JP2010136563A - パンタグラフ型集電装置の検査装置及びパンタグラフ型集電装置の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、安価にてすり板の正確な摩耗量や荒損位置を測定できるパンタグラフ型集電装置の検査装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、停止中の電車１のすり板４の表面に、ビームを連続的に照射してすり板４の表面形状データ３３を取得し、この取得された表面形状データ３３と予め取得しておいた設計データとを比較してすり板４の摩耗量を求めるようにしたのである。
このようにビームをすり板４の表面に連続的に照射して測定することで、正確な摩耗量や荒損位置を測定することが可能となり、しかも高価なビームセンサ１０を複数用いる必要がなくなるので、すり板４の正確な荒損や荒損位置を安価に測定できるパンタグラフ型集電装置の検査装置を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明はパンタグラフ型集電装置に係り、特に、パンタグラフに支持されたすり板を含む舟体の荒損の有無を測定するパンタグラフ型集電装置の検査装置に関する。

従来のパンタグラフ型集電装置の検査装置は、例えば特許文献１に開示のように、すり板の長手方向に対向して複数の一次元画像センサを配列し、これによってすり板の形状情報を取得して、すり板の荒損を検出していた。

特開平8−33105号公報

上記従来の技術によれば、大まかな荒損は検出できるものの、複数の一次元画像センサを隙間なく配列したとしても、隣接一次元画像センサ間に僅かに測定不可領域が存在してしまうので、正確な摩耗量や荒損位置を測定できない問題がある。

そこで、一次元画像センサに代わり、例えば、ラインレーザセンサやプロファイルレーザセンサ等の二次元画像センサを用いることも考えられる。しかしながら、現状では二次元画像センサは極めて高価格であり、このようなセンサを複数用いた場合、検査装置の性能が検査装置の製造費用に見合わず現実的ではないと云った新たな問題が生じていた。

本発明の目的は、安価にてすり板の正確な摩耗量や荒損位置を測定できるパンタグラフ型集電装置の検査装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、電車を規定位置に誘導する電車誘導手段と、規定位置に設置され電車のパンタグラフに支持されたすり板の表面を連続的に測定するビームセンサと、このビームセンサの前記すり板に対する位置を移動制御するセンサ駆動機構と、前記ビームセンサからの出力信号に基づいて前記すり板の表面形状データを作成する情報処理端末手段とを備え、この情報処理端末手段を、作成された前記表面形状データと予め格納された設計データとを比較して前記すり板の摩耗量を求めるように構成すると共に、前記センサ駆動機構へ前記ビームセンサの移動指示を行うように構成したのである。

以上説明したように、ビームセンサによりすり板の表面を連続的に測定することで、正確な摩耗量や荒損位置を測定することが可能となり、しかも高価な二次元画像センサを複数用いる必要がないので、すり板の正確な荒損や荒損位置を安価に測定できるパンタグラフ型集電装置の検査装置を得ることができる。

以下、本発明によるパンタグラフ型集電装置の検査装置の一実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。

電車１の屋根にはパンタグラフ２が支持されており、このパンタグラフ２の頂上部には、図２に示すように、舟体３が支持され、さらにこの舟体３の頂面にすり板４が固定されている。このすり板４を含む舟体３は、その長手方向を架線５と直交する方向に延在されている。

上記構成の電車１が矢印方向に誘導されて入線する機場内において、すり板4の摩耗を測定する位置の近傍には、電車1の幅方向両側に対向する位置に立設された検査用架台6Ａ，6Ｂと、これらか第6Ａ，6Ｂに跨って水平に支持されたＸ軸スライダ7と、このＸ軸スライダ７を案内として移動するＹ軸スライダ8と、このＹ軸スライダ8に位置制御機構９を介して垂下支持されたビームセンサ１０と、Ｘ軸スライダ７の一端側に取り付けられたセンサ収納箱１５と、機場内に入線した電車１に対し徐行を指示する徐行指示用トリガセンサ１６と、機場内に入線して徐行した電車１に対して停止指示をする停止指示用トリガセンサ１７とを有し、さらに、機場内に設置された検査事務室１８と、この検査事務室１８内に設置された情報処理端末手段１９とを備えている。

前記徐行指示用トリガセンサ１６と停止指示用トリガセンサ１７とは、夫々パンタグラフ２が近傍を通過すると信号を発信するように構成されている。そして発信された信号は、電車１の運転席、あるいは図示しない機場内に設けられた自動的な運転速度制御機構部へ伝達される。その信号が徐行指示用トリガセンサ１６からの信号であれば、入線中の電車1を規定の徐行速度となるように減速させ、停止指示用トリガセンサ１７からの信号であれば、電車１をその場に停車させる。

