(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象のレールの顎部に対応した曲折部とそこから上方に延びた第１平面部とが形成されている添具と、スリット光を照射する送光装置と、その像を撮る撮像装置と、前記添具についての既知情報に基づいて前記撮像装置の画像データからレール断面像を求める断面信号処理装置とを備えている携帯式レール断面測定装置。
【請求項２】
前記レールとそれに並走するレールとに亘る部材にてそれらの中間に支持される格納部に、前記送光装置と前記撮像装置とが一対だけ組み込まれていることを特徴とする請求項１記載の携帯式レール断面測定装置。
【請求項３】
前記断面信号処理装置が、前記既知情報に基づく処理に際し、前記第１平面部にできた前記スリット光の像に関する端点および直線を基準にして座標変換を行うものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された携帯式レール断面測定装置。
【請求項４】
前記添具が、前記第１平面部の上辺から延びた第２平面部も形成されているものであり、前記断面信号処理装置が、前記既知情報に基づく処理に際し、前記第１平面部と前記第２平面部とにできた前記スリット光の像に関する双方の直線を基準にして座標変換を行うものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された携帯式レール断面測定装置。
【請求項５】
前記添具を前記レールに着脱させる電磁石を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載された携帯式レール断面測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄道用走行レール等のレール断面を測定するためのレール断面測定装置であって特に携帯に適した携帯式レール断面測定装置に関し、詳しくは、レールに対してスリット光を照射してその表面形状の映像・影像等の像を撮る光切断法に基づいて画像データを得、それに対して所定の座標変換等の画像処理を施して擬似的にレール断面像を求める携帯式レール断面測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道用レールは走行車両の車輪と擦れ合うことによりレールの踏面や頭部が摩耗する。その摩耗量が或るレベルを超えると脱線等を招く可能性があることから、それ以前に正常なレールと交換しなければならないので、レールの摩耗量を的確に把握するために、随時あるいは定期的にレール摩耗量を測定することが必要となる。また、交換に至らないまでも、摩耗量がレール長手方向にみて波状に変化するレール波状摩耗や、その方向に直交するレール断面において片寄っているような摩耗などについても、測定にて検知するとともに、レール削正車等にて調整し、さらに測定して是正されたことを確認する必要がある。
【０００３】
そのようなレール摩耗を測定するものには、大別して、測定の度に持ち運ぶ携帯用のものと、検測車に搭載してその走行中に連続して自動測定する搭載用のものとが有る。
従来、携帯用には、レール頭頂面等に触針等を接触させて測定を行う機械式のものが多用されていた。
これに対し、搭載用には、非接触で測定しうる光学式のものが好まれ、例えば光切断法に基づいて擬似的にレール断面像を得る装置が知られている（特開平６−１１３１５号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、搭載用の光学式の装置に関しては、測定精度の向上や、調整作業の軽減等を図るべく、同一出願人により幾つかの改良もなされている（特願平１０−３１２７７３号、特願平１０−３４３２２２号、特願平１１−３１６１７５号）。そして、その要点の一つに、各レール毎に縦断面では左右２つずつある顎（あご）のうち軌道から見て外側に位置する顎（以下、外側顎と呼ぶ）を基準として座標変換処理を行うことで測定精度の向上が達成される、というものがある。
【０００５】
ところが、携帯用に関しては、長年に亘って機械式のものが用い続けられていて、機械式であるが故の制約が多い等のため、その改良はなかなか進まない。
そのため、レール削正後にその適否を確認するためにレール摩耗量を測定する際などにも、精度の向上した光学式の装置を作業者が持ち運びながら気軽に測定を行いたい、といった要請が高まりつつある。
【０００６】
しかしながら、これまでの光学式レール断面測定装置は、検測車への搭載を前提として発展してきたことから、現状のままでは、携帯に適しているとは言い難い。具体的には、レールのうち摩耗の影響を受けにくい外側の部分を基準として摩耗の顕著な頭頂面や内側の部分を測るために、レールの内外双方からスリット光を照射するとともにその撮像も行うようになっているため、嵩張ったり重かったりして持ち歩くには不便が伴うのである。
【０００７】
