(57)【要約】【課題】パンタグラフすり板の摩耗状況を計測してすり板交換のための情報を提供するパンタグラフすり板摩耗計測装置がすり板厚さを算出する際に計測する値を用いて、パンタグラフの押上げ力の値や異常を検知できるパンタグラフ押上げ力推定機能を備えたパンタグラフの総合計測装置を提供する。【解決手段】パンタグラフの総合計測装置として、光切断方式により計測器の設置高さから測定したパンタグラフ上の基準面と該パンタグラフのすり板の上面との距離の差から当該すり板の厚さを算出することでパンタグラフのすり板の摩耗を計測するパンタグラフすり板摩耗計測部と、計測器を用いてパンタグラフが接する架線の高さ変化を計測し、架線の押上げ変位量とパンタグラフの押上げ力との関係および計測した架線の高さ変化に基づいて、パンタグラフの押上げ力を推定するパンタグラフ押上げ力推定部とを備える。【選択図】図１
2020041943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光切断方式により計測器の設置高さから測定したパンタグラフ上の基準面と該パンタグラフのすり板の上面との距離の差から当該すり板の厚さを算出することで前記パンタグラフのすり板の摩耗を計測するパンタグラフすり板摩耗計測部と、
前記計測器を用いて前記パンタグラフが接する架線の高さ変化を計測し、前記架線の押上げ変位量と前記パンタグラフの押上げ力との関係および計測した前記架線の高さ変化に基づいて、前記パンタグラフの押上げ力を推定するパンタグラフ押上げ力推定部と
を備えるパンタグラフの総合計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパンタグラフの総合計測装置であって、
前記パンタグラフ押上げ力推定部は、推定した前記押上げ力が適正範囲を逸脱すると警報を出力する
ことを特徴とするパンタグラフの総合計測装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパンタグラフの総合計測装置であって、
前記計測器は、前記架線より上方に位置し枕木方向に設置した２台のレーザ光源およびカメラにより構成される
ことを特徴とするパンタグラフの総合計測装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のパンタグラフの総合計測装置であって、
前記パンタグラフ押上げ力推定部は、前記架線の押上げ変位量と前記パンタグラフの押上げ力との関係を、当該総合計測装置の設置場所で実施されたキャリブレーションに基づいて補正する
ことを特徴とするパンタグラフの総合計測装置。
【請求項５】
請求項４に記載のパンタグラフの総合計測装置であって、
前記キャリブレーションは、少なくとも、１編成車両が有する複数のパンタグラフによる押上げ、前記架線のすり減りおよび前記架線の張力の変動のいずれか１つが及ぼす前記架線の押上げ変位量への影響に対して実施される
ことを特徴とするパンタグラフの総合計測装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のパンタグラフの総合計測装置であって、
前記パンタグラフ押上げ力推定部は、当該総合計測装置への車両進入速度の違いによる前記架線の押上げ変位量の違いを計測し、当該車両進入速度をパラメータとして前記パンタグラフの押上げ力を補正する
ことを特徴とするパンタグラフの総合計測装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のパンタグラフの総合計測装置であって、
前記パンタグラフ押上げ力推定部は、当該総合計測装置の設置位置から一定距離離れた位置での前記パンタグラフによる前記架線の押上げ高さを前記架線の最も高い高さに合わせる補正処理を行う
ことを特徴とするパンタグラフの総合計測装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載のパンタグラフの総合計測装置であって、
前記計測器の枕木方向横位置に位置高さを計測するセンサを備え、
前記パンタグラフ押上げ力推定部は、前記センサが測定した車両屋根の高さを用いて前記架線の高さ変化を補正する
ことを特徴とするパンタグラフの総合計測装置。
【請求項９】
パンタグラフが架線に接する位置の該架線の高さ変化を計測し、
前記架線の押上げ変位量と前記パンタグラフの押上げ力との関係および計測した前記架線の高さ変化に基づいて前記パンタグラフの押上げ力を推定する
パンタグラフ押上げ力推定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のパンタグラフ押上げ力推定方法であって、
