(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール（１）の側方に固定された基準物（２）に取り付けたレーザ発振器（３）から、レール（１）を挟んでレーザ発振器（３）と反対側に設けられた基準物（２）に向けてレーザ光（４）を出力し、そのレーザ光（４）をレール（１）を走行する車両に搭載された受光センサ（５）で受光し、受光センサ（５）から出力される発光体駆動信号に基づいて車両に搭載されたストロボ等の発光体（６）が発光し、その発光に基づいて、車両に搭載されたカメラ（７）によりレール（１）に取り付けられた識別体（８）が撮影され、その画面における識別体（８）の画像位置からレール変動量を測定することを特徴とするレール変動量測定方法。
【請求項２】
請求項１記載のレール変動量測定方法において、レール（１）の両側方に固定された基準物（２）間に水糸に代わる基準被写体（５０）を設け、一方の基準物（２）に取り付けたレーザ発振器（３）から出力されるレーザ光（４）を、レール（１）を走行する車両に搭載された受光センサ（５）で受光し、受光センサ（５）から出力される発光体駆動信号に基づいて、車両に搭載された発光体（６）を発光させ、その発光に基づいて車両に搭載されたカメラ（７）により、前記基準被写体（５０）と識別体（８）とを同一画面に撮影し、撮影画面における基準被写体（５０）と識別体（８）との位置関係からレール変動量を測定することを特徴とするレール変動量測定方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のレール変動量測定方法において、識別体（８）が撮影された画面にレーザ光（４）の位置に対応する基準位置を表示し、レーザ光（４）の位置に対応する基準位置と識別体（８）との位置関係からレール変動量を測定することを特徴とするレール変動量測定方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレール変動量測定方法において、レーザ発振器（３）は、レール（１）を走行してくる車両に搭載された送信機（９）から送信される始動信号によりレーザ光（４）を出力することを特徴とするレール変動量測定方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレール変動量測定方法において、車両に搭載された温度センサ（１１）により識別体（８）付近のレール温度を測定し、それに基づいてレール変動量を計測することを特徴とするレール変動量測定方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のレール変動量測定方法において、車両に搭載された移動距離測定器（１２）により車両の移動距離をも測定し、それに基づいて基準物（２）の位置を算出することを特徴とするレール変動量測定方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のレール変動量測定方法において、カメラ（７）にＣＣＤカメラを使用し、そのカメラ（７）のシャッタは発光体（６）の駆動信号に同期して開き、発光体（６）が一瞬発光し、識別体（８）をＣＣＤカメラに撮影した直後に閉じるようにしたことを特徴とするレール変動量測定方法。
【請求項８】
レール（１）の近くに固定した基準物（２）に取り付けたレーザ発振器（３）と、レーザ発振器（３）から出力されるレーザ光（４）を受光する受光センサ（５）と、レーザ光（４）を受光した受光センサ（５）からの出力に基づいて発光するストロボ等の発光体（６）と、発光体（６）の発光に基づいてレール（１）に設けられた識別体（８）を撮影するカメラ（７）と、画面における識別体（８）の画像位置からレール変動量を算出する画像処理部（１０）と、レーザ発振器（３）を発光させるための信号を送信する送信機（９）を備え、前記受光センサ（５）、発光体（６）、カメラ（７）、送信機（９）、画像処理部（１０）はレール（１）を走行する車両に搭載されたことを特徴とするレール変動量測定装置。
【請求項９】
請求項８記載のレール変動量測定装置において、レール（１）の両側方に固定された基準物（２）に水糸に代わる基準被写体（５０）を設け、基準被写体（５０）はカメラ（７）によりレール（１）の識別体（８）と共に撮影される様に、一方の基準物（２）から他方の基準物（２）に向けてレール（１）側に突出していることを特徴とするレール変動量測定装置。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９記載のレール変動量測定装置において、レール（１）を走行する車両に識別体（８）付近のレール温度を測定する温度センサ（１１）をも搭載したことを特徴とするレール変動量測定装置。
