(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に脚が設けられレールに沿って移動可能に前記レールに支持された所定の長さの直線移動機構と、前記脚の少なくとも１つに設けられこの直線移動機構を前記レールにクランプする第１のクランプ機構と、前記直線移動機構の移動台に固定されたセンサ支持部材と、このセンサ支持部材に取付けられ前記レール踏面の両側角部を測定中心としてそれぞれに前記レールの頭面に対してレール横断方向に測定光を照射する第１および第２の二次元変位センサとを備え、
前記第１のクランプ機構により前記レールに一時的に固定された前記直線移動機構において前記移動台を介して前記センサ支持部材を移動させて前記第１および第２の二次元変位センサにより前記レールの頭面を測定するレールの頭面形状測定装置。
【請求項２】
前記第１および第２の二次元変位センサは、それぞれ二次元レーザ変位センサであり、前記センサ支持部材は、前記第１および第２の二次元レーザ変位センサを前記レールの頭面に対して前記レール横断方向において断面Ｖ字型に配置する傾斜面を有している請求項１記載のレールの頭面形状測定装置。
【請求項３】
前記移動台は下向きに配置され、前記傾斜面は、前記直線移動機構の両側に沿って外に開く上向きのフレームとされ、前記センサ支持部材は、前記フレームが前記移動台に取付けられた移動枠である請求項２記載のレールの頭面形状測定装置。
【請求項４】
前記移動枠は、底辺が前記移動台に固定され前記直線移動機構が貫通する、前記直線移動機構の横断方向において倒立台形の断面形状を有し、前記倒立台形のそれぞれの斜辺に沿って前記第１および第２の二次元レーザ変位センサがそれぞれ取付けられている請求項３記載のレールの頭面形状測定装置。
【請求項５】
前記移動枠は、さらに前記センサ支持部材を前記レールにクランプして支持する第２のクランプ機構を有し、前記第２のクランプ機構により前記移動枠が移動した位置で前記レールに一時的に固定された前記移動枠を介して前記移動台を固定側として前記第１のクランプ機構の固定が解除された前記直線移動機構の本体側が前記レールに沿って移動可能に支持される請求項４記載のレールの頭面形状測定装置。
【請求項６】
前記第１および第２の二次元レーザ変位センサは携帯型のデータ処理装置に接続される請求項５記載のレールの頭面形状測定装置。
【請求項７】
両端に脚が設けられレールに沿って移動可能に所定の長さの直線移動機構を前記レールに支持し、前記脚の少なくとも１つに設けられた第１のクランプ機構により前記直線移動機構を前記レールにクランプし、前記直線移動機構の移動台に取付けられたセンサ支持部材を移動して前記センサ支持部材に取付けられた前記レール踏面の両側角部を測定中心としてそれぞれに前記レールの頭面に対してレール横断方向に測定光を照射する第１および第２の二次元変位センサにより前記レールの頭面の形状を測定するレールの頭面形状測定方法。
【請求項８】
前記第１および第２の二次元変位センサは、それぞれ二次元レーザ変位センサであって、前記センサ支持部材を前記レールにクランプして支持する第２のクランプ機構により前記センサ支持部材をこれが移動した位置で前記レールに一時的に固定し、前記第１のクランプ機構による前記直線移動機構の前記レールに対する固定を解除し、解除された前記直線移動機構の本体側を前記レールに固定された前記センサ支持部材を介して前記移動台をガイドとして前記レールに沿って移動する請求項７記載のレールの頭面形状測定方法。
【請求項９】
