【手続補正書】
【提出日】平成17年2月9日(2005.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】    明細書
【発明の名称】２軸レール変位検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】  レールの斜め上方近傍箇所に配設された、前記レールの内軌側側面の所定位置に定められている左右用測定基準点との相対距離を測定する左右用光式距離センサと、前記レールの上方近傍箇所に配設された、前記レールの頭頂面中央に定められている上下用測定基準点との相対距離を測定する上下用光式距離センサと、前記レールの所要角度上方箇所に配設された左右用回転ミラーであって、前記左右用光式距離センサから出た測定光が当該左右用回転ミラーで方向転換して前記レールの内軌側側面に至り、当該内軌側側面での反射光が当該左右用回転ミラーを介して前記左右用光距離センサに入射するように、回転軸取付角度を調整された左右用回転ミラーと、前記レールの上方箇所に配設された上下用回転ミラーであって、前記上下用光式距離センサから出た測定光が当該上下用回転ミラーで方向転換して前記レール頭頂面に至り、当該頭頂面での反射光が当該上下用回転ミラーを介して前記上下用光式距離センサに入射するように、回転軸取付角度を調整された上下用回転ミラーと、前記左右用回転ミラーを回転せしめる左右用サーボモータと、前記左右用回転ミラーの回転角を検出する左右用角度検出器と、前記上下用回転ミラーを回転せしめる上下用サーボモータと、前記上下用回転ミラーの回転角を検出する上下用角度検出器と、前記左右用光式距離センサにより測定された前記レールの内軌側側面と前記左右用回転ミラーとの間の距離測定値：L１、前記上下用光式距離センサにより測定された前記レール頭頂面と前記上下用回転ミラーとの間の距離測定値：Ｌ２、及び前記左右用回転ミラーと前記上下用回転ミラーとの間の距離に比例した一定値Ｌ３の３つの値から、前記左右用回転ミラーの位置の、前記所要角度からの偏角：α、及び前記上下用回転ミラーの位置の、前記レールの上方向からの偏角：βを計算し、前記計算した偏角：αと前記左右用角度検出器により検出された検出角度とを照査しつつ、前記左右用回転ミラーの回転制御を前記左右用サーボモータに行わせるとともに、前記計算した偏角：βと前記上下用角度検出器により検出された検出角度とを照査しつつ、前記上下用回転ミラーの回転制御を前記上下用サーボモータに行わせることで、前記レールの位置が左右及び上下方向に相対移動した場合であっても、前記左右用測定基準点が前記左右用光式距離センサの測定点となり、前記上下用測定基準点が前記上下用光式距離センサの測定点となるように前記レールを追尾せしめるとともに、更に、所定の測定間隔毎に、前記距離計測値：Ｌ１、前記距離計測値：Ｌ２、及び前記一定値Ｌ３の３つの値から、前記左右用測定基準点及び前記上下用測定基準点の位置を算出し、算出結果を、前記レールの左右方向及び上下方向のレール変位として出力する制御演算回路と、を備えることを特徴とする２軸レール変位検出器において、前記上下用角度検出器及び前記左右用角度検出器として、その検出範囲を前記レールの相対移動範囲に限定したバタフライ型の静電容量方式の角度検出器を用いたことを特徴とする２軸レール変位検出器。
【請求項２】  請求項１記載の２軸レール変位検出器において、前記上下用回転ミラー及び左右用回転ミラーとして、軽量母材表面に反射能を有する金属薄膜を所要な範囲のみ形成した回転ミラーを用いたことを特徴とする２軸レール変位検出器。
【請求項３】  前記請求項２において、所要幅と長さのアルミ板に薄い平面鏡を貼り付けて構成した回転ミラーを用いたことを特徴とする２軸レール変位検出器。
【請求項４】  前記請求項２および請求項３において、回転ミラーの形状をテーパ状としたことを特徴とする２軸レール変位検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、平成１１年特許願第２１７７２５号にて開示した、走行する車両からレールの左右方向と上下方向の位置を検出し、上下方向の高低狂い、左右方向の通り狂い等の軌道狂いを測定結果として出力する車上搭載の軌道検測装置に使用する２軸レール変位検出器に用いる角度検出器と回転ミラーの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の角度検出器は、１回転３６０度の範囲が検出できるものが一般的であり、この一般的な角度検出器の角度分解能は０．１度程度である。したがって、２軸レール変位検出器にこの角度検出器を用いた場合、この角度分解能がレール変位の測定精度を高くするための隘路となっていた。
【０００３】