【請求項１１】
請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載のレール変動量測定装置において、レール（１）を走行する車両にその移動距離を検出する移動距離測定器（１２）をも備えたことを特徴とするレール変動量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外気温度の変化に伴って伸縮する鉄道用レール（通常の長さの定尺レール及びロングレール（通常２００ｍ以上）を含む）の伸縮量と、レール全体の移動量（ふく進量）を自動的に測定可能な方法と、その測定装置に関するものであり、それら測定を営業車両とか測定専用車両の走行中に行うことができるようにしたものである。また、レール温度をも測定して前記伸縮量、ふく進量の測定精度を高めたり、営業車両や測定専用車両の移動距離を計測してレールの測定位置をも把握できるようにもしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道用のレールは温度変化により伸縮する。その伸縮はレール両端部で発生するがレール中央部では発生しない。図１２の様に、レール両端部は可動区間、中央部は不動区間と呼ばれている。不動区間は本来は温度変化ではレールの伸縮も移動も発生しないはずであるが、車両の推進力や制動力、或は衝撃とか他の物理的原因により移動する場合がある。レール全体の移動は「ふく進」と称され、その移動量は「ふく進量」と称されている。
【０００３】
図１２に示す様に、ロングレールＡは長手方向一端に受レールＢが、他端にトングレールＣが溶接されている。ロングレールＡの両端では１年間で１００ｍｍ前後の伸縮が発生するので、ロングレールＡの両端と他のレール（ロングレール又は定尺レール）との継目を、図１２の様な伸縮構造としてレール両端の伸縮を吸収し、車両の走行に支障が及ばないようにしてある。図１２の伸縮継目は受レールＢに他のレールＡのトングレールＣを配置した構造となっている。
【０００４】
しかし、伸縮継目で異常伸縮が発生すると軌間拡大や軌間縮小が発生したり、不動区間に軸圧が付加されてレールの張り出し（座屈）が発生し、伸縮継目や座屈箇所で乗り心地が悪くなったり、脱線したりする虞れがある。それらを予防するために鉄道各社では前記伸縮量を定期的に測定してレール管理を行っている。また、ふく進量が一定量を超えるとレールが座屈変形して車両が脱線することがあるため、不動区間におけるふく進量も定期的に測定してレール管理を行っている。
【０００５】
ロングレールＡの受レールＢの伸縮量（変動量）の測定は、従来は次のように行なわれていた。図１２の様にトングレールＣの先端部Ｈの両外側対向位置に基準杭Ｅを固定し、夫々の基準杭Ｅの上面に水糸掛止具Ｆを取付け、受レールＢに目印Ｉを表示し、レール敷設時に水糸掛止具Ｆと目印Ｉを同一線上に配置しておく。測定に当っては、作業員が現場に赴いて、手作業により２本の基準杭Ｅの水糸掛止具Ｆ間に水糸Ｇを張り、この水糸Ｇに対する受レールＢの目印Ｉのズレ量を定規等で測定して、受レールＢの変動量を測定していた。通常、この測定はｍｍ単位で行われている。
【０００６】
ロングレールＡのトングレールＣの変動量の測定は、従来は前記と同様にトングレールＣの先端の両外側対向位置に基準杭を固定し、レール敷設時にその先端位置と基準杭の水糸掛止具とを同一線上に配置しておく。測定に当っては作業員が現場に赴いて、手作業により２本の基準杭の水糸掛止具間に水糸を張り、この水糸に対するトングレールＣの先端位置のズレ量を定規等で測定して、トングレールＣの変動量を測定していた。通常、この測定もｍｍ単位で行われている。
【０００７】
ロングレールＡの不動区間に関しては、伸縮継目から中央へ１５０ｍの地点と中央部のふく進量を測定している。この場合も図１２の様にロングレールＡに目印Ｒを表示し、この目印Ｒの両外側対向位置に二本の基準杭Ｍを固定し、その上面に水糸掛止具Ｎを取付け、レール敷設時に水糸掛止具Ｎと目印Ｒとを同一線上に配置しておく。ふく進量の測定に当っては、作業員が現場に赴いて、対向する水糸掛止具Ｎ間に水糸Ｏを張り、その水糸ＯとロングレールＡの目印Ｒとのズレ量を定規等で測定して行っていた。この測定をロングレールＡに定められている夫々の目印について行う。この計測値には温度変化によるレールの変動量が含まれる。しかし、ふく進量は温度変化以外の原因に基づく変動量であるため、ふく進量を正確に求めるためには、測定された変動量から温度変化に起因する変動量を除去しなければならない。このため前記計測はレール敷設時のレール温度と同じ条件下で行うか、異なる温度下で計測する場合は計測値を予め求められているレール敷設時のレール温度（基準となるレール温度）時の値に換算してふく進量とする。
