JPH0571929A - レールの遊間測定方法とレール長測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レールの始端部と終端部に面取りした斜面が
あっても同斜面をレール長として計測できるようにす
る。 【構成】 レール１の上面２及び面取り部１ｃにレーザ
・ドップラ・センサ３からドップラ用レーザ光ａを照射
し、その散乱光ｂからドップラ信号Ａを出力する。他方
において遊間識別センサ４より前記上面２及び面取り部
１ｃに真上から遊間識別用レーザ光ｄを照射し、面取り
部１ｃにおいて斜めに反射される反射光ｅを２つの受光
器４ａのいずれか一方で受光する。或は遊間識別用レー
ザ光ｄを前記上面２及び面取り部１ｃに斜めに照射し、
面取り部１ｃにおいて真上に反射される反射光ｅを受光
器４ａで受光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄道用に敷設された隣接
するレールの終端部と始端部との間の遊間の幅及びレー
ルの長さを測定する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】敷設されている鉄道用のレールは温度の
上昇、下降に伴って延びたり縮んだりする。このレール
の伸縮を吸収するため隣接するレールの終端部と始端部
間の継目には隙間（遊間）が設けられている。この遊間
が小さすぎるとレールの僅かな延びによって遊間がなく
なり、いわゆる盲遊間となる。この状態で更にレ−ルの
温度が上昇するとレールはそれ以上延びることができな
いため、レールの内部に大きな軸圧が生じ、レールが座
屈する原因となる。また逆に、遊間が大き過ぎるとレー
ル上を走行する車両が遊間を通過する際に大きな衝撃が
生じて乗り心地が悪くなるばかりでなく、軌道に継目落
ちが生じて継目の軌道破壊が促進される。この状態でレ
ールの温度が低下すると遊間はさらに大きくなり、遊間
が開口限度に達した以後は継目板ボルトにレールの収縮
による力がかかり、継目板ボルトが破断することにな
る。

【０００３】以上の問題やレール張り出し事故等を防止
するため、遊間は適正な間隔にしておく必要があり、そ
のため従来より遊間管理が行なわれている。この遊間管
理は春、秋２回行なわれており、その都度、遊間測定、
遊間の判定、不良箇所の遊間整正という一連の作業を通
じて常に良好な状態に遊間を保つようにしている。

【０００４】具体的なレールの遊間測定方法として従来
は下記に示す方法を用いていた。 ．土木係員が定規を持ってレールに添って歩き、遊間
の位置に来るとその遊間に定規を当てて測定する方法。 ．レールを走行する軌道自動車にカメラを据え付け、
そのカメラにより遊間を静止画として収録し、コンピュ
ータで画像処理して測定する方法。 ．レールの幅方向両外側にレールを挟んで対向設置さ
れた光電スイッチと、ロータリーエンコーダとの組合わ
せにより測定する方法。

【０００５】前記のレールの遊間測定方法には次のよう
な問題があった。 Ａ．前記の遊間測定方法では１日に２人で１０ｋｍ弱
しか測定できず、非常に作業性が悪かった。 Ｂ．前記の遊間測定方法は前記の遊間測定方法より
は作業能率が向上するが、それでも測定速度が３０〜４
０ｋｍ／ｈ程度であるため作業能率が充分でない。それ
以上スピードを早くすると画像が追随できず、測定不能
になる。また、レール継目部分の映像が鮮明に撮像され
るように外部自然光の遮蔽や特殊照明、フラッュライト
やシャッタカメラを用いた高速移動体撮像法であるた
め、それらの設備が複雑になり、取扱いが面倒で、コス
ト高になる等の問題もある。

【０００６】Ｃ．前記の遊間測定方法はロータリーエ
ンコーダが接触方式であるため次のような問題があっ
た。 １．状況によって接触が不安定になるので、測定データ
がばらつき易い。 ２．振動、スリップ等により測定誤差が生じ易い。 ３．ロータリーエンコーダの回転軸が摩耗すると、接触
状態が変化するので測定誤差が生じ易い。 ４．以上の理由により、測定パルスピッチを細かくして
も時速５ｋｍ／ｈの検測速度が限度である。 ５．識別センサが透光式であるため、それらを車両定規
外に取付ける必要があり、このため営業用列車には搭載
できない。

【０００７】そこで本件発明者は次のようなレールの遊
間及びレール長測定方法を開発し、出願した（特許願平
２−７１１５１）。このうちレールの遊間測定方法は図
１２、１３に示すように、レール１の上面２にレーザ・
ドップラ・センサ３からドップラ用レーザ光ａを照射し
て、同上面２からの散乱光ｂを同センサ３により受光し
て同センサ３からドップラ信号Ａ｛図１４ｃ｝を出力
し、一方、同上面２にその上方から遊間識別センサ４よ
り遊間識別用レーザ光ｄを照射し、その反射光ｅに基づ
いて隣接するレール１の終端部１ａと始端部１ｂ間の遊
間５の幅に応じたパルス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・
・・｛図１４ｂ｝を出力し、各遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂
・・・のパルス幅内における前記ドップラ信号Ａのパル
スｐの数と同パルス間隔ｌに基づいて遊間５の長さを算
出するようにしたものである。

