(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲引金具等のトロリ線支持金具の取付角度を測定するトロリ線支持金具取付角度測定装置において、
検測車両の走行方向に所定の長さを持ち前記走行方向と直角な方向に所定の間隔をおいて３本以上の光束を前記検測車両の上方に発生するレーザ光源と、
前記光束の前記トロリ線支持金具からの反射光を受光することで前記トロリ線支持金具についての検出信号を発生する受光センサと、
この受光センサからの検出信号に応じて前記３本以上の光束による前記トロリ線支持金具からの反射光を受光してその映像を採取する撮像装置と、
この撮像装置から前記光束に対応して得られる３点以上の映像から３点以上の点を結ぶ直線を求めて前記取付角度を算出する角度算出手段とを備え、
前記３本以上の光束のうち少なくとも１本の前記所定の長さは、前記受光センサが前記検測車両の走行状態において前記トロリ線支持金具からの反射光を受光してから前記撮像装置が映像を採取するまでの時間に対応する走行距離に対応していることを特徴とするトロリ線支持金具取付角度測定装置。
【請求項２】
曲引金具等のトロリ線支持金具の取付角度を測定するトロリ線支持金具取付角度測定装置において、
検測車両の走行方向に所定の長さを持ち前記走行方向と直角な方向に所定の間隔をおいて３本以上の光束を前記検測車両の上方に発生するレーザ光源と、
前記光束の前記トロリ線支持金具からの反射光を受光することで前記トロリ線支持金具についての検出信号を発生する受光センサと、
この受光センサからの検出信号に応じて前記光束による前記トロリ線支持金具からの反射光を受光してその映像を採取する撮像装置と、
この撮像装置から前記光束に対応して得られる３点以上の映像から３点以上を結ぶ直線を求めて前記取付角度を算出する角度算出手段とを備え、
前記３本以上の光束の内の１本が他のものよりも走行側に突出しているトロリ線支持金具取付角度測定装置。
【請求項３】
前記撮像装置はＣＣＤカメラであり、前記受光センサと前記ＣＣＤカメラとが一対設けられ、前記トロリ線支持金具の検出位置に対して反対側になるように前記一対の前記受光センサと前記ＣＣＤカメラとがそれぞれ配置されている請求項１または２記載のトロリ線支持金具取付角度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トロリ線支持金具取付角度測定装置に関し、詳しくは、トロリ線に取付けられこの線を支持する曲引金具の取付角度を新幹線走行速度に匹敵するような超高速走行検測車上においてリアルタイムに計測することができるような曲引金具等のトロリ線支持金具についての金具取付角度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
曲引金具は、線路の脇に設けられた電車線支持柱に支持され、車両のパンタグラフが接触するトロリ線を支持するものである。トロリ線が車両のパンタグラフに接触して集電される関係でこれの取付角度が重要になる。その角度が小さすぎると走行するパンタグラフと衝突する恐れが発生してパンタグラフが破壊されることにもなる。また、大きすぎると逆に、パンタグラフの集電性を悪くする。このうような関係は、曲引金具と同様なトロリ線支持金具である振止金具についても言える。なお、ここで、曲引金具等とは、この振止金具あるいはこれと同様なトロリ線の支持をする取付金具を含める意味である。しかし、以下では、曲引金具を代表として説明する。
【０００３】
さて、従来の曲引金具取付角度測定装置としては、特開昭５０−９８００９号、特開昭５５−１５０７０２号あるいは実開昭５５−１１８１０４号などに開示されているように、所定間隔をおいた複数の触針を曲引金具に接触させることでその角度を検出している。しかし、この触針による機械式の検出では、正確な角度を高速走行する検測車上で測定することが難しい。それは、トロリ線が平面からみて偏位して曲折して設けられているからであり、その検出位置に応じて検出角が変化するからである。そこで、その改良として、光学的な方式を加えてトロリ線の偏位量を同時に測定して前記の取付角度を検出する技術として出願人は、特開昭５７−８０５０５号（特公昭６２−４４２０５号）の発明を提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５は、新幹線において使用されている曲引金具である。曲引金具１は、主アーム１ａと補助アーム１ｂとからなり、水平方向に振止金具２が設けられていて、ブラケット３を介して線路脇の電車線支持柱に固定される。なお、４はトロリ線である。
この曲引金具１の取付角度を新幹線の走行速度に匹敵するような、例えば、２５０ｋｍ以上の超高速走行をする検測車上においてリアルタイムに計測するとなると、先のような触針を用いるものでは難しい。