前記第１のクランプ機構と前記第２のクランプ機構とで交互に前記直線移動機構の本体側と前記センサ支持部材のいずれか一方を前記レールに一時的に固定し、固定されていないいずれか他方を前記レールに沿って移動させて前記第１および第２の二次元レーザ変位センサにより前記レールの頭面を順次測定する請求項８記載のレールの頭面形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レールの頭面形状測定装置および測定方法に関し、詳しくは、作業者の勘に頼らなくても高い精度でレールの頭面形状が効率的かつ連続的に測定でき、データ処理装置におけるデータ処理ロードが低減できるようなレールの頭面形状測定装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道レールの摩耗の度合いは、レールの踏面形状あるいは頭面形状を計測することで行われている。また、鉄道レールの踏面に凹凸があると騒音のもととなるので、この点からもレールの踏面形状あるいは頭面形状の計測が必要である。
レールの踏面等の測定は、現在のところ検測車あるいは牽引式の測定器などにより行われているが、高い精度が望めない上に測定時に線路閉鎖などが必要となり、測定場所や測定時間が限られることから、また、より精度の高い計測が必要となる場合などには、レール踏面あるいは頭面を個別に作業者（人手）によりレールに測定器を設置してレール頭面の測定が行われている。
そのための、レールの踏面形状あるいは頭面形状に対する各種の検測装置、検査装置、そして測定器が使用され、また開発されている。
この種のレール頭面の計測技術は、すでに公知になっている（特許文献１，２）。
【特許文献１】特開平１１−１５３４２４号公報
【特許文献２】特開２００３−２０７３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１，２に開示されるような従来の測定器は、機械的なトレーサをレール頭面に接触させるか、レーザ変位センサ（レーザ変位計）を用いて行われている。しかし、前者の機械的な測定器ではレールとトレーサとの接触状態が測定結果に大きな影響を与えるため、作業者によっては測定精度が落ちる問題がある。
一方、後者のレーザ変位センサによるものは、レールの頭面のうちその上面と側面とをそれぞれ個別の変位センサで測定して、測定結果をコンピュータで合成処理しなければならない。その関係で測定値に対するコンピュータでの処理ロードが大きくなることと、測定上重要となるレール上面と頭部側面との接続部分である、いわゆる踏面角部の測定精度が落ちる問題がある。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、作業者の勘に頼らなくても高い精度でレールの頭面形状が効率的かつ連続的に測定でき、データ処理装置におけるデータ処理ロードが低減できるレールの頭面形状測定装置および測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような目的を達成するためのこの発明のレールの頭面形状測定装置および測定方法の特徴は、両端に脚が設けられレールに沿って移動可能にレールに支持された所定の長さの直線移動機構と、脚の少なくとも１つに設けられこの直線移動機構をレールにクランプする第１のクランプ機構と、直線移動機構の移動台に固定されたセンサ支持部材と、このセンサ支持部材に取付けられレール踏面の両側角部を測定中心としてそれぞれにレールの頭面に対してレール横断方向に測定光を照射する第１および第２の二次元変位センサとを備えていて、
第１のクランプ機構によりレールに一時的に固定された直線移動機構において移動台を介してセンサ支持部材を移動させて第１および第２の二次元変位センサによりレールの頭面を測定するものである。
【発明の効果】
【０００５】
このようにこの発明にあっては、第１および第２の二次元変位センサをセンサ支持部材に取付けておき、センサ支持部材を直線移動機構の移動台に取付けてレール踏面の角部を測定中心とする測定光をそれぞれにレールの両側からレールの頭面に照射し、センサ支持部材を移動させてレール踏面の角部を測定中心として所定の基準位置からの変位を示す二次元測定信号を得る。
ここで、第１および第２の二次元変位センサから得られる所定の基準位置からの変位を示す二次元測定信号は、Ａ／Ｄ変換して２つの踏面位置の画像データとして得て、これらを直線として合成することで容易にレールの頭面の断面画像に編集することができる。
