JP2003246266A - Instrument for measuring attack angle in curved line passing of rolling stock - Google Patents

Instrument for measuring attack angle in curved line passing of rolling stock

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JP2003246266A
JP2003246266A JP2002045514A JP2002045514A JP2003246266A JP 2003246266 A JP2003246266 A JP 2003246266A JP 2002045514 A JP2002045514 A JP 2002045514A JP 2002045514 A JP2002045514 A JP 2002045514A JP 2003246266 A JP2003246266 A JP 2003246266A
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JP
Japan
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attack angle
rail
pickup devices
camera
image
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002045514A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Miyamoto
岳史 宮本
Hiroki Ikeda
宏樹 池田
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Railway Technical Research Institute
Original Assignee
Railway Technical Research Institute
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an instrument for measuring an attack angle in the curved line passing of a rolling stock easy to use and capable of lowering costs. <P>SOLUTION: The measuring instrument is equipped with a pair of image- pickup devices 24 installed at the front and rear of the bottom of a rolling stock with respect to the rolling stock's moving direction in such a way that their relative positions do not change, a lighting device 25 that lights portions of which the pictures are taken by the pair of image-pickup devices 24, and a computer connected with the pair of image-pickup devices, while the pair of image-pickup devices 24 detect edges 23 of the shoulders of the rails, which shine in the form of a strip in reflection of the light, measuring relative right and left displacements by the computation of the computer, of the detected edges 23 of the shoulders of the rails, thereby detecting, from intervals of the installed pair of image-pickup devices 24, the attack angle of the vehicle equipped with the pair of image-pickup devices 24. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両のアタッ
ク角測定装置に係り、特に、レール肩部の研磨によって
生じる帯状に光る部分に着目した鉄道車両の曲線通過時
のアタック角測定装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an attack angle measuring device for a railway vehicle, and more particularly to an attack angle measuring device for a railway vehicle passing through a curved line, focusing on a belt-like shining portion produced by polishing a rail shoulder. Is.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、このような分野における技術とし
ては、特許公報第3148437号に開示されるものが
あった。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique in such a field, there is one disclosed in Japanese Patent Publication No. 3148437.

【0003】図8はかかる従来の鉄道車両のレール位置
測定装置を示す構成図、図9はその鉄道車両のアタック
角測定装置を示す側面図、図10は図9の台車枠を省略
した平面図である。
FIG. 8 is a block diagram showing such a conventional rail vehicle rail position measuring device, FIG. 9 is a side view showing the attack angle measuring device of the railway vehicle, and FIG. 10 is a plan view omitting the bogie frame of FIG. Is.

【0004】これらの図において、アタック角測定装置
は、車軸を介して軸箱104で支持された車輪102と
レール101との相対位置を測定するもので、光源10
9からの光ビームを投光レンズ110を通してレール1
01に投影し、その線状光投影ビームの散乱光を受光レ
ンズ112で集光してラインセンサ113上に結像さ
せ、このラインセンサ113の各受光画素が入射光量に
応じた電気信号を出力するようにした検出ヘッド114
を、車軸と直角にレール101の直上に車輪102を挟
んで配置し、各受光素子の出力する電気信号を演算手段
121に入力してレール101の内側側面の複数の位置
とその間隔に基づく情報から車輪102とレール101
のなす角を算出する。なお、102aは車軸、103は
台車枠、103aはバネ、108は投影パターン、11
1は円筒凹レンズ、114は検出ヘッド、115は信号
ケーブル、116は光源の駆動回路、117はA/D変
換器、118はメモリ、119はCPU、120は出力
インターフェイス、121は各信号処理部、122は保
持フレーム、123はアタック角の演算装置である。
In these figures, an attack angle measuring device measures the relative position between a wheel 102 supported by an axle box 104 via an axle and a rail 101.
The light beam from 9 passes through the projection lens 110 and the rail 1
01, the scattered light of the linear light projection beam is condensed by the light receiving lens 112 to form an image on the line sensor 113, and each light receiving pixel of this line sensor 113 outputs an electric signal according to the amount of incident light. Detection head 114
Is arranged right above the rail 101 with the wheel 102 interposed therebetween at right angles to the axle, and the electric signal output from each light receiving element is input to the arithmetic means 121 to obtain information based on a plurality of positions on the inner side surface of the rail 101 and their intervals. From wheels 102 and rails 101
Calculate the angle formed by. In addition, 102a is an axle, 103 is a bogie frame, 103a is a spring, 108 is a projection pattern, 11
1 is a cylindrical concave lens, 114 is a detection head, 115 is a signal cable, 116 is a light source drive circuit, 117 is an A / D converter, 118 is a memory, 119 is a CPU, 120 is an output interface, 121 is each signal processing unit, Reference numeral 122 is a holding frame, and 123 is an attack angle calculation device.

