JPH0285704A - 間隙測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｃａ業上の利用分野］ 本発明は、相対的に移動する２つの物体の一方の物体か
ら他方の物体にある間隙の幅を測定する間隙測定装置に
関し、特に、走行する鉄道車両から地上に敷設されたレ
ールの継目にある間隙の幅を測定する場合に好適な間隙
測定装置に関するものである。

［従来の技術］ 鉄道のレールは、温度に起因する伸縮に対応するため、
その継目には一定の幅の間隙を設けである。車両の安全
走行にとっては、この間隙の管理が非常に重要になり、
これを全数監視する必要があるが、従来は人間が間隙１
つ１つにすき間ゲージを当ててその幅を測定していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記のような従来の測定方法ては、間隙１つ１
つの測定に手間が掛かるとともに、１つの測定点から次
の測定点への移動にも時間が掛かり、多大な労力が必要
であるという問題点があった。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、走
行する車両からレールにある間隙を測定することのでき
る間隙測定装置、即ち、相対移動する物体から被験物体
にある間隙の幅を確実にかつ精度良く測定することが可
能な間隙測定装置を提供することを目的とするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ この発明では、被験物体（レール）にある間隙の幅を相
対的に移動する物体（車両）から測定する間隙測定装置
を、間隙を検出する間隙検出手段と、間隙検出手段から
の信号に基づいて間隙の画像を撮像する撮像手段と、撮
像手段によって得られた画像から間隙の幅を算出する演
算手段とで構成したことによって、上記の課題を達成し
ている。

また、測定装置を搭載した物体（車両）の振動による影
響を避けて正確に間隙を検出するためには、前記間隙検
出手段として、被験物体（レール）に光を照射する照射
光学系とその反射光を受光する受光光学系を備え、両光
学系の光軸を含む入射面を間隙の幅方向（相対移動の方
向）に対して垂直に配置することが好ましい。

さらに、画像のプレ量を低減し、より明確な画像を得る
ためには、前記間隙検出手段からの信号に基づいて発光
する閃光照明手段を備えるとともに、撮像手段に間隙検
出手段からの４８号に基づいて動作するシャッターを備
えることが望ましい。

［作　用］ この発明にかかる間隙測定装置は、被験物体に対して相
対的に移動する物体に搭載され、間隙検出手段によって
被験物体の間隙を検出しながら、その検出信号に基づい
て撮像手段が動作して間隙の画像を撮像する。このため
、被験物体の間隙がランダムに多数あり、かつ相対移動
速度が高速であるような場合でも、確実に全ての間隙を
撮像し、得られた画像から演算手段によって間（凍の幅
を算出することができる。

間隙の検出は、例えば、被験物体の表面と間隙とで光の
反射率が異ることを利用し、被験物体に光を照射してそ
の反射光を受光することによって行なうことができる。

この際、照射光学系と受光光学系の両光学系の光軸を含
む入射面を、相対移動の方向と垂直に配置すれば、測定
装置の高さが変化しても照射光束の位置は間隙の幅方向
に変化しないので、正確に間隙を検出することができ、
より適正なタイミングで撮像手段を動作させることがで
きる。

なお、被験物体の間隙は必ずしも空間である必要はなく
、被験物体の素材や色が所定の幅の領域だけ変化してで
きるような間隙であ）ても、上述したような間隙検出手
段によって同様に検出できることは言うまでもない。

また、撮像手段としては、例えばＣＣＤカメラのように
、検出手段からの信号を受けて任意の時間に動作開始可
能なものを用いることができるが、通常のシャッターの
動作時間よりさらに短い時間に瞬間的に強い光を照射で
きるストロボ等の閃光照明手段を用いることにより、こ
の閃光照明手段の発光時間に対応したプレ量の少ない静
止画像を得ることができ、より正確に間隙の幅を測定す
ることが可能となる。

上記の閃光照明手段と撮像手段のシャッターを併用すれ
ば、閃光照明手段の発光時間以外に撮像手段に入射する
光量を低減することができ、測定を屋外で行なうような
場合にも正確な測定がで参る。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は本発明の実施例の構成を示すブロック図であり
、間隙測定装置全体は、車輪８ａの回転を妨げないよう
に車両８の下部に搭載されている。