【０００６】
これにより、直線移動機構上でのセンサ支持部材の移動に応じてレールの頭面の断面映像を効率的かつ連続的に得ることができる。
しかも、レールの上面に沿って所定の長さで橋渡された直線移動機構の移動台をガイドとしてセンサ支持部材を移動させるので作業者の勘に頼らなくても高い精度でレール踏面の角部を中心とする測定信号を第１および第２の二次元変位センサから得られるので容易に画像生成をすることができる。
その結果、この発明は、作業者の勘に頼らなくても高い精度でレールの頭面形状が効率的かつ連続的に画像データとして得ることができ、データ処理装置におけるデータ処理ロードが低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、この発明によるレールの頭面形状測定装置を適用した測定原理の斜視説明図、図２は、移動枠の詳細説明図、図３（ａ）は、レールの頭面形状測定装置の側面説明図、図３（ｂ）はその平面説明図、図４は、レールの頭面形状測定装置と携帯用のデータ処理装置との接続状態を示すブロック図、図５は、二次元レーザ変位センサの測定光とレール頭面との関係の説明図、図６は、二次元レーザ変位センサによるレール頭面の測定波形の説明図、図７は、所定のピッチで測定された測定画像について説明図、そして図８は、レールの頭面形状測定装置を利用した測定方法の説明図である。
図１において、１０は、レールの頭面形状測定装置であって、１は、その直線移動機構である。直線移動機構１は、長手方向両側の端部に設けられた脚フレーム３，４を有し、脚フレーム３，４により両端で支持されたボールスクリュウ機構である。
直線移動機構１は、その直線移動機構本体２がレール１１の上面と所定の距離をもって、レール１１の上面に沿って所定の長さＬ、例えば、Ｌ＝１０００ｍｍで橋渡され、レール１１に対向するように下向きに俯せた形で設けられている。その結果、図示するように直線移動機構１の移動台２ａ（図２参照）は下側にある。
２は、スクリュウ２ｂ（図３（ａ）参照）を回転可能に固定した直線移動機構本体であって、脚フレーム３，４は、この直線移動機構本体２の両端に垂下して固定されたチャネルフレームで構成されている。
３ａ，４ａは、ローラであって、脚フレーム３，４のチャネルフレームの足部分内側に内装され、それぞれレール１１の上面１１ａに当接されている。また、チャネルフレームの足部分側面には頭部側面１１ｂを両側から挟む形でガイドローラ３ｂ，３ｃ，４ｂ，４ｃがそれぞれ設けられている。
ローラ３ａ，４ａがレール１１の上面１１ａに接して転がり、ガイドローラ３ｂ，３ｃとガイドローラ４ｂ，４ｃは、レールの頭部側面１１ｂに接して転がることで、直線移動機構本体２をレール１１に沿って移動可能にこれらがガイドする。
【０００８】
さらに、脚フレーム３，４には、チャネルフレームの足部分（下部先端側）正面において外側に向けて直線移動機構のクランパ（直線移動機構クランプ機構）５，６がそれぞれブラケット３ｄ，４ｄを介して取付けられている。
直線移動機構のクランパ５，６は、それぞれＬ字クランプ板５ａ，５ｂとＬ字クランプ板６ａ，６ｂ、そしてＤＣモータ５ｃ，６ｃとカム機構５ｄ，６ｄ（図３（ａ）参照）とからなる。
Ｌ字クランプ板５ａ，５ｂは、レール１１の上面１１ａと頭部側面１１ｂとを両側から挟むことで直線移動機構１をレール１１に一時的に固定（クランプ）する。Ｌ字クランプ板５ａ，５ｂは、カム機構５ｄを介してＤＣモータ５ｃの駆動により開閉駆動される。Ｌ字クランプ板６ａ，６ｂもＬ字クランプ板５ａ，５ｂと同様な構造のものであって、直線移動機構１をレール１１に一時的に固定（クランプ）するものであって、カム機構６ｄを介してＤＣモータ６ｃの駆動により開閉駆動される。
【０００９】
Ｌ字クランプ板５ａ，５ｂとＬ字クランプ板６ａ，６ｂとは、これらが閉じられたときにはそれぞれにレール１１の上面１１ａと頭部側面１１ｂとに接してレール１１の頭面を押圧して把持する。これにより直線移動機構本体２は、前後でレール１１に一時的に固定される。
