(57)【要約】【課題】車両が設定速度で走行されなくても、設定速度で運転され撮像の基準位置において撮像されたと等価なデータを得て、画像処理によりすり板の厚さを正確に計測できるようにしたい。【解決手段】すり板４の側面に垂直方向にライン状の光を照射する２個の光源１０を車両１の進行方向についてパンタグラフ３に対するＣＣＤカメラ１１と同じ側にすり板４に対し傾斜して設け、画像処理手段は各光源の傾斜角とカメラで撮像したすり板の画像に映る２本のライン状光の間隔からＣＣＤカメラ１１とカメラが撮像したすり板の位置までの撮像実距離を得て、ＣＣＤカメラ１１がすり板４を撮像すべきと設定されているすり板の撮像設定位置までのカメラの撮像設定距離と撮像実距離によりカメラで撮像したすり板の画像におけるすり板４の厚さを撮像設定位置で撮像した場合のすり板の厚さに演算するようになされている。【選択図】図１
2007315833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行中の車両におけるパンタグラフのすり板をパンタグラフに対し車両の進行方向の前方もしくは後方に設置してあるカメラで撮像し、画像処理手段により撮像した画像からすり板の厚さを計測するパンタグラフすり板計測装置において、  
すり板の側面に垂直方向にライン状の光を照射する２個の光源を車両の進行方向についてパンタグラフに対するカメラと同じ側にすり板に対し傾斜して設け、該画像処理手段は各光源の傾斜角とカメラで撮像したすり板の画像に映る２本のライン状光の間隔から該カメラと該カメラが撮像したすり板の位置までの撮像実距離を得て、該カメラがすり板を撮像すべきと設定されているすり板の撮像設定位置までのカメラの撮像設定距離と該撮像実距離により該カメラで撮像したすり板の画像におけるすり板の厚さを該撮像設定位置で撮像した場合のすり板の厚さに演算するようになされていることを特徴とするパンタグラフすり板計測装置。  
【請求項２】
上記請求項１のパンタグラフすり板計測装置において、該各光源は該すり板に対し水平に傾斜して設けることを特徴とするパンタグラフすり板計測装置。
【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計測装置に係り、特に、カメラによる撮像データからパンタグラフにおけるすり板の摩耗状況をカメラによる撮像データから正確に計測するパンタグラフすり板計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パンタグラフすり板計測装置は、鉄道車両などの検修設備として、車両走行中にパンタグラフのすり板厚さを画像処理にて自動計測する。
【０００３】
従来のパンタグラフすり板計測装置では、走行中の車両におけるパンタグラフの舟板をタイミングセンサで検知すると、その検出信号に基づいて、車両の進行方向前方に設置した光源から照明光をすり板上に照射するとともにカメラですり板の側面を撮像する。
【０００４】
カメラでは立上り時間による遅れがあるので、光源にはタイミングセンサの検出信号を遅延回路を経て与え、カメラの撮像とすり板上への照明光照射の同期を取るようにして、カメラで鮮明な撮像データを得るようにしている。
【０００５】
光源とカメラは、車両の進行方向においてパンタグラフの後側となる位置に設置して、後方からすり板の側面を撮像する配置でもよい。
【０００６】
なお、このような従来技術を示すものとして、下記の特許文献がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−４７９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
すり板厚さを計測する画像処理では、撮像を構成する単位画素の寸法とすり板の単位長さの比（キャリブレーション係数）を決めておき、撮像におけるすり板の長さから現実のすり板の長さに換算している。この場合、カメラで撮像するすり板の位置を設定してあり、この基準位置に車両が到達するタイミングにおいて撮像できるように、タイミングセンサを設置している。
【０００９】
しかしながら、この設定は車両の走行速度を設定して上でのことであり、車両の走行速度は一定でなく、設定速度より速く走行する車両では、すり板の位置が設定してある撮像位置よりもカメラに近づいてしまい、設定してある撮像位置で写す場合よりもすり板は大きく写ってしまう。すると、画像処理で計測したすり板の厚さが新品の厚さより大きくなりかねない。