【０００８】
前記いずれの変動量測定においても、得られたデータは過去の測定データと比較され、変動量が許容範囲を越えるとレールに安全対策が行われていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記の変動量測定には次のような課題があった。
１．レールの長手方向に、一定間隔毎に計測するため、一つの線区間だけでも測定箇所の数が膨大になる。しかも測定周期が２〜３ケ月に１回と短く、更には水糸を張るのに二人の作業員が必要であり、その他に定規での計測に一人が必要であるため、少なくとも三人の作業員が必要となる。場合によっては走行車両を監視する監視要員も必要となるため測定作業に多くの人手と時間がかかり、１日で１０ｋｍ程度の距離しか計測できず、作業能率が悪く、迅速な安全対策を行うことができない。
２．多くの作業員を必要とし、作業能率も悪いため、経費増の要因となる。
３．計測精度はｍｍ単位で要求されるが、２本の基準杭間に張った水糸が風で揺れたり、雨で濡れたり、読み取り誤差や手書きによる記入ミス等により測定誤差が生じ易い。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的はレール上を走行する車両（例えば営業列車や測定専用列車、測定用トロッコ等）内で、自動的にレール変動量を測定して、レールを適正に管理できるようにすることにある。
【００１１】
本件発明の第１のレール変動量測定方法は、レール１の側方に固定された基準物２に取り付けたレーザ発振器３から、レール１を挟んでレーザ発振器３と反対側に設けられた基準物２に向けてレーザ光４を出力し、そのレーザ光４をレール１を走行する車両に搭載された受光センサ５で受光し、受光センサ５から出力される発光体駆動信号に基づいて車両に搭載されたストロボ等の発光体６が発光し、その発光に基づいて、車両に搭載されたカメラ７によりレール１に取り付けられた識別体８が撮影され、その画面における識別体８の画像位置からレール変動量を測定する方法である。
【００１２】
本件発明の第２のレール変動量測定方法は、前記第１のレール変動量測定方法において、レール１の両側方に固定された基準物２間に水糸に代わる基準被写体５０を設け、一方の基準物２に取り付けたレーザ発振器３から出力されるレーザ光４を、レール１を走行する車両に搭載された受光センサ５で受光し、受光センサ５から出力される発光体駆動信号に基づいて、車両に搭載された発光体６を発光させ、その発光に基づいて車両に搭載されたカメラ７により、前記基準被写体５０と識別体８とを同一画面に撮影し、撮影画面における基準被写体５０と識別体８との位置関係からレール変動量を測定する方法である。
【００１３】
本件発明の第３のレール変動量測定方法は、前記第１又は第２のレール変動量測定方法において、識別体８が撮影された画面にレーザ光４の位置に対応する基準位置を表示し、レーザ光４の位置に対応する基準位置と識別体８との位置関係からレール変動量を測定する方法である。
【００１４】
本件発明の第４のレール変動量測定方法は、前記第１乃至第３のいずれかに記載のレール変動量測定方法において、レーザ発振器３は、レール１を走行してくる車両に搭載された送信機９から送信される始動信号によりレーザ光４を出力する方法である。
【００１５】
本件発明の第５のレール変動量測定方法は、前記第１乃至第４のいずれかに記載のレール変動量測定方法において、車両に搭載された温度センサ１１により識別体８付近のレール温度を測定し、それに基づいてレール変動量を計測する方法である。
【００１６】
本件発明の第６のレール変動量測定方法は、前記第１乃至第５のいずれかに記載のレール変動量測定方法において、車両に搭載された移動距離測定器１２により車両の移動距離をも測定し、それに基づいて基準物２の位置を算出する方法である。
【００１７】
本件発明の第７のレール変動量測定方法は、前記第１乃至第６のいずれかに記載のレール変動量測定方法において、カメラ７にＣＣＤカメラを使用し、そのカメラ７のシャッタは発光体６の駆動信号に同期して開き、発光体６が一瞬発光し、識別体８をＣＣＤカメラに撮影した直後に閉じるようにした方法である。
【００１８】
