(57)【要約】【課題】  電車線の全線に亘って、信頼性を損なうことなく自動的且つ効率的に耐摩耗材の摩耗量の計測を精度良く行なうことができる摩耗計測装置を提供する。【解決手段】  電気駆動の車両と接触する接触面８を備え、接触面８と接触しながら走行している車両に電力を供給する電車線７に対し、レーザスリット光５を照射するレーザ発信器２と、電車線７上に照射されたレーザスリット光５のレーザ軌跡６を撮影するカメラ３と、カメラ３が撮影した画像データを取り込み、画像データを基に電車線７の磨耗量を計算する画像処理装置４とを備えた磨耗量計測装置において、電車線７は、接触面８の長手方向に延びる端縁から接触面と逆側に延在する面９ａ，９ｂと、延在する面９ａ，９ｂ上に基準点１１ａ，１１ｂとを備え、レーザスリット光５が、接触面８と、１つの延在する面９ａ，９ｂとに照射される位置にレーザ光発信器２を配置し、基準点から接触面までの距離を画像データとして画像処理装置４に取り込んで計算し、磨耗量を計測するように構成されている。【選択図】      図１
2006131168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気駆動の車両と接触する接触面を備え、前記接触面と接触しながら走行している前記車両に電力を供給する電車線に対し、レーザスリット光を照射するレーザ発信器と、前記電車線上に照射された前記レーザスリット光のレーザ軌跡を撮影するカメラと、前記カメラが撮影した画像データを取り込み、前記画像データを基に前記電車線の磨耗量を計算する画像処理装置とを備えた磨耗量計測装置において、
前記電車線は、前記接触面の長手方向に延びる端縁から前記接触面と逆側に延在する面と、該延在する面上に基準点とを備え、前記レーザスリット光が、前記接触面と、１つの前記延在する面とに照射される位置に前記レーザ光発信器を配置し、前記基準点から前記接触面までの距離を前記画像データとして前記画像処理装置に取り込んで計算し、前記磨耗量を計測するように構成されていることを特徴とする磨耗量計測装置。
【請求項２】
前記接触面は前記車両走行方向に沿ってその中央部が突出している円弧形状に形成され、前記電車線の前記走行方向と直交する面での断面形状に対して、前記レーザ発信器が、１つの前記延在する面の延長線と、前記１つの延在する面とは反対側の前記端縁での前記円弧形状における接線とが交差する位置よりも前記接触面から離れた位置であって、前記接線と前記延長線とによって囲まれた領域内に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の磨耗量計測装置。
【請求項３】
前記電車線の接触面が前記車両の側面と対向して配置され、前記レーザ発信器が、前記接触面に対し前方斜め上側または前方斜め下側のいずれかに配置され、前記電車線の前記接触面と前記電車線の上面または下面のいずれかとに前記レーザスリット光が照射されるように向けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の磨耗量計測装置。
【請求項４】
前記電車線の接触面が前記車両の側面と対向して配置され、前記レーザ発信器および前記カメラが、前記接触面に対し前方斜め上側および前方斜め下側の両方にそれぞれ配置され、前記電車線の前記接触面と前記電車線の上面および下面の両方とに前記レーザスリット光が照射されるように向けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の磨耗量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電車線の磨耗量を自動で連続的に計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
安全且つ低公害で中容量の輸送が可能な新交通システム用として、軌道に沿って走向する電気駆動による車両が用いられている。図８に示すように、この車両１００は、ゴムタイヤ１１０を備えた台車１２０とこの台車１２０に搭載された車体１３０とを有する。台車１２０は、一対の軌道側壁１４０によって形成された軌道１５０上に配置され、台車１２０には、各軌道側壁１４０に向かって延び、先端に案内輪１６０を設けたガイドウェイ案内装置１７０と、集電装置１８０とが各側面に設けられている。一方、各軌道側壁１４０には、それぞれのガイドウェイ案内装置１７０に対向配置された案内軌条１９０と、それぞれの集電装置１８０に対向配置された電車線２００とが設けられている。この電車線２００について、三相交流の電力が供給される場合を例として、より詳細に説明すれば、図９に示すように、各軌道側壁１４０には、所定間隔を隔ててブラケット２１０が固定され、このブラケット２１０に電車線座２２０が固定されている。