して垂直もしくは傾斜し
た直線形状をもつ。

これに反し、外郭像が２つの半平面に投影され
ると、上方から見て、破線形状を示し、この場
合、この線の回転点は外郭像の浮動原点として用
いることができる。

図示されていないがこの発明に関して重要であ
る一変形実施例においては、鏡２１は用いずに、
外郭像の観察は２つのカメラを用いて行われ、そ
の光軸はそれらのカメラ間の角度をなす。この方
法は、保守作業と比較的繁雑な清浄作業を必要と
する、装置の反射表面の数を減ずる利点をもつ。

他の変形構造実施例においては、鏡は対物レン
ズを提供し得る光フアイバによつて置換される。
２つの部分外郭像の処理は前述の諸実施例と同じ
である。

基準面として測定台７のフレームを用い且つこ
の測定台が２つの測定装置を装備し各装置が鉄道
軌道の一つのレールとともに作動するとき、一方
を他方に対し測定された外郭形状を相対的に位置
づけ且つ鉄道軌道のレールの転動平面の傾きを発
見することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、レール上に投射された
ビームと前記ビームの反射光の観察装置の上方お
よび側方それぞれから見た図、第３図は観察され
た際の外郭像の部分表示、第４図および第５図
は、レールの頭部の全外郭形状を示し、第６図
は、レールの頭部の実際の外郭形状と基準外郭形
状との比較を示し、第７図は、鉄道車輌によつて
引かれた搬送台上に取り付けられたこの発明によ
る装置を示し、第８図は、第７図の線Ａ−Ａに沿
つてとられた横断面図、第９図は、観察された外
郭像の処理に用いられる電子装置および実際のレ
ールの頭部の外郭形状と基準外郭形状との比較を
示すブロツク線図を示す。 図中符号；、１……照射部、１′，１″……部分
外郭像、２……レール、３……特定点（浮動原
点）、３′，３″……像、４……カメラ、５，６…
…鏡、７……支持台、８……ジヤツキ、９……車
輪、１０……レーザー、１１，１１′……光線、
１２……振動鏡、１３……光線ビーム、１４……
部分照射部、１５……モータ、１６……振動鏡、
１７……光線ビーム、１８……部分照射部、１９
……特定点、２０，２０′……カメラ、２１……
鏡、２２……計算器、２３……弁別器、２４……
弁別器、２５……シフター、２６……回路、２７
……計算器、２８……比較器、２９……メモリ
ー、３０……印刷機を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄道軌道のレール頭部の表面上に光線ビーム
   を照射し、前記光線ビームの照射部をその照射面
   の外側に位置する複数の点から観察する鉄道軌道
   のレール頭部の横断外郭形状の測定方法におい
   て、照射部１の一点が不動原点３として特定化さ
   れ、該光線ビーム１３，１７がレール２の縦軸線
   の通つている垂直面を挟んで各側から照射され且
   つ相互にある角度を成す少なくとも２つの方向か
   ら部分照射部１４，１８が観察され、前記部分照
   射部１４，１８の浮動原点１９を含むレール頭部
   の部分外郭像１′，１″を得、部分照射部１４，１
   ８の前記部分外郭像１′，１″がその浮動原点像
   ３′，３″で重ね合わされ且つ浮動原点像回りで前
   記部分外郭像１′，１″の一方が他方に対して角回
   転移動され、その移動角度が前記部分照射部１
   ４，１８を観察する時点における角度に依存する
   ことを特徴とするレールの横断外郭形状の測定方
   法。 ２ 測定された外郭形状が比較用外郭形状と比較
   され且つこれら２つの外郭形状間の偏差がグラフ
   或いは数字的形式で決定されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の測定方法。 ３ 測定された外郭形状に対して比較用外郭形状
   に対すると同様に基線Ａ−Ｂ，A′−B′が設定さ
   れ、該基線Ａ−Ｂ，A′−B′は実際レール２及び
   比較用レール頭部側壁の下方点に対応するこれら
   の外郭形状の点を通過し、これら基線Ａ−Ｂ，
   A′−B′と垂直で且つその中点Ｏ，O′を通る中心
   線Ｏ−Ｃ，O′−C′が各外郭形状に対して決定さ
   れ、それらの各外郭形状と前記中心線Ｏ−Ｃ，
   O′−C′の交点Ｃ，C′が決定されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項に記載の測定方法。 ４ 測定された外郭形状と比較用外郭形状の前記
   中心線Ｏ−Ｃ，O′−C′を重ね合わせることにより
   且つそれらのそれぞれの外郭形状とのそれらの交
   点Ｃ，C′を重ね合わせることにより測定された外
   郭形状が比較用外郭形状と比較されることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項に記載の測定方法。 ５ 前記中心線Ｏ−Ｃ，O′−C′のそれらに対応す
   る外郭形状との前記交点Ｃ，C′の縦座標を合致さ