本件発明の第１のレール変動量測定装置は、レール１の近くに固定した基準物２に取り付けたレーザ発振器３と、レーザ発振器３から出力されるレーザ光４を受光する受光センサ５と、レーザ光４を受光した受光センサ５からの出力に基づいて発光するストロボ等の発光体６と、発光体６の発光に基づいてレール１に設けられた識別体８を撮影するカメラ７と、画面における識別体８の画像位置からレール変動量を算出する画像処理部１０と、レーザ発振器３を発光させるための信号を送信する送信機９を備え、前記受光センサ５、発光体６、カメラ７、送信機９、画像処理部１０はレール１を走行する車両に搭載された装置である。
【００１９】
本件発明の第２のレール変動量測定装置は、前記第１のレール変動量測定装置において、レール１の両側方に固定された基準物２に水糸に代わる基準被写体５０を設け、基準被写体５０はカメラ７によりレール１の識別体８と共に撮影される様に、一方の基準物２から他方の基準物２に向けてレール１側に突出している装置である。
【００２０】
本件発明の第３のレール変動量測定装置は、前記第１又は第２のレール変動量測定装置において、レール１を走行する車両に識別体８付近のレール温度を測定する温度センサ１１をも搭載した装置である。
【００２１】
本件発明の第４のレール変動量測定装置は、前記第１乃至第３のレール変動量測定装置において、レール１を走行する車両にその移動距離を検出する移動距離測定器１２をも備えた装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（レール変動量測定装置の実施形態）
本発明のレール変動量測定方法の説明に先立って、それに使用されるレール変動量測定装置の実施形態を以下に説明する。以下の説明ではロングレール、定尺レール、他の長さのレールといった、あらゆる長さのレールを単にレールと記す。
【００２３】
図１の左右のレール１は道床５２に敷設され、夫々のレール１は図１２の様に、その軸方向一端に受レールが、他端にトングレールが溶接されている。夫々のレール１には識別体８が外側に突出するように取付けられている。識別体８はレール１の長手方向に間隔をあけて設けてある。図１の識別体８は小片に反射剤を塗布してある。小片の材質はレール１と同じであってもよく、異なるものであってもよい。識別体８の形状、取付け位置、取付け方法、材質等は種々考えられる。識別体８は耐候性を有する樹脂板や鋼板等に反射剤を塗布したものとか、反射テープを貼付けたもの、或は反射材で作った板等々とすることができる。識別体８はレール１の側面に溶接、接着剤、磁石といった任意の取り付け手段で取り付けることができる。この識別体８は左右のレール１の両外側に固定してある基準物（基準杭）２の間に張った水糸線上に表示したり、取付けたりして形成する。
【００２４】
左右のレール１の外側で、レール１を挟んだ対向位置に２本の基準物２が固定されている。基準物２には従来からの基準杭とか、新たに設置した他の物が使用される。基準物２はレール１に取り付けられた識別体８よりも外側に設置してある。基準物２の形状、材質、寸法等は種々考えられる。一例として図１に示す基準物２は基準杭であり、左右のレール１の外側に固定してある。基準物２は前記識別体８を結んだ線からレールの長手方向に少し（数ｃｍ程度）離れた位置に固定することもできる。
【００２５】
図１の様に基準物２の上端面にはレーザ発振装置３０が取り付けられている。
図３の様に、レーザ発振装置３０はレーザ発振器３、太陽電池３１、受信アンテナ３２、無線スイッチ３３、充電用の電池３４を備えている。レーザ発振器３から出力されるレーザ光４は、図１の様に、レール１を挟んだ対向位置に固定されている他方の基準物２の遮光板１５に向けて照射されて、左右の基準物２を結ぶ線上に位置し、従来の水糸の機能を果たすようにしてある。前記の受信アンテナ３２は列車に搭載されている送信機９（図１）から送信される信号を受信するものであり、信号が受信されると無線スイッチ３３（図３）が短絡し、電池３４からレーザ発振器３に電源が供給されて、レーザ発振器３からレーザ光が出力されるようにしてある。
【００２６】
図１のレール１の上を走行する車両には受光センサ５、閃光を発することができる発光体６、カメラ７、画像処理部１０が搭載されている。受光センサ５はレーザ光４を検知するものであり、発光体６はレーザ光４を受光した受光センサ５から出力される発光体駆動信号に基づいて発光し、カメラ７は発光体６が発光するとレール１に設けられた識別体８を図６（ａ）〜（ｄ）の様に画面上に撮影するものである。図６（ａ）〜（ｄ）にはレーザ光の位置を仮想線４で表示してある。発光体６には例えばストロボが適するが、ストロボと同様に瞬時に閃光を発することができるものであれば他のものを使用することもできる。