前記架線の高さ変化を計測した地点でキャリブレーションを実施し、
前記架線の押上げ変位量と前記パンタグラフの押上げ力との関係を、前記キャリブレーションの結果に基づいて補正する
ことを特徴とするパンタグラフ押上げ力推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パンタグラフすり板摩耗計測機能に加えてパンタグラフ押上げ力推定機能を備えたパンタグラフの総合計測装置およびパンタグラフ押上げ力推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両のパンタグラフは、決められた範囲の押上げ力で架線に接触し、集電を行う。この時、押上げ力が小さいと、架線と集電装置との離線が生じてスパークが発生し、このスパークによる騒音、集電機能の瞬断、架線およびすり板の焼損などの不都合が生じる。また、押上げ力が強すぎると、架線およびすり板の摩耗促進による寿命短縮が生じてしまう。
【０００３】
そこで、パンタグラフの押上げ力が一定範囲に収まっていることを定期的に検査することによる管理が行われている。パンタグラフの押上げ力測定に際して、現状では、作業員が車両屋根に上り、架線の電源遮断を行った上で、測定器具を使って押上げ力の測定作業を行っている。この作業には、作業員の転落、感電の危険を伴うことから、自動測定化が求められている。
【０００４】
一方、パンタグラフのすり板摩耗計測に関しては、自動測定化が進みつつある状況にある。パンタグラフすり板摩耗計測装置は、架線上方に固定したセンサからパンタグラフのすり板表面までの距離を測定し、測定範囲内のパンタグラフの舟体に予め設定した基準面までの距離と測定したすり板表面までの距離との差からすり板の厚さを算出し、すり板の摩耗状態を計測するものである。
【０００５】
このパンタグラフすり板摩耗計測装置を用いた自動測定化により、すり板の摩耗量計測のために作業員が車両屋根に上って行う作業は減少しているので、この自動測定化に合わせて、屋根上作業を極力削減するためにも、パンタグラフの押上げ力の測定作業に対する自動測定化へのニーズは大きい。
【０００６】
特許文献１には、パンタグラフの接触力を測定するために、パンタグラフの舟体に係る揚力を推定し、舟体を押し上げる押上力および舟体の慣性力を測定した結果を推定した揚力に加えることで該接触力を求める方法が示されている。
【０００７】
特許文献２には、パンタグラフの検査装置として、ビームセンサを用いてパンタグラフのすり板の表面を連続的に測定することで、正確に摩耗量や荒損位置を測定する技術が示されている。
【０００８】
特許文献３には、トロリ線の押上げ量は、パンタグラフの接触力（押上げ力）をトロリ線の等価ばね定数で除算することで推定できること、また、トロリ線の等価ばね定数は、支持点（電柱など）との位置関係、車両の走行速度などで変化すること、が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４０１２１０８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３６５６３号公報
【特許文献３】特開２０１３−２４４９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
パンタグラフの押上げ力を自動的に測定するための装置を新たに開発して設置する場合には、その装置単体でのシステム構成となり、装置開発のコストが高額になる可能性がある。
そこで、パンタグラフのすり板摩耗計測によって測定される架線の実高さ情報を用いることで、同一架線の張力下におけるパンタグラフ通過時の架線の実高さ情報とパンタグラフ押上げ力との相関関係から、パンタグラフの押上げ力を推定することが可能である。すなわち、パンタグラフのすり板摩耗計測装置の計測情報を用いてパンタグラフの押上げ力を推定することが可能になることを意味する。
【００１１】