電車線座２２０には、電気的に絶縁材である碍子２３０の一方の端が固定され、他方の端には、電車線取付座２４０が取り付けられ、電車線取付座２４０にボルト２５０を介して電車線２００が締め付け固定されている。電車線２００は、図１０に示す軌道１５０に沿って連続して設けてあり、電力を効率よく供給するために導電率の高い、例えばアルミニウム製の電車線本体２６０と、集電装置１８０と接触する側の表面に設けられた耐摩耗材２７０とを有し、この耐摩耗材２７０の接触面２８０が、集電装置１８０と接触するようにしている。このような構成によれば、車両１００は、電車線２００から集電装置１８０を通じて電気モータ（図示せず）に電力が供給されつつ、ガイドウェイ案内装置１７０によって軌道１５０に沿って案内されながら、安全且つ無公害に乗員等を輸送することが可能である。
【０００３】
このとき、電車線２００のうち、特に耐摩耗材２７０の接触面２８０は、車両１００の集電装置１８０と常時面接触しているため、時間経過とともに摩耗することは避けられない。したがって、摩耗状態を適宜検出することにより、所定量以上摩耗が進行している場合には、耐摩耗材２７０又は電車線２００を交換する必要がある。このような摩耗状態の検出方法について説明すれば、従来は、接触式超音波厚み計２９０によって、図１０に示すように、計測位置Ｐは電車線２００の長手方向に間隔を隔てており、接触面２８０をスポット的に非連続な方法で計測していた。
【０００４】
しかしながら、このような検出方法には、以下に示すような技術的問題がある。電車線は軌道に沿って、路線全長に亘って延びるため、このような非連続的な計測方法では、非効率的である。より具体的には、第１に、人手による作業、特に１人が接触式超音波厚み計２９０のセンサーを被測定点に当て、他の１人がメーターを読み取って記録するという２人作業となるため、作業効率が悪いとともに、人為的ミスが起こりやすく信頼性に欠ける。第２に、検出場所が限定的であるから、たとえば軌道に交差する方向の断面に亘る摩耗分布を検出できず、行うにしても長時間を要するため、局所的な摩耗を見逃す恐れがある。
【０００５】
また、特許文献１には、レーザを用いた磨耗測定方法および装置が開示されている。この技術では、電車線２００の接触面２８０に対してレーザ光を接触面２８０の横側に当てて磨耗量を測定する方法が開示されている。この技術では、レーザスリット光源を電車線２００の延在方向に沿って斜めに取り付けて、この斜め方向からレーザスリット光を照射することにより、磨耗寸法を計算している。
【特許文献１】特開２００３−１１７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、レーザスリット光を電車線２００の接触面２８０に対してレーザ光を接触面２８０の横側に当てているので、電車線２００の接触面２８０にしかレーザスリット光が当たらない。そのため、接触面２８０でのレーザ軌跡しか得ることができないため、画像処理時の画像情報によっては精度良く磨耗量を計測することが困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、電車線の全線に亘って、信頼性を損なうことなく自動的且つ効率的に耐摩耗材の摩耗量を計測し、かつ磨耗量の計測を精度良く行なうことができる摩耗計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
電気駆動の車両と接触する接触面を備え、前記接触面と接触しながら走行している前記車両に電力を供給する電車線に対し、レーザスリット光を照射するレーザ発信器と、前記電車線上に照射された前記レーザスリット光のレーザ軌跡を撮影するカメラと、前記カメラが撮影した画像データを取り込み、前記画像データを基に前記電車線の磨耗量を計算する画像処理装置とを備えた磨耗量計測装置において、前記電車線は、前記接触面の長手方向に延びる端縁から前記接触面と逆側に延在する面と、該延在する面上に基準点とを備え、前記レーザスリット光が、前記接触面と、１つの前記延在する面とに照射される位置に前記レーザ光発信器を配置し、前記基準点から前記接触面までの距離を前記画像データとして前記画像処理装置に取り込んで計算し、前記磨耗量を計測するように構成されている。
また、前記接触面は前記車両走行方向に沿ってその中央部が突出している円弧形状に形成され、前記電車線の前記走行方向と直交する面での断面形状に対して、前記レーザ発信器が、１つの前記延在する面の延長線と、１つの前記延在する面とは反対側の前記端縁での前記円弧形状における接線とが交差する位置よりも前記接触面から離れた位置であって、前記接線と前記延長線とによって囲まれた領域内に配置されている。
