JPH04191609A - レールの波状摩耗の検測装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は鉄道のレールにおいて、その頭頂面に該レール
の長手方向に生じる波状摩耗を検測する装置に関する。

（従来の技術） 鉄道のレールにおいては、その頭頂面に該レールの長手
方向に波状摩耗が生じることが知られている。そして、
この波状摩耗は、車両走行時の騒音や輪重変動の原因と
なることから、その波状摩耗を検測することは鉄道の保
守管理上、重要な事項となっている。

このような波状摩耗の検測は、具体的にはレールの長手
方向においてその頭頂面の基準面に対する凹凸の変位量
を測定して該波状摩耗の波形等を求めることにより行わ
れ、この種の検測を行う装置としては、例えば第１０図
示のものが知られている。

この検測装置は、レールａ上を車輪す、ｂを介して移動
する台車Ｃと、レールａの直上位置で該台車Ｃに取付け
られた静電容量式変位計や渦電流式変位計等の非接触変
位計ｄとを有し、基本的には、台車Ｃをレールａ上で移
動させながら変位計ｄにより該変位計ｄとレールａの頭
頂面ｅとの距離を測定し、これによって、該頭頂面ｅの
基準面に対する凹凸の変位量を測定して波状摩耗の波形
を求めるようにしたものである。

この場合、台車Ｃは、レールａ上を移動する際に、該レ
ールａの頭頂面ｅに生じた波状摩耗やレールａ同士の継
ぎ目等により上下動し、従って、変位計ｄの位置も上下
に変動することがら、その変動量を該変位計ｄとレール
ａの頭頂面ｅとの距離に加算しなげればレールａの頭頂
面ｅの変位量を正しく測定することができない。

このため、ごの検測装置では、さらに加速度計ｆを台車
Ｃに取イ」け、該加速度計ｆにより検出された台車Ｃの
加速度、すなわち変位計ｄの加速度を二重積分すること
により、該変位計ｄの上下の変動量を求め、これを変位
計ｄによる前記の測定距離に加算するようにしている。

しかしながら、かかる検測装置では、変位計ｄの上下の
変動量を加速度計ｆにより検出された加速度の二重積分
により求めているため、レールａの頭頂面ｅの各測定箇
所における測定毎に、加速度計ｆの電気的あるいは機械
的なドリフト等による誤差が二重に累積され、従って、
レールａの頭頂面ｅの凹凸の変位蓋を精度よく測定する
ことが困難であった。

（解決しようとする課題） 本発明はかかる不都合を解消し、レールの長手方向にお
いてその頭頂面の基準面に対する凹凸の変位量を精度よ
く測定することができ、従って、該レールの頭頂面に生
しる波状摩耗を精度よく検測することができる装置を提
供することを目的とする。

（課題を解決する手段） 本発明のレールの波状摩耗の検測装置はかかる目的を達
成するために、レールの長手方向においてその頭頂面の
基準面に対する凹凸の変位量を測定することにより該レ
ールの頭頂面に生しる波状摩耗を検測する装置であって
、該レール上を車輪を介して移動する台車と、該レール
の直上位置で該台車に一体に移動自在に取付けられると
共に該レールの長手方向に間隔を存して互いに近接して
並設された一対の非接触変位センサと、該台車の移動時
に両変位センサの間隔づつ該台車が移動する毎に、各変
位センサにより各変位センサとその直下に位置するレー
ルの頭頂面の測定箇所との距離を測定する測定手段と、
当該測定毎に両変位センサにより測定された当該両側定
距離の差を算出し、その算出により得られた当該距離差
を累積加算することにより各測定箇所におけるレールの
頭頂面の基準面に対する変位量を求める演算手段とから
成ることを特徴とする。

さらに、前記各測定箇所において前記両変位センサの出
力が該測定箇所の一つ前の測定箇所における当該出力と
略同一である時に両変位センサの出力をゼロにするセン
サ出力補正手段を有することを特徴とする。

また、さらに、前記各測定箇所に対して前記距離差を累
積加算して得られた値からその前後または前の所定数の
測定箇所における当該累積加算値の平均値を減算するこ
とにより各測定箇所における前記レールの頭頂面の基準
面に対する変位量を求める演算補正手段を有することを
特徴とする。

（作用） かかる手段によれば、前記測定手段による測定は、前記
台車が前記両変位センサの間隔づつ移動する毎に行われ
ると共に、前記台車がその移動時に上下動した時には前
記両変位センサが一体的に上下動するので、該測定毎に
前記演算手段により算出される前記両測定距離の差は、
前記レールの頭頂面の隣合った二つ測定箇所における変
位量の差となる一方、この値には、両変位センサの上下
の変動分は含まれない。従って、例えば前記台車の移動
前の初期状態において、該台車が位置するレールの頭頂
面の滑らかな平坦部を基準面として設定すれば、前記演
算手段により得られる当該両測定距離の差の累積加算値
は各測定箇所におけるレールの頭頂面の当該基準面に対
する変位量となり、これによって該レールの頭頂面の長
手方向における形状、ひいてはその頭頂面に生じる波状
摩耗の波形が求められる。