このように、徐行指示用トリガセンサ１６と停止指示用トリガセンサ１７は、電車１がすり板4の摩耗を測定する位置からオーバランして測定ができなくなる距離まで移動してしまうのを防止するものである。したがって、徐行指示用トリガセンサ１６と停止指示用トリガセンサ１７とが本発明による電車誘導手段となる。

前記センサ収納箱１５は、すり板4の検査を実施しない場合に、Ｙ軸スライダ8に位置制御機構９を介して支持されたビームセンサ１０をＸ軸スライダ７に沿って移動させて収納して保護するものである。尚、詳細な図示は省略しているが、位置制御機構９とビームセンサ１０とを密閉状態で収納するために、センサ収納箱１５の開口部には蓋が設けられている。

一方、前記位置制御機構９やＹ軸スライダ８は、必要に応じてＸ軸スライダ7に対して着脱可能に構成されており、例えばエレベータ機構を用いてセンサ収納箱１５に収納したまま作業者の手の届く高さまで下降させ、位置制御機構９やビームセンサ１０の保守点検や調整を行えるようにすることも可能である。

前記情報処理端末手段１９は、Ｙ軸スライダ8の駆動制御、位置制御機構９の駆動制御、ビームセンサ１０からの信号の処理（すり板4の表面形状データの記憶、記憶された表面形状データのモニタへの立体的な展開、表面形状データの管理や評価）を行う。

尚、Ｙ軸スライダ8の駆動制御及び位置制御機構９の駆動制御とは、Ｘ軸スライダ７、Ｙ軸スライダ８、位置制御機構９に設けたエンコーダやリニアスケール、距離センサ等（いずれも図示は省略）の位置読み取り機構に対する位置情報の呼び出しや書き込みを行って駆動指示することであり、また、それらが適正に実施されているかを判定する状態監視も行っている。ここで、Ｘ軸スライダ７、Ｙ軸スライダ8、位置制御機構９が本発明によるセンサ駆動機構となる。

また、表面形状データの管理とは、記憶された表面形状データや比較処理の結果に対し、該当するすり板４や舟体３の固有ＩＤ、すり板4や舟体３が搭載された電車1単体の固有ＩＤ、電車1の車両編成の固有ＩＤを付与し、過去の測定記録の参照を容易にすることである。

ところで、情報処理端末手段１９は、図示しない上位の情報処理端末手段ないし図示しない同位の他の情報処理端末手段とネットワークにて接続されている。情報処理端末手段１９を含む情報処理端末手段は、必要に応じて相互に駆動指示、取得した表面形状データ、すり板4や舟体３の設計データの呼び出しや書き込みが可能な構成となっている。

前記位置制御機構９は、Ｙ軸スライダ8に垂下された高さ調節機構１１と、この下に連結された正面傾斜角調節機構１２と、その下に連結された捻り角調節機構１３と、その下に連結された側面傾斜角調節機構１４とを備えており、側面傾斜角調節機構１４の下にビームセンサ１０が連結されている。

Ｘ軸スライダ７は、舟体3の長手方向の一端から他端までの距離以上を測定できる長さを有している。Ｙ軸スライダ8は、Ｘ軸スライダ７に沿って舟体3の長手方向に平行移動し、ビームセンサ１０を舟体3の長手方向に対し直行する方向に移動させる。

このように構成された位置制御機構９は、ビームセンサ１０の姿勢を制御し、高さ調節機構１１の後退位置は、Ｙ軸スライダ8を移動させてもビームセンサ１０がすり板4は勿論のこと架線５と干渉しない位置である。そして、位置制御機構９によってビームセンサ１０を三次元的に移動させ、すり板4を含む舟体3の上面全域を測定するようにしている。尚、高さ調節機構１１は、油圧シリンダ機構を用いて構成したものであるが、これに限らず、例えば多段スライド機構やパンタグラフ機構によって構成しても良い。

ところで、ビームセンサ１０は、図3に示すように、例えばレーザビームを連続的に照射するビーム投光部２０と、その反射光を受けるビーム受光部２１とを有する。尚、図３において、Ｒ１は照射ビームの光軸、Ｒ２は反射ビームの光軸、Ｒ３は照射ビーム拡散状態、Ｚａは測定不可範囲、Ｚｂは測定可能範囲、Ｙａは測定最小幅、Ｙｂは測定最大幅である。

このようなビームセンサ１０は、例えば、ラインレーザセンサやプロファイルレーザセンサ等からなり、図２に示すように、位置制御機構９の垂下端部に１つ設置される。そして、ビーム投光部２０から扇状に拡散するレーザビームを規定の周波数で発振する。ビーム受光部２１は測定対象物に投影された線状のレーザビームを規定の発振周波数情報（例えば２５６Ｈｚ）にしたがい１周期ごとに読取り、任意の分割数（例えば１０２４分割）で三次元座標点群に即時変換して出力する。情報処理端末手段１９は、出力された三次元座標点群を入力し記憶部に順次格納する。これら三次元座標点群が、すり板4を含む舟体3の上面の形状を構成した表面形状データとなる。

