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 【トピックス】 掲載日:2012年3月22日
高精度2Dレーザスキャナを活用した軌道レールの摩耗調査

概 要

高精度で計測が可能なQuelltech社製2Dレーザスキャナ“Q4”を用いて、軌道レールの摩耗箇所の抽出と摩耗度合いについて検証しました。
機材名 QuellTech4
機材写真 表1写真
スキャナタイプ 240
サイズ 363×32×95
レンジZ 240mm
レンジX 145mm
解像度Z 0.112mm
解像度X 0.135mm
スキャンピッチ 100 lines/s
表1 2Dレーザスキャナ“Q4”の仕様
図1
 
図1 機器の様式図

従来は人による目視や手動の計測器を使って調査を行ってきました。これに対してレーザスキャナは、車体に取付け移動しながらミリ以下の精度で自動計測できます。

取得したスキャンデータから断面図を作成し、基準断面と比較することで摩耗状況を確認することができます。また、前回の計測データと比較し摩耗の進み具合を知ることで、効率の良いメンテナンスを行なうことができます。さらに、夜間でも高精度で計測が可能で、黒くて光沢のある対象物でも正確に測定できますので、作業にかかる時間を大幅に短縮できます。

当機器は100Hzでスキャンを行うため、走行速度により進行方向のスキャンピッチが変化します。そこで私達は、レールの頭頂部にQ4のレーザを照射しながら機器自体を等速で移動させデータを収録しました。
図2
図2 実験の様子
図3が計測した結果にレールの基準断面を10cm毎に配置した画像です。データはすべて3次元座標を持った点で表示され、それらを結線して基準断面と比較しました。図4に示す黄色の断面がQ4で計測した断面であり、基準断面との差分(橙)が摩耗量となります。


図4
図4 計測結果と基準断面の比較
図3
図3 計測結果

まだ試験的な検証段階ですが、本検証結果から約0.2mm程度の摩耗まで計測できることがわかりました。今後は、この技術を様々な現場に活用していきたいと思っています。

Q4の測定方法について

Quelltechのレーザースキャナーは三角測量で距離を測定しています。レーザーラインはパルスレーザー・ダイオードと光学ラインを介して、レーザー光を照射します。製造物から反射されたレーザー光はCCDアレーで読み取ります。製造物の高さコンタはCCDアレーで、レーザーラインの変化を示します。この変化量は数学的なアルゴリズムを使って修正されます。計算されたZ軸の距離情報はX軸の位置情報、また照度情報(Intensity)と統合され、イーサネットを介して出力されます。測定した値の直線度とカリブレーションの情報は、レーザーヘッド内に在る高度なFPGA プリ・プロセッサで計算されます。狭帯域のフィルターを採用しており、周囲光は5,000Luxまでであれば、レーザースキャナーに影響することはありません。ガラスの保護として(プラスチック)ウィンドウに取付け可能な保護ウィンドウを用意しています(オプション)。Quelltechのレーザースキャナーは動く部品を組込んでいないため、機械的な摩耗が生じることはありません。
http://www.opt-techno.com/quelltech/より抜粋
 
測定原理
測定原理
レールを計測
レールをQ4で計測


 
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