この場合、前記両変位センサの出力には、一般に、前記
の各測定毎にその電気的あるいは機械的なドリフト等に
より比較的小さな値であるものの誤差が含まれる。この
ため、前記の測定を継続的に行うと、各測定箇所におけ
る各変位センサの出力にそれ以前の測定箇所における当
該誤差が影響し、その結果に当該誤差が各変位センサの
出力に徐々１に蓄積されることがあるそし“（、このよ
うな場合には、前記レールの頭頂面に波状摩耗が無い箇
所、すなわち平坦な箇所においても各変位センサの出力
が徐々に変化してしまう。そこで、このような場合にお
いて、当該検測装置に前記センサ出力補正手段を設けた
ときには、前記各測定箇所において前記各変位センサの
出力が該測定箇所の一つ前の測定箇所における当該出力
と略同一である時、すなわち前記レールの頭頂面が平坦
面である時に両変位センサの出力が強制的にゼロにされ
るので、該レールの頭頂面が平坦面である箇所において
は、両変位センサの出力は該平坦面に対応した出力とな
る。

また、さらに、前記測定手段による前記の各測定におい
て、前記両測定距離に誤差が含まれ“ζいる場合には、
前記演算手段による当該距離差の累積加算により該誤差
も累積加算され、その累積加算値、すなわちレールの頭
頂面の各測定箇所における変位蓋として得られる値に含
まれる誤差が徐々に大きなものとなる虞れがある。そこ
で、このような場合において、前記演算補正手段を設け
たときには、各測定箇所における累積加算値からその前
後または前の所定数の測定箇所における当該累積加算値
の平均値を減算することによって、当該誤差を低減する
ことが可能となる。すなわち、各測定箇所における当該
累積加算値は、該測定箇所におけるレールの頭頂面の実
際の変位量と、当該誤差とを加算した値であり、従って
、上記平均値は該測定箇所の前後または前の所定の区間
における当該実際の変位量及び誤差のそれぞれの平均値
を加算した値となる。この場合、当該実際の変位置は、
レールの波状摩耗箇所においては概略正弦波的に波状に
変化する量であるので、その平均値は概略ゼロとなり、
また、基準面となる平坦な箇所においては当然ゼロとな
る。従って、前記累積加算値の平均値は概略当該誤差の
平均値となる。

このため、上記のように各測定箇所における当該累積加
算値からその前後の累積加算値の平均値を減算すること
によって、当該誤差が低減される。

（実施例） 本発明のレールの波状摩耗の検測装置の一例を第１図乃
至第９図に従って説明する。第１図は該検測装置の側面
図、第２図は該検測装置の要部のブロック構成図、第３
図乃至第６図は該検測装置の要部の作動を説明するため
の説明図、第７図は該検測装置の全体的な作動を説明す
るためのフローチャート、第８図及び第９図は該検測装
置の測定誤差について説明するための説明間である。

第１図で、■はレール、２ば該レール１上に車輪３，４
を介して移動自在に支承された台車である。この場合、
台車２ば、レール１上を移動する本体車両５の下側に設
けられていると共に、図示しない連結機構を介して本体
車両５に連結されており、該本体車両５と共にレール１
上を移動する。

台車２は、レール１上に車輪３を介して支承された本体
部６と、該本体部６の上部からレール１の直上位置でそ
の長手方向に延設されたアーム部７とを有し、アーム部
７は、その先端部が車輪４を介し、てレール１上に支承
されると共に、本体部６に支軸８を介して上下に揺動自
在に枢着されている。そして、台車２は、その本体部６
の上部及びアーム部７の先端部がそれぞれ本体車両５の
下面部から垂下されたエアシリンダ９．１０のピストン
ロッド９ａ、１０ａに連結されると共にこれらのシリン
ダ９，１０によりレール１に向かって常時付勢されてお
り、車輪３．４を介してレール１に圧接されている。

また、同図で、ｌｌａ、ｌｌｂは例えば渦電流式変位計
や静電容量式変位計等の非接触変位センサ、１２はロー
タリエンコーダ（以下、単にエンコーダという）でゐる
。

変位センサｌｌａ、ｌｌｂは、車輪３．４の間の位置で
台車２のアーム部７に形成された水平部７ａにレール１
に向かって垂設された取付部材７ｂの下端部にレール１
の頭頂面１ａと所定の間隔を存して固着されていると共
に、レール１の直上位置でその長手方向に所定の間隔を
存して近接配置されている。この場合、両変位センサｌ
ｌａ、Ｉｌｂの間隔！（以下、センサ間隔ｌという）は
、車輪３゜４の間隔Ｌ（以下、車輪間隔りという）より
も十分小さな値とされている（例えば、ｆｆ１−１０＋
＋ｕｎ、１゜−１ｏｏｏｎｗｎ　）。

これらの変位センサｌｌａ、ｌｌｂは、それぞれその直
下におけるレール１の頭頂面１ａとあ距離に応じた信号
を出力し、この場合、レール１の頭頂面１ａが滑らかな
平坦面である時にその出力信号が例えばゼロとなるよう
に初期設定されている。

