JP2006078355A - パンタグラフのすり板検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
すり板側面のみが摩耗しておりすり板上面が摩耗していない場合、その部分のエッジを測定しすり板の厚さにすると、すり板の幅方向に連続して摩耗している本来求めたいすり板の厚さと異なってしまう。
【解決手段】
平滑化処理を行い、すり板側面のみが摩耗しておりすり板上面が摩耗していないすり板のエッジは検出しないようにし、その後、検出したすり板のエッジ上部とエッジ下部の輝度を測定し、輝度差が所定値以内の場合に荒損と判定する機能を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電機車の屋根上に取り付けられたパンタグラフのすり板の摩耗量等を検査するパンタグラフのすり板検査装置に関する。

従来技術のパンタすり板検査装置においては、特許文献１に記載されているように、側面の厚さの横方向に対する変化が所定の傾斜である凹部分について、凹の深さと幅が所定値以上の場合、欠陥と判定していた。

特開２０００−１８０１２８号公報

特許文献１の方法では、荒損と呼ばれるすり板側面側が摩耗して、すり板上面がほとんど摩耗していない場合に、その部分のエッジを測定しすり板の厚さを求めるとその部分の摩耗量をすり板の摩耗量と判断してしまう。そのため、通常のすり板摩耗である、すり板の上面のすり板幅方向に連続して摩耗している状態を求めることを目的としているが、荒損を検出することで、本来求めたいすり板の厚さ(摩耗量）と異なってしまう。

そこで、本発明の目的は、荒損と呼ばれるすり板側面が摩耗しすり板上面がほとんど摩耗していない部分は、すり板の幅方向に連続して摩耗している本来求めたいすり板の厚さと判断せず、荒損と判断できるようにした。これにより、すり板の幅方向に連続して摩耗している本来求めたいすり板の厚さと荒損とを区別して検知するパンタグラフのすり板検査装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明では、画像に横方向フィルタを用い平滑化処理を行い、すり板側面のみが摩耗しておりすり板上面が摩耗していないすり板のエッジは検出しないようにし、すり板の幅方向に連続して摩耗している本来求めたいすり板の厚さを求め、その後、元画像において検出したすり板のエッジ上部とエッジ下部の輝度を測定し、輝度差が所定値以内の場合荒損と判定することを特徴とする。

すり板の幅方向に連続して摩耗している本来求めたいすり板の厚さを求めることが出来、かつ荒損を検知できるようにした。

以下図面を用いて実施例を説明する。

図１にパンタグラフのすり板検査装置の全体構成図を示す。

図１に示すようにパンタグラフのすり板部４を、斜め上方から撮像するように線路に並行して設けた支柱１６に線路１５を跨ぐように設けた梁１７と線路並行に梁１８を設けてある。その梁１７に複数のカメラ２とフラッシュ照明１０（ストロボ照明と言う場合もある）を設けてある。また、同支柱１６又は梁１７から車両進入方向又は退出方向に腕１９を伸ばして、その腕１９部にパンタグラフ検出センサ５とパンタグラフの上部（すり板表面）を照らすためのフラッシュ照明２０が設けてある。また、梁１８には、パンタグラフ以外の屋根上機器の状態を監視するための複数の照明装置（ハロゲンランプ１１）が線路を挟むように設置されている。また、屋根上機器監視用カメラ３が進入側梁１７の両端部側と、退出側梁の中央とに梁１７の内側に向けて設けてある。尚、図の各機器には前方側をａ、後方側にｂの記号を付してある。

