(57)【要約】【課題】従来の断面形状測定装置はスリットレーザ発生機とＣＣＤカメラとが、レール上を走行する台車に装備されているため、営業列車の運行中は測定できなかった。大型であるため取り扱いが面倒であり、機動性に欠け、不便であった。【解決手段】スリットレーザ発生機とＣＣＤカメラとを作業員が片手で持てるハンドルに取り付けて、それらを携帯して測定物の磨耗箇所の磨耗量（磨耗の深さ）、磨耗形状等を計測できるようにした。スリットレーザ発生機のレーザ照射部とＣＣＤカメラの撮影部とは相対的に所定角度に取付け、ハンドルを持った手でＣＣＤカメラを操作可能な箇所にシャッター操作スイッチを設けた。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリットレーザ発生機から測定対象物の測定面に垂直にスリットレーザを照射して、照射箇所のレールの断面輪郭線をレール上に表示させ、その断面輪郭線を所定角度でＣＣＤカメラにより撮影し、ＣＣＤカメラからの情報に基づいてコンピュータにより測定対象物の断面形状を測定する断面形状測定装置において、片手で携帯可能なハンドルの一端側に前記スリットレーザ発生機が、他端側に前記ＣＣＤカメラが取付けられ、スリットレーザ発生機のレーザ照射部とＣＣＤカメラの撮影部とは相対的に所定角度で取付けられ、前記ハンドルにＣＣＤカメラのシャッターを操作可能なシャッター操作スイッチが備えられ、シャッター操作スイッチはハンドルを携帯した片手で操作可能な箇所に設けられたことを特徴とする携帯型断面形状測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の携帯型断面形状測定装置において、２台以上のＣＣＤカメラが異なる方向から断面輪郭線を撮影できるようにハンドルに取り付けられたことを特徴とする携帯型断面形状測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の携帯型断面形状測定装置において、スリットレーザ照射機とＣＣＤカメラとの距離及び／又は角度が固定であることを特徴とする携帯型断面形状測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の携帯型断面形状測定装置において、スリットレーザ照射機とＣＣＤカメラとの距離及び／又は角度が段階的に切り替え可能であることを特徴とする携帯型断面形状測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の携帯型断面形状測定装置において、ハンドルとスリットレーザ照射機とＣＣＤカメラのいずれか又は二以上に、三脚取り付け具が設けられたことを特徴とする携帯型断面形状測定装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の携帯型断面形状測定装置において、スリットレーザ照射機のスリットレーザ照射部の前方に、スリットレーザの高さ幅を絞る横長のスリットを取付けたことを特徴とする携帯型断面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種物体の断面形状を、外部から、非接触で測定可能な断面形状測定装置に関する。特に、鉄道用レール、分岐器、車両の磨耗、モノレール等の給電用剛体電車線の磨耗量等の測定に適する断面形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レールや車輪が摩耗すると磨耗部分で車輪ががたついて列車への乗り心地が悪くなったり、磨耗が著しくなると脱線の危険もあり、輸送安全面で問題がある。レール分岐部のトングレールの磨耗の場合も同様である。給電用剛体電車線の場合は磨耗によりパンタグラフ等との接触が不十分になって、車両への給電が不十分になって車両の円滑な運行に支障が出るといった問題がある。そのため従来はレールや電車線の磨耗を定期的に或いは随時点検をしている。
【０００３】
レール磨耗の点検や磨耗量を測定するには、従来は、作業員が目盛りの付いた計測治具を一々、レールの磨耗箇所に当てて行っていた。
【０００４】
前記手作業による計測では作業性が悪く、作業者によって計測にばらつきがでるため、近年は磨耗を光学的に計測可能な測定装置が開発されている。（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２０８９４７号公報
【特許文献２】
特開平８−２４７７３３号公報
【０００６】