【００２７】
画像処理部１０はカメラ７で撮影された画面中の識別体８の画像位置からレール変動量を算出するためのものであり、それにはパソコンを使用することができる。カメラ７にはＣＣＤカメラが適する。ＣＣＤカメラはズーム、フォーカス、アイリスを調整可能なものとか、固定のものを使用することができる。調整可能な場合は図４のカメラコントローラ１６においてそれらの操作が行われるようにしてある。ＣＣＤカメラは発光体６が発光駆動信号（ストロボ駆動信号：図７ａ）に同期してシャッタが開き、ＣＣＤカメラが撮影終了した直後に閉じるようにしておき、発光体６が発光した時に識別体８を鮮明に撮影できるようにしてある。ＣＣＤカメラの画素数は必要に応じて適するものを使用する。図２の様にカメラ７とストロボ６は車両の幅方向（枕木の長手方向）に離して並べてあるが、両者は車両の前後方向（レールの長手方向）に離して並べることもできる。
【００２８】
図１では左右のレールを測定する場合であるため、受光センサ５、発光体６、カメラ７を夫々のレール用に二セット使用しているが、いずれか一方のレールを測定する場合は受光センサ５、発光体６、カメラ７は一セットあればよい。
【００２９】
前記車両にはレーザ発振器３に信号を送信してこれを発光させるための送信機９（図１）も搭載されている。また、識別体８付近のレール温度を測定する温度センサ１１（図１）、車両の移動距離を検出する移動距離測定器１２（図１）、その他の必要な機器が搭載されている。
【００３０】
前記の温度センサ１１には識別体８付近のレール温度を非接触で測定できるものが好ましく、一例としては非接触式の赤外線放射温度計が適する。
【００３１】
前記の移動距離測定器１２には例えばロータリーエンコーダが適する。ロータリーエンコーダの代わりにドップラセンサとか、走行距離を計測できる他のセンサを使用することもできる。ロータリーエンコーダの場合は図１（ｂ）の様にスリット付きの回転板１３を車両の車軸１４に取付けて、当該回転板１３が車軸１４と共に回転するようにし、車両に搭載されている光発生器４１から常時発光している光（例えばレーザ光）が回転板１３のスリットを通過してパルス状になり、その光が受光センサ４２で受光されて信号処理され、移動距離に比例した一定距離間隔のパルス信号が出力され、そのパルス数がコントローラ２０（図１、図４）のカウンタ４３でカウントされて、車両の走行距離が計測されるようにする。レーザドップラセンサの場合はそれが車両に搭載され、同センサから発生されるレーザ光がレール又は車両の車輪に照射され、その反射光が受光されて信号処理が行われて、移動距離に比例した一定距離間隔のパルス信号が出力され、そのパルス数がカウントされて、車両の走行距離が計測されるようにする。
【００３２】
受光センサ５、発光体（ストロボライト）６、カメラ７、画像処理部１０等の電源や制御回路等は図４の様にコントローラ２０に内蔵されている。図４のコントローラ２０にはカメラ用の電源２２、画像メモリ２３、カメラコントローラ１６、温度センサ用の電源コントローラ２５、移動距離測定器用の電源２６、受光センサ用の電源コントローラ２７、波形整形回路２８、制御回路２９、入出力回路Ｉ／Ｏ、アナログ／デジタル変換回路Ａ／Ｄ、カウンタ４３等が備えられ、電源や電源コントローラにはＡＣ１００Ｖの電源が供給されるようにしてある。発光体６の電源４４は大型化するためコントローラ２０の外に設けて、ＡＣ１００Ｖ電源から直接供給されるようにしてある。
【００３３】
図４の画像メモリ２３からの出力は画像処理部１０に入力されて処理される。また、温度センサ１１からの出力はＡ／Ｄに、移動距離測定器１２からの出力はカウンタ４３に、制御回路２９からの出力はＩ／Ｏに夫々入力されてから画像処理部１０に入力されるようにしてある。
【００３４】
本発明では図１１（ａ）に示す様に、レール１の両側方にレールに添って所定間隔で配置固定されている全ての基準物（例えば基準杭）２間に水糸に代わる基準被写体５０を設けることもできる。基準被写体５０は一方の基準物２に取り付けて、他方の基準物２に向けてレール１側に突出させることにより、車両に搭載されているカメラ７によってレール１の識別体８と共に撮影される様にしてある。基準被写体５０はレール１の両外側の基準物２のうち、いずれか一方の基準物２にのみ取り付けることもできる。
【００３５】