車両２５の進入を検知する車両検知センサ６が動作すると、本図には図示していない検査装置の電源が入り、その後パンタグラフ検知センサ５がパンタグラフ４を検出すると、梁１７上の車両進入方向のフラッシュ照明１０ａ及びパンタグラフ検知センサ５に併設されパンタグラフの上部を照らすフラッシュ照明２０ａが点灯され、同時に車両進入方向のカメラ２ａがパンタグラフのすり板付近を撮影する。また同時に屋根上機器監視用のハロゲンランプ１１が点灯される。屋根上機器監視用カメラ３が作動を開始する。その後、車両退出方向のパンタグラフ検知センサ５がパンタグラフの通過を検知すると、車両退出方向のフラッシュ照明１０ｂ及びパンタグラフ検知センサ５に併設されたフラッシュ照明２０ｂが点灯され、同時に車両退出方向のカメラ２ｂがパンタグラフのすり板付近を撮影する。なお、車両の地上側には、列車編成番号等の車両情報を受信するための受信機９が、車両の先頭部には列車編成番号等の車両情報を発信する発信機８が設けてある。

図２に図１の各機器の制御システム構成の概要を示す。図に示すように、本システムでは、大きく区分するとパンタすり板計測装置３５と屋根上機器撮像装置４５と前記２つの装置からの情報を受け取りすり板の厚みを求めたり、屋根上機器の状態を監視する画像を蓄積する情報処理装置５０から構成されている。

パンタすり板計測装置３５は主に、先に述べたようにパンタグラフのすり板部を撮影するための複数台のすり板撮影用カメラ２と、パンタグラフに所定のタイミングで光を、主にすり板側面に照射する複数台のフラッシュ照明１０及びすり板上面照射用フラッシュ照明２０と、所定の位置でパンタグラフの通過を検出するパンタ検知センサ５と前記すり板撮影用カメラ２やフラッシュ照明１０を制御するためのパンタすり板厚さ計測用制御部３０からなる。パンタすり板厚さ計測用制御部３０には、この他に、車両検知センサ６、７の信号及び列車編成番号等の車両情報を受信するための受信機９からの信号を取り込むようになっている。

また、屋根上機器撮像装置４５は、屋根上機器撮影用の複数台の屋根上機器撮影用カメラ３と、屋根上を照らし出すための複数のハロゲンランプ１１からなる屋根上機器監視用照明１１と屋根上監視制御装置４０とからなる。さらに、先のパンタすり板計測装置３５で用いている、パンタ検知センサ５と車両検知センサ６，７及び列車編成番号等の車両情報を受信するための受信機９を共用しており、それらが信号ケーブル等で屋根上監視制御装置４０に接続されている。また、パンタすり板計測装置３５と屋根上機器撮像装置４５とは情報処理装置５０に光ケーブルで接続されている。

この情報処理装置５０では、パンタすり板計測装置３５や屋根上機器撮像装置４５からのデータを管理すると共に、監視者に報知すると共に、帳票等の作成等を行う。なお、情報処理装置５０でパンタすり板計測装置３５のカメラ２で撮像された画像情報を取り込み摩耗量を求めてもよい。なお情報処理装置５０には、パンタすり板計測装置３５で求めた摩耗量から、異常摩耗を起こしたすり板を検出すると警報を発してすり板交換を促したり、摩耗状態からすり板の交換時期を予測して、監視者に報知する機能を備えている。さらに、情報処理装置５０には、屋根上機器撮像装置４５からの画像信号に車両編成番号、撮像日時を加えて保存する機能を有している。なお、監視者は動画の状態で屋根上機器の状態を監視できる機能も備えている。

次に、それぞれの装置の動作の詳細を説明する。

まず、パンタすり板計測装置３５では、まず計測位置に車両２５の進入を車両検知センサ６が検知すると、パンタ検知センサ５がパンタグラフ４の有無の検出を開始し、すり板撮影用のカメラ２も同時に撮影可能状態になる。そして、車両進入側のパンタ検知センサ５がパンタグラフ４を検出すると、車両進入方向のフラッシュ照明１０ａ及びパンタすり板上部照射用フラッシュ照明２０ａを発光させ、同時に車両進入方向の複数のすり板撮影用カメラ２ａがパンタグラフのすり板付近の撮影を行う。そして、撮影した画像データをパンタすり板厚さ計測用制御部３０のメモリに取り込む。取り込まれた画像データは、パンタすり板厚さ計測用制御部３０で画像処理される。その後、車両退出側のパンタ検知センサ５がパンタグラフ４を検出すると車両退出方向のフラッシュ照明１０ｂ及びすり板上面照射用フラッシュ照明２０ｂは発光し、同時に車両退出方向の複数のすり板撮影用カメラ２ｂがパンタグラフのすり板付近の撮影を行い、撮影した画像をパンタすり板厚さ計測用制御部３０内のメモリに取り込む。そして、車両進入側と同じくパンタすり板厚さ計測用制御部３０で画像処理される。