情報処理端末手段１９の記憶部には、目標分解能情報、云い代えれば測定精度（例えば単位面積当りの三次元座標点数）が設定されて格納されている。上述の任意の分割数は、ビームセンサ１０の測定最小幅Ｙａや測定最大幅Ｙｂにおいても同一である。したがって、目標分解能情報を高く設定した場合は、ビームセンサ１０とすり板4を含む舟体３との距離を接近させると共に、Ｙ軸スライダ8のＸ軸スライダ７上の移動速度及び位置制御機構９のＹ軸スライダ8上の移動速度を遅くして、ビームセンサ１０によるレーザビームの移動を遅くする。逆に、目標分解能情報を低く設定する場合には、ビームセンサ１０とすり板4を含む舟体３との距離を離反させると共に、Ｙ軸スライダ8のＸ軸スライダ７上の移動速度及び位置制御機構９のＹ軸スライダ8上の移動速度を速くして、ビームセンサ１０によるレーザビームの移動を速くする。このように目標分解能情報を調節することで、例えば仮に舟体3が湾曲変形している場合に、舟体3の部位によってはビームセンサ１０との距離の変化して三次元座標点群の分解能の相違が生じ、測定誤差を生じるのを防止することができる。

上述のような動作を実現するために、測定する前に、情報処理端末手段１９に格納された前回周期での三次元座標点群のＺ成分情報と、そのときの高さ調節機構１１の高さ情報を参照する。これらの情報及び目標分解能情報、レーザ発振周波数情報、任意の分割数情報、測定不可範囲Ｚａ、測定可能範囲Ｚｂ、測定最小幅Ｙａ、測定最大幅Ｙｂから高さ調節機構１１の高さ情報、Ｙ軸スライダ8のＸ軸スライダ７上の移動速度及び位置制御機構９のＹ軸スライダ8上の移動速度を決定あるいは更新する。これらの動作は測定中に継続して行う。

すり板4を含む舟体3の測定は、上述の決定あるいは更新した各種情報に基づき、ビームセンサ１０を移動させ、すり板4を含む舟体３にレーザビームを連続照射して行う。その際、すり板4を含む舟体３の表面は、常に、ビームセンサ１０の測定可能範囲Ｚｂ内に位置させる。このように、すり板4を含む舟体3の測定は、その場での最適な測定条件を求めながら行う。尚、目標解像度情報は、測定においてこの数値を下回ることがないような所謂目安であり、測定過程中に測定データに局部的に目標解像度情報を上回る部位が生じることがあるが、この部位は、後述するように、間引き処理される。

図4は、すり板4を含む舟体3の測定過程の上面模式図である。図4において、２２ａ〜２２ｅは表面形状データ、２３Ｌ，２３Ｒは幅分布端点、２４ａ，２４ｂはビーム照射イメージ、２５は輪郭変化点、２６Ａ〜２６Ｄは移動経路情報、２７は輪郭表面形状データ、２８は内表面形状データ、２９は舟体３の輪郭イメージ、３０は架線５の輪郭イメージ、Ｗは測定された舟体３の幅分布、Ｐは表面形状データ２２ａの中心点、Ｌｐは中心点Ｐを通る垂線、Ｙｃは測定可能なビーム照射イメージ２４ａ，２４ｂの長さ、ｔは離れ位置、Ｗｉは測定を必要とする幅、Ｌｉは測定を必要とする長さ、３１は情報処理端末手段１９の仮想的な記憶領域を示す。

次に、電車１を入線させてすり板4を含む舟体3を測定する手順を説明する。電車１の入線により停止指示用トリガセンサ１７が作動すると、電車１に停止指示を発信し、同時に、発信した旨を情報処理端末手段１９に通知する。通知を受け取った情報処理端末手段１９は、電車１が測定位置に完全に停止するまでの規定時間経過後に測定開始の指示を発信する。

まず、測定開始位置を特定するため、Ｙ軸スライダ８をＸ軸スライダ７に沿って移動させビームセンサ１０からの照射ビームの光軸Ｒ１の直下に架線５が存在しない任意の位置に停止させる。尚、測定開始位置は、可能なら舟体３の長手方向中心近傍で上面が湾曲していない面上が望ましい。次に、ビームセンサ１０を測定開始状態に保持し、ビームセンサ１０をＹ軸スライダ８の一端から他端まで移動させる。ここで、測定開始状態とは、ビームセンサ１０からの三次元座標点群情報を情報処理端末手段１９が受け取って処理することが可能な状態のことである。この動作で取得できる表面形状データは、図４（ａ）に示すような幅分布Ｗを有する線状の三次元座標点群２２ａとなる。ここで、情報処理端末手段１９は、表面形状データ２２ａから幅分布Ｗの一端を形成する三次元座標点群を幅分布端点２３Ｌとし，幅分布Ｗの他端を形成する三次元座標点群を幅分布端点２３Ｒと定義する。

