JPH0534113A - トロリー線の摩耗測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高さ方向の寸法が小さく、小型で営業車両の
屋根上に搭載できる測定装置を構成できるようにすると
共に、経済的にして高精度の摩耗測定を可能にする。 【構成】小型高出力のダイオードＹＡＧレーザによるレ
ーザ光源１からの平行光線を光チョッパー２により断続
光線とすると共に、集束して仮想光源Ｓとなし、この仮
想光源Ｓからの光ビームを回転多面鏡１０に入射して走
査光束とし、該走査光束を長焦点距離光学系を通過させ
ることによりトロリー線１４の摺動面１４ａを走査する
に当たって、回転多面鏡１０の回転を上記断続光線に同
期させる。そして、摺動面１４ａでの走査光による反射
光のうち、長焦点距離光学系を逆進して光ビームスプリ
ッタ８の中心部周囲で偏向した光をフィルタ１５を通し
て検知するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気鉄道への電力供給
用として、線路に沿って架設されたトロリー線の摩耗量
を測定するためのトロリー線の摩耗測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気鉄道における電力供給用トロリー線
は、線路に沿って立てられた電柱と、この電柱に支持さ
れた吊り架線から垂れ下がったハンガーによって懸垂支
持されている。そして、電車の屋根上に設置されている
パンタグラフの上部に取付けてあって、通常はトロリー
線に比べて軟質の銅線により形成された摺板をトロリー
線に接触させ、電車に所要の電力を供給している。 こ
の場合、摺板の全面で一様に摩耗するように、トロリー
線は電車の進行方向に沿って所定の範囲で蛇行（以下、
偏位という）するように架設されている。また、電車の
走行密度か高い区間では、所要の電力を供給するために
複数本のトロリー線を所定の間隔で平行に架設すること
も行なわれている。

【０００４】このトロリー線も、パンタグラフの摺板と
の間の摩耗や火花放電による摩耗、或いは損傷を受け、
放置しておくと断線することになる。そして、トロリー
線の断線は、電車の運行が停止することによる電車の利
用者のみならず、社会的な損失や影響は極めて大きく、
この対策はトロリー線保守上の重要課題の一つとなって
いる。この重要な課題に鑑みて、従来では画一的にトロ
リー線の使用量を決め、そのトロリー線の張替を行なう
とか、特別な測定車両を走行させて年２回程度の摩耗測
定を行なっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】トロリー線の張替作業
は、電車が運行されていない時間帯を選び、或いは電車
の運行を止めて、多数の作業員を投入して行なうため、
多大の費用が必要となるし、また、トロリー線の使用量
を決めて張替を行なうことは、使用可能なトロリー線の
破棄による経費の無駄使い、或いは危険な状態にあるト
ロリー線の放置による断線事故の発生等、極めて不合理
であった。更にまた、測定に当たって特別な測定車両を
使用することは、電車運行時間の調整及び、夜間の特別
運行等による人員の確保や運行経費の問題があると共
に、年２回程度の測定ではトロリー線の摩耗を適確に把
握することは困難であった。

【０００６】一方、一般に行なわれている光ビーム走査
による測定方法をトロリー線の摩耗測定に適用しようと
すると、次のような問題があって、測定装置を営業車両
の屋根上に搭載することは技術的及び経済的に極めて困
難であった。

【０００７】（１）ネオン管、Ａｒレーザ管の高出力レ
ーザ光を光源とすると、それ自体でかなり大型となり、
営業車両の屋根上に簡単に搭載できないし、また、水冷
による熱対策が厄介である。（２）従来の方式による光
学系は車両の垂直方向に長くなるため、営業車両の屋根
上に搭載できない。（３）光源の長時間にわたる信頼性
を確保できない。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は高さ方向の寸法が小さく、小型で営業車
両の屋根上に搭載可能なほどコンパクトに構成でき、経
済的にして高精度かつ高信頼性のある測定ができるトロ
リー線の摩耗測定方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の特徴とするトロリー線の摩耗測定方法は小
型高出力のダイオードＹＡＧレーザによるレーザ光源か
ら発せられる平行光線を光チョッパーにより断続光線と
すると共に、集束して仮想光源とし、この仮想光源から
の断続する光ビームを光ビームスプリッタの中心部にお
いて透過させた後、上記断続光線に反射面が同期して回
転する回転多面鏡によって走査光束となし、この走査光
束を長焦点距離光学系を通過させることにより、許容範
囲内に位置するトロリー線の摺動面に垂直な光スポット
を得て、該光スポットが上記トロリー線の摺動面に当た
って反射した反射光のうち、上記長焦点距離光学系を逆
進して上記光ビームスプリッタの中心部周囲で偏向した
光をフィルタを通して検知することにある。

