(57)【要約】【課題】自動検査装置では十分な検査精度が得られない場合でも、信頼性の高い検査結果を効率的に得る。【解決手段】走行レール１３に沿って所定の間隔で配列する構造物１１を検査する方法であって、走行レール１３を走行する検査車両８に取り付けられた撮像手段１によって各構造物１１を撮影するステップと、撮影された画像をすべて記録するステップと、記録された画像を処理して、異常の可能性がある画像を検出するステップと、異常のある画像を表示手段２１に表示するステップとを含む。【選択図】　　図１
2004132881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行レールに沿って所定の間隔で配列する構造物を検査する方法であって、
前記走行レールを走行する検査車両に取り付けられた撮像手段によって前記各構造物を撮影するステップと、
撮影された画像を記録するステップと、
前記記録された画像を処理して、異常の可能性がある画像を検出するステップと、
前記異常のある画像を表示手段に表示するステップと、
を含むことを特徴とする配列構造物の検査方法。
【請求項２】
前記構造物がリニアモータ車両に使用されるリアクションプレートであり、
前記構造物を撮影するステップは、
前記各リアクションプレートの端を検出するステップと、
前記端を基準とする前記検査車両の移動距離を検出するステップと、
前記移動距離、および前記リアクションプレートにおける溶接部の位置の情報に基づいて、前記溶接部が含まれる画像のみを撮影するステップと、
を含み、
前記異常の可能性がある画像を検出するステップは、
前記溶接部が含まれる画像を処理して、該溶接部のみの画像を検出するステップと、
前記溶接部のみの画像を処理して、該溶接部の欠陥の可能性を示す部分を検出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の配列構造物の検査方法。
【請求項３】
前記構造物を撮影するステップは、
前記リアクションプレートの上面と側面の明るさが異なるように、かつ、該側面と前記リアクションプレートが溶接された台座の上面の明るさが異なるように前記リアクションプレートの上方から照明するステップを含み、
前記溶接部のみの画像を検出するステップは、
前記溶接部が含まれる画像に対して、輝度が高い部分から低い部分への変化部を検出する画像処理、および輝度が低い部分から高い部分への変化部を検出する画像処理を実行して、前記画像中の溶接部を特定するステップを含み、
前記溶接部の欠陥の可能性を示す部分を検出するステップは、
前記溶接部のみの画像に対して、輝度が低い部分の周辺に輝度が高い部分がある部分を検出する画像処理を実行して、前記欠陥の可能性がある部分をサーチするステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の配列構造物の検査方法。
【請求項４】
前記構造物が、前記走行レールを固定するための調整板、および、該調整板を締め付けるボルトであり、
前記異常の可能性がある画像を検出するステップは、
前記記録された画像中における前記ボルトの位置をパターンマッチングにより同定するステップと、
前記記録された画像中における前記調整板のパターンの姿勢角変化量をパターンマッチングにより計測し、前記姿勢角変化量を所定の閾値と比較して、該調整板に係るボルトの緩みを検出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の配列構造物の検査方法。
【請求項５】
前記各構造物を撮影するステップは、前記調整板およびボルトを含む前記走行レールの画像が連続的に得られるように実行されることを特徴とする請求項４に記載の配列構造物の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行レールに沿って所定の間隔で配列する構造物、例えば、鉄道、新交通システムなどの走行レール周辺の構造物（リニアモータ駆動式車両用のリアクションプレート、レールを固定する調整板の締付けボルト等）の検査を行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走行レール周辺の構造物を検査する装置として、レールを撮像手段で撮影し、その画像に基づいてこのレールの継目遊間を検査するもの（例えば、特許文献１参照）や、トンネル壁面を撮像手段で撮影し、その画像に基づいて該壁面を検査するもの（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３２４９１９号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２９８００号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
