(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
すり板が取り付けられた舟体と、舟体支持パイプを含む舟体支持装置と、舟体を舟体支持装置に取り付ける左右一対の復元ばねとからなるパンタグラフ変位並びに接触力及びトロリ線偏位の測定装置であって、前記左右一対の復元ばねの両端に夫々設置された光源と、基準位置に設置されて前記光源を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラのビデオ信号を処理してパンタグラフ変位を求める画像処理装置と、前記画像処理装置の出力信号に所定の演算を施してパンタグラフの接触力及びトロリ線偏位を求める演算装置とから構成されたパンタグラフ変位並びに接触力及びトロリ線偏位の測定装置。
【請求項２】
前記ＣＣＤカメラは縦方向を拡大する異方倍率レンズを備えたものであることを特徴とする請求項１のパンタグラフ変位並びに接触力及びトロリ線偏位の測定装置。
【請求項３】
前記光源は赤外光を発光するＬＥＤであることを特徴とする請求項１又は２のパンタグラフ変位並びに接触力及びトロリ線偏位の測定装置。
【請求項４】
前記ＣＣＤカメラには可視光カットフィルタが取り付けられていることを特徴とする請求項１、２又は３のパンタグラフ変位並びに接触力及びトロリ線偏位の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気鉄道における電車線とパンタグラフとの接触力、パンタグラフ変位、及び電車線偏位を連続的に測定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平８−１７８６２４号公報に開示された電車線変位即ちトロリ線偏位の測定装置は、図５及び図６に示す如く、トロリ線１に対して直角方向の線光束を鉛直上方に投射する線光源３１と、撮影方向が斜め上向きに設定されてトロリ線の高さＨと偏位の最大変動幅Ｄ内のトロリ線を撮像するＩＴＶカメラ３２と、ＩＴＶカメラ３２の画像信号を処理してトロリ線の高さと偏位を測定するパーソナルコンピュータ３３とからなるトロリ線の高さ・偏位測定装置である。この従来の測定装置は、トロリ線の高さと偏位とを良好な精度で連続的に測定できるという特長を有するものである。しかしながら、この測定装置は架線保守車に搭載して夜間走行中に使用することを条件とするものであるので、営業列車に搭載して使用することが出来ないし、また架線とパンタグラフとの接触力を同時に測定することは出来ないという問題がある。
【０００３】
特開平７−２９１００１号公報に開示されたパンタグラフの接触力の測定方法は、図７に示す如く、舟体支持パイプ４に取り付けた非接触距離センサ３４、３５、３６を用いて、すり板２をトロリ線１に押し当てる前の舟体３と舟体支持パイプ４との間の距離と、すり板２をトロリ線１に押し当てた後の舟体３と舟体支持パイプ４との間の距離とを夫々計測し、これらの距離から舟体支持ばねの伸縮量を求め、この伸縮量から架線とパンタグラフとの接触力を測定するものである。この従来の測定方法は、既設のパンタグラフを用いて、しかも舟体に特別な加工や配線を施すことなく、架線とパンタグラフとの接触力を非接触で連続的に測定できるという特長を有するものである。しかしながら、この測定方法ではパンタグラフ変位やトロリ線偏位を同時に測定することが出来ないという問題がある。
【０００４】