そこで、曲引金具の映像を採取して画像処理でその角度を求めることが考えられるが、この場合問題となるは、先のような高速では、常時、あるいは曲引金具が存在する前後の一定期間の間、画像を採取しなければならず、しかも、多数の映像の中から適切な画像を抽出する処理が必要になることである。そこで、そのデータ処理量は、膨大になり、リアルタイムの処理では角度測定することができない。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、トロリ線に取付けられこの線を支持する曲引金具等の取付角度を新幹線の速度に匹敵するような超高速走行検測車上においてリアルタイムに計測することができるトロリ線支持金具取付角度測定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するためのこの発明のトロリ線支持金具取付角度測定装置の特徴は、検測車両の走行方向に所定の長さを持ち走行方向と直角な方向に所定の間隔をおいて３本以上の光束を検測車両の上方に発生するレーザ光源と、光束のトロリ線支持金具からの反射光を受光することでトロリ線支持金具についての検出信号を発生する受光センサと、この受光センサからの検出信号に応じて３本以上の光束によるトロリ線支持金具からの反射光を受光してその映像を採取する撮像装置と、この撮像装置から光束に対応して得られる３点以上の映像から３点以上の点を結ぶ直線を求めて取付角度を算出する角度算出手段とを備えていて、
３本以上の光束のうち少なくとも１本の走行方向の長さが、受光センサが検測車両の走行状態においてトロリ線支持金具からの反射光を受光してから撮像装置が映像を採取するまでの時間に対応する走行距離に対応しているか、あるいは３本以上の光束の内の１本が他のものよりも走行側に突出している。
【０００６】
【発明の実施の形態】
このように、検測車両の走行方向に所定の長さを持ち走行方向と直角な方向に所定の間隔をおいて３本以上の光束を検測車両の上方に発生するレーザ光源を設けて、センサによって曲引金具等のトロリ線支持金具からの反射光を得たときのタイミングでトロリ線支持金具の映像を採取する。このことで、トロリ線支持金具を光束の長さに対応する点の映像として捉えることができる。そこで、その３点以上の複数点を結ぶ直線から容易にトロリ線支持金具の角度を算出することができる。
【０００７】
この場合に採取される映像は、３点以上の複数点の点の映像であるので画像処理量が少なくなり、リアルタイムでの角度の算出が可能になる。しかも、３本以上の光束は、車両の走行方向に長さをもっているので、２５０ｋｍ以上の超高速走行してもその分の長さを採れば、その点の映像が欠落することはほとんどない。
その結果、トロリ線に取付けられこの線を支持する曲引金具等の取付角度を新幹線の速度に匹敵するような超高速走行検測車上においてリアルタイムに計測することが可能になる。
【０００８】
【実施例】
図１は、この発明のトロリ線支持金具取付角度測定装置を適用した曲引金具取付角度測定装置の一実施例のブロック図であり、図２は、レーザ光束と映像採取タイミングとの説明図、図３は、その曲引金具の角度算出の説明図、図４は、他の実施例の画像採取のカメラ配置の説明図である。
図１において、１０は、曲引金具取付角度測定装置であって、映像採取タイミング検出センサ１１と、並列に３個のレーザ光束を垂直あるいは垂直に近い所定の角度で発生するレーザ光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、二次元のＣＣＤカメラ（撮像装置、以下カメラ）１３、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）１４、そして画像データ処理装置１５とにより構成される。なお、５は、特開昭５７−８０５０５号等に記載されているトロリ線偏位量検出装置であって、トロリ線偏位量検出装置５からの偏位量の検出データが画像データ処理装置１５に別に取付角度判定の参考データとして入力される。６は、そのトロリ線偏位検出部である。
【０００９】
ここで、映像採取タイミング検出センサ１１と、レーザ光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、そしてカメラ１３との関係は、図示すように、超高速走行する検測車２０の屋根に設置されていて、カメラ１３は、６０度前後の仰角で中空に向けられている。一方、レーザ光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、その光束帯Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3が走行方向に所定の長さ（図２参照）を持っていて上空に向けて照射されている。曲引金具１（主アーム１ａと補助アーム１ｂとを含めて）に照射される光束帯Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3は、図２に示すように、長円形あるいは長楕円形をしていて、光束帯Ｌ2が他の光束帯Ｌ1，Ｌ3より長さが長く、走行先側に突出している。その突出長さＤは、映像採取タイミング検出センサ１１が曲引金具１の反射光を受光してからカメラ１３から映像を採取するまでの時間に対応する走行距離に対応している。