画像処理では、２回の認識処理を行う。１回目は、撮影した画像内において、パンタグラフのすり板上面とすり板側面の境界線（すり板エッジ）の位置を粗く検出する。２回目の認識処理においては、１回目の認識処理により粗く検出したすり板上面とすり板側面の境界位置付近の輝度の特徴成分を高精度に求め、すり板上面とすり板側面の境界位置を検出する。本処理により画面全体を計測することがなく、求めたい境界位置のみを高精度かつ高速に計測することが可能となる。

この画像処理手順を図３のフローチャートで示す。

モザイク処理（ステップ１５１）では、複数台のカメラで撮影した画像を重ね合わせ、一枚の画像を作成する。画像の重ね位置は、それぞれの撮像された画像中の特徴的な形状部分を合わせることで行う。この時、撮影時に生じた画像の歪を補正してもよい。

粗位置決め処理（ステップ１５２）では、先ず、２値化処理を行い任意の閾値より高い輝度値のパンタグラフの一部分である対象物を検出し、その対象物の特徴量となる箇所を検出する。閾値は、予めパンタすり板厚さ計測用制御部３０のメモリに保存してもよく、また、撮影した画像の平均輝度・輝度の偏差情報より自動設定してもよい。

本発明では、予め、フラッシュ照明１０、２０の照度や照射角を調整することで、すり板上面とすり板側面との輝度差が大きくなるように設定してある。また、パンタグラフのすり板上面は明るく、側面はやや暗く、また、背景が暗くなるようにカメラのレンズの絞りが調整されている。これにより、任意の閾値をすり板上面とすり板側面の輝度値の中間に設定することで、すり板上面の２値化対象物のみ計測することが出来る。この対象物の底辺は、すり板上面とすり板側面の境界位置となり、検出するすり板のエッジ箇所を粗く示している。２値化処理では、画素単位による計測を行うため、その検出精度としては、数画素のばらつきが生じる。

また、２値化による対象物の検出では、ノイズの影響が大きい場合がある。そのため、いくつかの対象物が同時に検出された場合は、面積や長さ、幅方向のサイズチェックを行う。その結果、予定のサイズと異なる場合は、ノイズと判断しパンタグラフ以外のもであると判断する。また、明るさのばらつきが生じ、２値化画像に凹凸が生じた場合などは、凹を埋め、凸箇所を消去している。

また、パターンマッチングにより補助すり板箇所を検出し、すり板上面とすり板側面の境界位置を求めてもよい。

水平化処理（ステップ１５３）では、パンタグラフの左右補助すり板上面と補助すり板側面の境界位置を計測し、計測されたパンタグラフ左右の結果よりパンタグラフ傾きを算出し、視野に対しパンタグラフの補助すり板が水平となるように撮影した画像を回転する。撮影した画像の回転補間は、格子の画素に対し、計測対象物を水平・垂直にすることにより高精度に計測することが出来る。

エッジ検出処理（ステップ１５４）では、すり板上面とすり板側面の輝度差より最も急激に輝度値が変化している箇所を境界（すり板エッジ）位置として計測する。粗位置決め処理（１回目の認識処理）において、粗くすり板上面とすり板側面の境界位置を計測しており、本計測データに沿って、境界位置を計測するための計測領域を設定する。そして設定した計測領域内においてすり板上面とすり板側面の境界位置を高精度に検出していく。