【0005】更に、アタック角測定装置において、検出
ヘッド114の光源109の光ビームを所定周期で点灯
/消灯し、演算手段121では点灯期間中および消灯期
間中の信号の差を求め、これを各画素の受光信号として
処理し、レール101の内側側面の複数の位置とその間
隔に基づく情報から車輪102とレール101のなす角
を算出する。
Further, in the attack angle measuring device, the light beam of the light source 109 of the detection head 114 is turned on / off at a predetermined cycle, and the arithmetic means 121 obtains the difference between the signals during the lighting period and the extinguishing period, and the obtained difference is calculated. It is processed as a light receiving signal of a pixel, and the angle formed by the wheel 102 and the rail 101 is calculated from information based on a plurality of positions on the inner side surface of the rail 101 and the intervals thereof.

【0006】ここでは、軸箱104前後に取り付けた2
台のカメラ114でレールを撮影し、画像処理を行って
光切断法と言われる手法でレール断面形状を捉え、レー
ル形状を基にしたアタック角測定方法が開発されてい
る。
Here, 2 attached to the front and rear of the axle box 104
An attack angle measuring method based on the rail shape has been developed by capturing an image of the rail with a single camera 114, performing image processing to capture the rail cross-sectional shape by a method called a light section method.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の鉄道車両のアタック角測定方法は、カメラと照
明の位置関係が厳密に決まらないと、正確な測定が出来
ないため、取付け機器が高価で、さらに画像処理方法も
複雑にならざるを得ないという欠点がある。
However, in the above-described conventional attack angle measuring method for a railway vehicle, accurate measurement cannot be performed unless the positional relationship between the camera and the illumination is strictly determined, so that the mounting equipment is expensive. Moreover, there is a drawback that the image processing method must be complicated.

【0008】本発明は、上記状況に鑑みて、簡便で、コ
ストを低減することができる鉄道車両の曲線通過時のア
タック角測定装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a simple and cost-effective attack angle measuring device for a railway vehicle when passing a curve.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕鉄道車両の曲線通過時のアタック角測定装置にお
いて、車両進行方向の車両の底部の前後に相対位置が変
化しないように取り付けられる1組の撮像装置と、この
1組の撮像装置によって撮影される部位を照らす照明装
置と、前記1組の撮像装置に接続される計算機とを備
え、前記1組の撮像装置によりそれぞれ帯状に光るレー
ル肩部の端を検出し、前記計算機による演算処理によっ
て、前記検出されたレール肩部の端の相対左右変位を測
定し、前記1組の撮像装置の取付け間隔から、前記1組
の撮像装置を取り付けた車両のアタック角を検出するこ
とを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides: [1] In an attack angle measuring device for a railway vehicle when passing through a curved line, the relative positions are provided in front of and behind the bottom of the vehicle in the traveling direction of the vehicle. The image pickup device includes a set of image pickup devices that are mounted so as not to change, an illumination device that illuminates a region imaged by the set of image pickup devices, and a computer that is connected to the set of image pickup devices. Each of the devices detects the end of the rail shoulder that shines in a strip shape, and the arithmetic processing by the computer measures the relative lateral displacement of the detected end of the rail shoulder, from the mounting interval of the one set of imaging devices. An attack angle of a vehicle to which the set of image pickup devices is attached is detected.

【0010】〔2〕上記〔1〕記載の鉄道車両の曲線通
過時のアタック角測定装置において、前記車両の底部
は、台車もしくは軸箱であることを特徴とする。
[2] In the apparatus for measuring an attack angle of a railway vehicle when passing through a curved line according to the above [1], the bottom of the vehicle is a bogie or an axle box.

【0011】〔3〕上記〔1〕記載の鉄道車両の曲線通
過時のアタック角測定装置において、前記照明装置から
の照射光は指向性を有する光であることを特徴とする。
[3] In the attack angle measuring device for passing a curved line of a railway vehicle according to the above [1], irradiation light from the illuminating device is light having directivity.

【0012】このように、本発明は、鉄道車両の台車
(もしくは軸箱)の底部に前後に取り付けた2台のカメ
ラで得る画像データをもとに、台車側から見たレールの
横方向変位(2台のカメラ上での相対左右変位)を測定
して、そこから台車(軸箱)アタック角を算出する。
As described above, according to the present invention, the lateral displacement of the rail viewed from the trolley side is based on the image data obtained by the two cameras attached to the front and rear of the trolley (or axle box) of the railway vehicle. (Relative left / right displacement on the two cameras) is measured, and the truck (axle box) attack angle is calculated therefrom.

【0013】すなわち、レール肩部の反射光をカメラで
捉え、レール肩部の画像上の端(エッジ)をコンピュー
タ上の画像処理演算によって捉えることで、アタック角
検知を実現したものである。ここでポイントとなるの
は、(1)レール肩部の反射光を捉えるためのカメラと
照明の配置と、(2)前記で得られた画像からレール肩
部の端を検出し、このレール肩部の端は前後2台のカメ
ラで同様に得られたものであるから、この端をもとにア
タック角を算出することである。
That is, the attack angle detection is realized by capturing the reflected light of the rail shoulder with a camera and capturing the edge of the rail shoulder on the image by an image processing calculation on a computer. The key points here are (1) the arrangement of the camera and lighting to capture the reflected light from the rail shoulder, and (2) the edge of the rail shoulder detected from the image obtained above, and this rail shoulder is detected. Since the edge of the part is obtained by the front and rear two cameras in the same manner, the attack angle is calculated based on this edge.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below.