リニアモータ駆動車両用のリアクションプレートや、レールを固定する調整板の締付けボルト等は、通常、人が巡回して目視検査を行っている。
人が巡回して目視検査を行う場合、多くの時間が必要となる。また、巡回が行われるのは、鉄道などの営業時間帯外であるため、時間的な制約もある。
自動的に検査を行うことも考えられるが、自動検査装置では十分な精度が得られないため、検査を完全に自動化することができない場合も多い。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたものであり、リニアモータ駆動車両用リアクションプレート等の配列構造物の画像を記録し、各配列構造物の画像のうちで、異常の可能性があるものを選択的に検査者に提示して、検査業務の効率化を図ることができる配列構造物の検査方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、走行レールに沿って所定の間隔で配列する構造物を検査する方法であって、前記走行レールを走行する検査車両に取り付けられた撮像手段によって前記各構造物を撮影するステップと、撮影された画像を記録するステップと、前記記録された画像を処理して、異常の可能性がある画像を検出するステップと、前記異常のある画像を表示手段に表示するステップと、を含むことを特徴としている。
【０００７】
前記構造物がリニアモータ車両に使用されるリアクションプレートである場合、前記構造物を撮影するステップは、前記各リアクションプレートの端を検出するステップと、前記端を基準とする前記検査車両の移動距離を検出するステップと、前記移動距離、および前記リアクションプレートにおける溶接部の位置の情報に基づいて、前記溶接部が含まれる画像のみを撮影するステップと、を含み、前記異常の可能性がある画像を検出するステップは、前記溶接部が含まれる画像を処理して、該溶接部のみの画像を検出するステップと、前記溶接部のみの画像を処理して、該溶接部の欠陥の可能性を示す部分を検出するステップと、を含むことができる。
【０００８】
前記構造物を撮影するステップは、前記リアクションプレートの上面と側面の明るさが異なるように、かつ、該側面と前記リアクションプレートが溶接された台座の上面の明るさが異なるように前記リアクションプレートの上方から照明するステップを含み、前記溶接部のみの画像を検出するステップは、前記溶接部が含まれる画像に対して、輝度が高い部分から低い部分への変化部を検出する画像処理、および輝度が低い部分から高い部分への変化部を検出する画像処理を実行して、前記画像中の溶接部を特定するステップを含み、前記溶接部の欠陥の可能性を示す部分を検出するステップは、前記溶接部のみの画像に対して、輝度が低い部分の周辺に輝度が高い部分がある部分を検出する画像処理を実行して、前記欠陥の可能性がある部分をサーチするステップを含むことができる。
【０００９】
前記構造物が、前記走行レールを固定するための調整板、および、該調整板を締め付けるボルトである場合、前記異常の可能性がある画像を検出するステップは、前記記録された画像中における前記ボルトの位置をパターンマッチングにより同定するステップと、前記記録された画像中における前記調整板のパターンの姿勢角変化量をパターンマッチングにより計測し、前記姿勢角変化量を所定の閾値と比較して、該調整板に係るボルトの緩みを検出するステップと、を含むことができる。
【００１０】
前記各構造物を撮影するステップは、前記調整板およびボルトを含む前記走行レールの画像が連続的に得られるように実行されることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る配列構造物の検査方法の実施の形態について説明する。