そこで、光切断法を利用した光学式レール断面測定装置を携帯用に小形軽量化することが課題となるが、その際に、携帯式の装置を用いた測定では搭載式と異なりレールとの相対移動が無いといった特質があるので、そのような条件も利用して、測定精度を犠牲にすること無く、携帯用に改造することが技術的な課題となる。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、光学的測定で精度の良い携帯式レール断面測定装置を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために発明された第１乃至第５の解決手段について、その構成および作用効果を以下に説明する。
【０００９】
［第１の解決手段］
第１の解決手段の携帯式レール断面測定装置は、出願当初の請求項１に記載の如く、測定対象のレールの顎部に対応した曲折部とそこから上方に延びた第１平面部とが形成されている添具と、スリット光を照射する送光装置と、その像を撮る撮像装置と、前記添具についての既知情報に基づいて前記撮像装置の画像データからレール断面像を求める断面信号処理装置とを備えたものである。
【００１０】
このような第１の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、測定に先だってレールの外側に添具を押し当てておく。その際、添具の曲折部がレールの外側顎のところに来るようにする。それから、レールの内側斜め上に送光装置及び撮像装置を設置して測定を開始する。そうすると、レール及び添具に向けてスリット光が照射され、その像が撮られるとともに、その画像データから断面信号処理装置によってレール断面像が求められる。
【００１１】
こうして、レールの測定が行われるが、その際、添具の添着によってレールの外側顎の位置情報がレールより上に延びた添具の第２平面部に恰も転写されたかの如き状態になるとともに、そのような添具についての既知情報に基づいてレール断面像が求められるので、レールの外側顎を基準としたときのものと同等に精度の良いレール断面像が得られる。また、そのような添具の第２平面部も含めて、レール摩耗状態の把握に必要なレールの頭頂面や内側に関する像は、スリット光の照射やその撮像をレールの内外双方から行わなくても得られるので、その分だけ小形軽量化を進めることが可能となる。
【００１２】
このように、取扱の楽な添具を併用することで、光切断法に基づく光学式のレール断面測定装置を携帯用に改造するに際して、高い測定精度が維持されることとなる。
したがって、この発明によれば、光学的測定で精度の良い携帯式レール断面測定装置を実現することができる。
【００１３】
［第２の解決手段］
第２の解決手段の携帯式レール断面測定装置は、出願当初の請求項２に記載の如く、上記の第１の解決手段の携帯式レール断面測定装置であって、前記レールとそれに並走するレールとに亘る部材にてそれらの中間に支持される格納部を備え、前記送光装置と前記撮像装置とについてみれば、それらが一対だけ、すなわち各々が一台ずつ、前記格納部に組み込まれている、というものである。
【００１４】
このような第２の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、搭載用のものに比べて光学系が少なくとも半減しているので、確実に小形軽量化がなされる。また、それらを収納した格納部は、軌道の内側に纏められ、検測車への取付部等も省かれているので、一層小形軽量化が進められる。なお、そのような格納部を支持する部材は棒材やパイプ等の軽くて細長いもので足りるので、携帯の妨げにはならない。また、画像データ処理等を担う断面信号処理装置も、マイクロプロセッサ等の小形化・高機能化が進んでいるので、これも携帯の妨げにはならない。
したがって、この発明によれば、光学的測定で精度の良い携帯式レール断面測定装置を確実に実現することができる。
【００１５】
［第３の解決手段］
第３の解決手段の携帯式レール断面測定装置は、出願当初の請求項３に記載の如く、上記の第１，第２の解決手段の携帯式レール断面測定装置であって、前記断面信号処理装置が、前記既知情報に基づく処理に際し、前記第１平面部にできた前記スリット光の像に関する端点および直線を基準にして座標変換を行うようになっている、というものである。
【００１６】
このような第３の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、座標変換の基準となる位置情報が端点と直線との組み合わせから得られるが、端点および直線は一本の直線に含まれることから、スリット光を映してその直線を提供する添具には曲折部との位置関係の確定している第１平面部が有れば足りるので、添具が割と単純なもので済む。
これにより、添具が容易に作れるばかりか軽くもなる。
したがって、この発明によれば、光学的測定で精度が良く而も携帯性にも優れた携帯式レール断面測定装置を実現することができる。
【００１７】