そして、情報処理端末手段１９が三次元座標点群２２ａを取得できた場合、ビームセンサ１０を高さ調節機構１１によって目標解像度情報を満たす高さに調節する。この時のビーム照射イメージ２４ａは長さＹｃとなり、測定最小幅Ｙａと測定最大幅Ｙｂの範囲内となる。尚、上記動作の前に、ビームセンサ１０の測定可能範囲Ｚｂ内にすり板４を含む舟体３が存在するようにしておく。

次に、すり板４を含む舟体３の表面形状データの輪郭を取得する。この動作は、本実施の形態においては大別して二つの工程、詳細には四つの測定手順から構成される。

第１の工程の測定手順１について図４（ｂ）に基づいて説明する。この手順では測定開始位置から図中左下部の輪郭の表面形状データ２２ｂを取得する。まず、幅分布端点２３Ｌにビームセンサ１０からの照射ビームの光軸Ｒ１を一致させた後、ビームセンサ１０を図中下方に移動させながら連続して測定を行う。そして、反射ビームが受光されなくなってビームセンサ１０からの出力がなくなった、云い代えれば照射ビームの光軸Ｒ１の直下にすり板４を含む舟体３が存在しなくなった時点で測定手順１は終了となる。測定手順１で取得した三次元座標点群は表面形状データ２２ｂとして情報処理端末手段１９の記憶部に格納され、測定手順１のビームセンサ１０の移動経路も移動経路情報２６Ａとして格納される。ここで、移動経路とは、Ｘ軸スライダ７をＸ方向成分、Ｙ軸スライダ８をＹ方向成分、高さ調節機構１１をＺ方向成分として、例えば、１／１０秒毎あるいはビームセンサ１０の発信周波数毎のように、規定カウント毎にその位置情報を収集したビームセンサ１０の移動情報郡である。そして、位置情報の収集は、Ｘ軸スライダ７、Ｙ軸スライダ８、高さ調節機構１１が有する図示しない位置読取り機構から呼び出すようにしてもよく、また、各位置読取り機構から呼び出す時点での情報処理端末手段１９からの駆動指示値を用いてもよい。

測定中、図４（ｂ）において、ビームセンサ１０は照射ビームの光軸Ｒ１と舟体３の輪郭が一致するように制御される。輪郭変化の認識は、情報処理端末手段１９がビームセンサ１０から受け取った今回周期の三次元座標点群の分布と前回周期の三次元座標点群の分布との比較によって行われる。前回周期の三次元座標点群の分布と一致するように、情報処理端末手段１９はＹ軸スライダ８を駆使してビームセンサ１０を微調整する。

ビームセンサ１０の微調整について図４（ｅ），（ｆ）を用いて説明する。図４（ｅ）は、ビームセンサ１０の照射ビームの光軸Ｒ１が図４（ｂ）の輪郭変化点２５に到達した際に取得された理想的な三次元座標点群３２ｘを抜粋した模式図である。図４（ｆ）は、ビームセンサ１０の照射ビームの光軸Ｒ１が図４（ｂ）の輪郭変化点２５をオーバランして移動した際に取得された三次元座標点群３２ｙを抜粋した模式図である。ここで、情報処理端末手段１９において、図４（ｆ）の離れ位置ｔを検出し、Ｙ軸スライダ８の移動補正値を算出し、図４（ｅ）の状態に近づけるように微調整するのである。

また、前回周期での三次元座標点群と今回周期での三次元座標点群との比較において、離れ位置ｔが検出されずにそれらの密度が変化する場合がある。これっは、舟体３とビームセンサ１０との距離が変化したことに起因するものであり、その場合には前述のように、ビームセンサ１０の高さを調節すればよい。

次に、第２の工程の測定手順２を図４（ｃ）に基づいて説明する。ここでは、測定手順１での測定終了位置から図４（ｃ）の右下部の輪郭の表面形状データ２２ｃを取得する。三次元座標点群２２ａから一次直線を抽出し、この一次直線と垂直に交わり、中心点Ｐを通る線を垂線Ｌｐと定義する。そして、測定手順１で取得した移動経路情報２６Ａを呼び出し、垂線Ｌｐに対して線対称となる新たな移動経路情報２６Ｂを作成する。新たな移動経路情報２６Ｂにおける測定開始位置は、測定手順１の移動経路情報２６Ａの測定終了位置となる。測定手順２による測定は、新たな移動経路情報２６Ｂをビームセンサ１０の照射ビームの光軸Ｒ１がトレースすることで行われる。このために、測定するすり板４を含む舟体３は左右対称物であることが前提となっており、実際のすり板４を含む舟体３は左右対称に形成されている。ビームセンサ１０の照射ビームの光軸Ｒ１が新たな移動経路情報２６Ｂの測定終了位置、または幅分布端点２３Ｒに到達した時点で測定手順２は終了となる。当然ながら、測定手順２で取得した三次元座標点群は表面形状データ２２ｃとして情報処理端末手段１９の記憶部に格納される。