カム機構５ｄ，６ｄは、回転を直線運動に変換してＬ字クランプ板をレール１１の頭面に対して進退させて開閉動作をするものであって、例えば、楕円溝とこれに係合する２本のカムフォロアピンとの組合わせで構成することができる。楕円溝が回転して２本のカムフォロアピンが長径に沿って配置されるとき、Ｌ字クランプ板５ａ，５ｂあるいはＬ字クランプ板６ａ，６ｂは、それぞれ相互の距離が開き、開放状態になる。このときＬ字クランプ板５ａ，５ｂあるいはＬ字クランプ板６ａ，６ｂは、レール１１の頭面から所定の距離離れて配置される。
一方、楕円溝が回転して２本のカムフォロアピンが短径に沿って配置されるとき、Ｌ字クランプ板５ａ，５ｂあるいはＬ字クランプ板６ａ，６ｂの相互の距離が狭くなり、Ｌ字クランプ板５ａ，５ｂあるいはＬ字クランプ板６ａ，６ｂは、レール１１の頭面を加圧して閉成状態となる。
このような回転によるＬ字クランプ板あるいはチャックを開閉する開閉機構は一般的であるので、特にその内部は図示しない。
【００１０】
７は、センサ支持の移動枠である。これは、直線移動機構１の移動台２ａに取付けられている。移動枠７は、図１と、図２の移動枠の詳細説明図に示すように、レール横断方向において断面倒立台形をしていて、倒立台形の下底７ａが直線移動機構１の上面に対応して直線移動機構１がこの倒立台形を貫通している。倒立台形の両斜辺７ｂ，７ｃに沿ってそれぞれ二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂが取付けられている。その取付角度は、測定光Ｌｓの走査の中心位置（測定中心）が垂直方向に対して２５°で、相互に対称になるように傾いている（図２，図５参照）。
これにより、二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂは、レール１１の頭面（上面１１ａ＋頭部側面１１ｂ）に対して断面Ｖ字型に配置され、測定光Ｌｓ（図２，図３（ａ）参照）がレール１１の頭面に照射される。
二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂは、三角測量式のレーザビームセンサであって、レール１１の頭面をレール横断方向に走査することによりＺ方向（高さ方向）における所定の基準位置から高さを計測する。
【００１１】
図２に示すように、移動枠７は、上底７ｄの内側が移動台２ａに固定されている。２ｄは、直線移動機構本体２の筐体であって、２ｅは、移動台２ａの移動をガイドするリニアガイドレールが埋め込まれたガイドフレームであり、移動台２ａのＶ突起側面がＶ溝のガイドレール２ｆに嵌合して両側から移動台２ａがスライド可能に支持されている。
なお、これらの間にはスライドベアリング等のスライド軸受あるいはスライド樹脂等が設けられてもよい。図ではそれらは省略してある。
この移動枠７には、上底７ｄの外側からレール１１側に脚フレーム７ｅが垂下されて設けられている。脚フレーム７ｅの足部にはブラケット７ｆを介して移動枠クランパ（移動枠クランプ機構）９が取付けられていて、移動枠クランパ９は、直線移動機構のクランパ５，６と同様に、レール１１の上面１１ａと頭部側面１１ｂとを両側から挟むＬ字クランプ板９ａ，９ｂ、そしてＤＣモータ９ｃとカム機構９ｄとからなり、Ｌ字クランプ板９ａ，９ｂがカム機構９ｄを介してＤＣモータ９ｃの駆動により開閉駆動される。
【００１２】
Ｌ字クランプ板９ａ，９ｂは、これらが閉成されたときにはそれぞれにレール１１の上面１１ａと頭部側面１１ｂとに接してレール１１の頭面を把持して移動枠７をＬ字クランプ板９ａ，９ｂを介してレール１１に一時的に固定支持させる。移動枠７がレール１１にクランプされると、移動台２ａはレール１１に固定になる。
Ｌ字クランプ板９ａ，９ｂの開放時には、Ｌ字クランプ板９ａ，９ｂとレール１１の頭面（上面１１ａ＋頭部側面１１ｂ）との間にクリアランスが確保されて移動枠７は直線移動機構１の移動台２ａを固定ガイドとして移動可能な状態になる。