［第４の解決手段］
第４の解決手段の携帯式レール断面測定装置は、出願当初の請求項４に記載の如く、上記の第１，第２の解決手段の携帯式レール断面測定装置であって、前記添具が、前記第１平面部の上辺から延びた第２平面部も形成されているものであり、前記断面信号処理装置が、前記既知情報に基づく処理に際し、前記第１平面部と前記第２平面部とにできた前記スリット光の像に関する双方の直線を基準にして座標変換を行うようになっている、というものである。
【００１８】
このような第４の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、座標変換の基準となる位置情報が２本の直線の組み合わせから求められるが、スリット光の画像の場合には端点よりも直線の方が安定した情報が得られるので、座標変換の基準位置の確度が増す。そして、そのような基準に基づく画像処理によって、より正確なレール断面像が得られることとなる。
したがって、この発明によれば、光学的測定で一層精度の良い携帯式レール断面測定装置を実現することができる。
【００１９】
［第５の解決手段］
第５の解決手段の携帯式レール断面測定装置は、出願当初の請求項５に記載の如く、上記の第１〜第４の解決手段の携帯式レール断面測定装置であって、前記添具を前記レールに着脱させる電磁石も備えたものである。
【００２０】
このような第５の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、添具をレールに添えて電磁石を作動させれば手を離しても添具はレールに押し当てられた状態を維持し、その作動を停止させれば添具がレールから離脱する。また、摩耗や削正等にて生じた鉄粉等が例え付着したとしても、そのようなものも、電磁石の作動停止に伴って、電磁石等から自然に離れ落ちる。
これにより、添具を併用してもその取扱は面倒にならないで済み、例えば一人でも容易に測定しうることとなる。
したがって、この発明によれば、光学的測定で精度が良く而も作業の楽な携帯式レール断面測定装置を実現することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
このような解決手段で達成された本発明の携帯式レール断面測定装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の第１，第２実施例により説明する。
図１〜図３に示した第１実施例は、上述した第１〜第３の解決手段を具現化したものであり、図４〜図６に示した第２実施例は、上述した第１，第２，第４，第５の解決手段を具現化したものである。
【００２２】
【第１実施例】
本発明の携帯式レール断面測定装置の第１実施例としてのレール断面摩耗測定装置について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、光学系等の構造を示す斜視図であり、（ａ）が全体図、（ｂ）が光学系の部分図である。また、図２は、その信号処理系等のブロック図であり、図３（ａ）は添具等の側面図である。
【００２３】
このレール断面摩耗測定装置は、光学部１０（光学系）や信号処理部３０（信号処理系）に加えて図示しないバッテリーも格納した格納箱４（格納部）と、併用される添具２（位置合わせの基準部材）とを具えたものである。光学部１０は、光切断法によりレール画像を撮るために、送光装置１１や撮像装置１４を具えている。信号処理部３０は、撮ったレール画像に所定の画像処理を施して所望の測定を行うために、断面信号処理装置４０に加えて、それと光学部１０とのインターフェイス等も具えている。
【００２４】
格納箱４には（図１（ａ）参照）、これを鉄道の軌道において並走する左右一対の走行レール１，１ｚの中間すなわち軌道から見て内側に支持するために、しかも３点で安定に支持するために、細長い筒状体等からなる３本の支持腕４ａ，４ｂ，４ｃ（支持部材）の基端部が取着されている。それらの支持腕４ａ，４ｂ，４ｃは、測定対象のレール１と並走レール１ｚとに亘るよう分かれて延びているが、支持腕４ａ，４ｂの先端は下向きに曲がっており、支持腕４ｃは真っ直ぐ延びている。そして、支持腕４ａ，４ｂを測定対象のレール１上に乗せるとともに、反対向きに延びた支持腕４ｃをレール１ｚ上に乗せると、支持腕４ａ，４ｂ，４ｃは何れもほぼ水平になり、格納箱４の大部分がその上に来る。また、格納箱４は、レール１，１ｚの中間においてレール１寄りに位置する。それから、その支持腕４ａ，４ｂの先端曲折部をレール１の外側に押し当てると、支持腕４ｃがレール１ｚ上を滑って格納箱４も移動して、レール１と格納箱４との相対位置関係が確定するようになっている。
【００２５】