さらに、図４（ｃ）を用いて第１の工程に該当する測定手順３について説明する。ここでは、測定手順２の測定終了位置から図４（ｃ）の右上部の輪郭の表面形状データ２２ｄを取得する。Ｘ軸スライダ７とＹ軸スライダ８の移動方向が測定手順１と逆となる点を除いて基本的には測定手順１と同様な測定を行う。そして、反射ビームが受光されなくなってビームセンサ１０からの出力がなくなった、云い代えれば照射ビームの光軸Ｒ１の直下にすり板４を含む舟体３が存在しなくなった時点で測定手順３は終了となる。測定手順３で取得した三次元座標点群は表面形状データ２２ｄとして情報処理端末手段１９の記憶部に格納され、測定手順１のビームセンサ１０の移動経路も移動経路情報２６Ｃとして格納される。

その後に行われる第２の工程に該当する測定手順４について、同じ図４（ｃ）を用いて説明する。

ここでは、測定手順３の測定終了位置から図４（ｃ）の左上部の輪郭の表面形状データ２２ｅを取得する。Ｘ軸スライダ７とＹ軸スライダ８の移動方向が測定手順２と逆となる点を除いて基本的には測定手順２と同様な測定を行う。測定手順２で求めた垂線Ｌｐと、測定手順３における移動経路情報２６Ｃを呼び出し、この垂線Ｌｐに対して線対称となる新たな移動経路情報２６Ｄを作成する。ビームセンサ１０の照射ビームの光軸Ｒ１が、この新たな移動経路情報２６Ｄの測定終了位置あるいは幅分布端点２３Ｌに達した時点で測定手順４は終了となる。そして、測定手順４で取得した三次元座標点群は表面形状データ２２ｅとして情報処理端末手段１９の記憶部に格納される。

以上の測定手順１〜４をもってすり板４を含む舟体３の輪郭の表面形状データ２２ｂ〜２２ｅの取得は終了し、これら表面形状データ２２ｂ〜２２ｅを情報処理端末手段１９の記憶部から呼び出して座標を合わせて連続した表面形状データ、云い代えれば輪郭表面形状データ２７とする。

このように、すり板４を含む舟体３の輪郭の測定は、ビームセンサ１０の照射ビームを連続照射して行って移動経路を記録しつつ測定する第１の工程と、記録した移動経路を参照しつつ測定する第２の工程からなる。第１の工程において、ビームセンサ１０の移動速度は、すり板４を含む舟体３の上面の状態を絶えず監視しビームセンサ１０の高さ距離を適正に保つ所謂倣い動作が含まれるために、比較的低速度に抑えらている。そこで、第１の工程での測定時に取得した移動経路情報を参照することにより、第２の工程では移動情報が明確になり、高速度でビームセンサ１０を移動させることが可能となり、測定を速やかに行うことが可能となる。

つづいて、すり板４を含む舟体３の内側の表面形状データ２８の取得を行う。既に取得した輪郭の表面形状データ２７に基づいて、情報処理端末手段１９によって、三次元座標点群が分布していない領域を探索し、改めて測定を必要とする幅Ｗｉと長さＬｉを求め、この幅Ｗｉと長さＬｉに対して必要とするビーム照射走査回数を求める。ここで、測定を必要とする長さＬｉをＸ軸スライダ７の走査移動範囲とし、測定は、輪郭の表面形状データ２７を測定したときと同じように、Ｘ軸スライダ７とＹ軸スライダ８の移動速度及び高さ調節機構１１の高さ情報を決定して更新しつつ行う。これによって取得された三次元座標点群を内表面形状データ２８とする。

図５は、上記手順で取得された三次元座標点群の模式図である。図５において、３３は輪郭の表面形状データ２７と内側の表面形状データ２８とを合成した完全な表面形状データであり、３４は情報処理端末手段１９における仮想的な記憶領域を示す。

ここで完全な表面形状データ３３は、輪郭の表面形状データ２７と内側の表面形状データ２８とを取得する際に重複してビームセンサ１０を走査させた部位が存在し、この部位は三次元座標点群が密集する。そこで、必要に応じて、情報処理端末手段１９では、完全な表面形状データ３３に対して次のような処理を行う。まず、重複して密集した三次元座標点群の間引き処理である。具体的には、前述した目標解像度情報を呼び出し、完全な表面形状データ３３の全域を走査し、目標解像度以上となる部位に対して不必要な三次元座標点群を削除してノイズ除去処理を行う。一定量離散した三次元座標点群に対しては、測定ノイズとみなし、完全な表面形状データ３３から削除する。さらに、ここで、架線５に該当する三次元座標点群に対しても削除する。