【０００８】また、前記のレール長測定方法は図１４
（ａ）に示す１本のレール１の始端部１ｂと終端部１ａ
に対応する２つの遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・間にお
ける、前記ドップラ信号Ａのパルスｐの数に基づいて、
レール１の長さを計測するようにしたものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】．前記方法では図１
２，１３に示すようにレール１に垂直に遊間識別用レー
ザ光ｄが照射されているため、面取り部１ｃ（図１３）
からの反射光ｅは斜め方向に散乱して、レール１の真上
に設けてある受光器４ａに受光されない。この結果、面
取り部１ｃが遊間５として計測されてしまい、レール１
の長さと遊間５のいずれも測定誤差となる。 ．レール１の遊間５には必要に応じて図１５、図１６
（ａ）に示すように軌道回路４１を構成するための絶縁
継目４０が配置される。軌道回路４１は軌道の一定区間
を絶縁継目４０により区切って隣接区間４２と電気的に
絶縁し、その絶縁された２本のレール１の一端に電源装
置４３、車軸の短絡によって過大な電流が流れるのを防
ぐ限流装置４４が接続され、他端に信号を制御する軌道
継電器４５が接続された電気回路である。 この絶縁継目４０が遊間５に設置されていると、図１６
（ｃ）に示す遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・のパルス幅
は、絶縁継目４０とその両端のレール１の端部１ａ，１
ｂとの間で５ａと５ｂの２つに分割され、同図（ｃ）の
ドップラ信号Ａのパルスｐの数と同パルス間隔に基づい
て遊間５が同図（ｄ）のように測定され、レール長が同
図（ｅ）のように測定される。この結果、同図（ｅ）に
示すように絶縁継目４０の部分ｈが極度に短いレールと
して計測され、絶縁継目４０の両側が同図（ｄ）に示す
ように二つの遊間５ａ、５ｂとして別々に計測され、レ
ール長及び遊間の測定誤差となる。

【００１０】本発明の目的はレーザ・ドップラ・センサ
及び遊間識別センサを用いて、レールの遊間及びレール
長を非接触で正確に測定でき、しかも、営業用列車の走
行スピ−ド（１１０ｋｍ／ｈ前後）で高速測定が可能
で、その上、レールの始端部、終端部の上面の面取り部
分をもレール長として測定できる、レールの遊間及びレ
ール長測定方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のレールの遊間測
定方法はレーザ・ドップラ・センサの原理を応用したも
のである。即ち、レーザ・ドップラ・センサにおいては
図１１に示すように、レーザ光源３０からレーザ光ａを
ビームスプリッタ３４で２分して交差角φで走行する被
測定物３１に照射すると、同被測定物３１からの散乱光
ｂはミラー３２、集光レンズ３３等の光学系を介して光
電変換器ＡＰＤ３５でヘテロダイン検波される。このと
き光電変換器ＡＰＤ３５から得られるドップラ信号の周
波数ｆ_Dは次式で示される。 ｆ_D ＝（２Ｖ／λ）ｓｉｎ（φ／２）ｃｏｓ（Δθ） Ｖ：被測定物の表面速度 λ：レーザ波長 φ：ビ−ム交差角 Δθ：ビ−ム法線と被測定物の直角からのずれ角 前記式のようにドップラ周波数ｆ_D は走行する被測定物
３１の表面速度Ｖに比例した周波数となる。このため、
ある時間におけるドップラ周波数ｆ_D の波数（パルスｐ
の数）を積算すれば、その時間における被測定物の長さ
を求めることができる。ちなみに、前記パルス間隔ｌは
ビ−ム交差角φとレーザの波長λとにより定まる。

【００１２】そこで、本発明のうち請求項１のレールの
遊間測定方法は、図１、図２（ａ）に示すようにレール
１の上面２及び面取り面１ｃにレーザ・ドップラ・セン
サ３からドップラ用レーザ光ａを照射し、同上面２及び
面取り面１ｃからの散乱光ｂを同センサ３により受光し
て同センサ３からドップラ信号Ａ｛図１４（ｃ）｝を出
力し、一方、同上面２及び面取り面１ｃにその真上から
遊間識別センサ４より遊間識別用レーザ光ｄを照射し、
同上面２及び面取り面１ｃからの反射光ｅをレール１の
前後方向に設けた２つの受光器４ａのうち少なくとも一
方の受光器４ａで受光し、同受光器４ａから隣接するレ
ール１の終端部１ａと始端部１ｂ間の遊間５の幅に応じ
たパルス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・｛図１４
（ｂ）｝を出力し、各遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・の
パルス幅内における前記ドップラ信号Ａのパルスｐの数
と同パルス間隔ｌに基づいて遊間５の長さを算出するよ
うにしたものである。

【００１３】本発明のうち請求項２のレールの遊間測定
方法は、図２（ｂ）に示すようにレール１の上面２及び
面取り面１ｃにレーザ・ドップラ・センサ３からドップ
ラ用レーザ光ａを照射し、同上面２及び面取り面１ｃか
らの散乱光ｂを同センサ３により受光して同センサ３か
らドップラ信号Ａ｛図１４（ｃ）｝を出力し、同上面２
及び面取り面１ｃに遊間識別センサ４からの遊間識別用
レーザ光ｄを、レール１の前後方向２方向から斜めに集
光するように照射し、同上面２及び面取り面１ｃからの
反射光ｅを前記２方向からの遊間識別用レーザ光ｄの間
に設けた受光器４ａで受光し、同受光器４ａから隣接す
るレール１の終端部１ａと始端部１ｂ間の遊間５の幅に
応じたパルス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・｛図１４
（ｂ）｝を出力し、各遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・の
パルス幅内における前記ドップラ信号Ａのパルスｐの数
と同パルス間隔ｌに基づいて遊間５の長さを算出するよ
うにしたものである。

【００１４】本発明のうち請求項３のレールの遊間測定
方法は、レール１の上面２及び面取り面１ｃにレーザ・
ドップラ・センサ３（図１７）からドップラ用レーザ光
ａを、レール１の前後方向２方向から斜めに集光して照
射し、同上面２及び面取り面１ｃからの散乱光ｂを同セ
ンサ３の前記２方向からの遊間識別用レーザ光ｄの間に
設けた受光器３５により受光して、同センサ３から隣接
するレール１の終端部１ａと始端部１ｂ間の遊間５の幅
に応じたパルス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・｛図
１４（ｂ）｝を出力すると共に、受光された散乱光ｂの
一部を分岐し且つそれから直流分を除去して交流分を取
り出してその交流分をドップラ信号Ａ｛図１４（ｃ）｝
として出力し、各遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・のパル
ス幅内における前記ドップラ信号Ａのパルスｐの数と同
パルス間隔ｌに基づいて遊間５の長さを算出するように
したものである。