エンコーダ１２は、車輪３の車軸３ａに取付けられてお
り、車輪３の所定の回転角度毎に、すなわち、台車２の
所定の移動量毎にパルスを出力する。

この場合、エンコーダ１２は、前記センサ間隔βづつ台
車２が移動する毎にパルスを出力するように設定されて
いる。

一方、第２図で、１３は変位センサＩＩ　ａ　、　１１
　ｂの出力信号並びにエンコーダ１２の出力パルスを基
に各変位センサｌｌａ、ｌｌｂとレール１の頭頂面１ａ
との距離の測定を行う測定装Ｗ（測定手段）、１４は測
定手段１３により測定された当該距離のデータから前記
レールの頭頂面１ａに生じる波状摩耗の形状に係わるデ
ータを得るべく当該距離のデータを演算処理する演算処
理装置であり、これらは前記本体車両５に搭載されてい
る。

測定装置１３は、フィルタ１５、サンプルホールド１６
、マルチプレクサ１７及びＡ／Ｄ変換器１８を備え、各
変位センサｌｌａ、ｌｌｂの出力信号からフィルタ１５
により帯域外信号を除去した後に、エンコーダ１２から
出力パルスが出力される毎に、すなわち前記台車２がセ
ンサ間隔ρづつ移動する毎に該出力信号をサンプルホー
ルド１６により逐次サンプリングし、さらに、そのサン
プリングした当該出力信号をマルチプレクサ１７及びＡ
／Ｄ変換器１８を介してデジタルデータとして演算処理
装置１４に入力するようにしている。

従って、測定装置１３による各変位センサｌｌａ。

１１ｂとレールｌの頭頂面１ａとの距離の測定は、レー
ル１の長手方向において、前記センサ間隔１毎の間隔で
行われる。

演算処理装置１４は、その演算的な処理機能として、演
算手段１９、センサ出力補正手段２０、第１演算補正手
段２１及び第２演算補正手段２２を有し、詳細は後述す
るが、測定装置１３から入力される各変位センサＩＩ　
ａ　、　１１　ｂの出力信号のデータをセンサ出力補正
手段２０により必要に応じて適宜補正しながら演算手段
１９により該出力信号のデータに対して本発明に係わる
基本的な演算を行い、さらに、その演算結果を両演算補
正手段２１．２２により適宜補正するごとによって、レ
ール１の頭頂面１ａの長手方向における形状データ、換
言すれば該頭頂面１ａに生じる波状摩耗の波形データを
得るようにしている。そして、さらに、このように得ら
れたデータを例えば磁気テープ等（図示しない）に逐次
記録するようにしている。

尚、前記エンコーダ１２の出力パルスは、波形整形器２
３を介して波形整形された後に、前記台車２の移動距離
に係わるデータとして演算処理袋Ｗｊｔ　１４に入力さ
れ、該データも磁気テープ等に逐次記録される。

次に、かかる検測装置により、前記レールｌの頭頂面１
ａに生じる波状摩耗を検測する際における測定原理並び
に前記演算手段１９により行われる演算について第３図
及び第４図に従って説明する。

第３図及び第４図は前記台車２及び変位センサ１１ａ、
ｌｌｂ等を仮想線及び実線により模式的に示したもので
ある。

第３図において、仮想線示の台車２等は、該台車２がレ
ール１の頭頂面１ａに波状摩耗等が生じていない箇所、
すなわち該頭頂面１ａが滑らかな平坦面ｌｘ（以下、基
準面ＩＸという）である箇所においてレール１上に支承
された状態（以下、初期状態という）を示し、実線示の
台車２等は、該台車２が初期状態からレールｌ上を移動
してレール１の頭頂面１ａに波状摩耗１ｙが生じている
箇所において該レールｌ上に支承された状態（以下、移
動状態という）を示している。

そして、同図において、Ｈｏは初期状態における変位セ
ンサｌｌａ、ｌｌｂの基準面１ｘに対する高さ（以下、
初期状態センサ高という）、Ｈは移動状態における変位
センサｌｌａ、Ｉｌｂの基準１ＴｉＩＩＸに対する高さ
（以下、移動状態センサ高という）である。

台車２ば車ｔｉｉｉｉｉ３．　４を介してレールｌ上に
支承されているので、該レール１上を移動すると、その
頭頂面・１ａに住じた波状摩耗１ｙ等により上下動し、
従って、両変位センサｌｌａ、ｌｌｂの移動状態センサ
高ｌ］はその値が初期状態センサ高Ｈ，に対して変化す
る。この場合、変位センサｌｌａ、　ｌｌｂは、前記し
たように近接して設けられているので、これらの上下へ
の変動量はいずれも略同一とみなすことができ、これを
ΔＨ（上向きを正方向とする）とすると、 Ｈ＝Ｈ，＋ΔＨ・・・・・・（１） となる。

また、同図実線示のように、移動状態において、各変位
センサ１１ａ、１１ｂの直下に位置する頭頂面ｌａの測
定点をそれぞれＰ、Ｐ’、測定点Ｐ、Ｐ’における頭頂
面１ａの基準面１ｘに対する変位量（上向きを正方向と
する）をそれぞれｙ、ｙ’、前記測定装置１３により各
変位センサｌｌａ、ｌｌａを介して測定される各測定点
Ｐ、Ｐ“と各変位センサＩＩ　ａ　、　１１　ｂとの距
離（以下、測定距離という）をＸＡ、　ＸＢとすると、
前記（１）式により、Ｘ＾＝Ｈｙ＝Ｈｏ　＋Δ）Ｉ−ｙ
　　　−・−（２）ＸＢ＝Ｈ−ｙ’　　＝ＨＯ＋ΔＨ−
ｙ’　・−・・・・（３）すなわち、 ｙ＝Ｈｏ＋ΔＨ−ＸＡ　　　　　　　・・・・・・（４
）ｙ”−Ｈ６十ΔＨ−ＸＢ　　　　　　・・・・・・（
５）となる。