本発明の目的は、パンタグラフの押上げ力測定のために、専用のパンタ押上げ力測定装置を提供するのではなく、パンタグラフすり板摩耗計測装置に機能追加として、パンタグラフの押上げ力を推定するパンタグラフ押上げ力推定機能も併せ持つパンタグラフの総合計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るパンタグラフの総合計測装置は、光切断方式により計測器の設置高さから測定したパンタグラフ上の基準面と該パンタグラフのすり板の上面との距離の差から当該すり板の厚さを算出することでパンタグラフのすり板の摩耗を計測するパンタグラフすり板摩耗計測部と、計測器を用いてパンタグラフが接する架線の高さ変化を計測し、架線の押上げ変位量とパンタグラフの押上げ力との関係および計測した架線の高さ変化に基づいて、パンタグラフの押上げ力を推定するパンタグラフ押上げ力推定部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、新たに専用のパンタグラフ押上げ力測定装置を設置することなく、既存のパンタグラフすり板摩耗計測装置に機能を付加する形で、パンタグラフの総合計測装置として、パンタグラフの押上げ力を自動的に推定する機能を得ることができる。また、既存のパンタグラフすり板摩耗計測装置のデータと同時に計測が可能なことから、不良パンタグラフの警報発信など、パンタグラフのすり板の異常と同時に、パンタグラフの押上げ力の異常を同じシステムで検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】架線（コンパウンドカテナリ式）、パンタグラフおよび本発明に係るパンタグラフの総合計測装置の配置関係を示す断面図である。
【図２】図１と同様の断面図で、架線がシンプルカテナリ式の場合である。
【図３】本発明の実施例１として、本発明に係るパンタグラフの総合計測装置が備えるカメラおよびレーザ光源の配置構成を示す斜視図である。
【図４】レーザ光源によるレーザ照射面に平行な断面図である。
【図５】本発明の実施例２として、車両屋根の位置高さを計測する位置高さ計測センサを加えた構成を示す図である。
【図６】パンタグラフの総合計測装置が備えるカメラで計測された計測結果の一例を示す図である。
【図７】キャリブレーション実験の一例を示す図である。
【図８】キャリブレーション実験結果から、おもり重さと架線の押上げ変位量との関係を示すグラフである。
【図９】架線の押上げ変位量と押上げ力との関係を示すグラフである。
【図１０】パンタグラフの総合計測装置で計測された車両通過時の架線の高さ変化を示す図である。
【図１１】横軸を実距離に換算した場合における車両通過時の架線の高さ変化を示す図である。
【図１２】架線が最も高くなった時の横軸位置と計測装置の位置から一定距離離れたところでの押上げ高さを合わせる処置を施した場合における車両通過時の架線の高さ変化を示す図である。
【図１３】架線の支持位置間における架線の押上げ変位量のシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】（式１）の各変数の相互の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態として、従来のパンタグラフすり板摩耗計測機能に加えて、本発明に係るパンタグラフ押上げ力推定機能も備えたパンタグラフの総合計測装置の実施例を図面に基づいて説明する。
それに先立ち、従来のパンタグラフすり板摩耗計測装置の構成および測定手法について説明する。上記した従来のパンタグラフすり板摩耗計測装置が距離測定に用いるセンサは、非接触で距離測定を行えるものであり、例えば、超音波センサ、レーザ測長機（三角測量による方式、タイムオブフライト方式）等が用いられる。これらにより測定される距離は、センサを設置した高さから、すり板表面、基準面等までの長さであり、すり板厚さは、パンタグラフ上に設定した基準面までの距離からすり板表面間での距離の差で計算される。さらに、実際のすり板厚さの測定には、パンタグラフの舟体の傾きを検出して傾き補正を行っている。
【００１６】
上記した測定において、例えば、光切断法を用いて線レーザによりすり板面を切断するようなレーザ照射で距離測定を行った場合、架線がすり板面と接触しレーザとすり板の間に位置する。そのため、架線の上面までの距離が測定され、架線の下側のすり板の厚さが測定できない不都合が生じ、この部分については、架線両脇のすり板厚さから推定する仮想計測値を持って評価していた。
【００１７】
しかし、観点を変えると、従来のパンタグラフすり板摩耗計測装置では、常に架線の上面の位置および近傍のすり板面の高さが、架線下側の位置として計測できていることになる。そこで、この計測データを用いることにより、パンタグラフの押上げ力を測定することが可能であることを着想するに至った。
【００１８】
以上のように、従来のパンタグラフすり板摩耗計測装置を用いて、鉄道車両の存在しないときのトロリー線高さを計測する機能を付加することにより、車両通過時の測定値との比較から、トロリー線の実際の押上げ変位量を算出することができる。また、パンタグラフの押上げ力を算出するには、トロリー線の等価ばね定数を求める手段を追加することで実現可能となる。