【００１５】本発明のうち請求項４のレールの遊間測定
方法は、請求項１又は請求項２又は請求項３のレールの
遊間測定方法において、図１６（ａ）に示すように遊間
５に絶縁継目４０が設けられている場合に、同絶縁継目
４０とその両側のレール１の終端部１ａと始端部１ｂと
の間の２つの遊間５ａ、５ｂを加算して遊間５とするも
のである。

【００１６】本発明のうち請求項５のレール長測定方法
は、図２（ａ）に示すようにレール１の上面２及び面取
り面１ｃにレーザ・ドップラ・センサ３からドップラ用
レーザ光ａを照射し、同上面２及び面取り面１ｃからの
散乱光ｂを同センサ３により受光して同センサ３からド
ップラ信号Ａ｛図１４（ｃ）｝を出力し、一方、同上面
２及び面取り面１ｃにその真上から遊間識別センサ４よ
り遊間識別用レーザ光ｄを照射し、同上面２及び面取り
面１ｃからの反射光ｅをレール１の前後方向に設けた２
つの受光器４ａのうち少なくとも一方の受光器４ａで受
光し、同受光器４ａから隣接するレール１の終端部１ａ
と始端部１ｂ間の遊間５の幅に応じたパルス幅の遊間識
別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・｛図１４（ｂ）｝を出力し、そ
れらの遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・のうち１本のレー
ル１の始端部１ｂと終端部１ａに対応する２つの遊間識
別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ 間における前記ドップラ信号Ａのパル
スｐの数に基づいてレール１の長さを計測するようにし
たものである。

【００１７】本発明のうち請求項６のレール長測定方法
は、図２（ｂ）に示すようにレール１の上面２及び面取
り面１ｃにレーザ・ドップラ・センサ３からドップラ用
レーザ光ａを照射し、同上面２及び面取り面１ｃからの
散乱光ｂを同センサ３により受光して同センサ３からド
ップラ信号Ａ｛図１４（ｃ）｝を出力し、一方、同上面
２及び面取り面１ｃに遊間識別センサ４からの遊間識別
用レーザ光ｄをレール１の前後方向２方向から斜めに集
光して照射し、同上面２及び面取り面１ｃからの反射光
ｅを前記２方向からの遊間識別用レーザ光ｄの間に設け
た受光器４ａで受光し、同受光器４ａから隣接するレー
ル１の終端部１ａと始端部１ｂ間の遊間５の幅に応じた
パルス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂・・・・｛図１４
（ｂ）｝を出力し、それら遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・
・のうち１本のレール１の始端部１ｂと終端部１ａに対
応する２つの遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ 間における前記ド
ップラ信号Ａのパルスｐの数に基づいて、レール１の長
さを計測するようにしたものである。

【００１８】本発明のうち請求項７のレール長測定方法
は、レール１の上面２及び面取り面１ｃにレーザ・ドッ
プラ・センサ３（図１７）からドップラ用レーザ光ａを
レール１の前後方向の２方向から斜めに集光して照射
し、同上面２及び面取り面１ｃからの散乱光ｂを同セン
サ３の前記２方向からの遊間識別用レーザ光ｄの間に設
けた受光器３５により受光して、同センサ３から隣接す
るレール１の終端部１ａと始端部１ｂ間の遊間５の幅に
応じたパルス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・｛図１
４（ｂ）｝を出力すると共に、受光された散乱光ｂの一
部を分岐し且つそれから直流分を除去して交流分を取り
出してその交流分をドップラ信号Ａ｛図１４（ｃ）｝と
して出力し、前記遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・のうち
１本のレール１の始端部１ｂと終端部１ａに対応する２
つの遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ 間における前記ドップラ信
号Ａのパルスｐの数に基づいて、レール１の長さを計測
するようにしたものである。

【００１９】本発明のうち請求項８のレールの遊間測定
方法は、請求項１、２、３の遊間識別用レーザ光ｄに、
図３に示すようにレール１の幅方向に広がりをもたせた
ものである。

【００２０】本発明のうち請求項９のレール長測定方法
は、請求項５、６、７の遊間識別用レーザ光ｄに、図３
に示すようにレール１の幅方向に広がりをもたせたもの
である。

【００２１】

【作用】本発明のうち請求項１のレールの遊間測定方法
では、図１に示すようにレール１の上面２及び面取り面
１ｃからの散乱光ｂに基づいて得られたドップラ信号Ａ
｛図１４（ｃ）｝と、同上面２及び面取り面１ｃからの
反射光ｅに基づいて得られた遊間５の幅に応じたパルス
幅Ｌの遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・・｛図１４
（ｂ）｝とを組合わせて遊間５の長さを算出するので、
レール１に非接触で遊間を測定することができる。しか
も、図２（ａ）に示すように遊間識別センサ４からレー
ル１の終端部１ｂの面取り部１ｃの斜面に照射された遊
間識別用レーザ光ｄは、同斜面で斜め右方向に反射する
が、この反射光ｅは同方向に設けた一方の受光器４ａで
受光される。同様に、レール１の先端部１ａの面取り部
１ｃの斜面に照射された同レーザ光ｄは前記の場合と逆
方向に反射するが、同反射光ｅはその方向に設けてある
他方の受光器４ａで受光される。このため、面取り部１
ｃからの反射光がレール１の平な上面２で反射された場
合と同様に確実に受光され、面取り部１ｃが遊間５とし
て計測されることがなく、計測誤差が生じない。