【００１０】

【実施例】先ず、本発明方法の実施に用いる測定装置に
ついて説明する。図１〜図３において、１は小型高出力
のダイオードＹＡＧレーザを用いたレーザ光源、２はレ
ーザ光源１の出力光路上に配置された光チョッパー、３
はレーザ光源１から発せられる平行光線の光軸上に対し
て所定角度傾斜させて設けた第１の反射鏡、４は第１の
反射鏡３の反射光軸と直交するように所定角度傾斜させ
て設けた第２の反射鏡、５は第２の反射鏡４の反射光軸
と直交するように設けた第１の集光レンズ、６は第１の
集光レンズ５の光軸上に設けたシリンダレンズである。

【００１１】７は第１の集光レンズ５とシリンダレンズ
６からなる第１のレンズ系によって集光されて形成され
た仮想光源Ｓからの集束光路上に配置された第３の反射
鏡、８は中央部に透過穴８ａを備え、この透過穴８ａの
中心を仮想光源ｓによる光ビームの光路に対して所定角
度傾斜させて設けた光ビームスプリッタ、９は後述する
ように被測定物体からの反射光束を集束する第２の集光
レンズ、１０は回転面に光ビームスプリッタ８の透過穴
８ａを通過した光ビームが入射するように設けてある回
転多面鏡（走査鏡）である。

【００１２】１１は回転多面鏡１０の反射光軸上に所定
角度傾斜させて設けた第４の反射鏡、１２は回転多面鏡
１０の反射点を焦点とする凹形の球面鏡又は放物面鏡等
からなる第５の反射鏡、１３は第５の反射鏡１２による
反射光を上方に反射する平面鏡である第６の反射鏡、１
４は被測定物体であるトロリー線、１５は後述するよう
にトロリー線１４からの反射光のみを通過させるフィル
タ、１６はフィルタ１５を通して入射する光を受光する
受光素子である。

【００１３】そして、レーザ光源１から回転多面鏡１０
に到る光ビームを断続的に遮断する光チョッパー２は回
転多面鏡１０に同一の回転軸１７によって連結されてい
る回転円板２ａからなり、この回転円板２ａには回転多
面鏡１０の反射鏡片１０ａと対応させてその個数と同数
の透過穴２ｂが所定間隔を置いて設けられている。ま
た、回転多面鏡１０における反射鏡片１０ａの隣接する
もの同士の間には境界スリット１０ｂが形成されてい
る。

【００１４】上記構成において、第２の集光レンズ９、
回転多面鏡１０、第４の反射鏡１１、第５の反射鏡１２
及び第６の反射鏡１３は長焦点距離光学系を形成してお
り、この光学系を含む上記関連部材は営業車両の屋根上
に設置される。そして、この装置全体の大きさは、例え
ば営業車両の屋根上に取付けられているクーラーとほぼ
同じか或いは小さいものであって、次のような測定動作
を実行できる。

【００１５】小型高出力のダイオードＹＡＧレーザが用
いられているレーザ光源１から発せられた平行光線は光
チョッパー２に入射される。この光チョッパー２の回転
円板２ａは回転多面鏡１０と同一回転数で回転してお
リ、レーザ光源１からの平行光線は透過穴２ｂにより断
続的に透過して光パルス信号となり、第１の反射鏡３と
第２の反射鏡４からなる第１の反射系によって反射され
る。そして、この第１の反射系によって反射された反射
光は、第１の集光レンズ５とシリンダレンズ６からなる
第１のレンズ系によって、その光軸上の点に所定の径に
集光され、仮想光源Ｓを形成する。

【００１６】仮想光源Ｓからの光ビームは、第３の反射
鏡７によって反射された後、光ビームスプリッタ８の透
過穴８ａと第２の集光レンズ９を通して回転多面鏡１０
の反射鏡片１０ａに入射される。このとき、回転多面鏡
１０の境界スリット１０ｂに入射されるべき光ビームは
光チョッパー２（回転円板２ａ）によって遮蔽される。
回転多面鏡１０の回転により仮想光源Ｓからの光ビーム
は所定範囲の幅の走査光ビームとされ、この走査光ビー
ムは第４の反射鏡１１を介して第５の反射鏡１２に入射
する。そして、第５の反射鏡１２は第４の反射鏡１１の
反射点から焦点距離分だけ離して設置されているため、
回転多面鏡上１０から第５の反射鏡１２に入射した走査
光ビームは平行走査光として反射される。

【００１７】第５の反射鏡１２から反射した平行走査光
は、第６の反射鏡１３によって反射され、トロリー線１
４の摺動面１４ａに下方から垂直な光スポット走査ビー
ムになって投射される。即ち、第５の反射鏡１２は、第
４の反射鏡１１の反射点を焦点とし、回転多面鏡１０及
び第２の集光レンズ９と共働して仮想光源Ｓの像を垂直
方向に振動するトロリー線上４の摺動面１４ａに結像す
ると共に、偏向点Ｐに達した光走査ビームが総て摺動面
１４ａに対して光軸が平行な光ビームとなって、摺動面
１４ａに下方から垂直に投射される。