【０００９】
さらに、前記電車線の接触面が前記車両の側面と対向して配置され、前記レーザ発信器が、前記接触面に対し前方斜め上側または前方斜め下側のいずれかに配置され、前記電車線の前記接触面と前記電車線の上面または下面のいずれかとに前記レーザスリット光が照射されるように向けられている。
さらにまた、前記電車線の接触面が前記車両の側面と対向して配置され、前記レーザ発信器および前記カメラが、前記接触面に対し前方斜め上側および前方斜め下側の両方にそれぞれ配置され、前記電車線の前記接触面と前記電車線の上面および下面の両方とに前記レーザスリット光が照射されるように向けられている。
【発明の効果】
【００１０】
電気駆動の車両と接触する接触面を備え、前記接触面と接触しながら走行している前記車両に電力を供給する電車線に対し、レーザスリット光を照射するレーザ発信器と、前記電車線上に照射された前記レーザスリット光のレーザ軌跡を撮影するカメラと、前記カメラが撮影した画像データを取り込み、前記画像データを基に前記電車線の磨耗量を計算する画像処理装置とを備えた磨耗量計測装置において、前記電車線は、前記接触面の長手方向に延びる端縁から前記接触面と逆側に延在する面と、該延在する面上に基準点とを備え、前記レーザスリット光が、前記接触面と、１つの前記延在する面とに照射される位置に前記レーザ光発信器を配置し、前記基準点から前記接触面までの距離を前記画像データとして前記画像処理装置に取り込んで計算し、前記磨耗量を計測するように構成されているので、前記接触面と前記接触面の端縁から延びる面とに照射されたレーザスリット光を基に磨耗量を計測することができる。これにより、より前記接触面の磨耗寸法をより正確に計測することができる。
また、前記接触面は前記車両走行方向に沿ってその中央部が突出している円弧形状に形成され、前記電車線の前記走行方向と直交する面での断面形状に対して、前記レーザ発信器が、１つの前記延在する面の延長線と、１つの前記延在する面とは反対側の前記端縁での前記円弧形状における接線とが交差する位置よりも前記接触面から離れた位置であって、前記接線と前記延長線とによって囲まれた領域内に配置されているので、前記レーザ発信器から照射されるレーザスリット光が、前記接触面と前記接触面の端縁から延びる面との全面に亘って確実に当たるようにすることができる。
【００１１】
前記電車線の接触面が前記車両の側面と対向して配置され、前記レーザ発信器が、前記接触面に対し前方斜め上側または前方斜め下側のいずれかに配置され、前記電車線の前記接触面と前記電車線の上面または下面のいずれかとに前記レーザスリット光が照射されるように向けられているので、前記接触面と前記上面または下面とに照射されたレーザスリット光を基に磨耗量を計測することができる。これにより、前記接触面の磨耗寸法をより正確に計測することができる。
また、前記電車線の接触面が前記車両の側面と対向して配置され、前記レーザ発信器および前記カメラが、前記接触面に対し前方斜め上側および前方斜め下側の両方にそれぞれ配置され、前記電車線の前記接触面と前記電車線の上面および下面の両方とに前記レーザスリット光が照射されるように向けられているので、前記接触面と前記下面および前記上面とに照射されたレーザスリット光を基に磨耗量を計測することができる。これにより、前記磨耗量を２重にチェックできるので、前記接触面の磨耗寸法をより正確に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施の形態に係る磨耗量計測装置ついて、図１〜図７を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態の概略を示す。磨耗量計測装置１は、電車線７に対しレーザスリット光５を照射するためのレーザ光発信器２と、レーザスリット光５によってできた電車線上のレーザ軌跡６の画像を撮影するためのカメラ３と、カメラ３が撮影したレーザ軌跡６の画像を取り込み、この画像から電車線７の磨耗量を計算するための画像処理装置４とによって構成されている。なお、このレーザ光発信器２、カメラ３および画像処理装置４は、図示しない計測用車両に取り付けられている。
【００１３】
電車線７は、図１に示すように、車両走行方向に沿って延在している。この電車線７の延在方向と直交する面の断面を図２に示す。この電車線７には、電車線座２２０側の取付座２４０（図９参照）に取り付けられる取付部７ａと、この取付部７ａから横方向に延びる接続部７ｂと、この接続部７ｂの横方向の先端に配置された接触部７ｃとが設けられている。そして、接触部７ｃには、接続部７ｂと逆側の面に接触面８が設けられている。この接触面８の上下方向の中央部は、電車線７の外側方向に湾曲して突出しており、接触面８が円弧形状に形成されている。この突出部８ｃの先端には、図示しない車両の集電装置が接触するようになっている。また、接触部７ｃには、接触面８の上下の端縁８ａおよび８ｂから接続部７ｂの方向（接触面８と逆側の方向）に向かって延びる上面９ａおよび下面９ｂが設けられている。