図２の詳細説明図に示すように、移動枠７は、移動台２ａの移動に応じてスクリュウ２ｂ（図３（ａ）参照）に沿って直線移動する。その移動制御は、図４に示す携帯用のデータ処理装置２０によりモータ駆動回路９０（図４参照）を介して直線移動機構１のモータ２ｃ（図３（ａ），（ｂ）参照）を駆動することで行われる。
このときの送り速度は、例えば、２０ｍｍ／secである。直線移動機構１とデータ処理装置２０とは、さらにＰＣカードインタフェース１８ｂ（図４参照）を介してデジタル入出力関係で接続されている。
なお、直線移動機構１における移動枠７の移動位置のデータは、移動枠７に固定されたエンコーダ（図示せず）を介して得られる移動データによりデータ処理装置２０により管理されている。また、移動枠７がレール１１に固定されたときには、これを固定ガイドとしてガイドローラ３ａ，４ａと、ガイドローラ３ｂ，３ｃ、そしてガイドローラ４ｂ，４ｃの案内の下で直線移動機構本体２を移動することが可能になる。そこで、後述するように、直線移動機構本体２が移動したときにはこれの移動量もここではデータ処理装置２０により管理されている。
【００１３】
図３（ａ）は、レールの頭面形状測定装置の側面説明図、図３（ｂ）は、その平面説明図である。
図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、実際には、脚フレーム３，４は、直線移動機構本体２の幅より少し大きい幅を持った倒立したＬ字型のチャネルフレームで形成され、その倒立した足部分が直線移動機構本体２の表面に跨って当接されて直線移動機構本体２の端部に表面側でねじにて固定されている。これにより脚フレーム３，４を足としてこれらと一体となった直線移動機構本体２とにより直線移動機構１が構成されている。
脚フレーム３のレール１１側には、ローラ３ａがレール１１を横断する方向に橋渡されてチャンネルフレームに内装され、その側壁面に軸ピン１２が挿着されてこの軸ピン１２を介してＬ字のフレームに取付けられてローラ３ａが回転する。同様に脚フレーム４のレール１１側には、ローラ４ａがレール１１を横断する方向に橋渡されてチャンネルフレームに内装され、その側壁面に軸ピン１３が挿入されてこの軸ピン１３を介してＬ字のフレームに取付けられてローラ４ａが回転する。
【００１４】
脚フレーム３，４のレール１１に対応して起立する側壁面には直線移動機構のクランパ５，６が直線移動機構１から両外側に向けてそれぞれ設けられている。また、移動枠７の脚フレーム７ｅには移動枠クランパ９が取付けられている。
直線移動機構のクランパ５，６にはそれぞれＤＣモータ５ｃ，６ｃが設けられ、移動枠クランパ９にはＤＣモータ９ｃが設けられている。各ＤＣモータの先に結合されている５ｄ，６ｄ，９ｄのブロックがそれぞれカム機構である。
移動枠７の移動ストロークは、ここでは直線移動機構１の長さの半分の５００ｍｍの範囲にあって、図面右端にホームポジションＨＰが設定され、左側にはエンドポジションＥＰが設定され、移動枠７がこれらの間を移動する。ホームポジションＨＰとエンドポジションＥＰにはそれぞれ検出器が設置されあるいはエンコーダにより距離計測によりホームポジションＨＰとエンドポジションＥＰが検出される。
移動枠７に搭載された二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂの測定光Ｌｓは、図３（ａ）に示すようにレール１１の頭面に垂直に照射されて走査され、その反射光が二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂの受光部でそれぞれ受光される。
なお、図３（ａ），図３（ｂ）に示す直線移動機構本体２の前後に設けられた１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂは、頭面形状測定装置１０のレール設置用の取手である。