ここで、測定点Ｐにおける変位量ｙに対する測定点Ｐ゛
における変位量ｙ′の変位差をΔｙ（上向きを正方向と
する）とすると、（４）、　（５）式により、Δ　ｙ　
−ｙ　’　　−）’　　−Ｘ八−ＸＢ　　　　　　　　
　・・・・・・（６）あるいは、 ｙ’　　＝ｙ　＋Δｙ　＝　ｙ　＋　　（ＸＡ−ＸＢ）
　　・・・・・・（力が得られる。

従って、変位差Δｙには、変位センサｌｌａ、ｌｌｂの
上下変動が影響せず、測定点Ｐ、Ｐ’における測定距離
ＸＡ、　ＸＢの差ＸＡ−ＸＢ　（以下、測定距離差Ｘ＾
−ＸＢという）を算出することにより測定点Ｐ、Ｐ’間
の変位差Δｙが求められる。また、点Ｐにおける変位量
ｙが判っているならば、該変位量ｙに測定距離差ＸＡ−
ＸＢを加算することにより、点Ｐからレール１の長手方
向に前記センサ間隔！たけ移動した測定点Ｐ”における
変位１ｙ’が求められる。

以上のことを基礎とし、次に、第４図において、上記（
６）、　（７）式を用いてレール１の頭頂面１ａの長手
方向における形状を求める方法について説明する。

第４図において、測定点Ｐｒ　　（ｉ　＝０．１．２．
・・・）は、レール１の長手方向においてその頭頂面１
ａに等間隔で順に配置された測定点であり、各測定点Ｐ
８８上の間隔は前記センサ間隔ｌと同一とされている。

この場合、測定点Ｐ。１　Ｐ、は頭頂面ｌａの％　Ｂｘ
面ｌｘ上に（立置し、測定点Ｐｚ、Ｐｘ。

・・・の位置には波状摩耗１ｙが生しているものとする
。

ごごで、前記台ＩＩ＋、２かレール１＋を移動する際に
、両変位センサｌｌａ、ｌｌｂがそれぞれ測定点ＰＯ＋
Ｐ、の直上に位置する状態から該台車２の移動を開始す
ると共に、前記測定装置１３により各変位センサＩｌａ
、ｌｌｂとレール１の頭頂面１ａとの距離の測定を開始
するとすると、その測定は前記したように台車２が前記
センサ間隔ｌづつ移動する毎に行われる。すなわち、前
記台車２の移動を開始すると、該台車２がセンサ間隔ｌ
づつ移動する毎に変位センサｌｌａと測定点ＰＯ５ＰＩ
＋　・・・との距離ＸＡ、、ＸＡ、、・・・・・・が順
次測定され、これと並行して変位センサｌｌｂと測定点
Ｐ、、Ｐ２．・・・との距離ＸＢ６．ＸＢＩ、・・・・
・・が順次測定される。

この時、前記と同様に、測定点Ｐ、、Ｐ、。１　（ｉ　
＝０．１，２．・・・）の間における頭頂面１ａの変位
差をそれぞれΔｙ、とじ、各測定点Ｐ、における頭頂面
１ａの基準面１ｘに対する変位量をｙ、とすると、前記
（７）式から明らかに であり、また、前記（６）式から Δ　ｙ　、＝ＸＡ、　　　−ＸＢｉ　　　　　　　　　
　　　　・・・・・・（９）となる。

そして、（９）式を（８）式に代入し、さらに、測定点
ＰＯが頭頂面１ａの基準面ｌｘ上に在ること、すなわら
、ｙｏ−０であることを考慮すれば、（ｉ　＝１．２，
３．・・・） が得られる。

従って、前記台車２がセンサ間隔ｌづつ移動する毎に各
変位センサ１１　ａ　、　１１　ｂとその直下に位置す
る測定点ｐ、、ｐ、、、との間の距＠ＸＡｉ　、　ＸＢ
ｉをそれぞれ測定し、その距離差ＸＡ、−ＸＢｉを算出
し、さらに該距離差ＸＡ、−ＸＢ、を累積加算すれば、
各測定点Ｐ、における頭頂面１ａの基準面ＩＸに対する
変位量ｙ、が求められ、これによって、波状摩耗１ｙ等
の形状が求められる。

前記演算手段１９は、前記台車２の移動時に、かかる演
算、すなわち００）式の演算を逐次行うものである。

次に、前記センサ出力補正手段２０により行われる補正
についで第５図に従って説明する。

第５図は、レール１の頭頂面１ａの長手方向における形
状、前記台車２の移動時に該レール１の形状に対応した
各変位センサｌｌａ、ｌｌｂの出力信号の変化の様子、
並びに前記の測定距離差ＸＡ　−ＸＢの変化の様子を例
示的に示したものである。この場合、当該出力信号の変
化の様子及び測定距離差χＡ−ＸＢの変化の様子におい
ては、前記センサ出力補正手段２０を設けない場合につ
いて破線で示し、該センサ出力補正手段２０を設けた場
合（本実施例）について実線で示した。