   せることにより、および各外郭形状の内側壁の下
   方点に対応する各外郭形状の基線Ａ−Ｂ，A′−
   B′の点の横軸を合致させることにより測定され
   た外郭形状が比較用外郭形状と比較されることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の測定方
   法。 ６ レールに沿つた異なる位置においてレール頭
   部の２つ以上の横断外郭形状を連続測定し、次に
   測定され外郭形状の平均を求め、且つ測定された
   外郭形状のこの平均値が比較用外郭形状と比較さ
   れて平均の測定された外郭形状と比較用外郭形状
   との間に存在する偏差のグラフ或いは数字的表現
   を得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の測定方法。 ７ 光線ビーム１３，１７がレール２の縦方向軸
   線とある角度を成す面内に照射されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の測定方法。 ８ 光線ビーム１３，１７が相互間で且つレール
   ２の軸線とある角度を成す２つの半平面上に照射
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の測定方法。 ９ 光線源が光であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の測定方法。 １０ 鉄道軌道に沿つて牽引される支持台７上に
   取り付けられてレール頭部の全表面上に光線ビー
   ム１３，１７を照射する光線源および照射面の外
   側に位置する複数の点から光線ビーム１３，１７
   の部分照射部１４，１８を観察する手段を含む鉄
   道軌道の頭部の横断外郭形状の測定装置におい
   て、レール頭部の部分照射部１４，１８上に浮動
   原点として特定点を形成する手段を含み、前記部
   分照射部１４，１８を観察する手段が相互間で且
   つ光線ビーム１３，１７の照射面にある角度を成
   す少なくとも２つの観察方向を持ち、前記観察す
   る手段が浮動原点像３′，３″をそれぞれに含む２
   つのレール頭部の部分外郭像１′，１″を得るよう
   にレールの縦軸線を含む垂直面を挟んで各側に配
   置され、更に部分照射部１４，１８の部分外郭像
   １′，１″の前記浮動原点像３′，３″を重ね合わせ
   る手段および部分照射部１４，１８が観察される
   角度によつて定まる角度でこれらの部分外郭像
   １，１″を角度を持つて映してレール頭部の横断
   外郭形状の像全体を再形成する手段を含む電子装
   置を含むことを特徴とする鉄道軌道の頭部の横断
   外郭形状の測定装置。 １１ 光線源がレールの縦軸線とある角度を成す
   平面内に光線ビーム１３，１７を照射することを
   特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の測定
   装置。 １２ 相互に傾斜しそれぞれが同一カメラ４にレ
   ールの部分外郭像１′，１″を反射する２つの鏡
   ５，６を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１１項に記載の測定装置。 １３ レールを観察し且つその光軸が相互間であ
   る角度を形成する２つのカメラを含むことを特徴
   とする特許請求の範囲第１１項に記載の測定装
   置。 １４ レール頭部の部分外郭像１′，１″を捕らえ
   て１つ或いは２つのカメラに伝達する２つの光フ
   アイバを含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   １１項に記載の測定装置。 １５ 前記光線源が支持台７に固定されており且
   つ一つの平面内に含まれる２つの相反する方向の
   光線を発射するレーザ１０であり、前記支持台７
   上に取りつけられてレーザ光線１１，１１′のそ
   れぞれ一つを受け該光線をレール頭部の表面の一
   部分に配光する２つの振動鏡１２，１６を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の
   測定装置。 １６ 振動鏡１２，１６の偏角αは、レール頭部
   の表面の一部分であり照射平面内でもある部分が
   光線を受けず且つ照射部内の残余部の照度よりも
   低い照度を持つ浮動原点を形成する特定点１９を
   構成するように定められることを特徴とする特許
   請求の範囲第１５項に記載の測定装置。 １７ 前記振動鏡１５，１６の偏角αは、レール
   頭部の表面の一部分であり照射平面内でもある部
   分が２つの前記振動鏡１５，１６からくる光線を
   受けて照射部内の残余部の照度よりも高い照度に
   浮動原点を形成する特定点１９を構成するように
   定められることを特徴とする特許請求の範囲第１
   ５項に記載の測定装置。