【００１０】
逆に、設定速度より遅く走行する車両では、すり板の位置が設定してある撮像位置よりもカメラから離れてしまい、設定してある撮像位置で写す場合よりすり板は小さく写る。この場合、極端なケースでは画像処理で計測したすり板の厚さが摩耗で交換するべきと設定してある厚さより小さくなって、交換時期でもないのに、すり板は交換すべきとの判定がでてしまう恐れがある。
【００１１】
なお、光源とカメラは車両の進行方向においてパンタグラフの後側となる位置に設置して、後方からすり板の側面を撮像する配置では、撮像されたすり板の厚さは上記とは逆になって、走行速度が速いと、すり板は小さく写り、遅いと大きく写る。
【００１２】
いずれにしても、撮像の基準位置に車両が到達するように車両を運転し、走行が設定速度となるまで、撮像を繰り返す必要があり、手間が掛かった。
【００１３】
このように正確度が低いと、パンタグラフすり板計測装置は鉄道車両などの検修設備としての信頼性を失ってしまう。
【００１４】
それゆえ本発明の目的は、車両が設定速度で走行されなくても、設定速度で運転され撮像の基準位置において撮像されたと等価なデータを得て、画像処理によりすり板の厚さを正確に計測できるパンタグラフすり板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】
【００１５】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、走行中の車両におけるパンタグラフのすり板をパンタグラフに対し車両の進行方向の前方もしくは後方に設置してあるカメラで撮像し、画像処理手段により撮像した画像からすり板の厚さを計測するパンタグラフすり板計測装置において、すり板の側面に垂直方向にライン状の光を照射する２個の光源を車両の進行方向についてパンタグラフに対するカメラと同じ側にすり板に対し傾斜して設け、該画像処理手段は各光源の傾斜角とカメラで撮像したすり板の画像に映る２本のライン状光の間隔から該カメラと該カメラが撮像したすり板の位置までの撮像実距離を得て、該カメラがすり板を撮像すべきと設定されているすり板の撮像設定位置までのカメラの撮像設定距離と該撮像実距離により該カメラで撮像したすり板の画像におけるすり板の厚さを該撮像設定位置で撮像した場合のすり板の厚さに演算するようになされていることにある。
【発明の効果】
【００１６】
上記本発明装置によれば、カメラからカメラが撮像したすり板の位置までの撮像実距離を得ることができ、それによって、カメラが撮像した画像におけるすり板の厚さを撮像設定位置で撮像した場合のすり板の厚さに換算するので、すり板がカメラの視野内にある撮像できる位置であれば、そのすり板の撮像を妥当なものとして正確なすり板の厚さを得ることができ、車両が設定速度で走行されなくてもよいし、撮像を繰り返す手間も掛からない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明装置になる実施形態を図に従って説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１において、１はレール２上を図の右側から左側に向って走行する列車（車両）、３は列車１のパンタグラフ、４はパンタグラフ３に取り付けられたすり板、５はすり板４を介し列車１に電力を供給する架線、６は列車１の進入を検知する列車検知センサ、７は列車１上のパンタグラフ３を検知するパンタ検知センサ、８は列車１の先頭位置に設置してある列車１を特定する列車番号（車番）を信号化して無線により送信する車番発信器、９は車番発信器８の送信波を受信する車番受信器、１０は進入してくる列車１のパンタグラフ３におけるすり板４に上下方向に延びたコリメートラインのレーザ光を照射するレーザ光出力装置（光源）、１１はすり板４に映るレーザ光の輝影をパンタグラフ３とともに撮影するＣＣＤカメラ、１２は列車１の退出を検知する列車検知センサである。
【００１９】
すり板４はレール２が延びた列車１の進行方向に直交する方向（以下、幅方向と略記）に延びており、１個のパンタグラフ３について列車１の進行方向に前後して２本づつ設けられている。そして、各すり板４は、幅方向の中央部においてパンタグラフ３に回転自在に軸支されている。