【００１９】
一般に、パンタグラフすり板摩耗計測装置は、車庫の前や引き込み線の入り口等に設置されることが多く、車両の通過速度の変化は少なくかつ低速の場合が多い。よって、パンタグラフ押上げ力の内訳のうち、揚力による押上げ力の割合は少なく、また、車両速度が高い場合に生じる架線の振動や縄を上下運動させた場合の振幅の伝達作用も小さいと推定される。さらに、より正確に測定したい場合には、車両速度、周囲の風向、風速による補正を加えることも可能である。
【００２０】
また、常に同じ地点で押上げ変位量が計測されるため、この地点でのトロリー線の等価ばね定数を把握すればよい。予め、押上げ変位量を計測する位置において、おもり等を用いてトロリー線に上向きに荷重をかけて押上げ変位量と荷重との関係を計測し、その関係をデータテーブルとして保持することで、非線形な等価ばね定数にも対応した押上げ変位量と押上げ力との関係式を用いて、パンタグラフの押上げ力を算出する機能を実現することができる。さらに、このデータに、温度による補正、車両のパンタグラフ数に応じた補正、張力変化に応じた補正等の処理手段を用いることで、より正確な押上げ力算出が可能となる。
【００２１】
車輪径および空気ばねのたわみ量の違いで、車両の高さが上下するが、架線の地上高さは変わらないので、車両の高さが変わることで架線までの高さが変わり、ばねの長さが変わることにより押上げ力も変化する。よって、車両屋根の高さを測定するセンサを加えて、ばねの取り付け元の高さを考慮することで架線高さの計測値を補正する。
【００２２】
図１および図２は、架線、パンタグラフおよび本発明の実施例に係るパンタグラフの総合計測装置の配置関係を示す断面図である。図１は、架線の方式が補助吊架線を有するコンパウンドカテナリ式の場合を示し、図２は、架線の方式がシンプルカテナリ式の場合を示す。
車両屋根１から上の、パンタグラフ２、トロリー線４０、補助吊架線４２（図１の場合）および吊架線４３に対して、パンタグラフの総合計測装置は、レーザ光源６０およびカメラ５０を備え、図に示す位置に配置することにより、対象物（すり板）までの距離を、光切断法を使った三角測量法により測定する。
【００２３】
パンタグラフ２は、車両屋根１の上に絶縁体２１を介して固定され、さらに、この固定台座にパンタグラフ２の枠組み２２の下部が固定されている。パンタグラフの枠組み２２は、ばね力により「く」の字型の開き角度が変化することにより、枠組み２２の上部に取り付けられたパンタグラフの舟体２３の上下位置が調整される構造となっている。
【００２４】
枠組み２２の上部には、２組の舟体２３が取り付けられている。それぞれの舟体２３の最上部にはすり板２４が取り付けられ、このすり板２４がトロリー線４０に接触することにより架線から電力を取り込む構造となっている。
【００２５】
一方、架線は、地上に鉄柱等を使用して空中に吊り下げられるが、図１に示すコンパウンドカテナリ式の場合と、図２に示すシンプルカテナリ式の場合とで構成が異なる。
コンパウンドカテナリ式の場合には、上部から吊架線４３から吊り下げられたハンガー４１により補助吊架線４２が張られている、鉄柱等に固定されて吊り下げられる吊架線は、架線の重みにより、重力で中間が下にたるんだ状態で吊り下げられる。これから各場所に応じて長さが調整されたハンガー４１により吊り下げられた補助吊架線４２が地上（線路と）と水平になるような構造となっている。補助吊架線４２から同じ長さのハンガー４１により取り付けられたトロリー線４０は、補助吊架線４２と同様に線路と平行になるように敷設される。
シンプルカテナリ式の場合には、補助吊架線４２を設けず、上部から吊架線４３から吊り下げられたハンガー４１により直接トロリー線４０が張られる構造となっている。
【００２６】
車両がトロリー線４０の下を通過する場合には、パンタグラフ２の枠組み２２とばね機構により、トロリー線４０を押し上げるパンタグラフ押上げ力が働く。これにより、トロリー線４０は、この押上げ力により上向きの押上げ変位量７０を生じる。この時、トロリー線４０は、その自重と架線の張られている張力によりパンタグラフ押上げ力に対抗する反力を生じ、この２つの力が釣り合う高さで電力の供給が行われる。
つまり、パンタグラフ２の押上げ力が大きければ、架線の上方への押上げ変位量７０も大きくなることによる張力と釣り合うことになる。反対に、パンタグラフ２の押上げ力が小さいときには、架線の押上げ変位量７０も小さくなる。
【００２７】