例えば、Ｄは、２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度である。また、光束帯Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3の長さは、例えば、１００ｍｍであり、通常、１０ｃｍ〜十数ｃｍ程度である。光束帯Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3の間の間隔は、２００ｍｍ程度である。なお、図２では、図示する関係上、検測車２０の幅方向（走行方向と直角な方向）の長さを縮小してある。
このように１つの光束を長くすることで、他の光束は短くて済む。その分、消費電力を低減し、レーザ光源の出力を低くできる。
【００１０】
映像採取タイミング検出センサ１１は、内部にホトダイオード１１１とアンプ（ＡＭＰ）１１２とコンパレータ（ＣＯＭ）１１３とが内蔵されていてコンパレータ１１３により一定の閾値以上の信号を検出信号とすることでノイズが除去された検出信号ｄを出力する。
ホトダイオード１１１は、光束帯Ｌ2の長さＤの先頭部分の曲引金具１からの反射光を受光してアンプ１１２に送出する。そこで、アンプ１１２の出力レベルに応じてコンパレータ１１３から検出信号ｄが発生し、その検出信号ｄは、カメラ１３にシャッタタイミング信号として送出される。これにより光束帯Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3からの反射光がカメラ１３により捉えられ、光束帯の走行方向の長さに応じて曲引金具１の反射光の映像が３点の映像として得られる。
さらに、検出信号ｄは、起動信号としてＡ／Ｄ１４と画像データ処理装置１５とに送出される。
【００１１】
ここで、カメラ１３の撮像映像を画素数を６４０×４００ドットのモノクロ画像とすれば、その１フレーム分の画像データがＡ／Ｄ１４によりＡ／Ｄ変換されて検出信号ｄを受けた画像データ処理装置１５に取込まれる。
画像データ処理装置１５は、ＭＰＵ１５１とメモリ１５２とＣＲＴディスプレイ１５３、画像メモリ１５４、そしてインタフェース１５５を備えて、バス１５６によりこれら回路が相互に接続されている。
メモリ１５２には二値化処理プログラム２１とノイズ除去処理プログラム２２、角度算出処理プログラム２３、そしてトロリ線偏位量測定処理プログラム２４とが格納され、Ａ／Ｄ１４からのデータが画像メモリ１５４に一旦記録される。
なお、インタフェース１５５を介して接続されたハードディスク等の外部記憶装置１５７もこれには設けられている。また、インタフェース１５５を介してトロリ線偏位量検出装置５から得られるトロリ線偏位量の検出データがメモリ１５２に記憶される。
【００１２】
トロリ線偏位量測定処理プログラム２４は、このプログラムがＭＰＵ１５１に実行されたときに、インタフェース１５５を介して得られたトロリ線偏位量検出データから映像採取タイミング検出センサ１１による検出位置までの位置ずれに応じて変化するトロリ線偏位量を算出してメモリ１５２の所定のデータ領域に記憶する。その詳細は、トロリ線の偏位の曲折状態の平均化された平均曲折を示すデータと、検測車２０におけるトロリ線偏位量検出装置５からカメラ１３による曲引金具１の検出位置までの距離Ｌ（図１参照）とにより決定される。その詳細は、特開昭５７−８０５０５号等の技術が公知であるので割愛する。
【００１３】
二値化処理プログラム２１は、このプログラムがＭＰＵ１５１に実行されたときに、画像メモリ１５４に記憶された１フレーム分のデータを所定の閾値で比較演算をして二値化処理して画像メモリ１５４に再記憶する。この二値化処理により一定レベル以下の反射映像を検出対象から排除する。
ノイズ除去処理プログラム２２は、このプログラムがＭＰＵ１５１に実行されたときに、二値化処理された画像メモリ１５４のデータから画素を基準として、所定以上の大きな面積（画素数エリア）の点、所定値以下の面積（画素数エリア）の小さな点、所定以上に連続するデータ（連続画素エリア）をノイズとして除去して画像メモリ１５４に再記録する。これにより検出対象に対応する所定の範囲の面積（画素数エリア）を持つ点を抽出する。
なお、ここでの検出対象に対応する所定の範囲の面積は、光束帯Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3の長さと走行速度に関係して多少変化する。
【００１４】
角度算出処理プログラム２３は、このプログラムがＭＰＵ１５１に実行されたときに、図３に示すように、画像メモリ１５４のデータから直線上にのる３点を抽出して基準線からみた角度θを検出する。なお、図では、曲引金具１の主アーム１ａの１本のみを示している。補助アーム１ｂがあるときには、直線上にのる３点は、２本の直線となるが、特に、問題となるのが主アーム１ａであるので、図では、１本のみを示してある。
図３は、その角度算出の仕方を説明する画像データにおける説明図であって、基準線Ｙが走行方向Ｘに対して直角な方向に一致していて、検測車２０の水平線（ゼロ度）に対応している。Ｏは、直線上にのる３点Ａ、Ｂ、Ｃとの交点である。これらの３点は、光束帯Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3の曲引金具１の反射光に対応している。
なお、基準線Ｙは、レール高さ測定などにより検測車２０の水平線が変動したときにはその角度がゼロ度ではなく、補正されてもよい。
【００１５】