【００２２】遊間識別用レーザ光ｄがレール１の面取り
部１ｃ以外の平な上面２に照射されたときは、その反射
光ｅは真上に反射されるが、同反射光ｅにはある程度の
広がりがあるため、その反射光ｅの一部は両方の受光器
４ａで受光される。また、図８に示すように遊間識別用
レーザ光ｄが遊間５にある継目板６で反射されたとき
は、その反射光ｅは前記レール１の平な上面２に照射さ
れたときと同様に真上に反射されるが、このときの反射
光レベルは上面２からの反射光レベルよりも小さいた
め、そのレベル差から両者（レールと遊間）を区別する
ことができる。この結果、前記遊間識別センサ４により
レール１の終端部１ａ、始端部１ｂに形成された面取り
部１ｃを含むレール１の長さと遊間５の幅を正確に識別
して計測することができる。

【００２３】本発明のうち請求項２のレールの遊間測定
方法では、図２（ｂ）に示すように遊間識別センサ４か
らレール１の終端部１ｂの面取り部１ｃの斜面に斜めに
照射された遊間識別用レーザ光ｄは、面取り部１ｃから
真上方向に反射し、その反射光は受光器４ａで受光され
るため、面取り部１ｃからの反射光がレール１の平な上
面２で反射された場合と同様に確実に受光され、面取り
部１ｃをレール１の一部として計測でき、計測誤差が生
じない。この他の作用は請求項１の場合と全く同様であ
る。

【００２４】本発明のうち請求項３のレールの遊間測定
方法では、請求項２における遊間識別センサ４を使用せ
ず、レーザ・ドップラ・センサ３として遊間識別センサ
４を兼ねたレーザ・ドップラ・センサ３（図１７）を使
用し、レール１の上面２及び面取り面１ｃから散乱され
る散乱光ｂを遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・として使用
すると共に、同散乱光ｂの一部の直流分を除去して交流
分を取り出してその交流分をドップラ信号Ａとして出力
することができるので、遊間識別センサ４が不要とな
り、その分だけ遊間測定装置の構成が簡潔になり、コス
トも安価になる。

【００２５】本発明のうち請求項４のレールの遊間測定
方法では、図１６（ａ）に示すように遊間５に絶縁継目
４０が設けられている場合、同図（ｄ）に示すように、
２つの遊間５ａ、５ｂが得られるが、本発明ではこの２
つの遊間５ａ、５ｂを加算して遊間５とするので、遊間
５を正確に測定することができる。

【００２６】本発明のうち請求項５のレール長測定方法
では、遊間識別センサ４からレール１の終端部１ｂの面
取り部１ｃの斜面に真上から照射された遊間識別用レー
ザ光ｄが、面取り部１ｃから斜めに反射してその反射光
がレール１の前後方向に設けた２つの受光器４ａのうち
少なくとも一方の受光器４ａで受光されるので、面取り
部１ｃからの反射光がレール１の平な上面２で反射され
た場合と同様に確実に受光され、面取り部１ｃをレール
１の一部として計測でき、正確なレール長測定ができ
る。

【００２７】本発明のうち請求項６のレール長測定方法
では、遊間識別センサ４からレール１の終端部１ｂの面
取り部１ｃの斜面に斜めに照射された遊間識別用レーザ
光ｄが、面取り部１ｃから真上方向に反射してその反射
光が受光器４ａで受光されるため、面取り部１ｃからの
反射光がレール１の平な上面２で反射された場合と同様
に確実に受光され、面取り部１ｃをレール１の一部とし
て計測でき、正確なレール長測定ができる。

【００２８】本発明のうち請求項７のレール長測定方法
では、請求項６における遊間識別センサ４を使用せず、
レーザ・ドップラ・センサ３として遊間識別センサ４を
兼ねたレーザ・ドップラ・センサ３（図１７）を使用
し、レール１の上面２及び面取り面１ｃから散乱される
散乱光ｂを遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・として使用す
ると共に、同散乱光ｂの一部の直流分を除去して交流分
を取り出してその交流分をドップラ信号Ａとして出力す
るので遊間識別センサ４が不要となり、その分だけレー
ル長測定装置の構成が簡潔になり、コストも安価にな
る。

【００２９】本発明のうち請求項８の遊間測定方法、請
求項９のレール長測定方法では、遊間識別用レーザ光ｄ
にレール１の幅方向への広がりをもたせたので、レール
１の上面２及び面取り面１ｃから反射される反射光ｅも
レール１の幅方向へ広がる。このため、レール１が図９
のようにカ−ブし、それに伴って図１０のように傾斜し
ているために、レール１の上面２に照射される遊間識別
用レーザ光ｄとその反射光ｅとの角度Θ（図１０）が大
きくなっても（例えば５．６度以上）、同上面２及び面
取り面１ｃからの反射光ｅが遊間識別センサ４の受光器
４ａに確実に受光される。また、遊間識別用レーザ光ｄ
が細く絞られている場合よりも、レール１の上面２にお
ける細かい傷や凸凹等による影響も受けない。

【００３０】

【実施例１】本発明のレールの遊間及びレ−ル長測定方
法の一実施例を示す図１、図２において、１はレール、
２は同レール１の上面、１ａはレール１の終端部、１ｂ
はレール１の始端部、５はレール１の継目に設けられて
いる遊間である。６はレール１の終端部１ａと始端部１
ｂとを連結するレール継目板である。このレール継目板
６は図７〜図９に示すようにレール１の幅方向両側面に
当てがわれて同側面に固定されている。

【００３１】図１の３はレーザ・ドップラ・センサであ
り、これはレール１の上面２及び面取り部１ｃにドップ
ラ−用レーザ光ａを照射して、同上面２及び面取り部１
ｃからの散乱光ｂに基づいて図１４（ｃ）のドップラ信
号Ａを出力するものである。