間隙検出手段１は、被験物体であるレール７のほぼ真上
に配置されており、レールの間隙を検出すると検出信号
を発生する。ストロボコントローラ４はこの検出信号を
受けて、レール７の上面を照明てきるように配置された
ストロボ光源２（閃光照明手段）を発光させる。

ストロボコントローラ４に送られたと同じ検出信号は撮
像手段コントローラ５にも送られ、レール７上面に対し
て合焦するように配置された撮像手段３は、撮像手段コ
ントローラ５に制御されて間隙の画像を撮像する。

撮像された画像の情報は、撮像手段コントローラ５を介
して演算手段６に送られ、演算手段６は画像情報に演算
を施すことにより、間隙の幅を算出する。

ここで、この実施例においては、間隙測定装置を搭載し
た車両８が高速走行する場合でもプレ量の少ない静止画
像が得られることについて説明する。

走行車両８の速度を１００　Ｋｍ／ｈと仮定し、この車
両から直下を撮影した時に、プレ量り月ｍｌ１１以下の
画像を得ようとすると、撮像手段３の撮像時面は３６μ
５ｅｃ（１／２８，０００５ｅｃ）以下である必要があ
る。

現在、一般的に市販されている撮像装置（例えばＣＣＤ
カメラ）のシャッター速度は１／１０，０００Ｓｅｃ程
度であり、車両８が高速走行する場合は、シャッターを
動作させるだけでは十分な静止画像を得ることができな
い。一方、ストロボ光源の発光時間は１０μ５ｅｃ（１
／１００，０００５ｅｃ）程度で、シャッターの動作時
間よりずっと短い。

そこで、本実施例では、撮像手段３の動作中（通常は１
フイールドｌ／６０５ｅｃ）に、ストロボ光源２を発光
させ、瞬時に強い光をレール間隙に照射する構成として
おり、これにより、ストロボ光源２の発光時間に対応し
たプレ量の少ない静止画像を得ている。本実施例によれ
ば、車両が１００８ｍ／ｈで高速走行する場合でもプレ
量は０．２〜０．３ｍｍ程度と非常に少なく、高い精度
でレールの間隙を測定することかできる。

なお、本実施例のように間隙測定が屋外で行なわれる場
合には、ストロボ光源２の発光時間外の撮像手段３の動
作中に、外界から撮像手段３に入る光量も無視できない
。このため、撮像手段３を配置した付近を遮光して太陽
光の影響を出来るだけ少なくすると共に、ｔｉ像手段３
に備えられているシャッターも併用することか望ましい
。

例えは、走査時間１／６０Ｓｅｃの撮像手段３を用い、
１／６００Ｓｅｃのシャッターを併用してシャッターが
開である間にストロボ光源２を発光させれば、シャッタ
ーを使用しない場合に比べて、外界からの光量の影響は
１／１０に押えることができる。

また、上述したストロボ光源２の発光タイミングについ
ては、レール７の間隙がランダムにあるため、予め発光
時刻を設定しておくことは困難であるが、本実施例では
間隙検出手段１からの信号に基づいてストロボ光源２を
発光させ、同時に撮像手段３によって間隙の画像を撮像
しているので、車両が高速走行する場合でも全ての間隙
を漏れなく撮像することができる。このため、撮像手段
としては、間隙の検出信号に基づいて任意時間に動作可
能なもの（例えばフレームトランスファ一方式のＣＣＤ
カメラ）を用いる必要がある。

もし、ストロボ光源２の発光タイミングの調整を検出信
号に基づいて行なわないとすると、速度１００に＋ａ／
ｈで高速走行する車両８は撮像手段３の１走査時間（１
／６０５ｅｃ）に４８０１１１１１１移動するので、例
えば画像の十分な空間分解能を得るために撮像手段３の
視野を２００ｍｍ程度に制限駿た場合には、撮像手段３
を連続的に動作させ走査開始毎にストロボ光源２を発光
させたとしても、撮像されない間隙がでてしまう。