前記各変位センサｌｌａ、ｌｌｂは、レールｌの頭頂面
１ａが基準面ＩＸに対して変位した時に出力信号を出力
するものであると共に、一般に、その出力信号に僅かで
はあるものの、電気的あるいは機械的なドリフト等によ
る誤差（以下、出力誤差という）を伴うものであり、こ
のため、レール１の頭頂面１ａのある一つの測定点にお
いて該出力誤差が生じると、その出力誤差は次の測定点
における当該出力信号に影響を及ぼし、このため当該測
定が進行するに伴って同図仮想線示のように各変位セン
サｌｌａ、ｉｌｂの出力誤差δａ、δｂが徐々に略直線
的に蓄積増大していくことがある。

このような場合には、各変位センサｌｌａ、　Ｉｌｂの
出力信号は、同図破線示のように、レール１の頭頂面１
ａの波状摩耗部分においては波状に変化しながら出力誤
差δａ、δｂと共に徐々に」−昇していき、また、平坦
部においても出力誤差δａ。

δｂと共に略直線的に上昇していく。

また、この場合、前記測定距離差ＸＡ　−ＸＢにおいて
は、各変位センサｌｌａ、ｌｌｂの出力信号の差をとる
ために、各変位センサ１１　ａ　、　１１　ｂの出力誤
差δａ３　δｂはある程度相殺されるものの、一般には
、出力誤差δａ、δｂは僅かに異なり、従って、測定距
離差ＸＡ−χＢも破線示のように両出力誤差δａ。

δｂの差分に応じて徐々に増大していく。

前記センサ出力補正手段２０ば、特にレール１の頭頂面
１ａの平坦部において、当該出力信号が出力誤差δａ、
δｂと共に徐々に上昇していく時にその上昇量は隣合っ
た測定点においては極僅かであって略同一であることを
利用して該出力誤差δａ。

δｂを除去するためのものである。

すなわち、前記センサ出力補正手段２０は、同図示のよ
うにある一つの測定点Ｐにおいて、各変位センサｌｌａ
、ｌｌｂの出力信号をＯａ、Ｏｂ、その前の測定点Ｐ°
において、該出力信号をＯａ’。

Ｏｂｏとすると、あらかじめ設定された適当な大きさの
比較量εに対し、 １０ａ−Ｏａ’　　ｌ　＜ε−−（ＩＩ）１０ｂ−Ｏｂ
“　１〈ε　　　　・・・・・・０２）である時に、各
変位センサｌｌａ、ｌｌｂの出力信号を強制的にゼロに
する。

このようにすると、同図実線示のように、レール１の頭
頂面１ａの平坦部においては、各変位センサｌｌａ、ｌ
ｌｂの出力信号はゼロとなり、前記出力誤差δａ、δｂ
が除去される。そして、この時、前記演算手段１９は、
当該センサ出力の補正後に前記測定距離差Ｘ＾−ＸＢの
演算を行い、従って、該測定距離差ＸＡ　−ＸＢにおい
ても、レール１の頭頂面１ａの平坦部においては、前記
出力誤差δａ、δｂによる誤差が除去される。

次に、前記第１演算補正手段２１により行われる演算補
正について第５図を参照しつつ第６図に従って説明する
。

第６図は、第５図示のレール１において、前記０ω式に
より同図示の測定距離差ＸＡ　−ＸＢを累積加算して得
られた頭頂面１ａの変位量ｙの変化の様−ｒを破線で示
し、ざらに、その変位量ｙに対して第１演算補正手段２
１により以下に説明する補正を行った後の変位Ｈｙの変
化を実線で示したものである。

前記センサ出力補正手段２０による補正においては、前
記したように、レールｌの頭頂面１ａの平坦部において
前記出力誤差δａ、δｂが除去されるものの、波状摩耗
部においては、依然として該出力誤差δａ、δｂが残存
する。このため、当該波状摩耗部において誤差を含む測
定距離差ＸＡ−χＢを累積加算して得られる変位量ｙは
、同図破線示のように累積誤差δを含み、その累積誤差
δは当該累積演算が進行するにつれて急激に増大する虞
れがある。

前記第１演算補正手段２１は、この累積誤差δを次に説
明するように低減するものである。

すなわち、第１演算補正手段２１は、各測定点において
前記００式により得られた測定距離差ＸＡ−χＢの累積
加算値（変位量ｙ）から、例えばその前の所定数の測定
点において得られた測定距離差ＸＡ−χＢの累積加算値
の加算平均値を減算し、これによって得られた値を新た
に当該各測定点における頭頂面１ａの変位量Ｙとするの
である。