基準線Ｙと３点Ａ、Ｂ、Ｃとのなす角θを求めることで曲引金具１の角度θを測定することができる。このときに先のトロリ線の偏位量を同時に得ることができる。これら得られたデータは、走行位置データ等とともに外部記憶装置１５７に順次記憶されていく。
なお、図１には図示していないが、角度判定プログラムを設けて、この記憶時点で前記角度θが規定の範囲内か否かを角度判定プログラムで判定し、その結果を外部記憶装置１５７に同時に記憶してもよい。この場合、トロリ線の偏位量により曲引金具１の照射する位置が取付根本側となるか、取付先端側となるかで相違があるので、前記の角度判定の際にその位置に応じた判断基準を採用することができる。
【００１６】
全体的な角度測定処理としては、トロリ線偏位量測定処理プログラム２４が別の処理であり、二値化処理プログラム２１とノイズ除去処理プログラム２２、角度算出処理プログラム２３が順次実行されていくだけである。そこで、全体的なフローチャートについては特別なものではなくなるので割愛する。
【００１７】
図４は、他の実施例であり、検測車２０の屋根に設けられる、映像採取タイミング検出センサ１１と二次元ＣＣＤのカメラ１３とをそれぞれ映像採取タイミング検出センサ１１ａ，１１ｂと、二次元ＣＣＤのカメラ１３ａ，１３ｂとしたものであって、曲引金具１の検出位置に対して反対側、特に対称となる位置にこれらの映像検出系を設けたものである。そして、それぞれの映像採取タイミング検出センサと二次元ＣＣＤのカメラとをスイッチ１６により手動で切換えて使用するようにした例である。
このように映像検出系を反対側に配置すれば太陽光の影響が一方にあれば、他方は必ず太陽の影響は受けない。両者が同時に太陽光の影響を受けることはほとんどない。
その切換は、太陽光の影響を排除するためのものであり、それぞれの画像を画像データ処理装置１５のＣＲＴディスプレイ１５３で確認した上で、太陽光の影響を受けないいずれか一方の側にシステムを画像で採用するようにしたものである。
なお、太陽光の影響を受けているか否かは、カメラ１３ａ，１３ｂの両者から採取された測定結果を比較してもよい。
【００１８】
以上説明してきたが、実施例では、光束帯Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3の中央の位置の先端部が他の光束帯よりも飛び出しているが、飛び出す光束帯は、中央部に限定されない。また、光束帯Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3は、長さの長いものを使用すれば、１つを飛び出させなくても済む。さらに、これらの光束帯の数は、３本以上であればよく、３本に限定されるものではない。
さらに、トロリ線偏位量測定装置は、この発明では、必ずしも設ける必要はない。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、この発明にあっては、検測車両の走行方向に所定の長さを持ち走行方向と直角な方向に所定の間隔をおいて３本以上の光束を検測車両の上方に発生するレーザ光源を設けて、センサによって曲引金具等のトロリ線支持金具からの反射光を得たときのタイミングでトロリ線支持金具の映像を採取する。このことで、トロリ線支持金具を光束の長さに対応する点の映像として捉えることができる。そこで、その３点以上の複数点を結ぶ直線から容易にトロリ線支持金具の角度を算出することができる。
その結果、トロリ線に取付けられこの線を支持する曲引金具等の取付角度を新幹線の速度に匹敵するような超高速走行検測車上においてリアルタイムに計測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明のトロリ線支持金具取付角度測定装置を適用した曲引金具取付角度測定装置の一実施例のブロック図である。
【図２】図２は、レーザ光束と映像採取タイミングとの説明図である。
【図３】図３は、その曲引金具の角度算出の説明図である。
【図４】図４は、他の実施例の画像採取のカメラ配置の説明図である。
【図５】図５は、曲引金具他の説明図である。
【符号の説明】
１…曲引金具、１ａ…主アーム、１ｂ…補助アーム、
２…振止パイプ、３…ブラケット、
４…トロリ線、５…トロリ線偏位量検出装置、
６…トロリ線偏位検出部、
１０…曲引金具取付角度測定装置、
１１…映像採取タイミング検出センサ、
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…レーザ光源
１３…カメラ、１４…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、
１５…画像データ処理装置、１５１…ＭＰＵ、
１５２…メモリ、１５３…ＣＲＴディスプレイ、
１５４…画像メモリ、１５５…インタフェース、
１５６…バス、１５７…外部記憶装置。
２１…二値化処理プログラム、
２２…ノイズ除去処理プログラム、
２４…角度算出処理プログラム、
２５…トロリ線偏位量測定処理プログラム。
【図１】
0003891730.tif 000002
【図２】
0003891730.tif 000003
【図３】
0003891730.tif 000004
【図４】
0003891730.tif 000005
【図５】
0003891730.tif 000006