次に、図６に基づいて位置合わせ補正について説明する。図６において、３５は完全な表面形状データ３３のＸＹ成分、θｘｙはＸＹ成分３５の傾き角度、Ｌ１はＸＹ成分３５（舟体３の長手方向）の近似中心線、３６は完全な表面形状データ３３のＹＺ成分、θｙｚはＹＺ成分３６の傾き角度、Ｌ２はＹＺ成分３６（電車１の進行方向）の近似中心線、３７は完全な表面形状データ３３のＸＺ成分、θｘｚはＸＺ成分３７の傾き角度、Ｌ３はＸＺ成分３７（舟体３の厚み方向）の近似中心線、３８は補正原点を示す。

完全な表面形状データ３３は、情報処理端末手段１９によって固有ＩＤを付与され、同種の表面形状データと共に記憶部に格納されている。ところで、記憶部から呼び出されて記憶領域３４に立体的に構築された完全な表面形状データ３３は、設計データと同じ姿勢であるとは限らない。したがって、完全な表面形状データ３３を設計データと異なる姿勢で位置合わせを行えば、大きな差異が生じて正確な測定が困難となるので、事前に、完全な表面形状データ３３の角度を補正して、二つのデータが同じ姿勢にする必要がある。

そこで、既に取得され記憶部に格納された設計データは、傾き角度θｘｙ，θｙｚ，θｘｚが共に０度に補正されていると仮定して完全な表面形状データ３３の傾き角度θｘｙ，θｙｚ，θｘｚの補正について説明する。

まず、ＸＹ成分３５の傾き角度θｘｙの補正は、図６（ａ）に示すように、完全な表面形状データ３３のＸＹ成分３５から有限長の一次直線式（２通り存在）を算出する。ＸＹ成分３５の広がりが大きい、即ち、舟体３の長手方向の直線をＸＹ成分３５の近似中心線Ｌ１とする。そして近似中心線Ｌ１と、図５の記憶領域３４に予め設定しておいたＸ方向法線とから、ＸＹ成分３５の傾き角度θｘｙを算出し、完全な表面形状データ３３を全ての三次元座標点群に対して補正原点３８を回転中心として回転させて傾き角度θｘｙを０度となるように補正する。

ＹＺ成分３６の傾き角度θｙｚの補正については、図６（ｂ）に示すように、上述の有限長の一次直線式の算出方を再度実行し、ＹＺ成分３６の広がりが小さい方の直線を＋Ｚ方向〜−Ｚ方向に延伸させて平面化し、この平面に完全な表面形状データ３３のＹＺ成分３６を投影する。ＹＺ成分３６から有限長の一次直線式を算出し、ＹＺ成分３６の広がりが大きい、即ち、電車１の進行方向の直線をＹＺ成分３６の近似中心線Ｌ２とする。そして近似中心線Ｌ２と、図５の記憶領域３４に予め設定しておいたＹ方向法線とから、ＹＺ成分３６の傾き角度θｙｚを算出し、完全な表面形状データ３３を全ての三次元座標点群に対して補正原点３８を回転中心として回転させて傾き角度θｙｚを０度となるように補正する。尚、記憶領域３４のＸ，Ｙ，Ｚ方向の応戦は、記憶部に格納してあるどの表面形状データを呼び出しても、同じ条件で適用される。また、補正原点３８は、近似中心線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が交差する位置に設定する。

次に、ＸＺ成分３７の傾き角度θｘｚの補正は、図６（ｃ）に示すように、ＸＹ成分３５の近似中心線Ｌ１を＋Ｚ方向〜−Ｚ方向に延伸させて平面化し、この平面に完全な表面形状データ３３のＸＺ成分３７を投影する。ＸＺ成分３７から有限長の一次直線式を算出し、ＸＺ成分３７の広がりが大きい、即ち舟体３の長手方向の直線をＸＺ成分３７の近似中心線Ｌ３とする。そして近似中心線Ｌ３と、図５の記憶領域３４に予め設定しておいたＸ方向法線とから、ＸＺ成分３７の傾き角度θｘｚを算出し、完全な表面形状データ３３を全ての三次元座標点群に対して補正原点３８を回転中心として回転させて傾き角度θｘｚを０度となるように補正する。

上述のようにして傾き角度θｘｙ，θｙｚ，θｘｚの角度補正値を算出した後、完全な表面形状データ３３に対応させ、対応前の表面形状データ３３と置換して情報処理端末手段１９の記憶部に格納する。尚、対応前の表面形状データ３３と置換せずに、算出した傾き角度θｘｙ，θｙｚ，θｘｚの角度補正値を情報処理端末手段１９の記憶部に格納しておき、後述する評価時に対応前の表面形状データ３３と置換するようにしてもよい。