本発明に使用するパンタグラフの総合計測装置は、主にレーザ光源６０とカメラ５０から構成される。レーザ光源６０は、枕木の長辺方向と平行な線状のレーザ光６１を発光する。カメラ５０は、撮像素子（図示せず）を内蔵し、レーザ光源６０からのレーザ光６１がパンタグラフのすり板２４上に照射されている時の画像を、時間的に連続して撮影する。また、カメラ５０には、視野角が測定対象のすり板２４の横方向が収まるように調整されたレンズ５１が装着され、図１や２に示すように、撮像領域５２をカバーすることになる。
【００２８】
レーザ光源６０とカメラ５０の光軸が角度を持つように両者を設置することにより、すり板２４にレーザ光６１が当たった地点がレーザ光源６０から遠い場合には、カメラ５０が捉えた画像の下部にレーザの照射光が撮像される。逆に、すり板２４がレーザ光源６０に近い側にあるときは、カメラ５０が捉えた画像の上部にレーザの照射光が撮像される。この撮像される画像の違いから、すり板２４のレーザ光軸方向の位置（高さ）が三角測量法により測定される。
【００２９】
この時、パンタグラフ２の舟体２３の構成部品の中で、架線と接触して摩耗することの無い部分を予め選定しておき基準高さとする。すり板２４が新品時の予め選定した基準高さ地点との差を長さｔｈとし、すり板２４がすり減った場合に、すり板２４の上面と基準高さとの差がｍｅであったすると、すり板２４の摩耗量ｍｍは、ｍｍ＝ｔｈ−ｍｅで計算できる。
【００３０】
パンタグラフの総合計測装置は、この原理を使って、パンタグラフ２のすり板２４の摩耗量を計測することができる。カメラ５０は、すり板２４の横方向全体を捉えるように設置されている。吊架線４３とトロリー線４０とは鉛直方向に同じ位置にあるため、真上にカメラ５０を設置した場合、カメラ５０からの視野には、吊架線４３が映り、その奥のトロリー線４０を捉えることができない。また、レーザ光源６０を吊架線４３の真上に設置した場合には、レーザ光６１が吊架線４３に当たり、トロリー線４０に照射できないため、カメラ５０で捉えた画像からトロリー線４０の高さを測定することができない。
【実施例１】
【００３１】
図３は、本発明の実施例１として、本発明に係るパンタグラフの総合計測装置が備えるカメラ５０およびレーザ光源６０の配置構成を示す斜視図である。
本計測装置では、パンタグラフのすり板２４に照射するレーザ光源６０を２つ用い、架線部分に重なりが生じる２つのレーザ照射面６２を形成する位置に２つのレーザ光源６０を配置している。それぞれのレーザ光源６０と車両進行方向（図３に示す矢印方向）の軸上にそれぞれのカメラ５０を設置している。このように配置することにより、すり板２４の全面にレーザ光を照射することができる。
【００３２】
図４は、レーザ光源６０によるレーザ照射面６２に平行な断面図である。
図３に示す配置構成の場合、レーザ照射面６２の領域に吊架線４３は入っていないため、吊架線４３による影部分のレーザ照射が遮る部分は生じない。またもしも、レーザ照射角度が広く、吊架線４３の影がすり板２４面に生じたとしても、その部分には反対側のレーザ光源からの光が照射されることから問題を生じることはない。
【００３３】
次に、計測のタイムシーケンスを説明する。パンタグラフの総合計測装置として、架線側に取り付け吊り下げた架台に（図示せず）、非接触距離センサ８０、レーザ光源６０およびカメラ５０が取り付けられている。計測対象の車両は、非接触距離センサ８０を設置した側から進入してくるものとする。
【００３４】
まず、車両の先頭車が非接触距離センサ８０の下を通過することにより、車両屋根の高さに応じた距離信号が非接触距離センサ８０により検出される。この時点で、パンタグラフの総合計測装置の計測準備が始まる。レーザ光源６０の点灯を行い、カメラ５０の撮像準備が整えられる。続いて、パンタグラフ２のすり板面２４が非接触距離センサ８０の下を通過する。この時の検出信号により、カメラ５０の撮像トリガがかかり、予め決められたサンプリング周期により三角測量方式による距離測定が１ラインごとに行われる。
【００３５】
パンタグラフの総合計測装置を設置した地点の下を車両が通過する場合、その地点におけるトロリー線４０、補助吊架線４２および吊架線４３の張力による下向きの力に対して、パンタグラフ２のばね機構による押上げ力が釣り合う高さまでトロリー線４０は持ち上げられる。架線の張力は、図示しない張力調性機構により一定になるように保持されている。張力調性機構は、一般に、滑車によりおもりの重力で一定の張力を保つ方式、ばねを組み込んだ方式で固定されたもの、ばねおよび空気圧で張力を調整する方式等がある。これら張力調性機構で張られた架線は、ほぼ同じ張力と考えられる。よって、同じ地点における架線の押上げ変位量７０はパンタグラフの押上げ力と一定の関係にあるとみなすことができる。
【００３６】