さらに詳細には、各測定点Ｐ１における前記累積誤差を
δ８、各測定点Ｐ１における頭頂面１ａの実際の変位量
をｙ８”、第１演算補正手段２１の補正により得られる
上記変位量をＹ８、上記平均値を算出すべき測定点の個
数をｍとすると、前記００式により得られる測定距離差
ＸＡ　−ＸＢの累積加算値（変位量ｙｔ）は、 Ｖｉ　＝’ｊｉ″十δｉ　　　　　・・・・・・０３）
と表され、また、各測定点Ｐ４における上記変位置Ｙゑ
は、その定義により、 Ｙ、−ｙ、−（５ぢ一？／ｍ）　　・・・・・・０４）
と表される。さらに、０４）式に０３）式を代入すると
、Ｙ；　−（ｙｔ　’　−（Ｘ’ｙ、　’　／ｍ）　：
１＋〔δｉ　−（、＜−”、−／ｍ）　）・・・・・・
０５） が得られる。

ここで、０５）式の第１番目の中括弧内の第２項は、各
測定点Ｐ、とその前のｍ個の測定点とにおけるレール１
の頭頂面１ａの実際の変位量ｙ、゛の平均値（以下、平
均値Ｂｙという）であり、当該複数の測定点Ｐ、がレー
ル１の波状摩耗部に在る場合には、該変位Ｍｙ＋”は概
略正弦波的に変化すると考えられ、従ってその平均値Ｂ
ｙは概略ゼロとなる。

また、当該複数の測定点Ｐ、がレールＩの平坦部に在る
場合には、明らかに平均値Ｂｙ−ｙｉ　’−〇であり、
従って、０５１式の第１番目の中括弧内の項はゼロとな
る。

一方、０５）弐の第２番目の中括弧内の第２項は、各測
定点Ｐ１とその前のｍ個の測定点とにおける前記累積誤
差δの平均値（以下、平均値Ｂｄという）であり、従っ
て、第２番目の中括弧内の項は、各測定点Ｐ、における
累積誤差δ８から該平均値Ｂｄを減算した値であり、少
なくとも各測定点Ｐ。

における累積誤差δ、よりも小さくなる。

以上のことから、前記０４）式あるいは００式は、実質
上、 Ｙ、　−ｙ、”＋（δ、−Ｂｄ）・・・・・・（１ωと
なり、従って、０４）式により表される前記第１演算法
制手段２１の補正演算によって、前記累積誤差δが低減
される。そして、第６図破線示の波形に対して０４）式
による補正演算を適用すると、同図実線水のような波形
が得られ、この波形は、レール１の頭頂面１ａの実際の
形状にほとんど一致する。

尚、かかる補正演算においては、前記００）式により得
られた測定距離差ＸＡ　−ＸＢの累積加算値から、例え
ばその前後の所定数の測定点において得られた測定距離
差ＸＡ　−ＸＢの累積加算値の加算平均値を減算し、こ
れによって頭頂面１ａの変位量Ｙ、を求めることも可能
である。この場合には、当該平均値を算出すべき複数の
測定点の個数のうち、各測定点Ｐ８の前の測定点の個数
をｐ、該測定点Ｐ。

の後の測定点の個数をｑとすると、変位ｉＹｉは、・・
・・・・（＋４）　’ により求められ、この場合にも前記累積誤差δが低減さ
れることはもちろんである。

次に、前記第２演算補正手段２２により行われる補正演
算について第２図を参照しつつ説明する。

前記演算処理装置１４は、変位センサｌｌａ、　ｌｌｂ
により得られた前記測定距離に＾、　ＸＢのデータを、
前記００式さらには０４）式に従ってデジタル的に演算
処理するため、浮動誤差を伴う。このため、例えば前記
００）式及び０４）式に従って累積演算等を行うと、こ
の浮動誤差が蓄積され、０４）式により求められるレー
ル１の頭頂面１ａの変位量Ｙが実際的な値よりも大きく
なることがある。

そこで、前記第２演算補正手段２２においては、変位ｉ
Ｙｉがあらかじめ設定された比較量を越えた時には、該
変位量Ｙを強制的にゼロにするようにしている。すなわ
ち、当該比較量をＹｍａｘとすると、 ｌ　Ｙ　１＞　Ｙｍａｘ　　　　　　　　　−−ＯＴ）
である時には、変位量Ｙ＝０とする。

次に、かかる検測装置の全体的な作動を第１図及び第２
図を参照しつつ第７図のフローチャートに従って説明す
る。

レールｌの波状摩耗を検測する際には、前記台車２を前
記本体車両５と共にレール１上を移動させ、これと同時
に、前記測定装置１３により各変位センサ１１　ａ　、
　１１　ｂとレールｌの頭頂面１ａとの距離ＸＡ、　Ｘ
Ｂの測定を台車２がセンサ間隔ｌづつ移動する毎に行う
。この場合、台車２の移動は、レール１の頭頂面１ａが
滑らかな平坦面である箇所、例えば、通常使用されてい
ないレール１上から開始し、そのレール１の頭頂面１ａ
を基準面ＩＸとする。

測定装置１３により各変位センサｌｌａ、Ｉｌｂを介し
て測定された測定距離ＸＡ、　ＸＢは、逐次前記演算処
理装置１４にデジタルデータとして入力される。

そして、演算処理装置１４においては、前記したように
これらのデータから前記演算手段１９により測定距離差
ＸＡ−ＸＢが演算され、さらに前記００）弐に従って測
定距離差×八−χＢの累積演算が行われる。