格納箱４には（図１（ｂ）参照）、送光装置１１と撮像装置１４とが格納されているが、何れも一台ずつ、すなわち送光装置１１が一台だけ撮像装置１４も一台だけ組み込まれている。スリット光１２を照射するための送光装置１１には、小形でエネルギー消費も少ない半導体レーザを利用したものが採用される。例えばレーザラインマーカ等が用いられる。また、そのスリット像１３を撮る撮像装置１４には、やはり小形でエネルギー消費も少ないＣＣＤカメラが好んで用いられる。そして、レール１と格納箱４との相対位置関係が確定した状態では、送光装置１１によるスリット光１２の照射がレール１に対してその内側の斜め上からレール１を切断するかの如く行われ、撮像装置１４によるスリット像１３の撮像が、送光装置１１の照射とは異なる向きであるがやはりレール１の内側の斜め上から行われるようになっている。
【００２６】
添具２は（図１，図３参照）、丈夫で比較的軽いアルミニウム材等を加工して作られた板状体である。その下辺部分には曲折部２ａが形成され、その上部は平板に形成されていて、その上部平板のうち曲折部２ａの折り曲げられた方の面は、平坦な第１平面部２ｂとなっている。曲折部２ａは平面部２ｂの下半分と共に内側部分の形状がレール１の外側顎１ａ及びその近傍部分に対応した形状となっていて、曲折部２ａを外側顎１ａの直ぐ下のレールあご下に当てるとともに、平面部２ｂを外側顎１ａの直ぐ上のレール頭部側面に当てて、外側顎１ａの方へ押すと、曲折部２ａや平面部２ｂが外側顎１ａの上下にピッタリ添って、レール１の頭頂面１ｂや摩耗角部１ｃと添具２の平面部２ｂとの相対位置が確定するとともに、平面部２ｂが頭頂面１ｂより上方へ既知の角度で延びるようになっている。また、その状態で平面部２ｂの上辺２ｃが既知の距離で外側顎１ａと平行になるようにもなっている。
【００２７】
信号処理部３０は（図２参照）、汎用のマイクロプロセッサシステムや画像処理に適したデジタルシグナルプロセッサ等からなる断面信号処理装置４０に加えて、それに撮像装置１４から画像データを取り込むためのインターフェイス３２や、断面信号処理装置４０の制御に従って送光装置１１を駆動するインターフェイス３３等が、単一の電子回路基板に又はバスライン等で結ばれた複数の電子回路基板に纏められたものである。
【００２８】
断面信号処理装置４０は、インターフェイス３２を介して撮像装置１４から取り込んだ１枚のレール画像４１ａに加えてもう１枚のレール断面像４１ｂも保持するフレームメモリ４１と、レール画像４１ａに施す画像処理等の処理内容を規定したプログラムを保持するプログラムメモリ４２と、演算中に値の変更される基準点データ４３ａなどを保持するＲＡＭ４３と、固定値の座標変換パラメータ４４ａや測定基準データ４４ｂを保持するＲＯＭ４４とを具えている。
【００２９】
フレームメモリ４１において、レール画像４１ａは、各画素ごとに数ビットのメモリが割り付けられて、多値のレール画像となっている。これに対し、レール断面像４１ｂは、各画素ごとに１ビットのメモリが割り付けられて、二値のレール断面像となっている。いずれも、摩耗角部１ｃを含むレール１の内側半分に加えて、添具２の平面部２ｂにおける上辺２ｃ側のスリット像１３を表す必要があるので、フレームメモリ４１にはそれに足りる十分な記憶容量を持ったものが採用される。
【００３０】
ＲＡＭ４３の基準点データ４３ａには、カメラ座標系で点位置を規定するデータ領域と、傾きと切片などの直線を規定するデータ領域とが割り付けられる。ＲＯＭ４４の座標変換パラメータ４４ａには、レール画像４１ａからレール断面像４１ｂを求める際に座標変換を行うときに必要となるパラメータのうち固定的な値を保持するデータ領域が、割り付けられている。ＲＯＭ４４の測定基準データ４４ｂには、摩耗量を計るべき箇所を示す幾本かの基準線と、少なくともこれらの基準線上においては摩耗の無い状態のレール断面像とを規定するデータ領域が、割り付けられている（特願平１０−３１２７７３号も参照）。
【００３１】
座標変換パラメータ４４ａは、特願平１０−３１２７７３号や特願平１０−３４３２２２号等で詳述したように、カメラ基準座標系でのレール画像４１ａをレール基準座標系でのレール断面像４１ｂに変換するために用いられ、光学部１０とレール１との位置関係に基づいて固定的に定まるが、レール１の好ましい基準点である外側顎１ａの位置情報が添具２の添着によって添具２の平面部２ｂ及び上辺２ｃに転写されているので、この場合、光学部１０と添具２との相対的な位置関係に基づいて固定的に定まるものとなっている。具体的には、送光装置１１及び撮像装置１４と添具２の平面部２ｂ及び上辺２ｃとの位置関係に基づいて幾何学的に定められている。
【００３２】
断面信号処理装置４０のプログラムメモリ４２には、予め決められた測定手順に従って送光装置１１及び撮像装置１４を作動させるとともに以下の各ルーチンを適切なタイミングで起動するために、順序制御ルーチン３１がインストールされ、レール画像４１ａにおける基準の端点および基準の直線を選定するために、基準選定ルーチン４２ａがインストールされ、レール画像４１ａからレール断面像４１ｂを得るために、正規化ルーチン４２ｂがインストールされ、レール断面像４１ｂからレール摩耗量Ｍを算出するために、摩耗量算出ルーチン４２ｃがインストールされている。