前記の様に、基準被写体５０を設けた場合は、一方の基準物２に取り付けたレーザ発振器３から出力されるレーザ光４をレール１を走行する車両に搭載された受光センサ５で受光し、レーザ光４を受光した受光センサ５から出力される発光体駆動信号に基づいて、車両に搭載されたストロボ等の発光体６を発光させ、その発光に基づいて車両に搭載されたカメラ７により前記基準被写体５０と識別体８とを図１１（ｂ）のように同一画面に撮影し、その撮影画面における基準被写体５０と識別体８との位置関係からレール変動量を測定することができる。
【００３６】
（変動量測定方法の実施形態１）
前記したレール変動量測定装置によりレールの可動区間（伸縮区間）の変動量を測定するには、例えば次のようにする。説明の便宜上、左右いずれか一方のレールの変動量を測定する場合について説明するが、左右両方のレールについて測定をすることもできる。また、発光体６にストロボを使用し、カメラ７にＣＣＤカメラを使用した場合を例として説明をする。また、本発明のレール変動量測定方法の実施に先立って、識別体８がモニタされる画面にレーザ光４の位置を表示しておく。このレーザ光４の位置は従来の水糸の位置に相当するものであり、次のようにして画面に表示しておく。
【００３７】
レール１の両側方に固定された基準物２間に水糸を張って、それと識別体８との距離を手動測定し、その位置関係から水糸の位置をレーザ位置として測定画面に表示しておく。これとは別に水糸に代わる仮設被写体を設け、一方の基準物２に取り付けたレーザ発振器３から出力されるレーザ光４をレール１を走行する車両に搭載された受光センサ５で受光し、レーザ光４を受光した受光センサ５から出力される発光体駆動信号に基づいて、車両に搭載された発光体（ストロボ）６を発光させ、その発光に基づいて車両に搭載されたカメラ７により、前記仮設被写体と識別体８とを同一画面に撮影し、その撮影画面における仮設被写体の位置をレーザ光４に対応する基準位置として画面に表示しておくこともできる。その後に、本発明のレール変動量測定方法によってレール変動量を測定する。この場合、前記車両に搭載されている設備を利用して、次のようにしてレールの可動区間の変動量を測定する。
【００３８】
（１）図１のレール１上を走行する列車が基準物２に近付いたら（約３０ｍ以内）、その列車の先頭車両に搭載されている送信機９から発射されている電波を受信してレーザ発振器（レーザポインタ）３を駆動させ、それからレーザ光４が出力する。発光時間は約３０秒とし、車両が通過後は発光が停止する。
（２）受光センサ５がレーザ光４を受光した瞬間（受光センサ５がレーザ光４をよぎった瞬間）に受光センサ５から発光体駆動信号が出力され、それにより発光体（ストロボ）６が発光する。受光センサ５がレーザ光４を受光してからストロボ６が発光するまでの時間は約３μｓ、ストロボ６の発光時間は約４μｓである。
（３）ストロボ６の発光中に、カメラ（ＣＣＤカメラ）７により図５、図６の様に識別体８が画面上に撮影される。ＣＣＤカメラ７から出力される画像データは図４の画像メモリ２３に取り込まれ、同時に温度センサ１１の出力がＡ／Ｄを通して画像処理部（パソコン）１０に取り込まれ、移動距離計測器１２のデータがカウンタ４３を通して画像処理部１０に取り込まれる。
（４）画像メモリ２３に取り込まれた画像データは、制御回路２９の制御信号によって画像処理部１０の内部メモリ（例えばＨＤＤ）に格納され、画像処理部１０で画像処理される。
（５）レール１に「ふく進量」や「ストローク量」が発生していると、画面上の識別体８の画像位置がレーザ光４の位置からずれる。その位置ずれを画像処理部１０において、同画像処理部１０に取り込まれた温度データに基づいて補正し、画面上の「ふく進量」や「ストローク量」を測定する。この測定値は実際に発生したレール１のふく進量とストローク量に換算される。
（６）ＣＣＤカメラ７、受光センサ５の取り付け位置ずれは、実際に水糸を張って、水糸と識別体との間隔を手作業で測定したデータに基づいてキャリブレーション（校正）を行う必要がある。
（７）移動距離測定器１２から得られるキロ程情報（列車の走行距離）に基づいて画面上の識別体８がレール１の長手方向どの位置にあるかも算出する。
（８）算出されたふく進量、ストローク量、レール温度、キロ程は、例えば図９の様なフォームの帳票に表示することができる。図９の帳票中のＬ１ 、Ｌ２ は図１０における受けレールの伸縮量Ｌ１ 、トングレールの伸縮量Ｌ２ である。
【００３９】
トングレールはその先端を識別体として判別することになるが、図８（ａ）の様に伸縮継目部分のトングレール先端１ａは細いため画像上で判別するのが困難である。そこで、この実施形態では図８（ｂ）の様に、トングレール先端部１ａのベース部分に識別体８を取り付け、その識別体８を撮影し、その画像位置に基づいてトングレールのストローク量を測定するようにしてある。