【００３２】図１、図２（ａ）の４は遊間識別センサで
あり、これはレール１の上面２及び面取り部１ｃにその
真上から遊間識別用レーザ光ｄを照射する半導体レーザ
４ｈとその光学系４ｉを有し、また、その反射光ｅを受
光する２つの受光器４ａをレール１の長手方向で且つ前
記レーザ光ｄの外側２箇所に設置し、更に２つの受光器
４ａの信号を加算する加算器４ｊを設けて、この同加算
器４ｊからの出力（遊間識別センサ４の出力）により遊
間５を検出すると共に、その遊間５の幅に対応したパル
ス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・｛図１４（ｂ）｝
を出力するようにしてある。

【００３３】この遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・｛図１４
（ｂ）｝は各レ−ル１の始端部１ｂの位置で立ち下が
り、終端部１ａの位置で立ち上がるようにしてある。こ
の立ち上り、立ち下りは遊間識別センサ４を搭載した列
車の走行スピ−ドや、必要な分解能等に高速応答（例え
ば２μｓｅｃ）できるようにするため、急峻であること
が望ましい。そのためにはレール１の上面２及び面取り
部１ｃに照射される遊間識別用レーザ光ｄのビ−ム径を
絞る必要がある。しかし、同ビ−ム径を絞り過ぎるとレ
ール１の上面２及び面取り部１ｃの凸凹とか、細かい傷
等により乱反射して遊間５からの反射光ｅとの識別が難
しくなるので絞り過ぎないようにする。

【００３４】また、前記ビ−ム径を絞り過ぎるとレール
１の上面２及び面取り部１ｃからの反射光ｅの面積が狭
くなるため、レール１が図１１のように傾斜してレール
１の上面２及び面取り部１ｃに照射される遊間識別用レ
ーザ光ｄの照射角度Θ（図１０）が例えば５．６度（曲
線部で最大カウント１０５ｍｍの状態）以上に大きくな
ると、同上面２及び面取り部１ｃからの反射光ｅが遊間
識別センサ４から外れて同センサ４に受光されないこと
がある。そこで本発明では遊間識別用レーザ光ｄのビ−
ム径を図３のようにレール１の幅方向に横長にして、前
記傾き照射角度Θが５．６度以上になっても、レール１
からの反射光ｅが遊間識別センサ４に確実に受光され
て、遊間５がある箇所では遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・
・｛図１４（ｂ）｝が確実に出力されるようにしてあ
る。

【００３５】図１の８は処理器であり、これは遊間識別
センサ４からの出力信号を波形整形する波形整形回路８
ａ、図３の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・｛図１４
（ｂ）｝のパルス幅Ｌ内における、前記ドップラ信号Ａ
｛図１４（ｃ）｝のパルスｐの数を積算して、遊間５の
長さを演算処理する積算カウンタ８ｂとで構成されてい
る。また、前記積算カウンタ８ｂは図３に示す一本のレ
ール１の先端部１ａと後端部１ｂの夫々に対応する２つ
の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ 間における、前記ドップラ信
号Ａのパルスｐの数を積算してレール１の長さも算出す
るものである。ちなみに、遊間５の長さは一般的には数
ｍｍ〜数十ｍｍであるが、場合によっては零の場合もあ
る。このため、遊間５の長さだけを測定したのでは遊間
５の長さがゼロと計測された場合に、本当に遊間５の長
さが計測されたのか、遊間５ではなくレール１が計測さ
れたのかを判別することができず、遊間５を見落すこと
がある。そこで本発明では遊間５の長さの他にレール１
の長さをも合わせて測定することにより遊間５の位置を
正確に検出できるようにしてある。

【００３６】レール１の長さを測定する方法は各種考え
られるが、例えば図５、図６に示す方法でもよい。図５
に示す測定方法は、同図に示す遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂
・・・を制御回路１１において反転させて制御信号Ｃ
₁ 、Ｃ₂ ・・・とし、同制御信号Ｃ₁ 、Ｃ₂・・・とド
ップラ信号Ａ｛図１６（ｃ）｝とをゲ−ト１２に入れ、
カウンタ１３により制御信号Ｃ₁ 、Ｃ₂ 間（前後２つの
遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ 間）におけるドップラ信号Ａの
パルスｐの数をカウントして、レール長を算出するよう
にしたものである。この場合、図４に示すように遊間識
別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・とドップラ信号Ａの切れ目Ａ
₁ 、Ａ₂ ・・・の位置がずれている。このため図５の測
定方法では前後２つの遊間識別信号Ｂ₁ とＢ₂の間にド
ップラ信号Ａの切れ目Ａ₁が、Ｂ₂ とＢ₃ の間に切れ目
Ａ₂ が入る（Ａ₃ 以下も同じ）。この結果、積算された
レール長はドップラ信号Ａの途切れている分だけ誤差と
なり、正確なレール長測定ができない。しかし、この誤
差はレール長に比べて微少であるため実用上は無視する
ことができる。また、図５の測定装置では各制御信号Ｃ
₁ 、Ｃ₂ ・・・のパルス幅におけるドップラ信号Ａのパ
ルスｐの数をカウンタ１４により積算して遊間５の長さ
を測定することができる。