また、前記計測領域がすり板上面と側面の境界位置からずれたときは、隣り合う画素の計測結果を流用し、計測結果位置に計測領域中心が位置するように自動調整する。これにより計測領域を小さく設定することが可能となり、計測領域の中心は、常にすり板上面とすり板側面の境界位置に位置し、すり板上面とすり板側面との境界位置以外の画像データを排除することが可能となる。これにより、誤って側面の傷や汚れをすり板上面とすり板側面の境界位置として誤検出することを防止できる。

上記のように、すり板上面とすり板側面の境界（すり板エッジ）位置を検出する。図４にはすり板上面とすり板側面をの境界部分が分かるように示したもので、黒塗りの方がすり板側面で、白塗りの方がすり板上面を示している。この境界付近には図４に示すように、荒損１０１と呼ばれる部分が発生する場合がある。この荒損１０１は、すり板側面のみが摩耗して、すり板上面がほとんど摩耗していないものである。この場合、荒損部分のエッジを測定しすり板の厚さにすると、本来求めたい、すり板の上面の幅方向に連続して摩耗している摩耗部分１００のすり板の厚さと異なってしまう。そこでエッジ検出処理を行う前に、横方向のフィルタを用い平滑化処理を行い、荒損部分の輝度の急激な変化を抑制し、荒損部分をエッジと検出しないようにした。即ち本来のエッジ部分に比べ荒損部分は輝度差が小さいため、輝度差が所定値以下の場合には荒損と判定する。

すり板に荒損部分があると架線が引っかかり、その部分ばかり摩耗し段付き摩耗等の異常摩耗につながる要因なので、早期に見つける必要がある。

そこで荒損検出処理（ステップ１５５）を行う。荒損を検出する方法としては、上記のエッジ検出処理で検出した場合、通常のエッジ部の上部と下部では輝度差があるが、荒損部分のエッジ部の上部と下部では輝度差が小さいということに着目した。荒損検出処理では、エッジ検出処理で平滑化処理をする前の画像を用い、エッジ検出処理で計測したすり板上面とすり板側面の境界位置の上部の輝度値と下部の輝度値を求め、輝度差が所定の値以下で、かつ、その状態が所定の回数続いた場合、荒損であると判断し、画面上にその位置を表示すると共に、情報処理装置５０に伝送されるデータに付加した。

次に、すり板摩耗量（ステップ１５６）の検出処理を行う。すり板摩耗量の算出では、検出したすり板上面とすり板側面の境界位置データ(画素データ)にカメラの歪や収差が考慮されたカメラ分解能を掛け、画素データをｍｍデータに変換する。

多くのパンタグラフにおいては、補助すり板がステンレス材料で形成されており、表面の削れの影響はない。そこで、補助すり板上面を基準高さとし、補助すり板箇所からの摩耗量をすり板摩耗量として検出する。また、すり板下面のエッジ位置を計測し、すり板下面を基準高さとしたときのすり板摩耗量を算出してもよい。

検出したすり板摩耗量は、パンタすり板厚さ計測用制御部３０で別に取り込んだ車両編成番号と一緒に光ケーブルで接続している情報処理装置５０に伝送され、情報処理装置５０に設けてある記憶部に格納される。さらに情報処理装置５０では、以前に測定、記録した同一車両編成番号のすり板の厚さ測定値や測定日時データを用いてすり板の摩耗状況の変化を求め、交換すべき摩耗量となる日時を予測して、その結果を報知できるようにしてある。さらに計測したすり板の摩耗量が、すり板を交換すべき摩耗量の値に近い値を第一の基準値（注意基準値）とし、交換すべき摩耗量を第二の基準値（警告基準値）として設定している。測定値がこれらの基準値を超えた場合に、それぞれの状態を報知するようにしている。すなわち、第一の基準値と第二の基準値の間の値の時は注意警報を、第二の基準値を超えた場合は警告警報を発するようにしてある。また、すり板が異常摩耗を起こしていたり、荒損を起こしている場合は、直ちに警報を発するようにしてある。