架線は、一般的に、５０ｍ置きに電柱から張り出した可動ブラケットで保持される。この保持地点に近いほど、同じパンタグラフの押上げ力でも押上げ変位量は小さくなる。つまり、中間地点の２５ｍ地点での押上げ変位量が最も大きくなる。
【００３７】
図１３は、架線の支持位置間における架線の押上げ変位量のシミュレーション結果を示す図である。
５０ｍの支持間隔で張られた架線に対して、理論式に基づくシミュレーション結果として、グラフ１３１は、５０Ｎの力で押上げ力が働いた場合の架線の押上げ変位量７０を示し、グラフ１３２は、４５Ｎの力で押上げ力が働いた場合の架線の押上げ変位量７０を示す。
【００３８】
このシミュレーション結果は、以下の（式１）から導き出したものである。押上げ変位量をｙ、可動ブラケットによる支持点からの距離をｘ、２つの支持点間の距離をＳ、パンタグラフの押上げ力をＦ、架線の張力をＴとした時、押上げ変位量ｙは（式１）から求められる。
ｙ＝ｘ（Ｓ−ｘ）＊Ｆ／（Ｓ＊Ｔ）                                  （式１）
【００３９】
そこで、パンタグラフの総合計測装置を設置した地点に対して、支持点間の距離Ｓ、支持点からの水平距離ｘおよび張力測定機構により調整された張力Ｔを把握し、パンタグラフの総合計測装置により押上げ変位量ｙを測定することにより、（式１）から変形した（式２）により、パンタグラフの押上げ力Ｆを求めることができる。
Ｆ＝ｙ＊Ｓ＊Ｔ／（ｘ（Ｓ−ｘ））                                  （式２）
【００４０】
実際には、車両が測定地点に近づくにつれて架線が上昇を始めるため、全くその影響のない時間帯（たとえば夜間など）に、架線の高さをパンタグラフの総合計測装置で計測しておき、その高さをｄ１とする。そして、パンタグラフがパンタグラフの総合計測装置の真下に来て最も高く架線が押し上げられたときに、その高さをｄ２として計測した場合に、押上げ変位量ｙは、ｙ＝｜ｄ１−ｄ２｜で求められる。
【００４１】
図１３に示すグラフは、上記の（式１）で、２つの支持点間の距離Ｓ＝５０、架線の張力Ｔ＝１００００、パンタグラフの押上げ力Ｆ＝５０および４５としたときの、架線押上げ変位量ｙの変化を示している。また、図１４は、（式１）の各変数Ｓ、ｘ、ｙおよびＦの相互の関係を図形的に表示したものである。
【００４２】
ただし、（式１）で示される押上げ力と押上げ変位量との関係は、理想的な場合の値であり、実際には、架線のたるみや押上げ範囲の限界などがあり、理想的な変化と一致しない可能性が大きい。また、車庫などの場合にも、支持点の状況や、横方向からの引張などがある場合には、理想的な式の関係にはならないことがある。
【００４３】
そこで、キャリブレーション機構によるキャリブレーションを実施する。実際には、パンタグラフの総合計測装置を設置する場所において、押上げ変位量と押上げ力との関係を予め測定することによりキャリブレーションを実施する。
【００４４】
図７は、キャリブレーション実験の一例を示す図である。
計測地点の天井１００に滑車１０１を設置し、この滑車１０１に通したロープ１０４の片側にはパンタグラフの舟体２３、もう一方にはキャリブレ−ション用のおもり１０３を載せる台１０２、を吊るす。おもりを載せる台１０２におもり（重さの異なる分銅）１０３を載せて、その時の架線上昇による押上げ変位量７０を測定する。分銅の重さが０の時、舟体２３とおもり載せ台１０２の重量が釣り合い、架線に押上げ力が掛からないようにしておく。そして、パンタグラフの押上げ力として考えられる範囲のおもりを載せて、その時々の架線上昇による押上げ変位量７０を記録する。そして、このキャリブレーション実験の結果を整理し、グラフ化する。
【００４５】
図８は、キャリブレーション実験結果から、おもりの重さと架線の押上げ変位量との関係を示すグラフである。
横軸をおもりの重さ（ｋｇ）、縦軸を押上げ変位量（ｍｍ）とし、吊るしたおもりに対応する押上げ変位点１１１をプロットし、近似線１１０を示したグラフである。
【００４６】
図９は、図８に示すグラフの軸を切り替えて、横軸を架線の押上げ変位量、縦軸を押上げ力にした場合のグラフ、すなわち、パンタグラフのばね特性を示すグラフである。
このグラフにより、パンタグラフの総合計測装置から実際に得られる押上げ変位量を基に、パンタグラフからの押上げ力を得ることができる。その際に、連続した押上げ変位量に対して押上げ力が得られるように、近似線１１２の式を算出しておくとよい。
【００４７】
キャリブレーション実験を行うに当たり、おもり載せ台１０２におもり１０３を載せていく際には、軽いおもりから重いおもりへと変化させた時のデータを取ることにより、おもりの重さと架線の変位量の変化にヒステリシスがあるような場合に対応させるためにも、実際に押上げられるときの状況に応じたデータを取得することが望ましい。