【００４０】
前記測定を図７のタイムチャートで説明すると次のようになる。
（１）図１の受光センサ５がレーザ光４を受光すると、受光センサ５から発光体駆動信号（ストロボ駆動信号）ａ（図７）が出力される。これに同期してＣＣＤカメラのシャッタが開く。
（２）発光体駆動信号ａに基づいてストロボ６が発光し、発光信号ｂ（図７）が出力される。ストロボ６の発光中に、カメラシャッタ開閉信号ｇ（図７）によりカメラ（ＣＣＤカメラ）７のシャッターが開かれ、識別体８が画面に撮影される（図６）。カメラシャッタ開閉信号ｇはＣＣＤカメラについているシャッタを外部からコントロールする信号であり、発光信号（図７ｂ）と同タイミングでシャッタを開にして約１００μｓ開き、その直後にシャッタを閉じるようにするものである。この閉により外部光が遮断され、撮影直後にカメラへの太陽光の入射が遮断される。ＣＣＤカメラは発光信号（図７ｂ）に同期して垂直同期できる様になっている。また、画像メモリ書き込み終了信号（図７ｆ）の終了と同時にＣＣＤ素子にチャージされている画像をクリアして次の撮影に備える。
（３）発光信号ｂに基づいて、画像メモリトリガ信号ｃ（図７）が出力され、それと同期して画像メモリ制御信号ｄ（図７）が得られる。画像メモリ制御信号ｄの立ち上がりによって、カメラの垂直同期信号が同期を取られ、カメラの映像信号が画像メモリ２３に取り込まれる。画像メモリ制御信号ｄのパルス幅はＣＣＤカメラの１フレーム分（図７の垂直同期信号ｅの一つ分）としてある。
（４）画像メモリ制御信号ｄに基づいて、ＣＣＤカメラ７で撮影された画像信号のうち１フレーム分が図４の画像メモリ２３にメモリされ、次に書き込まれるまで連続静止画面となる。
（５）画像メモリ制御信号ｄの立ち下がり時に、書込み終了信号ｆ（図７）が出力され、その書き込み終了信号によってＣＣＤカメラに蓄積されている画像データは消去される。書込み終了信号ｆから所定時間遅延してＩ／Ｏ取り込み信号ｈ（図７）を作り、それと同時に温度データが図４のＡ／Ｄに、キロ程データが図４のカウンタ４３に取り込まれるようにしてある。
【００４１】
前記測定では、カメラ７のシャッタがストロボ６の発光直前に開き、ストロボ６の発光直後（約１００μｓ後）に閉じるようにしてあるためシャッターが閉じることにより太陽光が遮断されて、カメラ７には瞬時にしか太陽光が入射しない。このためストロボ６の発光強度が太陽光強度よりも強くなり、太陽光の下でレール１及び識別体８が鮮明に撮影される。カメラ７のシャッタを開閉するには、例えば、図７ｇのカメラシャッタ開閉信号を使用することができる。このカメラシャッタ開閉信号ｇは図７のストロボ駆動信号ａの立ち上りで立ち上がるパルスであり、パルス幅が時間にして約１００μｓ程度のパルスである。
【００４２】
（変動量測定方法の実施形態２）
基準物２に基準被写体５０を取付けた場合は、次の様にしてレール変動量を測定する。基本的には前記測定方法の実施形態１、２と同様であり、異なるのはカメラによって、基準識別体５０とレール１の識別体８とを同時に撮影して図１１（ｂ）の様に同一画面に映し出し、画面上の識別体８と基準識別体５０との間の間隔（図１１ｂの間隔Ｘ）を測定してレール１のずれを求める。この場合、基準識別体５０がレールを挟んで対向する二つの基準物のうち、一方の基準物にしか取付けられていないときは、画面上にレーザ光４に相当する基準位置を表示し、それを他方の基準識別体５０の代りに使用することができる。このようにすればレールを挟んで対向する二つの基準物に基準識別体５０を取付ける必要がなく、基準識別体５０の取付け数が半分になるため、測定装置のコストが大幅に低減する。
【００４３】
（ふく進量測定方法の実施形態）
前記測定はレールの変動量（伸縮量）の測定であるが、この測定はレールのふく進量の計測にも応用することができる。レールのふく進量は温度条件がレール敷設時の温度、或は基準温度時のレールの変動量であるため、前記と同様にしてレールの不動区間の変動を求め、求められた変動量から温度変化に起因する変動量を除去したり、基準温度と異なる温度下で求められた変動量を、予め求められている基準温度時の値に換算してふく進量とすることができる。
【００４４】
（他の測定との併用）