【0015】上記したように、本発明によれば、鉄道車
両の台車(もしくは軸箱)の底部に前後に取り付けた2
台のカメラで得る画像データに基づいて、台車(もしく
は軸箱)側から見たレールの横方向変位(2台のカメラ
上での相対左右変位)を測定して、そこから台車(軸
箱)アタック角を算出する。
As described above, according to the present invention, the railcars (or axle boxes) mounted on the bottom of the bogie (or axle box) of the railcar are attached to the front and rear.
Based on the image data obtained by the two cameras, the lateral displacement of the rail (relative lateral displacement on the two cameras) as seen from the side of the bogie (or axle box) is measured, and from that, the bogie (axle box) Calculate the attack angle.

【0016】本発明の特徴は、曲線通過中においては、
一般的にレールに対して車輪のアタック角度が大きく、
そのレール肩部が研磨されて帯状に光ることに着目し
て、この帯状に光るレール肩部の端(エッジ)の反射光
をカメラで捉え、レール肩部の画像上のエッジをコンピ
ュータ上の画像処理演算によって捉えることで、台車
(もしくは軸箱)側から見たレールの横方向変位(2台
のカメラ上での相対左右変位)を検出して、簡便に、曲
線中のアタック角を測定することにある。
A feature of the present invention is that during the passage of a curve,
Generally, the attack angle of the wheel is large with respect to the rail,
Focusing on the fact that the rail shoulder is polished and shining in a strip shape, the camera captures the reflected light at the end (edge) of the rail shoulder that shines in a strip shape, and the edge on the image of the rail shoulder is displayed on the computer. By capturing by processing calculation, the lateral displacement of the rail (relative lateral displacement on the two cameras) seen from the dolly (or axle box) side is detected, and the attack angle in the curve is simply measured. Especially.

【0017】ここでポイントとなるのは、(1)レール
肩部の反射光を捉えるためのカメラとその照明装置の配
置と、(2)前記で得られた画像からレール肩部の端を
検出し、このレール肩部の端は前後2台のカメラで同様
に得られたものであるから、このレール肩部の端をもと
にアタック角を算出することである。
Here, the points are (1) the arrangement of the camera and its illuminating device for capturing the reflected light of the rail shoulder, and (2) detecting the end of the rail shoulder from the image obtained above. However, since the end of the rail shoulder is obtained by the front and rear two cameras in the same manner, the attack angle is calculated based on the end of the rail shoulder.

【0018】図1は本発明の実施例を示す鉄道車両の曲
線通過時のアタック角測定装置の全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an attack angle measuring device for a railway vehicle when a vehicle is passing a curve according to an embodiment of the present invention.

【0019】この図において、1は第1の撮像装置(カ
メラ)、2は第1の照明装置、3は第2の撮像装置(カ
メラ)、4は第2の照明装置、5は第1の変位計、6は
第2の変位計、7はセンサ関連装置(地点マーカ、速度
計、横圧計や輪重計など)、10はコンピュータ(パソ
コン)、11はその処理装置であり、画像処理ボード1
2、A/Dボード13、D/Aボード14などから構成
されている。
In this figure, 1 is a first image pickup device (camera), 2 is a first illumination device, 3 is a second image pickup device (camera), 4 is a second illumination device, and 5 is a first illumination device. Displacement meter, 6 is a second displacement meter, 7 is a sensor-related device (point marker, speedometer, lateral pressure gauge, wheel scale, etc.), 10 is a computer (personal computer), 11 is its processing device, and an image processing board. 1
2, an A / D board 13, a D / A board 14, and the like.

【0020】なお、第1の変位計5及び第2の変位計6
としては、レーザー変位計が用いられ、台車にカメラ
1,3が搭載される場合には、台車枠に対して左右の軸
箱変位を測定するために取り付けられ、輪軸のヨー角
(上下軸周りの角度)を測定する。
Incidentally, the first displacement meter 5 and the second displacement meter 6
If a laser displacement meter is used and the trolley is equipped with cameras 1 and 3, it is attached to measure the displacement of the left and right axle boxes with respect to the trolley frame, and the yaw angle of the wheel axle (around the vertical axis) Angle).

【0021】以下、本発明の鉄道車両の曲線通過時のア
タック角測定装置の各部の構成について説明する。
The construction of each part of the attack angle measuring device for a railway vehicle of the present invention when passing through a curve will be described below.

【0022】図2は本発明の鉄道車両の曲線通過時のア
タック角測定装置のレールとカメラと照明装置の配置を
示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing the arrangement of the rail, camera, and lighting device of the attack angle measuring device when the railway vehicle of the present invention passes through a curve.