【００４８】
また、より精度の高い計測を行うための他の実施例として、キャリブレーション時に、列車編成の違いにより１編成に２つ以上のパンタグラフを有する場合には、２つのパンタグラフによる押上げ変位量が互いの取得データに干渉するケースが考えられる。このケースの場合には、他の箇所の押上げ変位量が今現在計測している場所に影響する押上げ変位量の差を把握するようなキャリブレーションを実施し、その分を補正する処理を付け加えることで、より正確な計測を実施することができる。
【００４９】
さらに、経時変化として、架線のすり減りによる押上げ力に対する押上げ変位量の変化、温度変化による張力の変動などの影響も評価に加え、補正処置を施すことで、より精度の高い計測が可能になる。
【００５０】
図６は、パンタグラフの総合計測装置が備えるカメラ６０で計測された計測結果の一例を示す図である。
非接触距離センサ８０がパンタグラフ２の接近を検知し、検知によるトリガが掛かることにより、計測のサンプリングが始まる。
【００５１】
初めのサンプリングでは、測定値領域に対象物のパンタグラフ２のすり板２４がないため、計測値はゼロになる。図６では、一番上の行２０１に、黒い点が１列に表示される。
ここで、図６に示す架線位置の計測値２０３には架線が存在するため、サンプリングのタイミングで架線の高さに応じた高さ情報が計測される。図６では、高さに応じた濃度（白黒濃淡）で示され、時間が経過するに従い、縦軸方向に計測した結果が一行ずつ計測されていく。計測は最終行２０２で終了する。
【００５２】
図６には、パンタグラフ２の１舟目（進行方向前方側）の１番目のすり板計測値２０５、２番目のすり板計測値２０６、続いて、２舟目（進行方向後方側）の１番目のすり板計測値２０７、２番目のすり板計測値２０８の順に、計測されている状況が示されている。
【００５３】
その後パンタグラフ２の２つの舟体２３が、非接触距離センサ８０の下を通過し測定対象物がなくなると、計測点は黒部分が多くなる。しかし、架線計測値２０３は、常にパンタグラフの総合計測装置の下にあるため、その架線の高さが変化する様子をこの計測装置は最終行２０２まで捉えている。
【００５４】
図６に示すすり板２４の計測部分における計測値２０５〜２０８の内で、架線の右側に、架線と平行した黒い部分の計測値２０４、すなわち計測値の無い部分が表示されている。これは、カメラ５０からの視野において、吊架線の後ろ側が死角となってレーザ光が見えないことによる未計測部分である。しかし、この部分は、もう一方のカメラ５０とレーザ光６１で計測されることから、全体として計測されない部分はトロリー線４０の画像が写っている真下部分のみである。
【００５５】
このように、図３に示すように、２つのレーザ光源６０からのレーザ光６１により投影し、カメラ２つで斜めから撮像して計測する構成を採用することで、吊架線４３の影の影響を受けずに、トロリー線４０の上部を常に計測することが可能となる。
【００５６】
これに対して、例えば超音波センサなどを用いてすり板２４の上部から距離を測定する装置では、吊架線４３が邪魔になりトロリー線４０の高さを計測できないという問題を生じる。結局のところ、カメラおよびレーザがそれぞれ１台の場合でも、吊架線４３の真上に設置することを避けることが重要である。
【００５７】
図１０は、パンタグラフの総合計測装置で計測された車両通過時の架線の高さ変化を示す図である。
図６に示す計測値データから、架線高さの計測値２０３を抜き出し、図１０において、横軸をパンタグラフの総合計測装置の計測サンプリング順の番号、縦軸を架線高さとして、本計測装置で計測された車両通過時の架線の高さ変化を示している。本計測装置の設置位置にパンタグラフ２が近づくにつれて架線の高さが高くなり、本計測装置の真下をパンタグラフ２のすり板２４が通過するときに、架線の高さが最も高くなる。その後、パンタグラフ２が遠ざかっていくにしたがって、架線の高さが低くなっていく現象が捉えられている。
【００５８】
図１０では、グラフ１２１〜１２５として、同じ車両が速度を変えて５回、パンタグラフの総合計測装置の下を通り過ぎた時のデータを重ねて示している。１回ごとに車両の速度が異なるが、この総合計測装置のサンプリング周期は等しいため、架線高さが山なりに変化する形態が異なっていることが見て取れる。
【００５９】
図１１は、同じくパンタグラフの総合計測装置で計測された架線の高さ変化を示す図で、横軸をパンタグラフの総合計測装置からパンタグラフのすり板２４までの水平距離、すなわち実距離に換算した場合における車両通過時の架線の高さ変化を示す図である。