【００３３】
そのうち、基準選定ルーチン４２ａは、スリット像１３を撮像装置１４で撮った画像データがフレームメモリ４１に入力されると、そのレール画像４１ａから、正規化ルーチン４２ｂによる座標変換に必要な基準点データ４３ａを求めるのであるが（特願平１０−３１２７７３号等における顎方向抽出処理や，顎陰点抽出処理，顎点算出処理等も参照）、その際、必要な精度を確保するために、レール画像４１ａには含まれない外側顎１ａに代わる基準点として、スリット像１３のうち添具２の上辺２ｃに対応している端点を抽出するとともに、それを補足する基準線として、スリット像１３のうち添具２の平面部２ｂに対応している縦の直線も抽出するようになっている。
【００３４】
正規化ルーチン４２ｂは、（特願平１０−３１２７７３号や特願平１０−３４３２２２号等のものと同様にして、）レール画像４１ａに対して、先ず所定の平滑化および二値化さらに細線化の処理を行い、それから座標変換パラメータ４４ａを用いた座標変換処理も行ってレール断面像４１ｂを生成する。その際、基準点データ４３ａも併せて参照することにより、レール断面像４１ｂにおけるスリット像１３のうち添具２の上辺２ｃ部分に対応する基準点および平面部２ｂ部分に対応する基準縦線を、測定基準データ４４ｂのレール断面像において該当する点および縦線に、一致させる。このルーチン４２ｂはそのような画像処理を行うようになっている。
【００３５】
摩耗量算出ルーチン４２ｃは、レール断面像４１ｂを対象にして、測定基準データ４４ｂによって現される各基準線に沿って（図２の該当個所の矢印線を参照）、レール断面像４１ｂと、摩耗の無い状態のレール断面像との差を算出する。そして、レールが摩耗して減る方向が正になるように符号を調整して、その差を摩耗量Ｍとする。これで得られた摩耗量Ｍは、格納箱４上面等の図示しない液晶表示部や、格納箱４に格納された又は別体に設けられた記憶装置・記録装置などへ、出力されるようになっている。
【００３６】
この第１実施例の携帯式レール断面摩耗測定装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図１は、測定状態を示す斜視図であり、（ａ）が装置全体の設置状態を示し、（ｂ）が送光および撮像の状態を示す。また、図２は、信号処理手順の概要を示す。さらに、図３（ａ）は、添具の装着状態を示し、図３（ｂ）は、撮像装置で撮った画像についての一例であり、図３（ｃ）は、それから求めたレール断面像である。
【００３７】
先ず（図１（ａ）参照）、送光装置１１及び撮像装置１４を格納した格納箱４を摩耗の無いレール１，１ｚの中間に運び込んで、その支持腕４ａ，４ｂをレール１上に乗せるとともに、支持腕４ｃをレール１ｚ上に乗せ、その状態で格納箱４か支持腕４ｃを１ｚ側に引いて又は支持腕４ａ，４ｂ等をレール１ｚの方へ押して、支持腕４ａ，４ｂの曲がった先端をレール１の頭部外側面に接触させておく。それから、レール１に対し軌道の外側から支持腕４ａ，４ｂの間のところへ添具２を押し当てる。その際（図３（ａ）参照）、レール１の外側顎１ａの上下のところに曲折部２ａおよび平面部２ｂがピッタリ接するようにする。また、他に人手が無いようなときには、添具２に曲折部２ａ等の裏から適当な永久磁石２０も添えて、レール１に添具２を一時的に固定しておく。
【００３８】
そして、その状態でレール１と添具２とを撮像装置１４で撮影し、そのモニタ画像等に基づいて座標変換パラメータ４４ａ等の値を確定する。また、それらの値や、レール１の種類に基づき予め判明している測定基準データ４４ｂの値などをＲＯＭ４４に書き込み、そのＲＯＭ４４を信号処理部３０に装着する。それから、その信号処理部３０も格納箱４に格納するとともに、光学部１０等と信号処理部３０とを適宜のケーブル等で信号送受可能に接続する。
こうして、一組のレール断面摩耗測定装置について、レール１に関するセットアップも済んで、測定の準備が調う。
【００３９】
次に、現場で使用中のレール１や削正後のレール１等を実際に測定するには、組をなす格納箱４と添具２とを現場へ持ち運び、測定対象のレール１に対して、格納箱４及び添具２を上述したのと同様にセットする（図１（ａ）参照）。そして、図示しないスタートボタン等を操作すると、信号処理部３０の順序制御ルーチン３１が起動され、その処理によって、自動測定が行われる。すなわち、順序制御ルーチン３１の制御の下（図２参照）、送光装置１１からレール１に向けてスリット光１２が照射されるとともに、それに同期してレール１及び添具２上のスリット像１３が撮像装置１４によって撮影されて（図１（ｂ）参照）、その画像データがフレームメモリ４１に取り込まれる。こうして、１枚のレール画像４１ａが得られる（図３（ｂ）参照）。その画像には、スリット像１３のうちレール１の頭頂面１ｂにおけるものの他、添具２の平面部２ｂや上辺２ｃにおけるものも写っている
【００４０】