この時、各変位センサ１１　ａ　、　１１　ｂの出力信
号Ｏａ。

Ｏｂが前記（１１）式及び０り式を満たすときには、前
記センサ出力補正手段２０によりゼロとされ、これに基
づいて当該累積演算が行われる。

次いで、このようにして得られた各測定点における累積
演算値は、前記したように、前記第１補正演算手段２１
により前記０４）式に従って補正され、これによって、
レールｌの頭頂面１ａの各測定点における基準面ＩＸに
対する変位量Ｙが求められる。この時、該変位量Ｙは、
前記０η式を満たす時には前記第２演算補正手段２２に
よりゼロとされる。

そして、このようにして求められたレールｌの頭頂面１
ａの変位量Ｙは、演算処理装置１４により図示しない磁
気テープ等に記録される。

かかる後には、該磁気テープ等が例えば前記本体車両５
の外部に取り出され、さらに図示しない解析装置等によ
りレール１の各測定点における変位量Ｙのデータが読み
込まれると共にＣＲＴやブロック等（図示しない）によ
りレール１の頭頂面１ａの形状として出力され、これに
よって、レール１の波状摩耗の検測が行われる。尚、こ
の場合、本実施例においては、変位量Ｙのデータを読み
込んだ後に、前記０４）′式に従って、各測定点の前後
の所定数の測定点における当該変位１ｉ１Ｙの加算平均
値を当該各測定点における変位量から減算して前記第１
演算補正手段２１による補正演算と同様の補正を行い、
これによって、該変位量Ｙのデータの精度をさらに向上
させるようにしている。

次に、本実施例の検測装置において、前記した累積誤差
δ等の誤差以外の測定誤差について第８図及び第９図に
従って説明する。

まず、第８図は台車２等を模式的に示したものであり、
台車２は、前記したように車輪３，４を介してレールｌ
上に支承されているため、例えば同図示のように台車２
がレール１上を移動する途中において車輪３がレール１
同士の継ぎ目ＩＺに落ち込んで前記変位センサｌｌａ、
ｌｌｂが台車２と共に傾斜することがある。

このような場合には、例えばレール１の頭頂面１ａの平
坦な基準面ＩＸにおいて、同図示のように変位センサＩ
ｌａ、ｌｌｂとレール１の頭頂面１ａ（基準面ｌｘ）と
の測定距離ＸＡ、　ＸＢに差異が生じ、その測定距離差
ＸＡ−ＸＢに誤差δＸ（以下、傾斜誤差δＸという）が
生しる。

ここで、同図示のように、変位センサ１１　ａ　、　１
１　ｂの傾斜角度をθ、車輪３の基準面ｌｘからの落込
量をΔＬ、車輪３の半径をＲ，継ぎ目１ｚの最大遊間を
Ｃとすると、次式が成り立つ。

Δｔ　＝Ｃ／８　Ｒ・・・・・・０８）δｘ−１！、ｔ
　ａ　ｎθ −ｊ！ｊａｎ　（ｓ　ｉｎ−’　（Δｔ／Ｌ））・・・
・・・０９） この場合、半径Ｒ及び最大遊間Ｃをそれぞれ実際的な値
として、Ｒ＝５０ｍｍ、　　Ｃ＝２０（社）とすると、
θ８）式からΔｔ＝１ｍｍとなり、さらに、センサ間隔
！！＝１０ｍｍ、車輪間隔Ｌ＝１０００ｍしとすると、
θ９）式からδχ−０，０１１１Ｉｗｌが得られる。

そして、一般に、レール１に生じる波状摩耗の最大変位
量は１　ｍｍ程度であり、この傾斜誤差δＸの値（０，
Ｏｌｍｍ）は波状摩耗の最大変位量（１ｍｍ）に較べて
十分に小さい。従って、この傾斜誤差δＸは本実施例に
おいては無視して差し支えない。

尚、台車２は、レールｌの波状摩耗箇所においても傾斜
することがあるが、この場合においては、上記のように
、波状摩耗の最大変位量は１　ｍｍ程度であるので、台
車２の両車軸３．４の一方の落ち込み量は、上記と同様
に最大１　ｍｍ程度であり、従って、この場合の傾斜誤
差も無視して差し支えない。

次に、第９図はレール１の頭頂面１ａの波状摩耗１ｙを
正弦波状に表したものであり、本実施例においては、前
記センサ間隔ｌづつ前記台車２が移動する毎に頭頂面１
ａの変位量の測定が行われる。このため、例えば、同図
示のように、波状摩耗１ｙの変位量が最大となるＱ点の
両側に隣り合った測定点Ｐ、Ｐ’　が位置すると、当該
測定により得られる頭頂面１ａの変位量の最大値が実際
の最大値よりも小さくなって、その差が誤差（以下、サ
ンプリング誤差という）となって顕れることがある。そ
して、該サンプリング誤差は、同図示のように測定点Ｐ
、　　Ｐ’がＱ点から等間隔の位置にある時に最大とな
り、この値が大きいと各測定点における頭頂面１ａの変
位量から波状摩耗の形状を再生できなくなる。

この場合、同図示のように、波状摩耗１ｙを正弦波とし
てその周期をＴ、Ｑ点における変位量をＹｍ、測定点Ｐ
、Ｐ’における変位量をＹｍ’、サンプリング誤差をδ
ｙ＝Ｙｍ−Ｙｍ“　とすると、Ｙｍ”　−Ｙｍ−ｓｉｎ
［９０９０・（ｌ／２）／（ｌ／４）］−Ｙｍ−ｃｏｓ
（９０・２・クル）　・・・・・・Ｑ■となる。