図１において、画像収集ステップＳ１では、撮像装置を取り付けた後述の検査車両を走行させて、検査すべき配列構造物の画像を自動で収録する。次の画像解析ステップＳ２では、収集した画像を画像処理装置で処理して、検査個所に異常の可能性がある画像を自動で選択し、この選択した異常候補画像を再編集する。さらに、異常判断ステップＳ３では、ステップＳ２で得た異常候補画像を再生表示して、検査員に提示する。
【００１２】
画像収集ステップ１０１では、図２に示す画像収集装置が用いられる。この画像収集装置は、後述のリアクションプレートの溶接部を撮影する視覚認識手段、例えばＴＶカメラ１と、リアクションプレートの溶接部を照らす光源２と、該リアクションプレートの端を検出するレーザ距離センサ３と、走行レール走行車両（以下、検査車両という）８の移動量を検出するために、該検査車両８の車輪８ａに取り付けたロータリエンコーダ４と、映像の記録を制御する撮影制御部５と、画像記録媒体７を内蔵する画像記録部６等とを備えている。なお、上記画像収集装置を構成する各要素は、検査車両８に搭載されている。
【００１３】
次に、画像収集ステップ１０１において実行される上記画像収集装置の動作について説明する。
図４において、配列構造体たるリアクションプレート１１は、リニアモータ駆動車両の２次側導体であり、該車両および上記検査車両８が走行する左右の走行レール１３間に該走行レール１３に沿って所定の間隔で配列されている。このリアクションプレート１１は、その左右側面を台座１４の上面に溶接することによって該台座１１の上面に固定されている。リアクションプレート１１の溶接部１２は、通常、走行レール１３に沿った方向に１０箇所以上間歇的に形成されるが、図４では、煩雑化を避けるために２つの溶接部１２を示してある。
【００１４】
図２に示した撮影制御部５は、リアクションプレート１１の溶接部１２の画像のみを撮影するため、カメラ１の視野に溶接部１２が入っているときにのみ撮影トリガ信号を画像記録部６に送る。この撮影トリガ信号は、次のようにして生成される。
【００１５】
撮影制御部５の構成を示す図３において、設定器１５は、検査開始の時に検査車両８が存在するリアクションプレート１１の番号（検査開始リアクションプレートの番号）、および該検査車両８の進行方向（順廻り、逆廻り）を検査作業前に予め設定するものである。この設定器１５の出力は、前記レーザ距離センサ３およびロータリエンコーダ４の各出力とともにトリガ信号発生部１７に取り込まれる。記録媒体１８は、リアクションプレート１１の敷設順および該リアクションプレート１１内での各溶接部１２の位置を予め撮影タイミングデータとして格納している。
【００１６】
レーザ距離センサ３は、レーザ光の光軸がリアクションプレート１１の上面に対して垂直になるような姿勢で検査車両８に取付けられている。したがって、リアクションプレート１１の上方を通過する際には、該８リアクションプレート１１の上面までの距離を、また、隣接する２つのリアクションプレート１１の境界部の空間上を通過する際には、地面までの距離（リアクションプレート１１の上面までの距離より大きい）を検出する。
一方、ロータリエンコーダ４は、検査車両８の移動距離に対応した数のパルス信号を出力する。
【００１７】
そこで、トリガ信号発生部１７は、レーザ距離センサ３で検出される上記各距離の相違に基づいてリアクションプレート１１の端を検出するとともに、ロータリエンコーダ４の出力に基づいて、リアクションプレート１１の端が検出されてからの検査車両８の移動距離を検出する。そして、この検出された移動距離、上記検査車両８の進行方向、上記検査開始リアクションプレート１１の番号、上記検査車両８の進行方向、および該リアクションプレート１１における溶接部１２の位置に基づいて、該リアクションプレート１１の溶接部１２をカメラ１で撮影し得るタイミングを判断し、その判断時点で撮影トリガ信号を生成する。
【００１８】
このように、トリガ信号発生部１７は、カメラ１の視野に溶接部１２が入っているタイミングで撮影トリガ信号を生成するので、カメラ１が該溶接部１２を含む図６に示すような画像を撮影することになる。この溶接部１２を含む画像は、検査開始リアクションプレート１１の番号と、このリアクションプレート１１における上記溶接部１２の位置とを示す情報と共に図２に示した画像記録媒体７に転送されて記憶される。
【００１９】