【００３７】レール長の測定誤差が生じないようにする
には例えば図６（ａ）の測定装置により測定すればよ
い。その測定装置によりレール長を測定するには、遊間
識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・（図４）の立ち下がりにより
ホ−ルド回路１５（ホ−ルド開始後ある時間で元に戻
る）を駆動してドップラ信号Ａ（図４）をホ−ルドし、
そのドップラ信号Ａの切れ目Ａ₁ 、Ａ₂ ・・・を補正し
てパルスｐを連続させる。この補正されたドップラ信号
をゲ−ト回路１６に入れる。一方、前記遊間識別信号Ｂ
₁ 、Ｂ₂ ・・・を図６（ａ）の制御回路１７により反転
させて制御信号Ｃ₁、Ｃ₂ ・・・とし、この制御信号Ｃ₁
、Ｃ₂・・・を前記ゲ−ト回路１６に入れて、同制御信
号Ｃ₁ 、Ｃ₂ ・・・のうち前後２つの制御信号間におけ
るドップラ信号Ａのパルスｐの数を、図６（ａ）のカウ
ンタ１８により積算してレール１の長さを算出する。こ
のようにすればドップラ信号Ａの途切れＡ₁ 、Ａ₂ ・・
・が測定誤差とならないので、レール１の長さを正確に
測定することができる。なお、図６（ａ）の測定装置で
は前後２つの制御信号Ｃ₁ 、Ｃ₂・・・をケ−ト回路１
９に入力し、各制御信号Ｃ₁ 、Ｃ₂ ・・・のパルス幅内
におけるドップラ信号Ａのパルスｐの数をカウンタ２０
により積算して遊間５の長さを測定することができる。

【００３８】また、図６（ａ）の測定装置では制御回路
１７からカウンタ１８、２０にメモリ信号ｍ₁ 、ｍ₂
｛図６（ｂ）（ｃ）｝を入力してカウント数を記憶さ
せ、カウントが終了したら両カウンタ１８、２０にリセ
ット信号ｒ₁ 、ｒ₂ を入力して同カウンタ１８、２０を
リセットして、次のカウントに備えるようにしてある。
前記カウンタ２０に入力されるメモリ信号ｍ₁ は図６
（ｂ）のように、制御信号Ｃ₁ 、Ｃ₂ ・・・の立ち下が
りより僅かに遅れ、前記リセット信号ｒ₁ は前記メモリ
信号ｍ₁ より更に僅かに遅れて出力されている。前記カ
ウンタ１８に入力されるメモリ信号ｍ₂ は図６（ｃ）の
ように、夫々の制御信号Ｃ₁ 、Ｃ₂ ・・・の立ち上りよ
り僅かに遅れ、前記リセット信号ｒ₂ は前記メモリ信号
ｍ₂ より更に僅かに遅れ且つ夫々の制御信号Ｃ₁ 、Ｃ₂
・・・の立ち下がりよりは手前で出力されている。以上
の各装置をレール１の上を走行する営業用列車、或は遊
間測定用列車等の走行体９（図１）に搭載して測定す
る。

【００３９】

【実施例２】本発明のレールの遊間及びレール長測定方
法の他の実施例は、前記遊間及びレール長測定方法にお
いて、前記遊間識別センサ４｛（図２（ａ）｝の代わり
に図２（ｂ）に示す遊間識別センサ４を用いるものであ
る。この遊間識別センサ４は遊間識別レーザ光ｄを発生
する半導体レーザ４ｈ、光学系４ｉ、前記遊間識別用レ
ーザ光ｄを２分するビームスプリッタ３４、２分した同
レーザ光ｄをレール１の上面２及び面取り部１ｃに２方
向から斜めに集光して照射するミラー３２を設け、上面
２及び面取り部１ｃからの反射光ｅを受ける受光器４ａ
を２方向からのレーザ光ｄの間に設け、更に、同受光器
４ａから出力される遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・｛図
１４（ｂ）｝を増幅するアンプ４ｋを設けたものであ
る。

【００４０】

【実施例３】本発明のレールの遊間及びレール長測定方
法の更に他の実施例は、前記遊間測定方法及びレール長
測定方法において、｛（図２（ｂ）｝に示す遊間識別セ
ンサ４を使用せず、その代わりにレーザ・ドップラ・セ
ンサ３として図１７に示す遊間識別センサ兼用のレーザ
・ドップラ・センサ３を使用するものである。このレー
ザ・ドップラ・センサ３はレール１の上面２及び面取り
面１ｃへのドップラ用レーザ光ａの照射方法及び同上面
２及び面取り面１ｃからの散乱光の受光方法は、図１１
のレーザ・ドップラ・センサ３、図２（ｂ）の遊間識別
センサ４と同じく、レーザ光源３０からのドップラ用レ
ーザ光ａをビームスプリッタ３４で２分し、その２分さ
れたドップラ用レーザ光ａをレール１の前後方向の２方
向から斜めに集光して照射し、同上面２及び面取り面１
ｃからの散乱光ｂを同センサ３の前記２方向からの遊間
識別用レーザ光ａの間に設けた受光器（光電変換器）３
５により受光するようにしたものである。

【００４１】そして図１７のレーザ・ドップラ・センサ
３では受光器（光電変換器）３５からの出力の一部をそ
のまま遊間出力とし、また、同出力の一部を分岐してコ
ンデサＣ（図１７）により同出力の直流分を除去して交
流分を取り出し、その交流分を例えばＰＬＬ等を用いた
ホールド回路５０によりホールドして、パルスが連続し
たドップラ信号Ａ｛図１６（ｃ）｝として出力するよう
にしてある。ちなみに、レール１の遊間５では散乱光ｂ
が極めて少なくなるか著しい場合は全く無くなるため、
これに伴って受光器４ａからの出力信号のレベルが極度
に低下するか全く無くなってしまい、レ−ル１の遊間５
でのドップラ信号Ａが図４のように途切れてしまう。そ
こで図１７ではホールド回路５０により途切れる前のパ
ルスをホールドしてドップラ信号Ａの途切れをカバーし
て連続するドップラ信号にしてある。