更に、特開平１１−１９４０５９号公報に開示された接触力測定装置は、図８に示す如く、周波数応答関数算出部２５により周波数応答関数１／Ｈ（ｉω）を求めた後、インパルス応答関数計算処理部２６によりインパルス応答関数ｈ（ｔ）を計算する一方、このインパルス応答関数ｈ（ｔ）とパンタグラフの振動測定手段であるセンサ２０により測定されたパンタフラフの振動ｙ（ｔ）とに基づき、重畳積分回路２８によりトロリ線とパンタグラフとの接触力ｆ（ｔ）を求めるものである。センサ２０は、舟体の下面に貼り付けて舟体の弾性変形による振動を測定する歪みゲージ、車体の屋根に配置されて舟体の高さを撮影するビデオカメラ、舟体支持パイプ上に配置されて舟体の高さを測定するレーザ変位計、車体の屋根に配置されてパンタグラフの枠組の高さを測定するレーザ変位計、舟体の側面に配置されてその加速度信号を測定する加速度計、舟体支持パイプの下面に配置されてその加速度信号を測定する加速度計の中の１個又は複数個が用いられる。この従来の測定装置は、既設のパンタグラフを用いて、しかも舟体に特別な加工や配線を施すことなく、架線とパンタグラフとの接触力を非接触で連続的に且つ精度よく測定でき、しかもパンタグラフ変位も同時に測定できるという特長を有するものである。しかしながら、この測定装置ではトロリ線とパンタグラフとの接触力の変動分しか求めることが出来ないという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、パンタグラフ変位並びに接触力及びトロリ線偏位の３つの項目を同時に測定できる構成簡単且つ取り扱い容易な測定装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、すり板が取り付けられた舟体と、舟体支持パイプを含む舟体支持装置と、舟体を舟体支持装置に取り付ける左右一対の復元ばねとからなるパンタグラフ変位並びに接触力及びトロリ線偏位の測定装置を、前記左右一対の復元ばねの両端に夫々設置された赤外光を発光するＬＥＤの如き可視光以外の光源と、基準位置に設置されて前記光源を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラのビデオ信号を処理してパンタグラフ変位を求める画像処理装置と、前記画像処理装置の出力に所定の演算を施してパンタグラフの接触力及びトロリ線偏位を求める演算装置とで構成した。そして、分解能を上げるために前記ＣＣＤカメラには縦方向を拡大する異方倍率レンズを備えさせた。更に、昼間の測定を可能とするために前記ＣＣＤカメラには可視光カットフィルタを取り付けた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は撮像部が取り付けられたパンタグラフ及び電車の屋根の側面図、図２は光源が取付けられたパンタグラフの要部正面図、図４は本発明の構成を示すブロック図である。パンタグラフは、すり板体と舟体支持部とからなるものである。すり板体はトロリ線１を押し上げるすり板２と、すり板２が取り付けられた舟体３とから構成されている。舟体支持部は、舟体支持パイプ４と、舟体支持パイプ４に下端が舟体３に上端が夫々固着された左右一対の復元ばね５Ｌ、５Ｒと、リンク機構とばね作用を有する枠組み６とから構成されている。枠組み６は、電車の車両の屋根７にその下端を碍子を介して固定されている。
【０００８】
本発明に係る測定装置は、撮像部と信号処理部とからなり、前記撮像部は左右一対の復元ばね５Ｌと５Ｒの両端に夫々設置された光源１１、１２、１３、１４と、基準位置に設置されて光源１１、１２、１３、１４を撮像するＣＣＤカメラ４０とから構成されている。また、前記信号処理部は、ＣＣＤカメラ４０のビデオ信号を処理してパンタグラフ変位を求める画像処理装置５０と、画像処理装置５０の出力信号に所定の演算を施してパンタグラフの接触力ｆ及びトロリ線偏位Ｘを求める演算装置６０とで構成されている。
【０００９】
より具体的に説明すれば、光源１１、１２、１３、１４は赤外光を発光するＬＥＤである。そして、光源１１は左側の復元ばね５Ｌの上端又はこの上端近傍の舟体３に、且つ光源１２は左側の復元ばね５Ｌの下端又はこの下端近傍の舟体支持パイプ４に夫々取り付けられている。同様に、光源１３は右側の復元ばね５Ｒの上端又はこの上端近傍の舟体３に、且つ光源１４は右側の復元ばね５Ｒの下端又はこの下端近傍の舟体支持パイプ４に夫々取り付けられている。なお、これらの光源１１、１２、１３、１４の電源である電池は、パンタグラフの適当な場所に設置されている。
【００１０】