【００１５】
図４は、レールの頭面形状測定装置と携帯用のデータ処理装置との接続ブロック図であって、２０は、携帯型のデータ処理装置であって、いわゆるノート型のパーソナルコンピュータが使用される。データ処理装置２０は、レールの頭面形状測定装置１０とインタフェース回路・制御ブロック１８を介して接続されている。１９は、データ処理装置２０とレールの頭面形状測定装置１０とに電力を供給する電源装置であり、発動発電機１９ａとＤＣ電源１９ｂとを搭載している。
ここで、二次元レーザ変位センサ８（二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂを代表して）の内部にはコントローラとメモリとが内蔵されている。
二次元レーザ変位センサ８は、走査型投光系８１と二次元ＣＣＤ受光部８２、そしてコントロール回路８３、Ａ／Ｄ８４，そしてメモリ８５とで構成されている。
二次元ＣＣＤ受光部８２は、例えば、各画素位置が２分割された受光エリアをＸＹ方向（Ｘは走査方向，Ｙは高さＺ方向に応じた受光方向）に二次元配列して、２分割された受光エリアの信号が差動増幅回路等を介して変位信号を各画素位置対応に出力する。なお、受光素子としては、例えば、走査方向ＸとＺ方向に応じた受光方向とにそれぞれＰＳＤ（ポジショニングセンサ）が配置されて用いられてもよい。
【００１６】
コントロール回路８３は、二次元ＣＣＤ受光部８２による画素対応の２分割受光エリアの差の受光信号を差動増幅回路等から変位信号として受けてＡ／Ｄ８４により変位データに変換して画素位置対応にメモリ８５にデジタル値として記憶する。
メモリ８５の画素位置対応の変位データは、コントロール回路８３により読出されて、ＵＳＢインタフェースコントローラ１８ａに転送され、ＵＳＢインタフェースコントローラ１８ａを介してデータ処理装置２０にＵＳＢケーブルを経て送出される。
これとは別に移動枠７にヘッドが設けられ移動枠７の移動量を検出するリニアエンコーダ８６がＰＣカードインタフェース１８ｂを介してデジタルの入出力でデータ処理装置２０に接続されている。また、ＰＣカードインタフェース１８ｂを介してクランプ用のＤＣモータ５ｃ，６ｃ，９ｃのＤＣモータ駆動回路８７へ駆動信号が供給される。
さらに、データ処理装置２０と直線移動機構ドライブ回路１８ｃとがＲＳ２３２Ｃインタフェースを介して接続され、直線移動機構ドライブ回路１８ｃがモータ駆動回路８８を駆動してこれを介して直線移動機構１のモータ２ｃが駆動される。
なお、ＲＳ２３２Ｃインタフェースについては、ＵＳＢインタフェースコントローラを設けてＵＳＢインタフェースを介してデータ処理装置２０に接続するようにしてもよい。逆に、ＵＳＢインタフェースコントローラ１８ａは、ＲＳ２３２ＣインタフェースとしてＲＳ２３２Ｃインタフェースでデータ処理装置２０に接続されてもよい。
【００１７】
図４に示すように、データ処理装置２０は、ＭＰＵ２１とメモリ２２、そしてＨＤＤ２３等が設けられている。メモリ２２には、二値化処理プログラム２２ａ、輪郭スムージング処理プログラム２２ｂ、レール頭面画像合成処理プログラム２２ｃ、頭面形状測定制御プログラム２２ｄ等が設けられている。
図５は、この場合の二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂの測定光Ｌｓとレール１１の頭面との関係の説明図であって、二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂの測定光Ｌｓは、レール１１の頭面に対して断面Ｖ字型に配置になるように図２に示すように、移動枠７の傾斜面に取付けられている。
その測定光Ｌｓは、レール１１の頭面に対して図５に示すような関係になる。レール１１の中央に立てた垂線１７に対して二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂの測定光Ｌｓの中心線１７ａ，１７ｂがそれぞれ２５°の角度に設定される。これにより、レール１１の上面１１ａの両側角部１１ｃ，１１ｄを測定中心として測定光Ｌｓがレール１１の両側からそれぞれにレール１１の頭面（上面１１ａと頭部側面１１ｂ）に照射されてレール１１の頭面を走査する。