【００２０】
レーザ光出力装置１０とＣＣＤカメラ１１は、列車１の進行の障害とならぬように架線５のやや上部にパンタグラフ３におけるすり板４に対し僅かな俯角をもって設置している。
【００２１】
レーザ光出力装置１０は、図４に示すように幅方向に２個設置してあり、それぞれがすり板４に対し水平にθの角度をもってレーザ光が交差するように配置してある。そのため、すり板４には２本の縦線状の輝影４ａ又は輝影４ｂが映る。なお、輝影４ａ及び輝影
４ｂについては、後述する。
【００２２】
ＣＣＤカメラ１１は、幅方向の中央に１台設置してあれば良いが、１台ですり板４の全長を撮影できない場合は複数台を設置して、画像を接続し１本のすり板４の全長を把握できるようにする。なお、ＣＣＤカメラ１１は画像をデイジタル式の電子データの形で取り込み、画像処理を施すことができるものであれば、他の構成のものであっても良い。
【００２３】
図２は本発明になるパンタグラフすり板計測装置の概略的な電気系統を示すものであり、列車検知センサ６，１２，パンタ検知センサ７，車番受信器９，ＣＣＤカメラ１１及びレーザ光出力装置１０などは、計測制御装置２０と接続されており、計測制御装置２０には、さらに画像処理装置３０，モニタ４０及びキーボードなどの操作端末５０が接続されている。
【００２４】
計測制御装置２０と画像処理装置３０は、図示していないが、それぞれ内部記憶装置や外部記憶装置を備えている。
【００２５】
計測制御装置２０は図２に示すパンタグラフすり板計測装置全体を統括するものであり、画像処理装置３０は計測制御装置２０を介してＣＣＤカメラ１１が得た撮像について画像処理をして、画像における輝影４ａ又は輝影４ｂの寸法からすり板４の厚さを算出する。
【００２６】
図３は、図２のパンタグラフすり板計測装置で行うすり板４の厚さ算出のソフトフローを示している。
【００２７】
図３のステップ１００において、図１に示すように、列車１がレール２上を走行して先頭部を列車検知センサ６で検知することを繰り返し、実行する。
【００２８】
列車検知センサ６が列車１の進入を検知すると、ステップ２００に進んで、車番受信器９により車番発信器８が送信している列車１を特定する車番を受信し、計測制御装置２０に車番を格納する（取込む）。そして、ステップ３００に進み、パンタ検知センサ７でパンタグラフ３を検知することを繰り返し、実行する。
【００２９】
パンタ検知センサ７がパンタグラフ３を検知するとステップ４００に進み、レーザ光出力装置１０で照射してすり板４に映る上下方向に延びたコリメートラインのレーザ光の輝影をパンタグラフ３とともにＣＣＤカメラ１１で撮影，撮像データを計測制御装置２０の記憶装置に格納する。
【００３０】
撮像データは画像処理装置３０に送り、ステップ５００におけるすり板４の厚さ算出に進む。そして、画像処理装置３０でのすり板４の厚さ算出の終了に係らずステップ６００に進んで、列車検知センサ１２により列車１の後端部を検出することを繰り返し、後端部を検出すると、一連のフローを終了とする。画像処理装置３０ではすり板４の厚さ算出を独自に継続し、算出の終了をもって、算出結果を車番や撮影日時とリンクさせて記憶装置に格納して終了とする。
【００３１】
モニタ４０では計測制御装置２０や画像処理装置３０での処理状況を表示し、さらに操作端末５０の入力設定や算出結果などを表示する。操作端末５０の設定入力なども計測制御装置２０や画像処理装置３０での記憶装置に格納され、すり板４の厚さ算出に活用される。
【００３２】
以下、ステップ５００におけるすり板４の厚さ算出について、詳細に説明する。
【００３３】
図２におけるパンタグラフすり板計測装置の設定においては、図１において、ステップ３００でパンタ検知センサ７がパンタグラフ３を検知する地点をＰ１とすると、ステップ４００でＣＣＤカメラ１１がレーザ光出力装置１０で照射したレーザ光の輝影をパンタグラフ３とともに撮影する地点をＰ２としている。つまり、パンタグラフ３を検知し直ちにＣＣＤカメラ１１を作動させたとしてもＣＣＤカメラ１１における立上り時間による遅れがあり撮像が遅れてしまうので、パンタグラフ３を検知してから任意の時間の経過後に地点Ｐ２にパンタグラフ３が到達しているとし、地点Ｐ２をすり板４の撮像設定位置として、ＣＣＤカメラ１１が撮影（撮像）をする場合に、画像からすり板４の厚さが正確に算出されるようにしている。