前記断面形状測定装置は図７のように測定対象物（例えばレール）１の測定面（レール表面）２に垂直にスリットレーザ３を照射すると、レール表面２にレール１の外形線４がスリットレーザにより表示され、その外形線４はレール１のスリットレーザ照射箇所の切断端面の輪郭と一致することに着目したものであり、この外形線（以下「断面輪郭線」という）４の形状をＣＣＤカメラ（デジタルカメラ）５により斜め方向から撮影し、ＣＣＤカメラ５で撮影した画像情報をパソコン６に取り込んで、断面輪郭線４を測定するものである。この計測装置によりレール１の長手方向任意箇所を連続的に或いは所定間隔で撮影して、それら映像を合成すれば図５のようになり、レールの長手方向のどこに、どのような形状と深さの磨耗があるかを計測することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の断面形状測定装置は、スリットレーザ３を発生するスリットレーザ発生機７と、ＣＣＤカメラ５とをレール１の上を走行可能な台車（図示せず）に搭載し、その台車をレール上を移動させて、スリットレーザ３をレール１に照射し、スリットレーザ３によりレール１に表示される断面輪郭線４をＣＣＤカメラ５で撮影するため、営業列車の運行中は測定できないといという課題があった。また、大型であるため取り扱いが面倒であり、測定したいときに随時、手軽に計測することができず、機動性に欠け、不便であった。更に、レール１はカーブの箇所が磨耗が最も激しいため、カーブの箇所で台車の揺動が大きくなり、ＣＣＤカメラ５が適切な位置からずれて、所望の撮影箇所を撮影できないことがある。また、カーブの箇所の横にはガードレールがついているため、測定不良が発生することがある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はスリットレーザ発生機とＣＣＤカメラとを作業員が片手で持って、測定物の磨耗箇所の磨耗量（磨耗の深さ）、磨耗形状等を計測可能な携帯型断面形状測定装置に関するものである。
【０００９】
本発明の携帯型断面形状測定装置は、スリットレーザ発生機から測定対象物の測定面に垂直にスリットレーザを照射して、その照射箇所のレールの断面輪郭線をレール上に表示させ、その断面輪郭線を所定角度でＣＣＤカメラにより撮影し、ＣＣＤカメラからの情報に基づいてコンピュータにより測定対象物の断面形状を測定する断面形状測定装置において、片手で携帯可能なハンドルの一端側に前記スリットレーザ発生機が、他端側に前記ＣＣＤカメラが取付けられ、スリットレーザ発生機のレーザ照射部とＣＣＤカメラの撮影部とは相対的に所定角度で取付けられ、前記ハンドルにＣＣＤカメラのシャッターを操作可能なシャッター操作スイッチが備えられ、そのシャッター操作スイッチはハンドルを携帯した片手で操作可能な箇所に設けられたものである。
【００１０】
前記ＣＣＤカメラは２台以上取付けて、断面輪郭線を異なる方向から撮影できるようにすることもできる。また、スリットレーザ照射機とＣＣＤカメラとの距離及び／又は角度は固定とすることも、段階的に切り替え可能とすることもできる。更に、ハンドルとスリットレーザ照射機とＣＣＤカメラのいずれか又は二以上に三脚取り付け具を設けてある。更に、スリットレーザ照射機のスリットレーザ照射部の前方に、スリットレーザの高さ幅を絞る横長のスリットを取付けてある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の携帯型断面形状測定装置は、スリットレーザを測定対象物の測定面に垂直に照射するスリットレーザ発生機７がハンドル１１の下端に、ＣＣＤカメラ５がハンドル１１の上端に取り付けられている。ＣＣＤカメラ５は測定面に照射されたスリットレーザ照射部の断面輪郭線を所定角度で撮影するものである。
【００１２】
前記ハンドル１１には片手で携帯できる幅の横長扁平パイプが使用されている。
スリットレーザ発生機７には既存のスリットレーザ発生機と同じもの、或いはそれを改良したものが使用される。前記ＣＣＤカメラ５には既存のＣＣＤカメラ、例えばデジタルカメラを使用することができる。スリットレーザ発生機７はそのレーザ照射部１２が水平になるようにハンドル１１に横向きに取り付けられている。ＣＣＤカメラはその撮影部（レンズ）１３がスリットレーザ発生機７のレーザ照射部１２に対して角度θ（図２）で取付けられている。取付け角度θを小さくすると高さ計測の視野は広がるが解像度は低下し、逆に、角度を大きくすると解像度は向上するが視野は狭くなる。視野と解像度を一定にするため取付け角度θは固定してある。また、スリットレーザ発生機７とＣＣＤカメラ５との距離が変化しても、視野、解像度が変化するため、その距離も固定としてある。
【００１３】