また、２軸レール変位検出器に用いていた従来の回転ミラーは、剛性の確保及び光式距離センサの受光窓を考慮した長さと幅の寸法が大きい剛性のある厚い１枚の平面鏡をアルミ母材に固定したものであった。このため、慣性モーメントが大きくなりレール継目における衝撃による回転ミラーの振れと追尾時のオーバーシュートによる振れに起因した測定精度の悪化が認められた。
【０００４】
さらに、回転ミラーの慣性モーメントが大きいことから、これを駆動するサーボモータの大きさも大きくなり装置全体の小型化の隘路でもあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、本発明が解決しようとする課題は、２軸レール変位検出器の測定精度の向上と装置のさらなる小型化を目的とした角度検出器の角度分解能の向上と回転ミラーの慣性モーメントの低下である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
回転ミラーの回転中心とレール上に定めた測定基準点との距離を３００ｍｍ、レール変位の測定範囲を±５０ｍｍとすると、２軸レール変位検出器の回転ミラーの回転角は約±１０度である。そこで、角度検出器の角度分解能の向上を図るために、一般的なサーボモータに使用されている回転パルス出力式の角度検出器ではなく、±１５度程度まで角度検出できるバタフライ型の静電容量方式の角度検出器を用いることとした。
【０００７】
回転ミラーの慣性モーメントの低下を図るため、軽量化と小型化の観点より平面鏡を使用する代わりに軽量母材に反射材を蒸着することとした。なお、反射材の蒸着範囲は、光式距離センサのレーザ光を投光する投光窓に対応した範囲とレールの測定基準点から反射した測定光を受光する光式距離センサの受光窓に対応した範囲の２箇所とした。
【０００８】
また、平滑な反射面が確実に確保できる平面鏡を使用した慣性モーメントの小さい回転ミラーとして、従来とは異なる薄い平面鏡をアルミ板に接着剤にて貼り付けるとともに、その長さと幅は前述の蒸着範囲を考慮することとした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、平成１１年特許願第２１７７２５号にて開示した２軸レール変位検出器において、本発明の好誼な実施例を示す角度検出器および回転ミラーを適用した場合の機器配置図で、１は測定対象となるレール、２は測定対象のレール１の上下方向の位置を測定する上下用の測定基準点で、レール１の頭頂面３の中央に定める。
【００１０】
４はレール１の上方近傍箇所に固定したレール１の頭頂面３との相対距離を測定する上下用の光式距離センサで、５は光式距離センサ４のレーザ光を投光する投光窓、６は光式距離センサ４の測定光を受光する受光窓である。
【００１１】
７は、光式距離センサ４の投光窓５からレール１の頭頂面３の上下用の測定基準点２に至るレーザ光の光路８及び上下用の測定基準点２から光式距離センサ４の受光窓６に至る測定光の光路９の間に介在せしめた回転ミラーで、レール１の上方箇所において回転自在に固定される。
【００１２】
１０は、マグネシウム合金等の軽量母材からなる回転ミラー７にレーザ光の光路８の方向を転換させるための反射材を蒸着した蒸着反射鏡面で、１１は、マグネシウム合金等の軽量母材からなる回転ミラー７に測定光の光路９の方向を転換させるため反射材を蒸着した蒸着反射鏡面で、これらの蒸着反射鏡面１０と蒸着反射鏡面１１は、回転ミラー７の軽量母材の同一平面に形成される。
【００１３】
光路８及び光路９の中間に介在させた回転ミラー７の蒸着反射鏡面１０及び蒸着反射鏡面１１の幅と長さは、光式距離センサ４の投光窓５及び受光窓６の有効な幅と長さを基準として、上下用の測定基準点２から回転ミラー７の蒸着反射鏡面１０及び蒸着反射鏡面１１までの設計離隔と上下用の測定基準点２から光式距離センサ４の投光窓５及び受光窓６までの設計離隔に比例して縮小される。さらに蒸着反射鏡面１０及び蒸着反射鏡面１１の幅に関しては、測定対象のレール１に対する光式距離センサ４の設置位置により定まる回転ミラー７の基準角度位置から決定される光路８及び光路９の実受光幅の拡大を考慮した幅寸法の拡大が考慮される。具体的には、受光窓６の有効幅が８ｍｍ、回転ミラー７を光路９の中間に設置した場合、回転ミラー７の位置により幅寸法は４ｍｍとなり、さらに回転ミラー７により光路９を９０度方向転換させる場合には実受光幅が１．４１４倍となることから蒸着反射鏡面１１の幅寸法は５．７ｍｍが必要となる。なお、上記の蒸着反射鏡面１１の幅寸法５．７ｍｍは、受光窓６の有効幅８ｍｍとした場合であり、この寸法に限定されるものではない。
【００１４】
１２は、慣性モーメントの低下と剛性の確保を両立させるためのリブで、回転ミラー７の蒸着反射鏡面１０及び蒸着反射鏡面１１とは反対側に設けている。
【００１５】