次に、立体的な位置合わせのための微調整について説明する。角度補正によって設計データと完全な表面形状データ３３とはほぼ同じ姿勢になった後、両データのＸ，Ｙ，Ｚ方向を一致させる。設計データを模範（固定）として角度補正した完全な表面形状データ３３を三次元移動させ、両データの分布の誤差和が最小となる組合せをＸ，Ｙ，Ｚ方向夫々の補正値として取得し立体的な位置合わせの微調整を終了する。ここで、微調整終了時に、完全な表面形状データ３３を実際に三次元移動させた情報も入れ替えの際に適用すると良い。

次に、本実施の形態によるパンタグラフ型集電装置の検査装置によるすり板４を含む舟体３の測定手順を、図７に示すフローにしたがって説明する。

測定開始時に、電車１を機場内の検査位置に規定速度で運転させ、徐行指示用トリガセンサ１６及び停止指示用トリガセンサ１７からの信号に基づいて電車１を徐行させた後停止させる。これにより、すり板４を含む舟体３は、測定可能な位置に移動する（ステップ１）。続いて、ビームセンサ１０の動作チェックを行う（ステップ２）。尚、このビームセンサ１０の動作チェックは、ステップ１の前やステップ１と平行に行うようにしてもよい。

その後、すり板４を含む舟体３の輪郭表面形状データ２７を取得する（ステップ３）と共に、内表面形状データ２８を取得し（ステップ４）、これらから最終的に完全な表面形状データ３３を取得する（ステップ５）。

一般的に、架線５と接触するすり板４あるいは舟体３の摩耗の傾向において、特に舟体３の幅方向、即ち、電車１の進行方向に置ける摩耗はほぼ均一となっている。そして、電車１は、営業運転時に上り運転と下り運転を頻繁に繰り返すことから、すり板４あるいは舟体３の摩耗は幅方向端部に集中する傾向にある。したがって、すり板４あるいは舟体３の幅方向端部を含む輪郭表面形状データ２７を取得すれば、内表面形状データ２８の摩耗量を推定可能である。そのような場合には、ステップ４を省略することも可能である。

次に、ステップ５で取得された完全な表面形状データ３３と、情報処理端末手段１９の記憶部に予め格納されていた当該すり板４あるいは舟体３の設計データとに基づいて、すり板４あるいは舟体３の摩耗状態の評価を行う（ステップ６）。

すり板４あるいは舟体３の摩耗状態の評価は、完全な表面形状データ３３と設計データとの立体的な位置合わせを行い、その差分情報から得られるすり板４あるいは舟体３の摩耗量の度合いと荒損の有無である。これらの評価結果は、評価終了後に完全な表面形状データ３３に関連付けられる。尚、設計データは、すり板４あるいは舟体３の三次元ＣＡＤデータを用い、望ましくは、電車１のパンタグラフ２にすり板４を含む舟体３を最初に搭載した際に、本検査装置で測定して作成した完全な表面形状データである。

荒損の有無の評価は、基本的に、上述の差分情報に特異的な特徴を完全な表面形状データ３３から探索することであり、例えば、次の要領で行う。即ち、検査対象となるすり板４を含む舟体３における前回測定時に摩耗量と今回測定時の摩耗量、そして、その間の電車１の営業運転時間から、運転時間当りの摩耗量を算出する。ここで、今回測定時の完全な表面形状データ３３から、電車１の営業運転時間に見合った摩耗量を超過する差分情報の有無を探索し、超過する差分情報が探索された場合、情報処理端末手段１９ではその部位を荒損と判断して作業者に実物の確認を行わせ、修繕や交換を促す。また、別の要領としては、完全な表面形状データ３３から、情報処理端末手段１９に予め登録しておいた例えば、実際の荒損の表面形状データや荒損の輪郭を人工的に再現した三次元座標点群等の荒損パターンと類似する部位を探索し、その部位を荒損と判断してもよい。また、荒損の有無の最終的な判断は、必要に応じて作業者が行うようにしてもよい。具体的には、図１において、Ｙ軸スライダ８の長手方向端部にすり板４を含む舟体３の長手方向に向いた撮影手段を設け、情報処理端末手段１９で荒損と判断した完全な表面形状データ３３の特定箇所（三次元座標点群）の代表点の三次元座標から、その代表点を取得した際のＸ軸スライダ７の位置情報を割り出し、荒損の有無の評価後に、Ｘ軸スライダ７をその位置に移動させ、撮影手段による撮影結果を作業者が確認し、作業者の判断を荒損の有無の最終的な評価とするのである。

続いて、搭載位置の異なる未測定のすり板４を含む舟体３の有無を確認し（ステップ７）、未測定のすり板４を含む舟体３が存在すれば、ステップ１に戻って電車１を所定距離移動させ、未測定のすり板４を含む舟体３についてステップ２〜６を実施し、全てのすり板４を含む舟体３を測定した時点で測定を終了させる。