また、計測したデータに誤りがないことを確認する。例えば、同じ編成の同じパンタにおいて、先に測定し、記憶されているデータの、測定日時とそのときの摩耗量等のデータを基に、今回測定されたすり板摩耗量を推測し、短期間に摩耗量が大きくなった場合は、測定誤りの可能性が大きいため監視者に対しその旨の警告を発して、再認識を実行させる。逆に長期間すり板摩耗量が減らない場合においても、監視者に警告を発して、再認識を実行させることが出来る。

前述のように測定誤りと判断された場合に、監視者によりすり板上面と側面の境界位置及び基準となる位置を画像中から選択し、計測するような手動介入システムを設けることで、誤りを修正して高精度の測定が行えるようにしておいもよい。

また前述の説明では、パンタすり板計測装置３５では画像処理機能と、摩耗量を求める機能を備え、情報処理装置５０には、異常摩耗の検出や、監視者への報知、および、過去のデータの記録保管機能等を持たせることで、パンタすり板計測装置３５の負荷を低減して処理の迅速化を図っている。

本発明のように、荒損部分を荒損として検出することで、通常の架線に接触して生じる摩耗部分を正確に把握して、正確な摩耗量を検出することが可能になった。また、荒損部分の発生を監視者に報知することで、今後異常摩耗の発生を事前に予測することも可能となった。

パンタグラフ及び屋根上機器監視のためのカメラと照明の配置を示す図である。 本発明の屋根上機器検査システムのブロック線図である。 パンタすり板厚さを求めるフローを示した図である。 荒損と摩耗の概略を示した図である。

符号の説明

２…パンタグラフ撮影用カメラ、３…屋根上機器監視用カメラ、４…パンタグラフ、５…パンタ検知センサ、６、７…車両検知センサ、１０…フラッシュ照明、２０…すり板上面用フラッシュ照明。

Claims (4)

1. 電機車用パンタグラフのすり板をカメラにより撮像し、撮像した画像を画像処理してすり板の摩耗状態を求めるパンタすり板厚さ計測用制御部と、その結果を監視者に報知する報知手段を備えたパンタグラフのすり板検査装置において、
   前記パンタすり板厚さ計測用制御部に、すり板のエッジ上部とエッジ下部のそれぞれの輝度を計測し、その輝度差が所定値以下の場合に荒損と判定する機能を付加したことを特徴とするパンタグラフのすり板検査装置。
2. 電機車用パンタグラフのすり板をカメラにより撮像し、撮像した画像を画像処理してすり板の摩耗状態を求めるパンタすり板厚さ計測用制御部と、その結果を監視者に報知する報知手段を備えたパンタグラフのすり板検査装置において、
   前記パンタすり板厚さ計測用制御部にすり板の上面部と側面の摩耗量を検出し、前記すり板側面の摩耗が検出され、すり板上面の摩耗が検出されない場合は、その部分の摩耗量をすり板厚さと判定しな機能を備えたことを特徴とするパンタグラフのすり板検査装置。
3. 請求項１に記載のパンタグラフのすり板検査装置において、
   前記荒損の発生を検出した場合には、前記荒損の発生と前記摩耗量を区別して監視者に報知する構成としたことを特徴とするパンタグラフのすり板検査装置。
4. 請求項１又は２のいづれかに記載のパンタグラフのすり板検査装置において、前記パンタすり板厚さ計測用制御部には、予めすり板の摩耗量がすり板を交換する値に近い値を第１基準値、交換すべき値を第２の基準値として記憶しておき、測定値と前記第１及び第２基準値とを比較し、測定値が第１基準値と第２基準値間にある場合は注意警報を、第２基準値を超えた場合は交換警報を発する構成としたことを特徴とするパンタグラフのすり板検査装置。

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