【００１４】
接触部７ｃの上下方向の厚み寸法は、接続部７ｂの上下方向の厚み寸法よりも大きく形成されており、接触部７ｃから接続部７ｂに向かって、電車線７の上下方向に段差が形成されている。この段差によって、上面９ａの接続部７ｂ側の端縁には上端角部１０ａが形成されると共に下面９ｂの接続部７ｂ側の端縁には下端角部１０ｂが形成され、この上端角部１０ａおよび下端角部１０ｂを後述する磨耗量計算用の基準点（基準線）としている。
【００１５】
レーザ発信器２は、図１に示すように、接触面８の前方上側に配置されており、レーザスリット光５が接触面８と上面９ａとに略直角に照射されるようになっている。照射されたレーザスリット光５は、上面９ａの上端角部１０ａから上端縁８ａまでおよび接触面８の上端縁８ａから下端縁８ｂまでに、それぞれ連続する直線状のレーザ軌跡６を形成するようになっている。このレーザ発信器２は、図２に示すように、接触面８の円弧形状の端縁８ｂにおける接線１２と、上面９ａの延長線１３とが交差する位置１６よりも接触面８から遠い位置であって、接線１２と延長線１３とによって囲まれた領域１４内に配置されている。
一方、カメラ３は、図１に示すように、接触面８の前方上側であって、電車線７の延在方向に対して角度を付けて配置されている。
【００１６】
他方、画像処理装置４は、カメラ３と電気的に接続され、撮影したレーザ軌跡６の画像を取り込むことができるようになっている。この画像処理装置４は、画像データからノイズを除去するために、画像データを２値化処理するための２値化処理手段と、２値化処理によって得られた接触面２８の凹凸に応じた線画像から特異点を抽出するための特異点抽出手段とを備えている。
【００１７】
次に、本発明の実施の形態に係る磨耗量計測装置の作用を説明する。
電車線７は走行している車両の集電装置と常時接触しているため、接触面８が磨耗する。本発明の磨耗量計測装置が計測対象とするのは、この接触面８の磨耗量である。この磨耗量を計測するために、計測用車両に取り付けられたレーザ発信器２から電車線７の接触面８に対し前方斜め上側からレーザスリット光５を照射すると共に、カメラ３でレーザ軌跡６を撮影する。撮影されたレーザ軌跡６を図３に示す。
【００１８】
なお、レーザスリット光５を前方斜め上側から照射する理由としては、接触面８の真横から照射すると、図４および図５に示すように、電車線７の接触面８にしかレーザスリット光５が当たらないためである。これに対し、本発明の実施形態では、図３および図６に示すように、接触面８および上面９ａにレーザスリット光５が照射され、この２つの面のレーザ軌跡６を得ることができる。
【００１９】
次に、カメラ３で撮影されたレーザ軌跡６の画像を画像処理装置４に取り込む。この画像処理装置４内での処理手順を図７のフローチャートに示す。画像処理装置４に取り込まれた画像データは、２値化処理手段によって２値化処理が行なわれる。そして、２値化した画像の座標系から、実空間の物体座標系に座標変換する。座標変換の式はカメラパラメータＣの要素をＣ11，Ｃ12，Ｃ13とすると、
【数１】
2006131168.tif 000003
で表される。
また、画像の座標（Ｘｃ、Ｙｃ）と、物体座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）との関係は、
【数２】
2006131168.tif 000004
で表される。
【００２０】
上述のカメラパラメータＣの値は、レーザ光発信器２とカメラ３との位置、姿勢、画角によって決定されている。また、本実施例では、実空間の物体座標のうち、Ｚ軸（電車線７の延在方向に沿った方向の座標）は使用していないので、Ｚ軸を省略する式を用いている。
【００２１】
次に、座標変換したレーザ軌跡６の座標値より、特異点１１ａおよび１１ｂの座標を求める。本実施例での特異点１１ａとは上端角部１０ａ上の点であり、特異点１１ｂとは接触面８上の突出部８ｃの点をいう。この特異点１１ａ，１１ｂの点のＸ座標の値の差により、図３に示す磨耗寸法１５の値を求めることができる。磨耗量が大きくなると、この磨耗寸法１２の値は小さくなる。磨耗量は、磨耗前の段階で求めた磨耗寸法１５から、磨耗量測定時に求めた磨耗寸法１５を引いた値として求めることができる。なお、磨耗前の段階における磨耗寸法１５は、設計値として定数で与えられているものである。
【００２２】