上記基準位置は電車の車両の屋根７であって、ＣＣＤカメラ４０は光源１１、１２、１３、１４を撮像するのに適した場所に設置されている。ＣＣＤカメラ４０には、分解能を上げるために縦方向の倍率が横方向の倍率よりも数倍大きい異方倍率レンズ４１が備えられている。また、ＣＣＤカメラ４０のレンズ４１には可視光をカットするフィルタ４２が取り付けられている。これは、昼間でも光源の撮像を可能にするためである。
【００１１】
ＣＣＤカメラ４０が撮像したビデオ信号は、画像処理装置５０に入力される。画像処理装置５０は前記ビデオ信号を画像処理して、左端の上側の光源１１と下側の光源１２の変位ｙＬ１とｙＬ２、及び右端の上側の光源１３と下側の光源１４の変位ｙＲ１とｙＲ２を求め、これらの変位からパンタグラフ変位を求める。パンタグラフ変位は、パンタグラフの左右の長さの中心点で見る場合には、左右の上側の光源１１と１３の変位ｙＬ１とｙＲ１との平均値で与えられる。これらの変位の基準位置は、ＣＣＤカメラ４０の設置面である車両の屋根７の面、或いはレールの面である。また演算装置６０は、画像処理装置５０からの出力信号に所定の演算を施して、パンタグラフの接触力とトロリ線偏位を算出する。なお、演算装置６０は、例えば図４に示す如く、プログラムに従って他の構成要素の制御及び演算を行うＣＰＵ６１、制御と演算のプログラムを記憶しているＲＯＭ６２、画像処理装置５０からの出力信号等のデータを記憶するＲＡＭ６３、各種パラメータ等を設定する設定器６４、ＣＲＴ６５及びプリンタ６６とから構成されている。
【００１２】
以上の如く構成された本発明に係る測定装置によって、パンタグラフの接触力及びトロリ線偏位がどのようにして測定されるかを図３を参照して説明する。図３は、両端を復元ばね５Ｌと５Ｒで支持されている長さ２Ｌのパンタグラフにトロリ線から加えられた接触力ｆが左右の復元ばねによる復元力ｆＬとｆＲと釣り合っている状態を、トロリ線がパンタグラフの左右の中心点で接触している場合（Ａ）と、トロリ線がパンタグラフの左右の中心点からＸだけ右に偏位した点で接触している場合（Ｂ）に分けて夫々示したものである。ここでは、左端の光源１１と１２の変位ｙＬ１とｙＬ２は復元ばね５Ｌの下端と上端の基準位置からの垂直方向の夫々の変位を表し、且つ右端の光源１３と１４の変位ｙＲ１とｙＲ２は復元ばね５Ｒの下端と上端の基準位置からの垂直方向の夫々の変位を表す。
【００１３】
図３（Ａ）において、トロリ線からパンタグラフに加えられた接触力ｆと、左右の復元ばねによる復元力ｆＬとｆＲとの間には、（１）式が成立する。そして、左側の復元力ｆＬは（２）式の如く左側の復元ばね５Ｌの伸縮量(ｙＬ１−ｙＬ２）とばね定数ｋとの積で与えられ、且つ右側の復元力ｆＲは（３）式の如く右側の復元ばね５Ｒの伸縮量(ｙＲ１−ｙＲ２）とばね定数ｋとの積で与えられる。演算装置６０において、ＣＰＵ６１はプログラムに従ってＲＡＭ６３に記憶されている左右の復元ばね５Ｌと５Ｒの伸縮量とばね定数ｋを読み出して（２）式と（３）式の演算を行い、左側の復元力ｆＬと右側の復元力ｆＲを算出し、これらをＲＡＭ６３に記憶する。次いで、ＣＰＵ６１はプログラムに従ってＲＡＭ６３に記憶されている左側の復元力ｆＬと右側の復元力ｆＲを読み出して（１）式の演算を行い、トロリ線からパンタグラフに加えられた接触力ｆを算出し、これをＲＡＭ６３に記憶する。
ｆ＝ｆＲ＋ｆＬ                            （１）
ｆＬ＝−ｋ(ｙＬ１−ｙＬ２）                  （２）
ｆＲ＝−ｋ(ｙＲ１−ｙＲ２）                  （３）
【００１４】
また、図３（Ｂ）においては（４）式が成立する。但し、Ｌはパンタグラフの中心点から左右の復元ばね５Ｌと５Ｒまでの夫々の長さ、Ｘはトロリ線偏位である。（４）式から、トロリ線偏位Ｘは（５）式で与えられる。演算装置６０において、ＣＰＵ６１はプログラムに従ってＲＡＭ６３に記憶されている左側の復元力ｆＬ並びに右側の復元力ｆＲ及び長さＬを読み出して（５）式の演算を行い、トロリ線偏位Ｘを算出し、これをＲＡＭ６３に記憶する。