【００１８】
ＵＳＢインタフェースコントローラ１８ａを介してメモリ８５から読出される測定画像データ（画素位置対応の変位データ）は、データ処理装置２０で二値化処理され、輪郭スムージング処理がされて、図６（ａ）に示すようなレール頭面の断面映像の二値化画像にされる。図６（ａ）は、測定データに対応する画像の説明図であり、２４ａが二次元レーザ変位センサ８ａ側の測定信号から得られる画像、２４ｂが二次元レーザ変位センサ８ｂ側の測定信号から得られる画像である。図６（ｂ）は、各画像２４ａ，２４ｂを合成した合成画像２４の説明図である。
まず、二次元レーザ変位センサ８ａ，８ｂから得られた二次元変位データから二値化処理、輪郭スムージング処理をして図６（ａ）に示す２枚の画像２４ａ，２４ｂを垂直方向から搭載角度θ＝２５°傾斜したレール頭面の二値化測定画像として得る。そして、レール頭面画像合成処理プログラム２２ｃをＭＰＵ２１が実行して、図６（ａ）に示す画像２４ａ，２４ｂの画像データにおけるレール１１の上面１１ａの画像成分２５ａ，２５ｂが水平となるように、まず、２５°時計方向と反時計方向にそれぞれ回転させる。さらに、レール１１の上面１１ａの画像成分２５ａ，２５ｂの垂直方向の座標位置を一致させてこれら２枚の画像２４ａ，２４ｂを合成する。その結果として図６（ｂ）に示すレール頭面の合成画像２４を得ることができる。
【００１９】
ところで、ここでは、図６（ａ）に示す２枚の搭載角度θ＝２５°傾斜した測定画像は、１ｍｍピッチで多数採取される。その採取は、頭面形状測定制御プログラム２２ｄをＭＰＵ２１が実行して、移動枠７を１ｍｍピッチで移動させて各移動位置において取得した２枚の画像２４ａ，２４ｂをメモリ２２の作業領域に記憶してこれら測定画像を合成して図６（ｂ）の画像２４を得て、それを各移動位置に対応して１００枚の画像データについて１００ｍｍ単位で図７（ａ）に示すレール１１の頭面の３点ａ，ｂ，ｃが一致するようにデータ処理装置２０のＨＤＤ２３に記憶していく。
この場合に最後の１００枚目の画像と次の１００枚のうちの最初の１枚目との３点ａ，ｂ，ｃが一致するようにすることで多数の連続する画像をレール１１の頭面の画像として得ることができる。
なお、図７（ａ）に示すように３点ａ，ｂ，ｃは、レールが曲折する特徴点に採ることが好ましい。
その結果、図７（ｂ）のようなレール１１の頭面の三次元画像を得ることが可能になる。
【００２０】
図８は、レールの頭面形状測定装置を利用した測定方法の説明図である。
図８（ａ）に示すように、頭面形状測定制御プログラム２２ｄをＭＰＵ２１が実行して、まず、直線移動機構１をクランプしてレール１１に固定しておき、移動枠７のクランプを解除してホームポジションＨＰから左に移動枠７が所定のピッチ、例えば、１ｍｍピッチで移動して１ｍｍ移動ごとにレール１１の頭面の測定をしてホームポジションＨＰから５００ｍｍ移動してエンドポジションＥＰする（図８（ｂ）参照）。測定画像データが採取されると、図８（ｂ）のエンドポジションＥＰから移動枠７が１００ｍｍだけ後退して移動枠７がレール１１にクランプされて固定される（図８（ｃ）参照）。
次に、図８（ｃ）に示すように、レール１１に固定された直線移動機構１のクランプを解除してレール１１に固定された移動枠７をガイドとして直線移動機構本体側２を左に移動させて移動枠７を直線移動機構１のホームポジションＨＰに位置決めして直線移動機構１をレール１１にクランプする。
次に、図８（ａ）に示した位置から４００ｍｍ移動した位置をホームポジションＨＰとして、直線移動機構１をクランプしてレール１１に固定しておき、移動枠７のクランプを解除してホームポジションＨＰから左に移動枠７を所定のピッチ、例えば、１ｍｍピッチで移動して１ｍｍ移動ごとにレール１１の頭面の測定をして５００ｍｍ移動させる。