本発明の第１の実施の形態に係る磨耗量計測装置では、接触面８と上面９ａとに照射されたレーザスリット光を基に磨耗量を計測することができる。これにより、より前記接触面の磨耗寸法をより正確に計測することができる。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る磨耗量計測装置について説明する。
第１の実施の形態に係る磨耗量計測装置１と異なるのは、レーザ光発信器２とカメラ３が接触面８の前方上側および前方下側の両方に配置されている点である。なお、この実施例における下側のレーザ軌跡６の座標値においては、特異点を１１ｂと、下端角部１０ｂ上の点１１ｃとし、この特異点１１ｂおよび１１ｃからＸ座標の値を計算している。
【００２４】
本発明の第２の実施の形態に係る磨耗量計測装置では、電車線７の上側と下側との両方で磨耗寸法１２を確認することができるので、より正確な磨耗量を測定することができる。
【００２５】
以上、本発明を実施するための最良の形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
例えば、特異点１１ａを上端角部１０ａ上に設けるようにしているが、上面９ａ上に他の基準となる点があれば、その点を特異点１１ａとして計算をすることができる。これにより、新たな基準点を設けるために電車線７の形状を変更することなく、既存の形状を利用して磨耗量の計測を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る磨耗量計測装置の概要図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る磨耗量計測装置によって計測される電車線であって、この電車線を車両走行方向と直交する面で切断した状態を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る磨耗量計測装置のカメラが図６の状態を撮影した画像を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る磨耗量計測装置のレーザスリット光が接触面のみに照射された状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る磨耗量計測装置のカメラが図４の状態を撮影した画像を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る磨耗量計測装置のレーザスリット光が電車線の接触面と上面とに照射された状態を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る磨耗量計測装置に使用されている画像処理装置の磨耗量計算処理手順を示すフローチャートである。
【図８】従来の新交通システムにおける電気駆動車両の概略正面図である。
【図９】図８の軌道側壁まわりの拡大図である。
【図１０】従来の磨耗量計測方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  磨耗量計測装置
２  レーザ光発信器
３  カメラ
４  画像処理装置
５  レーザスリット光
６  レーザ軌跡
７  電車線
７ａ  取付部
７ｂ  接続部
７ｃ  接触部
８  接触面
８ａ  上端縁
８ｂ  下端縁
８ｃ  突出部
９ａ  上面
９ｂ  下面
１０ａ  上端角部
１０ｂ  下端角部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  特異点（基準点）
１２  接線
１３  延長線
１４  領域
１５  磨耗寸法
１６  交差点
１００  車両
１１０  ゴムタイヤ
１２０  台車
１３０  車体
１４０  軌道側壁
１５０  軌道
１６０  案内輪
１７０  案内装置
１８０  集電装置
１９０  案内軌条
２００  電車線
２１０  ブラケット
２２０  電車線座
２３０  碍子
２４０  電車線取付座
２５０  ボルト
２６０  電車線本体
２７０  耐磨耗材
２８０  接触面
２９０  接触式超音波厚み計
【図１】
2006131168.tif 000005
【図２】
2006131168.tif 000006
【図３】
2006131168.tif 000007
【図４】
2006131168.tif 000008
【図５】
2006131168.tif 000009
【図６】
2006131168.tif 000010
【図７】
2006131168.tif 000011
【図８】
2006131168.tif 000012
【図９】
2006131168.tif 000013
【図１０】
2006131168.tif 000014