（Ｌ−Ｘ）ｆＲ  =（Ｌ＋Ｘ）ｆＬ            （４）
Ｘ＝Ｌ（ｆＲ−ｆＬ）／（ｆＲ＋ｆＬ）        （５）
【００１５】
演算装置６０の演算結果であるパンタグラフ変位並びに接触力ｆ及びトロリ線偏位Ｘは、ＣＲＴ６５に表示され、又はプリンタ６６によってプリントされる。なお、プリント結果の一例を図９に示す。
【００１６】
【発明の効果】
本発明により、パンタグラフ変位並びに接触力及びトロリ線偏位を同時に且つ非接触で測定できる測定装置が提供された。しかも、本発明に係る測定装置は、既存のパンタグラフに特別な細工を施すことなく、その構成要素である可視光以外の光源、例えば赤外光を発光するＬＥＤをパンタグラフの所定の個所に簡単に取り付けることが出来るので取り扱いが容易である。
【００１７】
また、光源は市販されているＬＥＤが利用でき、ＣＣＤカメラ、画像処理装置、演算装置も市販のものが基本的には使用できるので、本発明に係る測定装置は低価格で実現できる。更に、本発明に係る測定装置は、光源を用い、且つＣＣＤカメラには可視光カットフィルタを取り付けたレンズを使用することによって、夜間は勿論のこと昼間での測定が可能となった。更にまた、本発明においてＣＣＤカメラが撮像するものは舟体を支持する左右一対の復元ばねの両端に夫々設置された光源であって、且つその縦方向の変位のみであるから、画像処理装置における処理は従来の特開平８−１７８６２４号公報に開示されたトロリ線偏位の測定装置におけるものよりも遥かに簡単且つ正確に行うことができる。従って、本発明により、パンタグラフ変位並びに接触力及びトロリ線偏位を精度良く測定することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】撮像部が取り付けられたパンタグラフの側面図である。
【図２】光源が取付けられたパンタグラフの要部の正面図である。
【図３】パンタグラフにおける接触力ｆと復元ばねの復元力が釣り合っている状態であって、（Ａ）はトロリ線がパンタグラフが左右の中心点で接触している状態、（Ｂ）トロリ線が左右の中心点から偏位Ｘの点でパンタグラフと接触している状態を夫々示した図である。
【図４】本発明の構成を示すブロック図である。
【図５】トロリ線の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。
【図６】トロリ線の偏位を測定する従来装置の一例を示した図である。
【図７】パンタグラフの接触力を測定する従来装置の一例を示した図である。
【図８】パンタグラフの接触力を測定する従来装置の他の一例を示した図である。
【図９】本発明に係る測定装置によって測定されたパンタグラフ変位並びに接触力及びトロリ線偏位の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１  トロリ線
２  すり板
３  舟体
４  舟体支持パイプ
５Ｌ、５Ｒ  復元ばね
６  枠組
７  車両の屋根
１１、１２、１３、１４  光源
２０  センサ
２５  周波数応答関数算出部
２６  インパルス応答関数計算処理部
２８  重畳積分回路
３１  線光源
３２  ＩＴＶカメラ
３３  パーソナルコンピュータ
３４、３５、３６  非接触距離センサ
３７  演算装置
４０  ＣＣＤカメラ
４１  異方倍率レンズ
４２  可視光カットフィルタ
５０  画像処理装置
６０  演算装置
６１  ＣＰＵ
６２  ＲＯＭ
６３  ＲＡＭ
６４  設定器
６５  ＣＲＴ
６６  プリンタ
【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】
0003699320.tif 000007
【図７】
0003699320.tif 000008
【図８】
0003699320.tif 000009
【図９】
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