以後、同様にして、検査開始リアクションプレート１１の次の溶接部１２を含む画像が撮影される。そして、検査開始リアクションプレート１１の各溶接部１２に係る画像の撮影が終了すると、次のリアクションプレート１１の各溶接部１２に係る画像の撮影が実行される。この結果、画像記録媒体７には、個々のリアクションプレート１１の各溶接部１２に係る画像が、それらの位置を示す情報（対応するリアクションプレート１１の番号等）と共に蓄積されることになる。
【００２０】
ところで、図５に示すように、リアクションプレート１１の溶接部１２のビード上面の傾斜角は略４５°である。カメラ１は、溶接部１２を斜め上方から視野に入れるように、その光軸が４５°傾斜する形態で配設され、また、光源２は、溶接部１２をその直上から照明するように配設されている。
なお、図５には、リアクションプレート１１の一側の溶接部１２を撮像するためのカメラ１および光源２のみしか示していないが、検査車両８には、リアクションプレート１１の他側の溶接部１２を撮像するためのカメラ１および光源２も配設されている。
【００２１】
図６は、上記のようなカメラ１および光源２の配置下において得られる上記溶接部を含む画像、つまり、上記画像記録媒体７に記憶される画像を示している。前記画像解析ステップ１０２における画像解析は、この画像記録媒体（携帯可能な記憶媒体である）７に記憶されている画像に基づいて、画像解析装置２０（検査車両８とは分離した地上の設備である）により実行される。以下、この画像解析について説明する。
【００２２】
図６において、リアクションプレート１１の側面の画像は照明の影響が少ないことから、その輝度がその他の部分の輝度よりも低くなる。そこで、画像解析装置２０は、画像中のある範囲を対象として、範囲上部の画素の輝度が高く、範囲下部の輝度が低い範囲を検出する一般的な画像処理フィルタを用いて、リアクションプレート１１の上面と該リアクションプレート１１の側面との境界線Ｂ１を検出する。
【００２３】
一方、リアクションプレート１１の側面の画像の上下方向の長さはほぼ一定であるので、該側面と台座１４との境界線は、上記境界線Ｂ１から所定距離（上記側面の画像の上下方向の長さに略相当する距離）だけ下方に寄った位置を中心とするある範囲Ｂ２内に存在する。
【００２４】
そこで、画像解析装置２０は、画像中のある範囲を対象とし、範囲上部の画素の輝度が低く、範囲下部の輝度が高い範囲を検出する一般的な画像処理フィルタを上記範囲Ｂ２において適用し、リアクションプレート１１の側面と台座１４との境界線を検出する。そして、範囲Ｂ２内における上下方向にある幅を持った画像部分（リアクションプレート１１の側面と台座部の境界線とはみなされない部分）を溶接部であると認識する。
【００２５】
次に、画像解析装置２０は、上記検出された溶接部において、ある範囲を対象とし、範囲中央部の画素の輝度が低く、範囲上部と下部の輝度が高い範囲を検出する画像処理フィルタを用いて溶接部１５の欠陥候補をサーチする。つまり、溶接部に欠陥がある場合に、上記フィルタの出力が高くなるので、このフィルタの出力に対する欠陥判定用の閾値を設定し、このフィルタの出力が該閾値以上のときに該当溶接部の画像を欠陥候補と認定する。
【００２６】
このとき用いるフィルタとしては、たとえば、（水平方向の位置、　垂直方向の位置）＝（ｗ，ｈ）　の画素の輝度値　Ｉ（ｗ、ｈ）　を、下式を用いて変換するものである。
【数１】
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なお、このフィルタは、５×１９の水平方向ラプラスフィルタの変形である。ここで、フィルタの大きさを示す５×１９などの値は、検出したい欠陥の大きさやカメラの視野によって適宜変更される。
【００２７】
図１に示した異常判断ステップ１０３では、画像解析ステップ１０２において欠陥候補とされた溶接部のある画像のみが適宜な表示装置２１に選択的に表示される。そこで、検査者は、表示された画像に基づいて最終的な欠陥の有無を目視によって判断する。
上記したように、この実施の形態によれば、異常の可能性がある画像（異常候補画像）を自動的に選択して検査者に提示することができるので、検査業務の効率化を図りながら、目視による信頼性の高い検査結果を得ることが可能になる。
【００２８】
次に、前記走行レール１３を固定する締め付けボルトの緩み検査について説明する。このボルトの緩み検査に際しては、図２に示すＴＶカメラ２３および光源２４が検査車両８に取付けられる。