スリットレーザ発生機７とＣＣＤカメラ５との距離と角度は、場合によっては段階的に可変できるようにしてもよい。この場合、ハンドル１１に対するＣＣＤカメラ５の取付け角度を変えて取付け角度θを変えると、角度変更が容易になるが、ハンドル１１に対するスリットレーザ発生機７の取付け角度、ＣＣＤカメラ５の取付け角度、両者の取付け角度のいずれかを変えることもできる。また、スリットレーザ発生機７とＣＣＤカメラ５との距離は、その双方又はいずれか一方のハンドル１１への取付け位置を変えることにより変えることもできる。
【００１４】
ハンドル１１の背面にはＣＣＤカメラ５のシャッターを操作可能なシャッター操作スイッチ１４が備えられている。このシャッター操作スイッチ１４はハンドル１１を携帯した手の親指とか、他の指で操作可能な箇所に設けてある。このシャッター操作スイッチ１４はハンドル１１の内部に配線したリード線でＣＣＤカメラ５のシャッターと電気的に接続されて、シャッター操作スイッチ１４を操作するとＣＣＤカメラ５のシャッターが操作されて撮影されるようにしてある。
【００１５】
ハンドル１１の背面とスリットレーザ発生機７の底面には三脚取り付け具１５、１６が設けられている。三脚取り付け具１５、１６はＣＣＤカメラ５に取付けることもできる。この三脚取り付け具１５に三脚を取付けることにより、本発明の携帯型断面形状測定装置を固定式として使用することができる。
【００１６】
スリットレーザ発生機７の背面には、レーザの発生をＯＮ／ＯＦＦ操作するためのレーザスイッチ１７と、レーザ電源充電コネクタ１８とが設けられている。前記レーザスイッチ１７の操作によりスリットレーザ発生機７からのレーザの発生、停止を制御することができ、前記レーザ電源充電コネクタ１７を商用電源コネクタに接続することにより、スリットレーザ発生機７に内蔵のバッテリーを充填することができる。
【００１７】
通常、スリットレーザ発生機７のスリットレーザ照射部１２から出射されるレーザは図６（ａ）（ｂ）のように、レーザ照射部１２の凸レンズ３１、シリンドカルレンズ３２を通してスリットレーザ３となる。図６（ｂ）のように、スリットレーザ発生機７から出射されるスリットレーザ３の高さ方向の幅（上下方向の幅）Ｈは前記凸レンズ３１から一定の距離Ｄで収束して最も細い幅となり、その前後は徐々に太くなる。本発明ではスリットレーザの高さ幅Ｈが細いほど、スリットレーザ照射箇所の断面輪郭線が鮮明になり、測定精度が向上する。本発明では図６（ａ）（ｂ）のように、スリットレーザ発生機７のスリットレーザ照射部１２の前方に横長のスリット３３を配置して、スリットレーザ照射部１２から出射されるスリットレーザ３（図６ｃ）をスリット３３内を通過させてスリットレーザ３の横幅Ｗと高さＨを絞る（細くする）ことができるようにしてある。このように絞ると、スリットレーザ３の高さ幅Ｈは、図６（ｂ）の距離Ｄより前後に離れても（図６ｂの斜線範囲内でも）太くなる度合いが小さくなり、測定精度が向上する。この場合、スリットレーザ３の高さ幅Ｈが細くなればよいので、スリット３３をスリットレーザ３の高さ幅よりも縦方向に細い横長としてある。
【００１８】
（他の実施形態）
本発明ではＣＣＤカメラ５をハンドル１１の下端に、スリットレーザ発生機７をハンドル１１の上端に設けることもできる。ＣＣＤカメラ５はハンドル１１に２台以上設けることもできる。この場合、２台のＣＣＤカメラ５の向きを、測定物に照射されたスリットレーザの断面輪郭線４の同一箇所を異なる二方向から撮影できるようにセットしたり、断面輪郭線４の異なる箇所を異なる二方向から撮影できるようにセットしたりすることができる。
【００１９】
シャッター操作スイッチ１５、三脚取り付け具１５、１６、レーザスイッチ１７、レーザ電源充電コネクタ１８は、使い勝手、操作性等の面から図示した以外の箇所に設けることができる。それらは異なる二以上の箇所に設けることもできる。
【００２０】
本発明の携帯型断面形状測定装置を使用してレールの磨耗測定をするには、次のようにする。ハンドルを片手で持ち、スリットレーザ発生機７からスリットレーザ３を発生してレールの測定箇所に照射し、レール測定面にスリットレーザにより断面輪郭線を表示し、その断面輪郭線をＣＣＤカメラ５により撮影する。ＣＣＤカメラ５を図１のように、専用ＵＳＢケーブル２０、ＣＦカード２１、ＣＦカードリーダ２２によりコンピュータ（パソコン）６に接続して、ＣＣＤカメラ５で撮影した画像データをパソコン６に取り込み、パソコン６のソフトで断面形状を求め、寸法を計測して、磨耗形状、磨耗量を測定する。前記と同様にして、スリットレーザをレールの他の測定箇所に照射し、その測定箇所にスリットレーザにより断面輪郭線を表示し、その断面輪郭線をＣＣＤカメラ５により撮影し、パソコン６でその断面形状を求め、寸法を計測し、磨耗形状、磨耗量を測定する。この測定をレールの所定長に渡って繰り返し、夫々の測定箇所での測定値に基づいて、磨耗箇所の形状、磨耗量を算出する。この場合、夫々の測定箇所で撮影された画像を合成すると図５のようにレール表面の磨耗形状が表示され、それを目で確認することができ。ＣＣＤカメラ５から画像情報を取り込んで磨耗を計測するためのソフトは、既存のこの種のソフトを使用するとか、それを改良したものを使用することができる。この場合、ＣＣＤカメラ５の視野を広げて図４（ａ）のレール１の外側のトングレール２６まで撮影すれば、図４（ｂ）のようにレール１及びトングレール２６の断面輪郭線が一つの画像に表示される。