【0023】この図において、21はレール、22はそ
のレール肩部(曲線通過により研磨されて光る部分)、
23はそのレール肩部の端(エッジ)、24はそのレー
ル肩部22の上方の車両の下部に配置されるカメラ、2
5はそのレール肩部22の斜め側方の車両の下部に配置
される照明装置であり、より指向性がある光を照射する
ものが望ましい。その理由は、レール肩部22近傍を照
射することにより、そのレール肩部22の部位以外の反
射物による発射光を拾わないようにして、正確なレール
肩部22の撮像情報を得るようにすることが望ましいか
らである。ただし、レール21とカメラ24・照明装置
25の相対位置は、走行の状態に応じて変化するので、
その変化分を補償するようにある程度の照明範囲を考慮
することが必要であることは言うまでもない。
In this figure, 21 is a rail, 22 is a shoulder portion of the rail (a portion which is shined by being polished by passing a curved line),
Reference numeral 23 denotes an end (edge) of the rail shoulder portion, 24 denotes a camera arranged above the rail shoulder portion 22 and below the vehicle, 2
Reference numeral 5 denotes an illuminating device which is disposed on the lower side of the vehicle on the diagonal side of the rail shoulder portion 22, and it is desirable that the illuminating device 5 emits light having more directivity. The reason for this is that by irradiating the vicinity of the rail shoulder portion 22, it is possible to obtain the accurate imaging information of the rail shoulder portion 22 by preventing emission of light emitted by a reflection object other than the portion of the rail shoulder portion 22. Is desirable. However, since the relative positions of the rail 21, the camera 24, and the lighting device 25 change according to the running state,
It goes without saying that it is necessary to consider a certain illumination range so as to compensate for the change.

【0024】また、26はレール肩部の端23の接線、
27はこの接線26に対する法線を示している。レール
肩部に丸みがあるため、カメラ24と照明装置25の位
置決めにも余裕がでるといった利点がある。
26 is a tangent to the end 23 of the rail shoulder,
Reference numeral 27 indicates a normal line to the tangent line 26. Since the rail shoulders are rounded, there is an advantage that the camera 24 and the lighting device 25 can be positioned with sufficient margin.

【0025】この実施例では、図2に示すように、照明
装置25から照射される光がレール肩部22で正反射し
て、その光がカメラ24の中心で捉えられるように構成
されている。つまり、α1=α2となっている。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the light emitted from the illumination device 25 is specularly reflected by the rail shoulder portion 22 and the light is captured at the center of the camera 24. . That is, α1 = α2.

【0026】詳細に述べると、曲線中の外軌側レール
は、車両が走行するとレール内側の肩部22が光るよう
に磨かれる。このレール肩部22は、通常半径十数mm
程度の曲線断面になっている。カメラ24は、測定上レ
ール真上から撮影するように配置し、照明装置25はレ
ール肩部22に向けてレール肩部22で正反射する方向
にカメラ24が来るように取り付ける。
More specifically, the rail on the outer gauge side in the curve is polished so that the shoulder 22 inside the rail shines when the vehicle runs. This rail shoulder 22 is normally a radius of ten and several mm
It has a curved cross section. The camera 24 is arranged so as to be photographed from directly above the rail for measurement, and the illumination device 25 is attached so that the camera 24 is directed toward the rail shoulder portion 22 in a direction in which the rail shoulder portion 22 is regularly reflected.

【0027】この際、点光源に対する正反射方向は1本
の線上にしかなりえず、理論的にはカメラ24と照明装
置25、レール21の位置関係は絶対的に決まってしま
うものとなるが、実用的には用いる照明装置25は面光
源であり、正反射方向もある程度角度を持った扇状にな
ること、レール肩部22はある程度の幅を持った曲面で
あること、完全な鏡面ではなくある程度の乱反射が見込
めることなどから、カメラ24と照明装置25、レール
21の位置関係はある程度、理想状態からずれることが
許容できる範囲を持つ。このことが最大の特徴となっ
て、本発明のアタック測定装置は実用的に実施可能であ
る。照明装置が面光源であることは、実用的にも振動耐
久性の低い照明装置25をカメラ24を取り付けた台車
枠とは、違った動きをする車体に取り付けることも可能
にしている。これは車体と台車の相対変位が、実用的に
許容できる範囲である場合に限られる。
At this time, the direction of specular reflection with respect to the point light source can be set only on one line, and theoretically the positional relationship among the camera 24, the lighting device 25, and the rail 21 is absolutely determined. The illumination device 25 used practically is a surface light source, and the regular reflection direction has a fan shape with some angle, the rail shoulder 22 has a curved surface with a certain width, and it is not a perfect mirror surface to some extent. Therefore, the positional relationship between the camera 24, the lighting device 25, and the rail 21 has a certain degree of deviation from the ideal state. This is the greatest feature, and the attack measuring device of the present invention can be practically implemented. The fact that the lighting device is a surface light source also makes it possible to mount the lighting device 25, which is practically low in vibration resistance, to a vehicle body that moves differently from the bogie frame to which the camera 24 is mounted. This is limited to the case where the relative displacement between the vehicle body and the bogie is within a practically permissible range.