【００１８】トロリー線１４の摺動面１４ａに投射され
た光ビームは該摺動面１４ａによって反射され、帰還光
束となる。この帰還光束は第６の反射鏡１３、第５の反
射鏡１２、及び第４の反射鏡１１を介して回転多面鏡１
０上に集束され、この集束された光ビームは回転多面鏡
１０によって再び反射され、第２の集光レンズ９に入射
される。第２の集光レンズ９に入射した光ビームは集束
されるが、光ビームスプリッタ８によって偏向された
後、フイルタ１５を通って受光素子１６に向けられる。

【００１９】この場合、フイルタ１５はレーザ光源１か
ら投光されてトロリー線１４の摺動面１４ａから乱反射
して帰還する光ビームのみを通過させ、トロリー線周辺
から入射される自然光のような外乱光を遮断する。そし
て、受光素子１６は仮想光源Ｓと共役の位置に置かれて
おり、この受光素子１６により得られる電気信号は信号
処理部（図示せず）により処理されて、最終的にトロリ
ー線の摩耗量が算出される。

【００２０】因みに、一般に行なわれている電気信号に
よるノイズ除去手段では、回転多面鏡１０の境界スリッ
ト１０ｂに光ビームが入射すると、極めて高い強度の散
乱光が発生し、これが受光素子１６に迷入してＳ／Ｎ比
を瞬間的に非常に悪くする。このため、極端に高いノイ
ズを電気信号処理により除去しなければならない。ま
た、安定性が良く高いダイナミックレンジを確保できる
高電子増幅管を受光素子として使用した場合、光電面の
高強度散乱光による劣化をきたす等、経済的及び技術的
に極めて困難な状況にある。

【００２１】しかるに、本発明方法においては、回転多
面鏡１０の境界スリット１０ｂに光ビームが入射して強
力な散乱光が発生するのを機械的に除去するために、レ
ーザ光源１と回転多面鏡１０との間の光路上に該回転多
面鏡１０と同期して回転する光チョッパー２を設け、境
界スリット１０ｂに光ビームが入光する前に遮光した。
したがって、受光素子１６を破壊したり、Ｓ／Ｎ比を落
すことなく、より一層高精度にトロリー線の摩耗を測定
できる。

【００２２】なお、上述した測定装置においては、光チ
ョッパー２と回転多面鏡１０とは同軸に設定されている
が、これは前述の条件にしたがって同期するものであれ
ば同軸でなくてもよく、また、光チョッパー２としては
回転体に限定されるものではなく、透過穴２ｂを備え、
回転多面鏡１０の回転に同期して移動する部材、或いは
液晶シャッターのような電気的な光チョッパー等であれ
ばよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上記の如くであって、レーザ光
源として小型高出力のダイオードＹＡＧレーザを用い、
その平行光線を光チョッパーにより断続光線とすると共
に、集束して仮想光源とし、該仮想光源からの断続する
光ビ一ムを走査光束として、長焦点距離光学系を通して
トロリー線の摺動面に投射し、このトロリー線からの反
射光を上記長焦点距離光学系を逆進させて光ビームスリ
ッタにより偏光させ、その帰還する光ビームをフイルタ
を通して受光素子で検知するようにしたから、本発明方
法の実施に用いられる測定装置は高さ方向の寸法が小さ
くコンパクト化できて、営業車両の屋根上に搭載してト
ロリー線の摩耗状態を随時測定することが可能となる。
そして、散乱光による影響が皆無となるので、Ｓ／Ｎ比
を低下させることがなくなり、受光素子の劣化を防止で
きるものであって、経済的にして高精度の摩耗測定がで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施に用いる測定装置の構成を示
す斜視図。

【図２】図１に示す装置の平面図。

【図３】図１に示す装置の側面図。

【符号の説明】

１はレーザ光源 ２は光チョッパー ３は第１の反射鏡 ４は第２の反射鏡 ５は第１の集光レンズ ６はシリンダレンズ ７は第３の反射鏡 ８は光ビームスプリッタ ９は第２の集光レンズ １０は回転多面鏡 １１は第４の反射鏡 １２は第５の反射鏡 １３は第６の反射鏡 １４はトロリー線 １４ａは摺動面 １５はフイルタ １６は受光素子 Ｓは仮想光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 正和 埼玉県川越市大字今福2763番地８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 小型高出力のダイオードＹＡＧレーザに
   よるレーザ光源から発せられる平行光線を光チョッパー
   により断続光線とすると共に、集束して仮想光源とし、
   この仮想光源からの断続する光ビームを光ビームスプリ
   ッタの中心部において透過させた後、上記断続光線に反
   射面が同期して回転する回転多面鏡によって走査光束と
   なし、この走査光束を長焦点距離光学系を通過させるこ
   とにより、許容範囲内に位置するトロリー線の摺動面に
   垂直な光スポットを得て、該光スポットが上記トロリー
   線の摺動面に当たって反射した反射光のうち、上記長焦
   点距離光学系を逆進して上記光ビームスプリッタの中心
   部周囲で偏向した光をフィルタを通して検知することを
   特徴とするトロリー線の摩耗測定方法。