図１１は、図１０に示すグラフのデータに対して、１サンプリング間隔と車両がその間隔の間に移動した速度とを掛け合わせることで、横軸をサンプリング間隔から車両進行方向の実距離への換算を行った結果である。図１１においても、図１０と異なり、５回の計測結果によるグラフの形態は、ほぼ合同な形となることが分かる。
【００６０】
さらに、図１２は、架線が最も高くなった時の横軸位置とパンタグラフの総合計測装置の位置から一定距離離れた位置での押上げ高さを合わせる処置を施した場合における車両通過時の架線の高さ変化を示す図である。図１２に示すように、５回の計測結果によるグラフが一致している。つまり、同じ押上げ力のパンタグラフが計測位置を通過した時には、架線の上下動も同じような変化をすることが分かる。
【００６１】
このようにして、パンタグラフの総合計測装置により架線高さを計測することで、パンタグラフの押上げ力を計測することができる。
ここで、パンタグラフの押上げ高さの最も高い位置をｘ軸方向で揃えたことは、車両速度が異なることによるサンプリングトリガのばらつきを補正したことに当たる。また、パンタグラフの総合計測装置の設置位置から一定距離離れたところでの押上げ高さを合わせる処理は、車両の車輪踏面の当たる位置の違い、空気ばねの空気量や軸バネの伸びなどの違いにより、車両の高さが異なることによりパンタグラフの固定位置が変化することを補正する処理である。
【実施例２】
【００６２】
図５は、本発明の実施例２として、本発明に係るパンタグラフの総合計測装置が、レーザ光源６０の枕木方向横位置に、車両屋根１の位置高さを計測する位置高さ計測センサ８１を加えた構成を示す図である（図３に示す実施例１の構成に対して、破線にて図示）。
図１２に示すように、パンタグラフの総合計測装置の設置位置から一定距離離れたところでの押上げ高さを合わせる処置をする代わりに、上記の位置高さ計測センサ８１を用いて実際の車両屋根１の高さを測定することで、パンタグラフ２の固定端の高さにより架線の高さ変化を補正する方法の一つである。この場合には、同一車両がパンタグラフの総合計測装置の下を通過した時に、架線の押上げ変位量を同じように測定することから、この押上げ変位量に応じた押上げ力を、図９に示すキャリブレーション結果に照らし合わせて推定することができる。
【００６３】
また併せて、押上げ力が予め決めた正常範囲を逸脱するような推定値になった場合に、例えば、パンタグラフの総合計測装置が備えるＧＵＩ表示機能（図示せず）を用いて、押上げ力異常の警報を表示することで、自動的に押上げ力の保守管理を行うことも可能となる。
【００６４】
別の実施例として、図８に示す押上げ変位量を、絶対的な高さではなく、初期高さからの相対的な押上げ変位量の関係でキャリブレーションを実施する。このように、図１２で示したように、押上げ変位量の初期位置での位置合わせをすることなしに、相対的な押上げ変位量からパンタグラフの押上げ力を推定する方式を採用してもよい。
【００６５】
以上で説明したように、本実施例によれば、パンタグラフの総合計測装置により計測されたデータの中から、架線の上下位置の変化を示す情報を取得し、この情報を基にして、予め同一の箇所でキャリブレーションを行った架線の高さとパンタグラフの押上げ力との関係図を用いることで、自動でパンタグラフの押上げ力の推定値を得ることができる。これにより、車両屋根に作業員が上って押上げ力の測定をする危険な作業から開放されることになる。
【００６６】
また、以上では、実施例として、既存のパンタグラフすり板摩耗計測装置にパンタグラフ押上げ力推定機能を付加する形でパンタグラフの総合計測装置として説明したが、装置単体としてコスト高とはなるものの、パンタグラフ押上げ力推定装置として単体で構成することも可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１…車両屋根、２…パンタグラフ、２１…絶縁体、２２…枠組、２３…舟体、
２４…すり板、４０…トロリー線、４１…ハンガー、４２…補助吊架線、４３…吊架線、
５０…カメラ、５１…レンズ、５２…撮像領域、６０…レーザ光源、６１…レーザ光、
６２…レーザ照射面、８０…非接触距離センサ、８１…位置高さ計測センサ、
１００…天井、１０１…滑車、１０２…おもり載せ台、１０３…おもり、１０４…ロープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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