ここで、実際的な値として、センサ間陥１．＝１０ｍｍ
、周３’Ｊ］Ｔ＝１００ｍｍとすると、（２０１式から
Ｙｍ”＝０．９５Ｙｍ、さらには、δｙ　＝　Ｙ　ｍ　
−Ｙ　ｍ　’であるからδｙ’；０．０５Ｙｍとなる。

従って、測定点Ｐ、Ｐ“において測定される変位量Ｙｍ
”及びサンプリング誤差δｙはそれぞれ、Ｑ点における
実際の変位量Ｙｍの約９５％及び５％に相当し、これら
の値においては、十分に波状摩耗の形状を再生すること
ができる。

（効果） 上記の説明から明らかなように、本発明のレールの波状
摩耗の検測装置によれば、台車をレール上で車輪を介し
て移動させ、この時、該台車がこれに互いに近接して取
付られた一対の変位センサの間隔づつ移動する毎に、測
定手段により各変位センサとその直下に位置するレール
の頭頂面の測定箇所との距離を測定し、さ１らに演算手
段によりその測定距離の差を累積加算することにより、
各測定箇所におけるレールの頭頂面の基準面に対する変
位量を求めるようにしたことによって、台車の移動時に
該台車と共に変位センサが上下動してもその影響を受け
ずに当該累積演算によりレールの頭頂面の変位量を精度
よく求めることができる。

この時、各変位センサの出力信号にドリフト等による誤
差が含まれている場合であっても、センサ出力補正手段
を設けたときには、各測定箇所における両変位センサの
出力がその一つ前の測定箇所における出力と略同一であ
る時に該両変位センサの出力をゼロにすることによって
、レールの頭頂面の平坦な箇所においては、当該誤差を
除去することができ、従って、確実にレールの頭頂面の
正しい変位量を求めることができる。

また、前記測定距離に誤差が含まれている場合に、その
誤差が上記の累積演算により累積される虞れがあるよう
な場合であっても、演算補正手段を設けたときには、各
測定箇所における累積加算値からその前後または前の所
定数の測定箇所における累積加算値の平均値を減算する
ことによって、当該誤差を低減することができると共に
その累積を抑制することができ、従って、各測定箇所に
おけるレールの頭頂面の変位量を高精度で求めることが
できる。

そして、このように、レールの頭頂面の変位量精度よく
測定することができることによって、該レールの頭頂面
に生じる波状摩耗を詳細にわたって検測することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレールの波状摩耗の検測装置の一例の
側面図、第２図は該検測装置の要部のブロック構成図、
第３図乃至第６図は該検測装置の要部の作動を説明する
ための説明図、第７図は該検測装置の全体的な作動を説
明するためのフローチャート、第８図及び第９図は該検
測装置の測定誤差について説明するための説明図、第１
０図は従来の検測装置の模式的側面図である。 １・・・レール　　　　　　１ａ・・・頭頂面１ｘ・・
・基準面　　　　　１ｙ・・・波状摩耗２・・・台車　
　　　　　　３，４・・・車輪１１ａ、１１ｂ・・・非
接触変位センサ１３・・・測定手段　　　　　１９・・
・演算手段２０・・・センサ出力補正手段 ２１・・・演算補正手段 ＸＡ、　ＸＢ・・・測定距離　　　ｙ・・・累積加算値
Ｙ・・・変位量 特許出願人　　　上　根　　善　数 株式会社東京測器研究所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レールの長手方向においてその頭頂面の基準面に対
   する凹凸の変位量を測定することにより該レールの頭頂
   面に生じる波状摩耗を検測する装置であって、該レール
   上を車輪を介して移動する台車と、該レールの直上位置
   で該台車に一体に移動自在に取付けられると共に該レー
   ルの長手方向に間隔を存して互いに近接して並設された
   一対の非接触変位センサと、該台車の移動時に両変位セ
   ンサの間隔づつ該台車が移動する毎に、各変位センサに
   より各変位センサとその直下に位置するレールの頭頂面
   の測定箇所との距離を測定する測定手段と、当該測定毎
   に両変位センサにより測定された当該両測定距離の差を
   算出し、その算出により得られた当該距離差を累積加算
   することにより各測定箇所におけるレールの頭頂面の基
   準面に対する変位量を求める演算手段とから成ることを
   特徴とするレールの波状摩耗の測定装置。 ２、前記各測定箇所において前記両変位センサの出力が
   該測定箇所の一つ前の測定箇所における当該出力と略同
   一である時に両変位センサの出力をゼロにするセンサ出
   力補正手段を有することを特徴とする請求項１記載のレ
   ールの波状摩耗の測定装置。 ３、前記各測定箇所に対して前記距離差を累積加算して
   得られた値からその前後または前の所定数の測定箇所に
   おける当該累積加算値の平均値を減算することにより各
   測定箇所における前記レールの頭頂面の基準面に対する
   変位量を求める演算補正手段を有することを特徴とする
   請求項１記載のレールの波状摩耗の測定装置。