【0028】図3は本発明にかかる第1の実施例を示す
カメラの配置を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing the arrangement of cameras according to the first embodiment of the present invention.

【0029】この実施例では、レール31を走行する前
後の車輪32,33を有する車台34の前後に第1のカ
メラ35と第2のカメラ36とを配置するようにしてい
る。ここで、第1のカメラ35と第2のカメラ36間の
距離はL1 である。
In this embodiment, a first camera 35 and a second camera 36 are arranged in front of and behind a chassis 34 having wheels 32 and 33 before and after traveling on a rail 31. Here, the distance between the first camera 35 and the second camera 36 is L 1 .

【0030】図4は本発明にかかる第2の実施例を示す
カメラの配置を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic view showing the arrangement of cameras according to the second embodiment of the present invention.

【0031】この実施例では、レール31を走行する前
後の車輪32,33を有する車台34の後輪33のみを
挟むようにして第1のカメラ35と第2のカメラ36と
を配置するようにしている。ここで、第1のカメラ35
と第2のカメラ36間の距離はL2 である。
In this embodiment, the first camera 35 and the second camera 36 are arranged so as to sandwich only the rear wheel 33 of the chassis 34 having the front and rear wheels 32, 33 traveling on the rail 31. . Here, the first camera 35
And the distance between the second camera 36 and L 2 is L 2 .

【0032】この第2実施例の場合には、後述するがア
タック角度を求める場合の換算が、図3に示される第1
実施例の場合よりは容易である。
In the case of the second embodiment, as will be described later, the conversion for determining the attack angle is the first conversion shown in FIG.
It is easier than in the case of the embodiment.

【0033】図5は本発明にかかる第3の実施例を示す
カメラの配置を示す模式図、図6は台車枠を省略した平
面図である。
FIG. 5 is a schematic view showing the arrangement of cameras according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a plan view with the bogie frame omitted.

【0034】この実施例では、レール41を走行する車
輪42の軸箱43に、車輪42に対して前後となるよう
に、第1のカメラ44と第2のカメラ45とを配置する
ようにしている。ここで、第1のカメラ44と第2のカ
メラ45間の距離はL3 である。なお、43Aは保持フ
レーム、46は第1の照明装置、47は第2の照明装置
である。
In this embodiment, the first camera 44 and the second camera 45 are arranged on the axle box 43 of the wheel 42 traveling on the rail 41 so as to be in front of and behind the wheel 42. There is. Here, the distance between the first camera 44 and the second camera 45 is L 3 . Note that 43A is a holding frame, 46 is a first lighting device, and 47 is a second lighting device.

【0035】この場合には、軸箱43に第1のカメラ4
4と第2のカメラ45が取り付けられるため、後述する
がアタック角度を求める場合の換算が、図3および図4
に示される第1、第2実施例のような台車に第1のカメ
ラ35と第2のカメラ36が取り付けられる場合よりは
容易である。
In this case, the first camera 4 is attached to the axle box 43.
4 and the second camera 45 are attached, the conversion when obtaining the attack angle will be described later with reference to FIGS.
It is easier than the case where the first camera 35 and the second camera 36 are attached to the truck as in the first and second embodiments shown in FIG.

【0036】図7は本発明の実施例を示す、第1のカメ
ラと第2のカメラによって取り込まれた走行中のレール
画像を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a rail image during running captured by the first camera and the second camera, showing the embodiment of the present invention.

【0037】この図において、51はレール、52はそ
のレール肩部(光っている部分)、53はそのレール肩
部52の端(エッジ)である。
In this figure, 51 is a rail, 52 is a rail shoulder portion (shining portion), and 53 is an end (edge) of the rail shoulder portion 52.

【0038】次に、本発明の鉄道車両の曲線通過時のア
タック角の測定方法について説明する。
Next, a method of measuring the attack angle of the railcar of the present invention when passing through a curve will be described.

【0039】まず、輪軸アタック角ψA は、 ψA =ψT +ψW ±ψR であり、第3項の±は、2軸ボギー台車の走行方向に対
し、前軸のアタック角算出の場合には+であり、後軸の
場合には−を用いる。
First, the wheel shaft attack angle ψ A is ψ A = ψ T + ψ W ± ψ R , and ± in the third term indicates the attack angle of the front shaft with respect to the traveling direction of the biaxial bogie truck. Is +, and in the case of the rear shaft, − is used.

【0040】次に、カメラと画像処理によって得られる
台車アタック角ψT は、以下の式によって求める。
Next, the trolley attack angle ψ T obtained by the camera and image processing is obtained by the following equation.

【0041】ψT =tan-1〔(YTF−YTR)/L〕 ここで、 YTFは台車前カメラで測定した台車のレール相対横変位 YTRは台車後カメラで測定した台車のレール相対横変位 Lは台車前と台車後のカメラ位置取付間隔である。Ψ T = tan -1 [(Y TF -Y TR ) / L] where Y TF is the rail relative lateral displacement of the carriage measured by the camera before the carriage and Y TR is the rail of the carriage measured by the camera after the carriage. The relative lateral displacement L is a camera position attachment distance before and after the truck.