撮像手段３における画像の取り込み方法を第３図、第４
図、第５図で説明する。上述したように走行車両８の速
度と撮像手段３の走査時間について考慮する必要がある
。レール７の画像７゛を取り込むには、例えば第３図に
示されるように２次元センサ９を用いることかできるが
、２次元センサ９の代りに第４図のように１次元センサ
１０を用いれば、撮像手段３の走査時間は数百分の１に
なる。

従って、１次元センサを用いて画像を取り込む場合には
、第２図に示される実施例のようにストロボ光源を用い
ないで間隙測定装置を構成することが可能になる。第２
図において、レール７、車両８と間隙測定装置の位置関
係は第１図の実施例と同様であるが、間隙検出手段１か
らの検出信号は、撮像手段］ントローラ５にだけ送られ
る。撮像手段３は撮像手段］ントローラ５からの信号に
よって間隙の撮像動作を開始し、撮像された画像からの
情報は撮像コントローラ５を介して演算手段６に送られ
、ここで間隙の幅が算出される。

１次元センサを用いる場合に問題となるのは、１つの間
隙で測定位置によって幅が異るような場合であるが、こ
のような場合には第５図に示されるように、１次元セン
サ１０を複数個差べて用いることにより対応することが
できる。しかし、第３図のように２次元センサ９を用い
て画像を取り込んだ方が得られる情報量は多いので、間
隙の形状が複雑であるような場合には、二次元センサを
用いた方が好ましい。なお、二次元センサを用いる場合
でも、車両が低速走行する場合にはストロボ光源を用い
ない第２図のような構成とすることができることは言う
までもない。

次に、間隙検出手段について第６図、第７図。

第８図を参照して説明する。

第６図において、間隙検出手段１はレール７に光を照射
する照射光学系１ａとレール７からの反射光を受光する
受光光学系１ｂとからなっており、照射光学系１ａの光
源１１の発光部とレール表面、レール表面と受光光学系
１ｂの検出器１４の受光部は、両光学系の光軸を含む平
面（入射面）に直交する面内、即ち、第６図の紙面に垂
直な面内でそれぞれ共役な関係となっている。このよう
な・構成の間隙検出手段ｌでは照射光がレールの間隙を
横切る際、反射光の強度が一時的に低下することにより
間隙を検出できる。

照射光学系１ａで、半導体レーザ等の光源１１から出射
された光は、レンズ１２ａで平行光束となり、次いでシ
リンドリカルレンズ１３ａを通過することにより矩形断
面形状となって、第８図に示されるようにレール７上を
レールの伸長方向と直角に細長く伸びた光によってスリ
ット状に照射する。このように、照射光束をスリット状
にすれば、レール７の一部に傷があってもレール面と間
隙とを区別することが容易になる。

レール７からの反射光および散乱光は、受光光学系１ｂ
のシリンドリカルレンズ１３ｂを通過し、次いで光源１
１の波長に対応した光のみが波長フィルタ１５を透過す
る。波長フィルタ１５を透過した光はレンズ１２ｂによ
って集光されて例えばフォトダイオード等の検出器１４
に入射する。このように、受光光学系１ｂに波長フィル
タ１５を配設（位置は限定されない）すれば、外界から
の光の彩管を除去することができる。

ここで、上記の照射光学系１ａおよび受光光学系１ｂは
、両光学系の光軸を含む入射面が相対移動の方向（間隙
の幅方向）と垂直となるように配置されている。このよ
うに光学系を配置すれば、測定中に車両が振動して、光
源の高さが変化したとしても、スリット状の照射光束１
６は第８図の紙面上下方向にズレるだけで間隙の幅方向
にはズレないので、振動によって間隙の検出タイミング
が早まったり、遅くなったりすることがない。即ち、こ
れにより全ての間隙が適正な位置で撮像されることにな
る。

振動が少ない場合や撮像手段の視野が広い場合等は、第
７図に示されるように照射光学系および受光光学系を入
射面が相対移動の方向（レールに沿った方向）と平行に
なるように配置すること−もてきる。第７図の間隙検出
手段によフても、第６図の間隙検出手段の場合と同様に
、第８図に示すようにレールの伸長方向と直角方向に細
長く伸びた光によりスリット状に照射することが好まし
い。