【００３４】
それは、画像を構成する１画素の寸法が地点Ｐ２においてすり板４のどれだけの寸法に対応するかを決めておき、すり板４がどれだけの画素数によって撮影されたかを数え、その画素数からすり板４の厚さを算出するようにしていることによる。
【００３５】
列車１の走行事情で、任意の時間の経過後に地点(すり板４の撮像設定位置)Ｐ２にパンタグラフ３が位置しておらず、例えば、さらに先方に進行していると、すり板４はＣＣＤカメラ１１に近付いているので、すり板４はＣＣＤカメラ１１に大きく撮像されることになる。
【００３６】
図４は、図１の列車１に関し、すり板４とＣＣＤカメラ１１をレール２の上方から見た位置関係を示している。
【００３７】
図４において、ＣＣＤカメラ１１から地点Ｐ２までの距離（撮像設定距離）をＬ１とし、ＣＣＤカメラ１１がすり板４を撮像した地点をＰ３とし、ＣＣＤカメラ１１からＣＣＤカメラ１１がすり板４を撮像した地点Ｐ３までの距離（撮像実距離）をＬ２とし、撮像設定距離Ｌ１と撮像実距離Ｌ２の偏差を距離Ｌ３とする。
【００３８】
また、撮像設定位置（地点）Ｐ２ですり板４における２本のレーザ光の輝影４ａの間隔をαとし、地点（撮像実行位置）Ｐ３でのすり板４における２本のレーザ光の輝影４ｂの間隔をδとする。さらに、輝影４ａにおけるすり板４の厚さをｔ１は、輝影４ｂにおけるすり板４の厚さをｔ２とする。
【００３９】
ＣＣＤカメラ１１の光軸が間隔αや間隔δの中央に位置し、輝影４ａと輝影４ｂの位置ずれをγとすれば、間隔αと間隔δは次式の関係をもっている。
（数１）    δ＝α＋２γ
撮像設定距離Ｌ１は既知の値であるが、撮像実距離Ｌ２は変動し、その偏差の距離Ｌ３は、位置ずれγから次式で表わされる。
（数２）    Ｌ３＝γ／tanθ
撮像実距離Ｌ２は、数１と数２から次式で表わされる。
（数３）    Ｌ２＝Ｌ１−Ｌ３  
＝Ｌ１−γ／tanθ
＝Ｌ１−（δ−α）／２tanθ
上記数３において、２本のレーザ光の輝影４ｂの間隔δはＣＣＤカメラ１１の撮像から得ることができるので、撮像実距離Ｌ２は変動しても、画像処理により算出することができる。
【００４０】
輝影４ａにおけるすり板４の厚さｔ１は、距離に反比例して輝影４ｂにおいてすり板４の厚さｔ２となる。
（数４）    ｔ２＝ｔ１×（Ｌ１／Ｌ２）
従って、画像処理装置３０においては、ＣＣＤカメラ１１が任意の位置となる地点Ｐ３ですり板４を撮像したとしても、撮像設定位置（地点）Ｐ２で撮像すべきすり板４における２本のレーザ光の輝影４ａでのすり板４の厚さｔ１を、数３と数４から次式で得ることができる。
（数５）    ｔ１＝ｔ２×（Ｌ２／Ｌ１）  
＝ｔ２×（（Ｌ１−（δ−α）／２tanθ）／Ｌ１）  
＝ｔ２×（１−（δ−α）／（２×Ｌ１×tanθ））
数５において、δ＝αであれば、２本のレーザ光の輝影４ｂは撮像設定位置（地点）
Ｐ２ですり板４を撮像したことになる。また、δ＜αであれば、撮像設定位置（地点）
Ｐ２より遠いところですり板４を撮像したことになり、この場合にも数５により撮像設定位置（地点）Ｐ２で撮像すべきすり板４における２本のレーザ光の輝影４ａでのすり板４の厚さｔ１に変換することができる。
【００４１】
さて、上記したように、各すり板４は幅方向の中央部においてパンタグラフ３に回転自在に軸支されているので、各すり板４が架線５に対し２種の回転をして、ＣＣＤカメラ
１１がすり板４と正対しないことがある。そうすると、そのまま画像処理をしても、すり板４の正確な厚さが求まらない。
【００４２】
その第一の回転形態は、各すり板４の左右（幅方向端部）が架線５に対し前後に回転してずれるものである。
【００４３】
図５（ａ）はすり板４をＣＣＤカメラ１１側から見た状態であり、図５（ｂ）はすり板４を架線５上から見た状態を示している。
【００４４】
すり板４は図の左端側がＣＣＤカメラ１１から遠ざかっており、右側端がＣＣＤカメラ１１に近付いた形に角度θａで回転しているとする。左側の輝影４ｂａにおけるすり板４の厚さｔ３とし、右側の輝影４ｂｂにおけるすり板４の厚さｔ４として、差(ｔ３−ｔ４)を求め、零であれば、回転していないとし、実数がでれば、回転しているとする。この場合、すり板４における摩耗により差が出ることもあるので、区別のために、判断のための許容値を決めて置くと良い。