これにより１００ｍｍ分の測定画像を重ねて採取することが可能になる。
以上の動作を繰り返すことによりレール１１の頭面を順次測定してレール１１の頭面の測定画像を連続的に得てデータ処理装置２０にＨＤＤ２３に順次記憶していくことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
以上説明してきたが、実施例ではレール踏面の角部に対して２５°の角度で測定中心を設定して所定の基準位置からの変位を示す二次元測定信号を得ているが、このときの角度は２５°に限定されないことはもちろんである。
実施例では、二次元レーザ変位センサを使用しているが、これは、例えば、赤色ＬＥＤ等を使用した二次元変位センサ一般であってもよいことはもちろんである。
実施例では、直線移動機構をレールにクランプするクランプ機構が各脚に対応してそれぞれに設けられているが、クランプ機構はいずれか一方の脚にだけ設けられてもよい。
また、実施例では移動枠の移動をボールスクリュウ送り機構により行っているが、この発明の移動枠の移動あるいは直線移動機構本体２の移動は、ボールスクリュウ送り機構に限定されるものではない。
さらに、実施例では、ボールスクリュウ送り機構により移動枠を所定のピッチで自動送りするようにしているが、この発明は、作業員の手動により移動枠を移動させてもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、この発明によるレールの頭面形状測定装置を適用した測定原理の斜視説明図である。
【図２】図２は、移動枠の詳細説明図である。
【図３】図３（ａ）は、レールの頭面形状測定装置の側面説明図、図３（ｂ）はその平面説明図である。
【図４】図４は、レールの頭面形状測定装置と携帯用のデータ処理装置との接続状態を示すブロック図である。
【図５】図５は、二次元レーザ変位センサの測定光とレール頭面との関係の説明図である。
【図６】図６は、二次元レーザ変位センサによるレール頭面の測定波形の説明図であて、図６（ａ）は、測定データに対応する画像の説明図、図６（ｂ）はその合成画像の説明図である。
【図７】図７は、所定のピッチで測定された測定画像について説明図である。
【図８】図８は、レールの頭面形状測定装置を利用した測定方法の説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…直線移動機構、２…直線移動機構本体、
３，４，７ｅ…脚フレーム、３ａ，４ａ…ローラ、
３ｂ，３ｃ，４ｂ，４ｃ…ガイドローラ、
５，６…直線移動機構のクランパ（直線移動機構クランプ機構）、
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，９ａ，９ｂ…Ｌ字クランプ板、
５ｃ，６ｃ，９ｃ…ＤＣモータ、５ｄ，６ｄ，９ｄ…カム機構、
７…移動枠、８，８ａ，８ｂ…二次元レーザ変位センサ、
９…移動枠クランパ（移動枠クランプ機構）、
１０…レールの頭面形状測定装置、
１１…レール、１２，１３…軸ピン、
１８…インタフェース回路・制御ブロック、
１８ａ…ＵＳＢインタフェースコントローラ、
１８ｂ…ＰＣカードインタフェース、
１８ｃ…直線移動機構ドライブ回路、
１９…電源装置、１９ａ…発動発電機、１９ｂ…ＤＣ電源、
２０…携帯型のデータ処理装置、
８１…走査型投光系、８２…二次元ＣＣＤ受光部、
８３…コントロール回路、８４…Ａ／Ｄ、８５…メモリ。
【図１】
0005080356.tif 000002
【図２】
0005080356.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005080356.tif 000006
【図６】
0005080356.tif 000007
【図７】
0005080356.tif 000008
【図８】
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