【0042】輪軸と台車の相対ヨー角ψW は、対称軸の
左右の軸箱の前後変位を測定し、以下の式によって求め
る。
The relative yaw angle ψ W between the wheel axle and the bogie is determined by the following equation by measuring the longitudinal displacement of the axle boxes on the left and right of the axis of symmetry.

【0043】ψW =tan-1〔(XWA−XWB)/bb 〕 ここで、bb は左右軸箱間隔である。Ψ W = tan -1 [(X WA -X WB ) / bb ] where bb is the left-right axis box interval.

【0044】次に、曲率補正項ψR について説明する。Next, the curvature correction term ψ R will be described.

【0045】曲線走行中の台車アタック角をもとに、輪
軸のアタック角を求める場合には、台車中心と輪軸中心
のオフセット(実質・軸距)分だけ、曲線の接線方向が
変化する。これを以下の式によって補正する。厳密には
次式である。
When the attack angle of the wheelset is obtained based on the attack angle of the truck running on a curve, the tangential direction of the curve changes by the offset (substantially the wheelbase) between the center of the truck and the center of the wheelset. This is corrected by the following formula. Strictly speaking, it is the following formula.

【0046】ψR =tan-1[2R{1−cos〔si
-1(a/R)〕}/a] ここで、aは台車軸距の1/2、Rは曲線半径である。
Ψ R = tan -1 [2R {1-cos [si
n -1 (a / R)]} / a] Here, a is 1/2 of the bogie axle distance, and R is a curve radius.

【0047】しかし、近似的には次式で十分である。な
お、実用上、この近似では有効数字5桁目に誤差が生じ
る程度である。
However, the following equation is approximately sufficient. In practice, this approximation causes an error at the fifth significant digit.

【0048】ψR =tan-1(a/R) 上式において、円曲線中は曲率一定であるが、緩和曲線
中での曲率は緩和曲線長さXと緩和曲線入口からの台車
中心までの距離XT (曲率ゼロ側からの距離)を用い
て、以下の式で表される。
Ψ R = tan −1 (a / R) In the above equation, the curvature in the circular curve is constant, but the curvature in the relaxation curve is the relaxation curve length X and the center of the bogie from the relaxation curve entrance. It is expressed by the following equation using the distance X T (distance from the zero curvature side).

【0049】1/R=1/RC 〔(XT ±a)/X〕 上式中の±は、台車中心に対して測定軸が曲率の小さい
側(つまり円曲線に近い方)にある場合に+で、曲率の
大きい側(つまり直線の方)にある場合に−を用いる。
1 / R = 1 / R C [(X T ± a) / X] ± in the above equation is on the side where the measurement axis has a small curvature with respect to the center of the bogie (that is, the side closer to the circular curve). In this case, + is used, and when it is on the side with a large curvature (that is, a straight line), − is used.

【0050】本発明の実施例においては、一般的に用い
られるエッジ検出アルゴリズムを用いることができる。
つまり、このような簡単な方法でも前後2台のカメラで
得られる画像が同様であることの仮定の上に、測定項目
が(レール相対変位ではなく)アタック角であり、前後
2台のカメラから得られる位置情報の相対差が必要な情
報であることから、この手法が有効に機能する。
In the embodiment of the present invention, a commonly used edge detection algorithm can be used.
In other words, the measurement item is the attack angle (not the relative displacement of the rail) on the assumption that the images obtained by the front and rear two cameras are similar even with such a simple method, and This method works effectively because the relative difference in the obtained position information is necessary information.

【0051】 (1)アタック角算出法(台車枠にカメラを取り付けた場合) ψA =tan-1〔(YTF−YTR)/L〕 +tan-1〔(XWA−XWB)/bb 〕+ψR …(1) ここでψA は台車に取り付けたレーザ変位計より、台車
−輪軸の相対前後変位から算出した台車−輪軸相対アタ
ック角、ψR は曲線中で曲率補正項であり、近似的に、
前述のψR =tan-1(a/R)より求める。
(1) Attack angle calculation method (when a camera is attached to the bogie frame) ψ A = tan −1 [(Y TF −Y TR ) / L] + tan −1 [(X WA −X WB ) / b b ] + ψ R (1) where ψ A is the trolley-wheel axle relative attack angle calculated from the relative longitudinal displacement of the trolley-wheel axle from the laser displacement meter attached to the trolley, and ψ R is the curvature correction term in the curve. , Approximately,
It is determined from the above-mentioned ψ R = tan −1 (a / R).