本発明ではレールの変動量測定と同時にレール間の遊間測定やレール長測定を行うこともできる。その場合は車両に遊間測定装置やレール長測定装置を搭載して行う。遊間測定装置には各種のものを使用することができる。例えば本件発明者らが先に開発した特許第２０７３４０１号（特開平４−１１８５０５）、特許第２５１４４９９号（特開平５−７１９２９）や特開平７−３３２９３８号の遊間測定方法とかレール長測定方法を採用すると便利である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のレール変動量測定方法及び測定装置は次の様な効果がある。
（１）一方の基準物に取り付けたレーザ発振器から他方の基準物に向けて出力されるレーザ光を水糸の代替とし、それをトリガとして識別体を画面に取り込むため、列車が傾斜しても測定誤差が生ずることがなく、精度の高い測定が可能となる。
（２）識別体をカメラで撮影するため、識別体は撮影可能であれば小さいものでもよく、レールへの識別体の取付けや表示が容易になる。
（３）画像データをメモリできるため、必要な画面データを随時呼び出して識別体の様子を目視することができる。
（４）帳票をもメモリしておけば、画面データと共に帳票をも呼び出すことができる。また、帳票を呼び出すことによりその帳票に対応した画面データを呼び出すこともできる。
（５）過去のデータを蓄積することができるのでデータベース化することもできる。
（６）長尺レールの変動量及びふく進量だけでなく、定尺レールのそれらをも測定することができる。
（７）非接触式の測定であるため高速走行に対応可能であり、新幹線、在来線等の営業車両に測定装置を搭載して、営業車両の走行中に自動計測が可能となり、効率良く、高精度の計測を行うことができ、大幅な省力化、コストダウンが実現される。
（８）レール変動量の測定と同時に、識別体付近のレール温度をも測定するため、ふく進量を正確に算出することができる。
（９）レール変動量の測定と同時に、測定装置を搭載した車両の移動距離をも計測するため、どの位置の識別体を測定しているかを知ることもできる。
（１０）レールの変動量測定と遊間測定とを同時に行うこともできるので、両測定を別々に行う必要がなく、それらを測定する手間が省け、経費節減になる。
（１１）レールの変動量測定と同時にレール長の測定も行うことができるので、レール管理に必要なデータ数が豊富になり、レール管理に便利である。
（１２）カメラのシャッターをストロボ駆動信号に同期して約１００μｓ開き、その後に閉じる様にすることにより、太陽光の下でもレール及び識別体を鮮明に撮影することができ、正確な測定が可能となる。
（１３）レールを挟んで対向する二つの基準物のうち一方の基準物にしか基準識別体を取付けず、画面上に、レーザ光に相当する基準位置を表示して、それを他方の基準識別体の代りに使用すれば、基準識別体の取付け数が半分になるため測定装置のコストが大幅に低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のレール変動量測定方法の正面概要説明図、（ｂ）は車両の走行距離計測システムの説明図。
【図２】（ａ）は本発明のレール変動量測定方法におけるレールと車両搭載機器の関係を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のレール部分の側面図。
【図３】本発明のレール変動量測定方法におけるレーザ発信装置の一例を示すブロック説明図。
【図４】本発明のレール変動量測定方法における測定機器の関連説明図。
【図５】本発明のレール変動量測定方法における撮影箇所の平面説明図。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は本発明のレール変動量測定方法における撮影画像の説明図。
【図７】本発明のレール変動量測定方法のタイムチャートの図。
【図８】（ａ）はトングレールの平面説明図、（ｂ）はトングレールへの識別体取り付け状態を示す正面図。
【図９】本発明のレール変動量測定方法における帳票の一例を示す説明図。
【図１０】（ａ）はレールの伸縮量の説明図、（ｂ）はレールのふく進量の説明図。
【図１１】（ａ）はレールの外側の基準物に基準被写体を取り付けた状態の正面説明図、（ｂ）は識別体と基準被写体とを同時に撮影した撮影画面の一例を示す平面説明図。
【図１２】レールの伸縮区間と不動区間の説明図。
【符号の説明】
１  レール
２  基準物
３  レーザ発振器
４  レーザ光
５  受光センサ
６  発光体
７  カメラ
８  識別体
５０  基準被写体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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