１３は、回転ミラー７の回転軸で、回転軸１３の中心線を含む同一平面内に蒸着反射鏡面１０及び蒸着反射鏡面１１を一致せしめるとともに、光式距離センサ４の投光窓５からレール１の頭頂面３の上下用の測定基準点２に至るレーザ光の光路８及び上下測定用の基準点２から光式距離センサ４の受光窓６に至る測定光の光路９を同時に可能とするように回転軸１３は、角度調整される。
【００１６】
１４は、回転ミラー７を回転せしめるサーボモータで、該サーボモータ１４は回転ミラー７の回転軸１３の一端に結合され、１５は回転ミラー７の回転角を検出する角度検出器で、該角度検出器１５はサーボモータ１４の他端に結合される。
【００１７】
慣性モーメントの低減と軽量化を図るために、回転ミラー７の形状は、サーボモータ１４側の回転ミラー７の端部側を他端部側に比べて大きくしたテーパ状とする。なお、リブ１２の形状を含めて図示した形状に関わらず慣性モーメントの低下と剛性の確保が両立する形状を選択できる。なお、上記では本発明を上下用回転ミラーに適用する例を述べたが、同様に左右用回転ミラーにも適用できることは言うまでもない。
【００１８】
角度検出器１５は、±１５度程度まで角度検出できるバタフライ型の静電容量方式が選定される。なお、バタフライ型の静電容量方式とは、図２に例示するように平行に配置された２つの固定電極１６および固定電極１７の中央に回転軸１８と一体に回転する遮蔽作用を持たせたバタフライ板１９を挿入し、一方の固定電極１６を発振器２０に接続し他方の固定電極１７を変換回路２１に接続するとともにバタフライ板１９を接地したもので、バタフライ板１９の回転により固定電極１６と固定電極１７の相互の対向面積が変化することにより、その静電容量はバタフライ板１９の回転角に比例して変化することから角度検出ができるものである。
【００１９】
図３は、本発明における回転ミラー７に関する安価な他の実施例を示したもので、２２は回転軸１３に固定された回転ミラー７の母体となる長方形のアルミ平板、２３は、製作可能な薄い平面鏡で、平面鏡２３は、アルミ平板２２に接着される。
【００２０】
アルミ平板２２と平面鏡２３の幅は、図１に示した蒸着反射鏡面１１の幅と同じとする。なお、軽量化を図るためにアルミ平板２２および平面鏡２３ともにテーパ状に形成しても良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１及び請求項２記載の本発明は、平成１１年特許願第２１７７２５号にて開示した、走行する車両からレールの上下方向と左右方向の位置を検出し、上下方向の高低狂い、左右方向の通り狂い等の軌道狂いを測定結果として出力する車上搭載の軌道検測装置に使用する２軸レール変位検出器に用いる角度検出器と回転ミラーの改良に関するもので、前記角度検出器は、±１５度程度まで角度検出できるバタフライ型の静電容量方式が選定される。また、回転ミラーは慣性モーメントの低減と軽量化が図られている。
【００２２】
この角度検出器をサーボモータと同軸に結合するとともに、他端に回転ミラーを結合することにより、従来の１回転対応の角度検出器に比べて角度検出範囲が限定されることにより、回転ミラーの角度分解能は従来の角度検出器に比べて１桁以上も向上し、上下用および左右用の測定基準点の追尾精度が向上する。また、従来の回転ミラーにおいてはレール継目での衝撃による回転ミラーの振れと、追尾時のオーバーシュートによる振れが測定精度向上の足かせとなっていたが、回転ミラーの慣性モーメントの低減と軽量化によりこれらの原因が取り除かれ、この結果として２軸レール変位検出器の測定精度は向上する。
【００２３】
また、図１または図２に示した回転ミラーは、結合するサーボモータの回転定数に適合する慣性モーメントを最小にしたものであり、図２の回転ミラーは若干の慣性モーメントの増大があるが、安価に製作可能な物である。
【００２４】
これらの回転ミラーにより光式距離センサの投光窓からレールの頭頂面の上下用測定基準点に至るレーザ光の光路及び上下測定基準点から光式距離センサの受光窓に至る測定光の光路は、容易に精度よく追尾できることとなり、この結果として２軸レール変位検出器の測定精度は向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の請求項１、請求項２および請求項４記載の実施例を示す機器配置図である。
【図２】図２は、本発明の請求項１記載における角度検出器の検出原理を示したものである。
【図３】図３は、本発明における請求項３記載の好誼な実施例を示した回転ミラーである。
【符号の説明】
１    レール
２    測定基準点
３    頭頂面
４    光式距離センサ
５    投光窓
６    受光窓
７    回転ミラー
８、９    光路
１０、１１    蒸着反射鏡面
１２      リブ
１３、１８    回転軸
１４    サーボモータ
１５    角度検出器
１６、１７    固定電極
１９    バタフライ板
２０    発振器
２１    変換回路
２２    アルミ平板
２３    平面鏡