上記の説明では間隙検出手段として光学式のものを示し
たが、これに限定されるわけではなく、超音波、磁場、
静電容量等、他の方法を利用した間隙検出手段も用いる
ことができる。

また、間隙測定の際にレール温度も同時に測定できれば
より好ましいが、第６図に示されるように放射温度計２
０を走行車両に搭載することにょリ、間隙測定と並行し
てレールの温度測定を非接触で行なうことができる。こ
の際、レール７の上面はほぼ鏡面に近いため、放射率が
ほとんど男となって計測できないので、第６図に示され
る如くレール７の側面からの放射を計測するように斜め
方向から計測を行なうことが必要である。

なお、以上はレールの間隙測定について述べてきたが、
本発明にかかる間隙測定装置は、このような用途にのみ
用いられるものではなく、互いに相対運動している２つ
の物体の一方から、他方の物体にある間隙の幅を測定す
る場合に幅広く利用できるものである。上記の実施例の
ように、静止している被験物体（レール）にある間隙を
相対運動している物体（車両）から測定する場合たりて
なく、例えば、製造ラインにおいてコンベアベルトに載
って次々に流れてくる部品の特定の間隙の幅を自動的に
測定する場合等にも適応できる。

［発明の効果］ 本発明においては、間隙を検出しながら、その検出信号
に基づいて間隙の画像を撮像し、得られた画像から間隙
の幅を算出するようにしているので、被験物体に間隙が
ランダムにあるような場合でも、相対移動する物体から
被験物体の間隙を確実にかつ正確に測定することができ
る。

また、間隙の検出信号に基づいて閃光照明手段と撮像手
段のシャッターを動作させることにより、相対移動速度
が高速である場合でも、プレ量の少ない鮮明な静止画像
を得て、より正確に間隙の幅を測定することができる。

さらに、照射光学系と受光光学系からなる間隙検出手段
を相対移動の方向に対して入射面が垂直となるように配
置することにより、間隙測定装置を搭載した物体が上下
に撮動するような場合でも、常に適正なタイミングで間
隙の検出ができる。即ち、振動によって撮像されない（
即ち測定されない）間隙がでてしまうのを防ぐことがで
きる。

かかる間隙測定装置を走行車両に搭載して、レールの継
目間隙の測定に用いれば、短時間に多数の間隙を精度良
く測定することができ、レールの管理を従来に比へて大
幅に効率化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は別
の実施例を示すブロック図、第３図、第４図、第５図は
撮像手段の画像の取り込み方法を説明する説明図、第６
図は間隙検出手段の一例を示す構成図、第７図は第６図
に示された間隙検出手段の別の構成を示す構成図、第８
図は間隙検出手段からの照射光を示す説明図である。 ［主要部分の符号の説明］ ｌ・・・間隙検出手段 ２・・・ストロボ光源 ３・・・撮像手段 ４・・・ストロボコントローラ ５・・・撮像手段コントローラ ６・・・演算手段 ７・・・レール ８・・・車両 ９・・・２次元センチ １０・・・１次元センサ １１・・・光瀞 １４・・・検出器 １５・・・波長フィルタ ２０・・・放射温度計

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被験物体にある間隙の幅を相対的に移動する物体
   から測定する間隙測定装置において、前記間隙を検出す
   る間隙検出手段と、該間隙検出手段からの信号に基づい
   て、前記間隙の画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段
   によって得られた画像から前記間隙の幅を算出する演算
   手段とを備えたことを特徴とする間隙測定装置。
2. （２）前記間隙検出手段からの信号に基づいて発光し、
   前記被験物体を照明する閃光照明手段を備えたことを特
   徴とする請求項１記載の間隙測定装置。
3. （３）前記間隙検出手段として、前記被験物体に光を照
   射する照射光学系と該照射光の前記被験物体からの反射
   光を受光する受光光学系を備え、両光学系の光軸を含む
   入射面を前記相対移動の方向に対して垂直に配置したこ
   とを特徴とする請求項１記載の間隙測定装置。
4. （４）前記撮像手段に、前記間隙検出手段からの信号に
   基づいて動作するシャッターを備えたことを特徴とする
   請求項１記載の間隙測定装置。