このボルトの緩み検査の手順は、図１に示す手順と同様である。また、このボルトの緩み検査には、図２に示した前述の画像収集装置が用いられる。
【００２９】
画像収集ステップ１０１において、撮影制御部５のトリガ信号発生部７（図３参照）は、走行レール１３の全てを撮影するためのトリガ信号を発生する。すなわち、図７に示すように、例えば、Ｎ＋１回目の撮影時のカメラ２３の視野がＮ回目の撮影時のカメラ２３の視野に一部重なるような位置に検査車両８があるタイミングでトリガ信号を生成する。
このようなトリガ信号は、ロータリエンコーダ４の出力に基づいて得られる検査車両８の移動距離と、予め設定されたカメラ２３の視野の大きさとに基づいて生成することができる。
トリガ信号発生部７は、上記のトリガ信号に基づいて得られる画像、つまり、走行レール１３と、後述の締め付けボルト２５および調整板２６を含む画像を前記画像記録媒体７に記憶させる。
【００３０】
画像解析ステップ１０２では、締め付けボルト２５が緩むとその下の調整板２６（押さえ板）が正常な位置からずれることを利用して該締め付けボルト２５の緩みを検出する。
画像解析装置２０（図２参照）は、まず、調整板２６の位置を同定するため、予め記録したボルト２５のパターンに基づいて該ボルト２５の位置をパターンマッチングにより同定する。その後、ボルト２５の周辺の調整板２６について、予め記録した調整板２６の画像パターンとのパターンマッチングを実行し、該調整板２６の正常な姿勢からのずれ角（姿勢角変化量）を計測する。
【００３１】
すなわち、図８（ａ）に示す正常な姿勢の調整板２６の画像パターンを異なる角度回転させることによって得られる複数の参照画像パターンを予め形成し、これらの画像パターンと、比較対象である調整板の画像とのパターンマッチングを実行する。そして、例えば、図８（ｂ）に示す調整板の画像に最も一致する参照画像パターンが図８（ｃ）に示すパターンであった場合、このパターの回転角を撮影された調整板２６のずれ角として検出する。
画像解析装置２０は、上記ずれ角が所定の閾値より大きい場合に、締め付けボルト２５が緩んでいると判断する。
【００３２】
異常判断ステップ１０３では、画像解析ステップ１０２において緩みがあると判断されたボルト２５の画像のみが表示装置２１に選択的に表示される。そこで、検査者は、表示された画像に基づいてボルトの緩みの有無を最終的に判断する。
なお、本発明は、上記リアクションプレート１１や、調整板の締付けボルト２５の検査に限定されず、走行レールに沿って所定の間隔で配列する他の構造物、例えばＰＣ製枕木等の検査にも適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係る配列構造物の検査方法によれば、異常の可能性がある画像のみを提示するので、自動検査装置では十分な検査精度が得られない場合でも、信頼性の高い検査結果を効率的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る検査方法の手順を示す流れ図である。
【図２】画像収集に用いる装置の一構成を示す模式図である。
【図３】撮影トリガ信号の生成手段を説明するブロック図である。
【図４】検査される配列構造物の一例であるリアクションプレートを平面的に示す模式図である。
【図５】リアクションプレートに対する撮像装置の位置関係を表す模式図である。
【図６】リアクションプレートの撮影画像を示す模式図である。
【図７】検査される配列構造物の他の例であるリアクションプレートを平面的に示す模式図である。
【図８】調整板のずれ角の計測法を説明する模式図である。
【符号の説明】
１　カメラ
２　光源
３　レーザ距離センサ
４　ロータリエンコーダ
５　撮影制御部
６　画像記録部
７　画像記録媒体
８　台車
９　カメラ
１０　光源
１１　リアクションプレート
１２　溶接部
１３　走行レール
１４　台座
１５　設定器
１８　記録媒体
２０　画像解析装置
２１　表示器
２３　カメラ
２４　光源
２５　締め付けボルト
２６　調整板
【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】
2004132881.tif 000009
【図７】
2004132881.tif 000010
【図８】
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