【００４２】

【発明の効果】本発明のレールの遊間及びレ−ル長測定
方法は次のような効果がある。 ．レール１の終端部１ａ及び始端部１ｂの面取り部１
ｃを確実にレール長として計測できるので、遊間５及び
レール長の計測精度が向上する。 ．レール１の遊間５及びレ−ル長を非接触で測定でき
るので、接触方式の場合の各種問題が全て解消される ．非接触方式であるため高速測定可能であり、従って
営業用列車の走行スピード（１１０ｋｍ／ｈ前後）で高
速測定可能となる。このため、それらの測定のための走
行体をわざわざ用意する必要もない。 ．遊間識別用レーザ光ｄをレ−ルの幅方向に広げてレ
ール１への照射面積を広くしてあるので、レ−ル１の上
面２及び面取り部１ｃの凸凹や表面の細かい傷等による
乱反射が少なく、それらと遊間５との識別が確実にな
る。また、電車の振動等により、レーザ・ドップラ・セ
ンサ３、遊間識別センサ４の角度ずれが生じたり、曲線
区間のカーブなどでレ−ル１が傾斜していても安定した
出力が得られる。 ．遊間長だけでなくレ−ル長をも非接触で測定するこ
とができるので、遊間長が零のときは零であることを確
実に検出することができ、遊間長が零であっても遊間を
見落とすことがない。 ．ドップラ用レ−ザ光と遊間識別用レ−ザ光とをレ−
ルの上面及び面取り部１ｃに真上、或は斜め上方から照
射するものであるため、レーザ・ドップラ・センサ３、
遊間識別センサ４を列車に搭載する場合にそれらが列車
の横に突出することがなく、営業用列車の車両限界内に
搭載することができる。 ．左右のレール１の遊間５を同時に測定する場合に、
遊間識別センサ４は２個必要であるが、レ−ザ・ドップ
ラ・センサ３は１個で良いため経済的であり、コンパク
トであるため列車への取付けスペ−スが少なくてすむ。 ．図１７に示す遊間識別センサ兼用のレ−ザ・ドップ
ラ・センサ３を使用すれば、遊間識別センサ４が不要に
なってコンパクト化できるので列車への取付けが容易に
なり、また、経済的でもある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレールの遊間及びレール長測定方法の
説明図。

【図２】同図（ａ）は同測定方法で使用する遊間識別セ
ンサの一実施例を示す説明図、同図（ｂ）は同測定方法
で使用する遊間識別センサの他例を示す説明図。

【図３】同測定方法における遊間識別用レ−ザ光の広が
りを示す説明図。

【図４】同測定方法における遊間識別信号とドップラ信
号の説明図。

【図５】本発明のレールの遊間測定方法における処理器
の一例を示す説明図。

【図６】同図（ａ）は本発明のレールの遊間測定方法に
おける処理器の他の例を示す説明図、同図（ｂ）、
（ｃ）は同処理器におけるメモリ信号とリセット信号の
説明図。

【図７】レールと継目板との関係を示す平面図。

【図８】レールと継目板との関係を示す断面図。

【図９】カーブしているレールと継目板との関係を示す
平面図。

【図１０】カーブしているレ−ルと遊間識別用レ−ザ光
及びその反射光の説明図。

【図１１】レ−ザドップラセンサの原理説明図。

【図１２】本件発明者が先に開発したレールの遊間及び
レール長測定方法の説明図。

【図１３】図１３の測定方法の詳細説明図。

【図１４】同図（ａ）は同測定方法における遊間部分の
説明図、同図（ｂ）は遊間識別センサの出力波形の説明
図、同図（ｃ）はレーザ・ドップラーセンサの出力波形
の説明図。

【図１５】線路における軌道回路の説明図。

【図１６】同図（ａ）は遊間に絶縁継目がある場合の説
明図、（ｂ）〜（ｅ）は遊間に絶縁継目がある場合のレ
ールの遊間及びレール長測定方法の波形説明図。

【図１７】本発明における遊間識別センサ兼用のレーザ
・ドップラーセンサの一例を示す説明図。

【符号の説明】

１ レ−ル １ａ 終端部 １ｂ 始端部 １ｃ 面取り部 ２ レールの上面 ３ レ−ザ・ドップラ・センサ ４ 遊間識別センサ ５ 遊間 ６ レ−ル継目板 ４０ 絶縁継目 Ａ ドップラ信号 Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・ 遊間識別信号 ａ ドップラ用レ−ザ光 ｂ 散乱光 ｄ 遊間識別用レ−ザ光 ｅ レールの上面からの反射光 ｌ パルス間隔 ｐ パルス