【００４５】
すり板４は真っ直ぐであるから、すり板４がＣＣＤカメラ１１に正対している時のレーザ光の輝影４ｂに対する左側の輝影４ｂａの縮小度合いと右側の輝影４ｂｂの拡張度合いは等しい。
【００４６】
従って、左側の輝影４ｂａにおけるすり板４の厚さｔ３と右側の輝影４ｂｂにおけるすり板４の厚さｔ４について、それぞれ数５で撮像設定位置（地点）Ｐ２で撮像すべきすり板４における２本のレーザ光の輝影４ａでのすり板４の厚さｔ１ａ，ｔ１ｂを得て、平均値（(ｔ１ａ＋ｔ１ｂ)／２）を得れば、すり板４がＣＣＤカメラ１１に正対している時の厚さｔ１を得ることができる。ここで、数５を用いるにあたり、右側と左側の輝影４ｂａ，４ｂｂのそれぞれの間隔δは、正対している時と比較してすり板４の回転により差があるが、回転の角度θａからすれば、僅差であるとして、輝影４ｂａ，４ｂｂの間隔δを用いることとする。
【００４７】
図５において、左右の輝影４ｂ（４ｂａ〜４ｂｄ，）の間隔δについて撮像設定位置
（地点）Ｐ２でのすり板４上のレーザ光の輝影４ａの間隔αとの差を得て、差があれば、先ず上記した平均化によりすり板４の厚さを得て、さらに数５で撮像設定位置（地点）
Ｐ２でのすり板４の厚さに変換すれば良い。
【００４８】
また、第二の回転形態は、すり板４の左右（幅方向端部）が架線５に対し上下に回転してずれるものである。
【００４９】
図６（ａ）はすり板４をＣＣＤカメラ１１から見た状態を示し、図６（ｂ）はすり板４における輝影４ｂの寸法ｔ５とすり板４の実際の厚さｔ１の関係を示している。
【００５０】
すり板４の左右（幅方向端部）が架線５に対し回転角度θｂで上下にずれているとする。
【００５１】
左右の輝影４ｂｃ，４ｂｄの中心位置のずれεを画像処理により求める。左右の輝影
４ｂｃ，４ｂｄの中心位置のずれεを算出し、算出結果が零であれば、すり板４は架線５に対し回転していないし、実数がでれば、回転していると判断する。
【００５２】
左右の輝影４ｂｃ，４ｂｄの間隔をδとすれば、すり板４の回転角度θｂは数６で得ることができる。
（数６）    tanθｂ＝ε／δ
図６（ｂ）のように、垂直である左右の輝影４ｂｃ，４ｂｄのいずれかとすり板４の厚さ方向の為す角度は、すり板４の回転角度θｂであるから、すり板４の厚さｔ１は左右の輝影４ｂｃ，４ｂｄのいずれかの寸法ｔ５と回転角度θｂから数７で得ることができる。
（数７）    ｔ１＝ｔ５×cosθｂ
図６において、左右の輝影４ｂ（４ｂａ〜４ｂｄ，）の間隔δについて撮像設定位置
（地点）Ｐ２でのすり板４上のレーザ光の輝影４ａの間隔αとの差を得て、差があれば、先ず数７ですり板４の厚さを得て、さらに数５で撮像設定位置（地点）Ｐ２でのすり板４の厚さに変換すれば良い。
【００５３】
従って、車両（列車）が設定速度で走行されなくても、設定速度で運転され撮像の基準位置において撮像されたと等価なデータを得て、画像処理によりすり板４の厚さを正確に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】レール上を走行する列車を概略的に示す図である。
【図２】本発明になるパンタグラフすり板計測装置の概略的な電気系統を示す図である。
【図３】図２のパンタグラフすり板計測装置で行うすり板の厚さ算出のソフトフローを示す図である。
【図４】図１においてすり板とＣＣＤカメラをレールの上方から見た位置関係を示す図である。
【図５】図１においてすり板が架線に対し前後に回転した状態について説明する図である。
【図６】図１においてすり板が架線に対し上下に回転した状態について説明する図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…列車（車両）、２…レール、３…パンタグラフ、４…すり板、５…架線、６，１２…列車検知センサ、７…パンタ検知センサ、１０…レーザ光出力装置（光源）、１１…
ＣＣＤカメラ。
【図１】
2007315833.tif 000003
【図２】
2007315833.tif 000004
【図３】
2007315833.tif 000005
【図４】
2007315833.tif 000006
【図５】
2007315833.tif 000007
【図６】
2007315833.tif 000008