【0052】また、この補正項を求めるには曲線半径が
既知でなければならない。現在、本測定方法を使用して
いる構内走行試験においては、地点情報は容易に得られ
る。この際にも緩和曲線中での曲率定義が必要である
が、これもデータ収集時の地点情報さえ記録できれば、
緩和曲線中の曲率も決定できる。
The curve radius must be known in order to obtain this correction term. At present, in a yard driving test using this measurement method, point information can be easily obtained. In this case as well, it is necessary to define the curvature in the relaxation curve, but this is also possible if only the point information at the time of data collection can be recorded.
The curvature in the relaxation curve can also be determined.

【0053】ただし、図4に示した第2のカメラ取付例
では曲率補正項ψR を必要としない。
However, the curvature correction term ψ R is not required in the second camera mounting example shown in FIG.

【0054】また、図5に示した第3のカメラ取付例で
は、台車−輪軸相対アタック角ψA、曲率補正項ψR
必要としない。
In the third camera mounting example shown in FIG. 5, the carriage-wheel axle relative attack angle ψ A and the curvature correction term ψ R are not required.

【0055】(2)輪軸アタック角間接測定法 台車アタック角を台車枠に取付けた2台のカメラから測
定し、その台車アタック角を絶対値としてそこから測定
対称の輪軸アタック角を間接的に測定する方法が図3と
図4に示したカメラ取付例である。
(2) Indirect measurement method of wheel axle attack angle The trolley attack angle is measured from two cameras mounted on the trolley frame, and the trolley attack angle is measured as an absolute value. The symmetrical wheel axle attack angle is indirectly measured. The method is the camera mounting example shown in FIGS. 3 and 4.

【0056】(3)輪軸アタック角直接測定法 輪軸アタック角を軸箱に取り付けた2台のカメラから測
定したものが図5に示されている。
(3) Direct measurement method of wheel shaft attack angle FIG. 5 shows the wheel shaft attack angle measured by two cameras mounted on a shaft box.

【0057】図3と図4のカメラ取付例では、台車34
のアタック角を測定して、そこから輪軸のアタック角を
求める。輪軸のアタック角を求めるのに最も直接的に
は、図5に示した第3のカメラ取付例のように取り付け
ることが理想的であるが、ばね下にカメラを取り付ける
ことになるために、カメラの振動耐久性が問題になるこ
とと、カメラの解像度から測定精度が問題になる。そこ
で、図3によって実験を行った。
In the camera mounting example of FIGS. 3 and 4, the carriage 34 is used.
The attack angle of is measured and the attack angle of the wheel axle is calculated from the measured attack angle. The most direct way to obtain the attack angle of the wheel axle is to mount it like the third camera mounting example shown in FIG. 5, but since the camera is mounted under the spring, Vibration durability becomes a problem, and the measurement accuracy becomes a problem due to the resolution of the camera. Therefore, an experiment was conducted with reference to FIG.

【0058】図3と図4による手法の違いについて説明
すると、図3では台車中心における曲線接線方向に対す
る台車アタック角を測定している。台車アタック角を求
めるためには、図3の方が好ましい設定といえる。
The difference between the methods shown in FIGS. 3 and 4 will be described. In FIG. 3, the trolley attack angle with respect to the curved tangential direction at the trolley center is measured. It can be said that the setting shown in FIG. 3 is more preferable for obtaining the trolley attack angle.

【0059】しかし、間接的に輪軸アタック角を求める
ために台車アタック角を求める場合には、図4のように
考えることもできる。図4では、カメラは台車枠に取り
付けるものの、前後のカメラは測定対象輪軸中心から等
間隔に取り付けることができるので、輪軸中心位置にお
ける曲線接線方向に対する台車アタック角が求められ
る。この手法であると、式(1)のうち曲率補正項ψR
を省略することができる利点を持つ。また、軌道狂いに
ついても図3に比べれば、図4の方が高い精度で追従で
きる。だが、図4のカメラ取付例には、台車周りのさま
ざまな部品配置上の制約があり、実施には困難な場合も
ある。また、図3のカメラ取付例に比べれば前後のカメ
ラ位置におけるレール変位が小さくなる場合があり、測
定精度が落ちることも考えられる。
However, in the case where the trolley attack angle is obtained in order to indirectly obtain the wheel axle attack angle, it can be considered as shown in FIG. In FIG. 4, the cameras are attached to the bogie frame, but the front and rear cameras can be attached at equal intervals from the wheel axle center of the object to be measured, so the bogie attack angle with respect to the curved tangential direction at the wheel axle center position is obtained. With this method, the curvature correction term ψ R in equation (1)
Has the advantage that it can be omitted. Further, as for the trajectory deviation, the tracking of FIG. 4 can be performed with higher accuracy than that of FIG. However, in the camera mounting example of FIG. 4, there are restrictions on the arrangement of various parts around the carriage, and it may be difficult to implement. Further, the rail displacement at the front and rear camera positions may be smaller than that in the camera mounting example of FIG. 3, and the measurement accuracy may be reduced.