【００２１】
ＣＣＤカメラ５が二以上ある場合は、夫々のＣＣＤカメラで断面輪郭線の同一箇所を異なる方向から撮影したり、断面輪郭線の異なる箇所を撮影したりすることができる。この場合、夫々のＣＣＤカメラからの画像データを前記のようにパソコンで処理してレール上の磨耗部位、磨耗形状、磨耗量等を計測する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の請求項１の携帯型断面形状測定装置は次のような効果がある。
１．片手で携帯可能なハンドルの一端側に前記スリットレーザ発生機が、他端側に前記ＣＣＤカメラが取付けられ、スリットレーザ発生機のレーザ照射部とＣＣＤカメラの撮影部とは相対的に所定角度で取付けられているので、ハンドルを片手で持って、測定箇所へのスリットレーザの照射、ＣＣＤカメラでの撮影を行うことができ、磨耗形状、磨耗量を手軽に計測することができる。
２．ハンドルにＣＣＤカメラのシャッターを操作可能なシャッター操作スイッチを備え、シャッター操作スイッチはハンドルを携帯した手で操作可能な箇所に設けられているので、ＣＣＤカメラのシャッター操作が容易になり、撮影し易くなる。
【００２３】
本発明の請求項２の携帯型断面形状測定装置は、２台以上のＣＣＤカメラが異なる方向から、測定面にスリットレーザで表示された測定物の断面輪郭線を撮影できるようにハンドルに取り付けられたので、２台のＣＣＤカメラで断面輪郭線の異なる箇所を異なる方向から撮影したり、断面輪郭線の同一箇所を異なる方向から撮影したりすることができる。
【００２４】
本発明の請求項３の携帯型断面形状測定装置は、スリットレーザ照射機とＣＣＤカメラとの距離及び角度が常に一定であるため、異なる箇所の断面輪郭線を一定条件で撮影することができる。
【００２５】
本発明の請求項４の携帯型断面形状測定装置は、スリットレーザ照射機とＣＣＤカメラとの距離及び／又は角度が段階的に切り替え可能であるため、距離及び／又は角度を測定対象物の測定箇所の位置や状況に合わせて、測定し易いように変えることができる。
【００２６】
本発明の請求項５の携帯型断面形状測定装置は、ハンドルとスリットレーザ照射機とＣＣＤカメラのいずれか又は二以上に、三脚取り付け具が設けられているので、三脚取り付け具に三脚を取付けて固定式にして、スリットレーザの照射、ＣＣＤカメラでの撮影を行うこともできる。
【００２７】
本発明の請求項６の携帯型断面形状測定装置は、スリットレーザ発生機のスリットレーザ照射部の前方に、スリットレーザの高さ幅（上下の幅）を絞る横長のスリットを取付けたので、スリットレーザ照射機から出射されるスリットレーザの高さが絞られてスリットレーザの高さが細くなり、測定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の携帯型断面形状測定装置とパソコン、プリンタとの結線説明図。
【図２】本発明の携帯型断面形状測定装置の側面図。
【図３】本発明の携帯型断面形状測定装置の背面図。
【図４】（ａ）はレールとトングレールの説明図、（ｂ）は本発明の携帯型断面形状測定装置によりレールとトングレールとを同時に撮影した場合の断面輪郭線の説明図。
【図５】本発明の携帯型断面形状測定装置で撮影された多数箇所の断面輪郭線の合成図。
【図６】（ａ）はスリットレーザ発生機のスリットレーザ照射部の前方に横長のスリットを配置した状態の平面図、（ｂ）は（ａ）の状態の平面図、（ｃ）はスリットレーザと横長のスリットとの関係を示す正面説明図。
【図７】従来の断面形状測定装置による断面形状測定説明図。
【符号の説明】
１  測定対象物（レール）
２  測定面（レール表面）
３  スリットレーザ
４  断面輪郭線
５  ＣＣＤカメラ
６  パソコン
１１  ハンドル
１２  スリットレーザ発生機のレーザ照射部
１３  ＣＣＤカメラの撮影部（レンズ）
１４  シャッター操作スイッチ
１５、１６  三脚取り付け具
１７  レーザスイッチ
１８  レーザ電源充電コネクタ
３１  凸レンズ
３２  シリンドカルレンズ
３３  横長のスリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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