そして、断面信号処理装置４０では、基準選定ルーチン４２ａと正規化ルーチン４２ｂと摩耗量算出ルーチン４２ｃとがその順に実行される。具体的には、レール画像４１ａから、基準選定ルーチン４２ａによって、基準点と基準縦線とが選出され、それに基づいて基準点データ４３ａが決定される。さらに、正規化ルーチン４２ｂによって、平滑化と二値化と細線化の処理が施され、それから、座標変換パラメータ４４ａを用いた座標変換処理が行われて、１枚のレール断面像４１ｂが生成される。その際、基準点データ４３ａに基づいて基準点及び基準縦線すなわち添具２の上辺２ｃ及び平面部２ｂ上のスリット像１３に対応する部分が、ＲＯＭ４４の測定基準データ４４ｂのレール断面像の該当部分と一致するように、画像位置の調整も行われる（図３（ｃ）参照）。それから、摩耗量算出ルーチン４２ｃによって、レール断面像４１ｂと測定基準データ４４ｂとからレール摩耗量Ｍが算出される。
【００４１】
こうして、添具２についての既知情報に基づいて撮像装置の画像データからレール断面像が求められるとともにその処理に際しては第１平面部２ｂにできたスリット光１２の像１３に関する端点および直線を基準にして座標変換が行われるので、携帯性獲得のため小形軽量化すべく送光装置１１および撮像装置１４が一対だけになっていても、的確なレール断面像が得られて、摩耗量Ｍなど所望の測定結果も精度の良いものとなる。
【００４２】
【第２実施例】
本発明の携帯式レール断面測定装置の第２実施例としてのレール断面摩耗測定装置について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図４は、光学系等の構造を示す斜視図であり、（ａ）が全体図、（ｂ）が光学系の部分図である。また、図５は、その信号処理系等のブロック図であり、図６（ａ）は添具等の側面図である。
【００４３】
この携帯式レール断面測定装置が上述した第１実施例のものと相違するのは、添具２に代えて添具３が併用されるようになった点と、支持腕４ａ，４ｂが支持腕４ａに一体化された点と、永久磁石２０に代えて電磁石２１が採用された点と、信号処理部３０が一部改造されている点である。
【００４４】
添具３には（図４，図６（ａ）参照）、添具２の曲折部２ａ及び平面部２ｂと同様の曲折部３ａ及び第１平面部３ｂが形成されているのに加えて、平面部３ｂの上辺から軌道外側へ延びた第２平面部３ｃも形成されている。また、平面部３ｂの裏面には、レール１の頭頂面１ｂより少し高い位置のところに、支持腕４ａを架けるための支持腕係止部３ｄも設けられている。電磁石２１も、曲折部３ａの裏面形状等に適合するように曲げた芯棒２２等を介して、添具３の裏面に取り付けられており、信号処理部３０から延びた挿抜自在なケーブル等を介して駆動されたときだけ添具３をレール１に添着させるようになっている。
【００４５】
また、格納箱４の支持腕４ａはＵ字状に形成されていて（図４（ａ）参照）、その中央部分すなわち格納箱４から見て最も遠い部分が添具３の支持腕係止部３ｄに架けられると（図６（ａ）参照）、その部分が添具３の裏面にピッタリ添うようになっている。
【００４６】
さらに、信号処理部３０には、電磁石２１の駆動回路も含んだインターフェイス３４が追加され、これを介して測定時や手動操作時等に電磁石２１への通電を制御するように、断面信号処理装置４０の順序制御ルーチン３１も改造されている。また、断面信号処理装置４０に関しては、基準選定ルーチン４２ａが、レール画像４１ａから基準点データ４３ａを求める際に、スリット像１３のうち添具３の平面部３ｂにおける縦の直線を基準線として抽出するとともに、スリット像１３のうち添具３の平面部３ｃにおける横の直線ももう一つの基準線として抽出するようになっている。それに加えて、正規化ルーチン４２ｂが、それら縦線と横線の双方を基準にして座標変換パラメータ４４ａを用いた座標変換等を行うようになっている。
【００４７】
この第２実施例の携帯式レール断面摩耗測定装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図４は、測定状態を示す斜視図であり、（ａ）が装置全体の設置状態を示し、（ｂ）が送光および撮像の状態を示す。また、図５は、信号処理手順の概要を示す。さらに、図６（ａ）は、添具の装着状態を示し、図６（ｂ）は、撮像装置で撮った画像についての一例であり、図６（ｃ）は、それから求めたレール断面像である。
【００４８】
この場合、測定の準備や現場での測定に際して格納箱４や添具３をセットするするには（図４（ａ），図６（ａ）参照）、第１実施例にて述べたの概ね同様にすれば良いが、支持腕４ａの先端はレール１に直接乗せるのでなく添具３の支持腕係止部３ｄに架けておく。そして、添具３をレール１の外側顎１ａのところへ押し当てると、添具３の位置決めと格納箱４の位置決めとが同時になされる。それから、電磁石２１を作動させて、その位置決め状態を維持させる。