【0060】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and these modifications are not excluded from the scope of the present invention.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、簡便に、かつ安価に鉄道車両の曲線通過時のア
タック角を測定することができる。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to easily and inexpensively measure the attack angle of a railway vehicle when it passes through a curve.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示す鉄道車両の曲線通過時の
アタック角測定装置の全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an attack angle measuring device when a railway vehicle passes a curve according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の鉄道車両の曲線通過時のアタック角測
定装置のレールとカメラと照明装置の配置を示す模式図
である。
FIG. 2 is a schematic view showing the arrangement of a rail, a camera, and a lighting device of an attack angle measuring device when the railway vehicle of the present invention passes through a curve.

【図3】本発明にかかる第1の実施例を示すカメラの配
置を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an arrangement of cameras according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明にかかる第2の実施例を示すカメラの配
置を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an arrangement of cameras according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明にかかる第3の実施例を示すカメラの配
置を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an arrangement of cameras according to a third embodiment of the present invention.

【図6】図5における台車枠を省略した平面図である。6 is a plan view in which the bogie frame in FIG. 5 is omitted.

【図7】本発明の実施例を示す実際に第1のカメラと第
2のカメラによって取り込まれた走行中のレール画像を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a rail image during traveling which is actually captured by the first camera and the second camera according to the embodiment of the present invention.

【図8】従来の鉄道車両のレール位置測定装置を示す構
成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a conventional rail position measuring device for a railway vehicle.

【図9】従来の鉄道車両のアタック角測定装置を示す側
面図である。
FIG. 9 is a side view showing a conventional attack angle measuring device for a railway vehicle.

【図10】図9の台車枠を省略した平面図である。FIG. 10 is a plan view with the bogie frame of FIG. 9 omitted.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,35,44 第1の撮像装置(カメラ) 2,46 第1の照明装置 3,36,45 第2の撮像装置(カメラ) 4,47 第2の照明装置 5 第1の変位計 6 第2の変位計 7 センサ関連装置(地点マーカ、速度計、横圧計や
輪重計など) 10 コンピュータ(パソコン) 11 処理装置 12 画像処理ボード 13 A/Dボード 14 D/Aボード 21,31,41,51 レール 22,52 レール肩部(曲線通過により研磨されて
光る部分) 23,53 レール肩部の端(エッジ) 24 カメラ 25 照明装置 32,33 前後の車輪 34 車台 42 車輪 43 軸箱 43A 保持フレーム
1, 35, 44 1st imaging device (camera) 2, 46 1st illumination device 3, 36, 45 2nd imaging device (camera) 4, 47 2nd illumination device 5 1st displacement meter 6 2 Displacement gauge 7 Sensor related equipment (point marker, speedometer, lateral pressure gauge, wheel scale, etc.) 10 Computer (personal computer) 11 Processor 12 Image processing board 13 A / D board 14 D / A board 21, 31, 41 , 51 rails 22, 52 rail shoulders (portions that are shining after being polished by a curve) 23, 53 rail shoulder ends (edges) 24 camera 25 lighting devices 32, 33 front and rear wheels 34 chassis 42 wheels 43 axle box 43A holding flame

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(a)車両進行方向の車両の底部の前後に
相対位置が変化しないように取り付けられる1組の撮像
装置と、(b)該1組の撮像装置によって撮影される部
位を照らす照明装置と、(c)前記1組の撮像装置に接
続される計算機とを備え、(d)前記1組の撮像装置に
よりそれぞれ帯状に光るレール肩部の端を検出し、前記
計算機による演算処理によって、前記検出されたレール
肩部の端の相対左右変位を測定し、前記1組の撮像装置
の取付け間隔から、前記1組の撮像装置を取り付けた車
両のアタック角を検出することを特徴とする鉄道車両の
曲線通過時のアタック角測定装置。
1. A set of image pickup devices mounted so that a relative position does not change before and after a bottom of a vehicle in a vehicle traveling direction, and (b) Illuminates a part imaged by the set of image pickup devices. An illumination device and (c) a computer connected to the one set of image pickup devices are provided, and (d) an edge of a rail shoulder shining in a strip shape is detected by the one set of image pickup devices, and a calculation process by the computer is performed. By measuring the relative lateral displacement of the detected ends of the rail shoulders, the attack angle of the vehicle to which the one set of image pickup devices is attached is detected from the mounting interval of the one set of image pickup devices. A device for measuring the attack angle of a rolling stock that passes through a curve.
【請求項2】 請求項1記載の鉄道車両の曲線通過時の
アタック角測定装置において、前記車両の底部は、台車
もしくは軸箱であることを特徴とする鉄道車両の曲線通
過時のアタック角測定装置。
2. The attack angle measuring apparatus for a railway vehicle when passing through a curved line according to claim 1, wherein the bottom of the vehicle is a bogie or an axle box. apparatus.
【請求項3】 請求項1記載の鉄道車両の曲線通過時の
アタック角測定装置において、前記照明装置からの照射
光は指向性を有する光であることを特徴とする鉄道車両
の曲線通過時のアタック角測定装置。
3. The railway vehicle attack angle measuring device for passing a curved line according to claim 1, wherein the irradiation light from the lighting device is a light having directivity. Attack angle measuring device.
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