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レール１の上面２及び面取り面１ｃにレ
   ーザ・ドップラ・センサ３からドップラ用レーザ光ａを
   照射し、同上面２及び面取り面１ｃからの散乱光ｂを同
   センサ３により受光して同センサ３からドップラ信号Ａ
   を出力し、一方、同上面２及び面取り面１ｃにその真上
   から遊間識別センサ４より遊間識別用レーザ光ｄを照射
   し、同上面２及び面取り面１ｃからの反射光ｅをレール
   １の前後方向に設けた２つの受光器４ａのうち少なくと
   も一方の受光器４ａで受光し、同受光器４ａから隣接す
   るレール１の終端部１ａと始端部１ｂ間の遊間５の幅に
   応じたパルス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・を出力
   し、各遊間識別信号Ｂ₁、Ｂ₂ ・・・のパルス幅内にお
   ける前記ドップラ信号Ａのパルスｐの数と同パルス間隔
   ｌに基づいて遊間５の長さを算出するようにしたことを
   特徴とするレールの遊間測定方法。
2. 【請求項２】 レール１の上面２及び面取り面１ｃにレ
   ーザ・ドップラ・センサ３からドップラ用レーザ光ａを
   照射し、同上面２及び面取り面１ｃからの散乱光ｂを同
   センサ３により受光して同センサ３からドップラ信号Ａ
   を出力し、同上面２及び面取り面１ｃに遊間識別センサ
   ４からの遊間識別用レーザ光ｄをレール１の前後方向２
   方向から斜めに集光して照射し、同上面２及び面取り面
   １ｃからの反射光ｅを前記２方向からの遊間識別用レー
   ザ光ｄの間に設けた受光器４ａで受光し、同受光器４ａ
   から隣接するレール１の終端部１ａと始端部１ｂ間の遊
   間５の幅に応じたパルス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・
   ・・を出力し、各遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・のパル
   ス幅内における前記ドップラ信号Ａのパルスｐの数と同
   パルス間隔ｌに基づいて遊間５の長さを算出するように
   したことを特徴とするレールの遊間測定方法。
3. 【請求項３】 レール１の上面２及び面取り面１ｃにレ
   ーザ・ドップラ・センサ３からドップラ用レーザ光ａ
   を、レール１の前後方向２方向から斜めに集光して照射
   し、同上面２及び面取り面１ｃからの散乱光ｂを同セン
   サ３の前記２方向からの遊間識別用レーザ光ｄの間に設
   けた受光器３５により受光して、同センサ３から隣接す
   るレール１の終端部１ａと始端部１ｂ間の遊間５の幅に
   応じたパルス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・を出力
   すると共に、受光された前記散乱光ｂの一部を分岐し且
   つそれから直流分を除去して交流分を取り出してその交
   流分をドップラ信号Ａとして出力し、各遊間識別信号Ｂ
   ₁、Ｂ₂ ・・・のパルス幅内における前記ドップラ信号
   Ａのパルスｐの数と同パルス間隔ｌに基づいて遊間５の
   長さを算出するようにしたことを特徴とするレールの遊
   間測定方法。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２又は請求項３のレ
   ールの遊間測定方法において、遊間５に絶縁継目４０が
   設けられている場合は、同絶縁継目４０とその両側のレ
   ール１の終端部１ａと始端部１ｂとの間の２つの遊間５
   ａ、５ｂを加算して遊間５とすることを特徴とするレー
   ルの遊間測定方法。
5. 【請求項５】 レール１の上面２及び面取り面１ｃにレ
   ーザ・ドップラ・センサ３からドップラ用レーザ光ａを
   照射し、同上面２及び面取り面１ｃからの散乱光ｂを同
   センサ３により受光して同センサ３からドップラ信号Ａ
   を出力し、一方、同上面２及び面取り面１ｃにその真上
   から遊間識別センサ４より遊間識別用レーザ光ｄを照射
   し、同上面２及び面取り面１ｃからの反射光ｅをレール
   １の前後方向に設けた２つの受光器４ａのうち少なくと
   も一方の受光器４ａで受光し、同受光器４ａから隣接す
   るレール１の終端部１ａと始端部１ｂ間の遊間５の幅に
   応じたパルス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・を出力
   し、それら遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・のうち１本の
   レール１の始端部１ｂと終端部１ａに対応する２つの遊
   間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ 間における前記ドップラ信号Ａの
   パルスｐの数に基づいて、レール１の長さを計測するよ
   うにしたことを特徴とするレール長測定方法。
6. 【請求項６】 レール１の上面２及び面取り面１ｃにレ
   ーザ・ドップラ・センサ３からドップラ用レーザ光ａを
   照射し、同上面２からの散乱光ｂを同センサ３により受
   光して同センサ３からドップラ信号Ａを出力し、一方、
   同上面２及び面取り面１ｃに遊間識別センサ４からの遊
   間識別用レーザ光ｄをレール１の前後方向２方向から斜
   めに集光して照射し、同上面２及び面取り面１ｃからの
   反射光ｅを前記２方向からの遊間識別用レーザ光ｄの間
   に設けた受光器４ａで受光し、同受光器４ａから隣接す
   るレール１の終端部１ａと始端部１ｂ間の遊間５の幅に
   応じたパルス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・を出力
   し、それら遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・のうち１本の
   レール１の始端部１ｂと終端部１ａに対応する２つの遊
   間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ 間における前記ドップラ信号Ａの
   パルスｐの数に基づいて、レール１の長さを計測するよ
   うにしたことを特徴とするレール長測定方法。
7. 【請求項７】 レール１の上面２及び面取り面１ｃにレ
   ーザ・ドップラ・センサ３からドップラ用レーザ光ａ
   を、レール１の前後方向２方向から斜めに集光して照射
   し、同上面２及び面取り面１ｃからの散乱光ｂを同セン
   サ３の前記２方向からの遊間識別用レーザ光ｄの間に設
   けた受光器３５により受光して、同センサ３から隣接す
   るレール１の終端部１ａと始端部１ｂ間の遊間５の幅に
   応じたパルス幅の遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ ・・・を出力
   すると共に、受光された散乱光ｂの一部を分岐し且つそ
   れから直流分を除去して交流分を取り出してその交流分
   をドップラ信号Ａとして出力し、前記遊間識別信号Ｂ
   ₁ 、Ｂ₂ ・・・のうち１本のレール１の始端部１ｂと終
   端部１ａに対応する２つの遊間識別信号Ｂ₁ 、Ｂ₂ 間に
   おける前記ドップラ信号Ａのパルスｐの数に基づいて、
   レール１の長さを計測するようにしたことを特徴とする
   レール長測定方法。
8. 【請求項８】 前記遊間識別用レーザ光ｄに、レール１
   の幅方向に広がりをもたせたことを特徴とする請求項１
   又は請求項２又は請求項３のレールの遊間測定方法。
9. 【請求項９】 前記遊間識別用レーザ光ｄに、レール１
   の幅方向に広がりをもたせたことを特徴とする請求項５
   又は請求項６又は請求項７のレール長測定方法。