この状態では、支持腕４ａがレール１の頭頂面１ｂから上へ離れて添具３によって支持されることから、格納箱４とレール１との相対的な位置関係が、頭頂面１ｂに依存することなく外側顎１ａに対して一意に定まるので、摩耗の影響を受けないで済む。
【００４９】
そして、測定を開始すると、上述したのとほぼ同様にして光学部１０によるスリット光１２の照射と撮像装置１４によるその撮像が行われ（図４（ｂ）参照）、その画像データが断面信号処理装置４０に取り込まれる（図５参照）。そのレール画像４１ａには、スリット像１３のうちレール１の頭頂面１ｂにおけるものの他、添具３の平面部３ｂ及び平面部３ｃにおけるものも写っている（図６（ｃ）参照）。それから、断面信号処理装置４０では（図５参照）、上述したように基準選定ルーチン４２ａと正規化ルーチン４２ｂと摩耗量算出ルーチン４２ｃとがその順に実行される。そのとき、基準点データ４３ａの決定に際してはレール画像４１ａから基準選定ルーチン４２ａによって基準横線（３ｂ）および基準縦線（３ｃ）が選出される。また、座標変換に際してもそれらの直線を基準とした処理が行われる（図６（ｄ）参照）。
【００５０】
こうして、添具３についての既知情報に基づいて撮像装置の画像データからレール断面像が求められるとともにその処理に際しては第１平面部３ｂ及び第２平面部３ｃにできたスリット光１２の像１３に関する直線であって傾きの異なる２本線を基準にして座標変換等が行われる。そして、そのような直線からは、端点よりも安定した情報が得られるので、この例のレール断面摩耗測定装置にあっても、上述した第１実施例のものと比べても更に的確なレール断面像が得られて、摩耗量Ｍなど所望の測定結果も一層精度の良いものとなる。
【００５１】
【その他】
なお、上記の各実施例では、添具２，３をレール１に着脱させるのに永久磁石や電磁石を用いたが、添着手段は、磁石に限られるものでなく、適宜な他の部材たとえばバネやゴム等の弾性体を用いても良い。また、それらは、添具２，３とは分離して別体になっていても良く、添具２，３に組み込まれて一体化されていても良く、例えば添具２の曲折部２ａ等を磁化させるのも良い。さらに、添着手段は、必須で無い。人手が足りれば、あるいは添具２，３のところで信号処理部３０のスタートボタン操作等が可能なように操作部材等の配設がなされていれば、人手で添具２，３をレール１に押し当てながら測定を行うようにしても良い。添具２，３とレール１との接触状態についても、レール１の外側顎１ａその点そのものは第２実施例の如く接触していても第１実施例の如くしていなくても良く、外側顎１ａを含んだ顎部すなわち外側顎１ａを上下から挟むその近傍部分などとの安定した接触状態が得られるようになっていれば良い。
【００５２】
また、上記の各実施例では、添具２，３が格納箱４と別体に形成されていたが、軽量化が進めば支持腕４ａ等を介して一体化するようにしても良い。あるいは、逆に更なる分離を図っても良い。例えば、支持腕４ｃ等が格納箱４に着脱されるようにしても良い。さらに、断面信号処理装置４０にノート形パソコン等の携帯容易な汎用コンピュータを採用するとともに、それを格納箱４から分離して両者を活線挿抜可能なケーブル等で必要に応じて通信可能に接続するようにしても良い。
【００５３】
さらに、上記実施例では、正規化ルーチン４２ｂにより平滑化・二値化・細線化の処理の後に座標変換処理を行うようにしたが、これに限らず、座標変換の処理を先に済ませた後に平滑化・二値化・細線化の処理を行うようにしても良い。また、上記実施例では、レール断面摩耗を測定する場合を説明したが、測定する物理量は、摩耗量に限らず、レール断面像から得られるものであれば、どのようなものでも良い。
摩耗量の正負も、実施例の場合に限られず、レールが摩耗して減る方向が負になるようにしても良い。
【００５４】
また、スリット光源の種類も、レーザに限らず、フラッシュランプや、ランプにシャッターを付加したものでも良く、外乱光の影響を排除するために光度を適宜な周波数で変調するようにしても良い。
また、ＲＯＭ４４に代えて、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリを用いることも可能であり、あるいはバッテリバックアップ付きのＲＡＭを採用しても良い。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、取扱の楽な添具を併用してレールの外側顎の位置情報がレールより上にも転写されるようにしたことにより、スリット光の照射やその撮像をレールの内外双方から行わなくても所望のレール断面像が求まるので、光学的測定で精度の良い携帯式レール断面測定装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【００５６】
また、本発明の第２の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、光学系等の機材を削減したうえで軌道の内側に纏めるようにしたことにより、光学的測定で精度の良い携帯式レール断面測定装置を確実に実現することができたという有利な効果を奏する。
【００５７】
さらに、本発明の第３の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、端点と直線とを基準にしたことにより、添具が容易に作れて軽くもなり、その結果、光学的測定で精度が良く而も携帯性にも優れた携帯式レール断面測定装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【００５８】
また、本発明の第４の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、座標変換の基準位置が複数の直線から得られるようにしたことにより、光学的測定で一層精度の良い携帯式レール断面測定装置を実現することができたという有利な効果を奏する。
【００５９】
また、本発明の第５の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、添具の着脱を電磁石で行うようにしたことにより、添具を併用してもその取扱は面倒にならないで済むので、光学的測定で精度が良く而も作業の楽な携帯式レール断面測定装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の携帯式レール断面測定装置の第１実施例としてのレール断面摩耗測定装置について、光学系等の構造および測定状態を示す斜視図であり、（ａ）が全体図、（ｂ）が光学系の部分図である。
【図２】      その信号処理系等のブロック図である。
【図３】      （ａ）が添具等の側面図、（ｂ）が撮像装置で撮った画像についての一例、（ｃ）がそれから求めたレール断面像である。
【図４】  本発明の携帯式レール断面測定装置の第１実施例としてのレール断面摩耗測定装置について、光学系等の構造および測定状態を示す斜視図であり、（ａ）が全体図、（ｂ）が光学系の部分図である。
【図５】      その信号処理系等のブロック図である。
【図６】      （ａ）が添具等の側面図、（ｂ）が撮像装置で撮った画像についての一例、（ｃ）がそれから求めたレール断面像である。
【符号の説明】
１    レール（走行レール）
１ａ      外側顎（レールの顎、あご、潜在的な基準点）
１ｂ      頭頂面（レールの踏面）
１ｃ      摩耗角部（レールの内側上隅、最も摩耗の激しい部分）
１ｚ  レール（並走レール）
２    添具（着脱自在な添着式の位置合わせ用基準部材）
２ａ      曲折部（レール顎部対応形状部）
２ｂ      平面部（第１平面部）
２ｃ      上辺
３    添具（着脱自在な添着式の位置合わせ用基準部材）
３ａ      曲折部（レール顎部対応形状部）
３ｂ      平面部（第１平面部）
３ｃ      平面部（第２平面部）
３ｄ      支持腕係止部
４    格納箱（格納部）
４ａ，４ｂ，４ｃ  支持腕（並走レール間に亘る支持部材）
１０  光学部（レール断面摩耗測定装置、レール断面測定装置の光学系）
１１      送光装置（レーザ発光部、スリット光源、光切断線の照射手段）
１２      スリット光（光切断線）
１３      スリット像（レール表面における光切断線の映像）
１４      撮像装置（ＣＣＤカメラ、撮像手段）
２０  永久磁石（添具を添着させる手段）
２１  電磁石（添具を添着させる手段）
２２  芯棒（磁路延長部材、磁路形成部材）
３０  信号処理部（レール断面摩耗測定装置、レール断面測定装置の処理系）
３１      順序制御ルーチン（メインプログラム）
３２，３３，３４  インターフェイス（Ｉ／Ｆ、駆動回路）
４０      断面信号処理装置（データ処理手段）
４１          フレームメモリ（画像データ記憶手段）
４１ａ            レール画像（座標変換前の画像）
４１ｂ            レール断面像（座標変換後の画像）
４２          プログラムメモリ
４２ａ            基準選定ルーチン（座標変換前処理）
４２ｂ            正規化ルーチン（座標変換処理）
４２ｃ            摩耗量算出ルーチン（座標変換後処理）
４３          ＲＡＭ（書換データ保持手段）
４３ａ            基準点データ（端点情報、直線情報）
４４          ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ、固定的データ保持手段）
４４ａ            座標変換パラメータ（添具についての既知情報）
４４ｂ            測定基準データ（基準画像に基づく測定情報）
【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】
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