ところで、すり板４を含む舟体３の荒損の評価は、検査装置での全てのすり板４を含む舟体３の測定が終了した時点で、まとめて行ってもよく、また、夫々のすり板４を含む舟体３の測定が終了した時点でその都度行うようにしてもよい。

ところで、上記すり板４を含む舟体３の測定手順のうち、ステップ３〜５が本発明による表面形状データを作成する工程に該当し、ステップ６が本発明による表面形状データと予め取得しておいた設計データとを比較してすり板を含む舟体の摩耗量を求める工程に該当する。

以上説明したように本実施の形態によれば、停止中の電車のパンタグラフに支持されたすり板の表面に、ビームを連続的に照射して前記すり板の表面形状データを作成し、これを予め取得しておいた設計データとを比較して前記すり板の摩耗量を求めるようにしたので、ビームセンサを複数設ける必要なく、その結果、すり板の磨耗量や荒損位置を安価にて正確に測定できるパンタグラフ型集電装置の検査装置を得ることができる。

本発明によるパンタグラフ型集電装置の検査装置の周辺を示す斜視図。 舟体に対するセンサ駆動機構を示す斜視図。 ビームセンサを示す斜視図。 すり板を含む舟体の測定手順を示す上面模式図。 測定終了時のすり板を含む舟体の表面形状データの模式図。 測定終了時のすり板を含む舟体の表面形状データの位置合わせ角度補正の概念図。 すり板を含む舟体の測定手順を示すフロー図。

符号の説明

１…電車、２…パンタグラフ、３…舟体、４…すり板、５…架線、６Ａ，６Ｂ…検査用架台、７…Ｘ軸スライダ、８…Ｙ軸スライダ、９…位置制御機構、１０…ビームセンサ、１１…高さ調節機構、１２…正面傾斜角調節機構、１３…捻り角調節機構、１４…側面傾斜角調節機構、１５…センサ収納箱、１６…徐行指示用トリガセンサ、１７…停止指示用トリガセンサ、１８…検査事務室、１９…情報処理端末手段、２０…ビーム投光部、２１…ビーム受光部、２２ａ〜２２ｅ…表面形状データ、２３Ｌ，２３Ｒ…幅分布端点、２４ａ，２４ｂ…ビーム照射イメージ、２５…輪郭変化点、２６Ａ〜２６Ｄ…移動経路情報、２７…輪郭表面形状データ、２８…内表面形状データ、２９，３０…輪郭イメージ、３１…記憶領域、３２ｘ，３２ｙ…三次元座標点群、３３…表面形状データ、３４…記憶領域、３５…ＸＹ成分、３６…ＹＺ成分、３７…ＸＺ成分、３８…補正原点。

Claims (5)

1. 電車を規定位置に誘導する電車誘導手段と、規定位置に設置され電車のパンタグラフに支持されたすり板の表面を連続的に測定するビームセンサと、このビームセンサの前記すり板に対する位置を移動制御するセンサ駆動機構と、前記ビームセンサからの出力信号に基づいて前記すり板の表面形状データを作成する情報処理端末手段とを備え、この情報処理端末手段は、作成された前記表面形状データと予め格納された設計データとを比較して前記すり板の摩耗量を求めるように構成されていると共に、前記センサ駆動機構へ前記ビームセンサの移動指示を行うように構成されていることを特徴とするパンタグラフ型集電装置の検査装置。
2. 前記ビームセンサは、前記すり板を含む舟体の表面を測定し、前記情報処理端末手段は、前記ビームセンサからの出力に基づいて前記すり板を含む舟体の表面形状データを作成して予め格納された設計データと比較することを特徴とする請求項１記載のパンタグラフ型集電装置の検査装置。
3. 前記情報処理端末手段は、前記ビームセンサで前記すり板を含む舟体の輪郭の一部を移動経路情報を取得しつつ測定すると共に、取得した移動経路情報に基づいて前記すり板の輪郭の残る部分を測定するように前記センサ駆動機構に駆動指示を行うように構成されていることを特徴とする請求項２記載のパンタグラフ型集電装置の検査装置。
4. 前記情報処理端末手段は、前記ビームセンサで前記すり板を含む舟体の輪郭を移動経路情報を取得しつつ測定すると共に、取得した移動経路情報に基づいて前記輪郭の内側を測定するように前記センサ駆動機構に駆動指示を行うように構成されていることを特徴とする請求項２記載のパンタグラフ型集電装置の検査装置。
5. 停止中の電車のパンタグラフに支持されたすり板を含む舟体の表面に、ビームを連続的に照射して前記すり板を含む舟体の表面形状データを作成する工程と、作成された前記表面形状データと予め取得しておいた設計データとを比較して前記すり板を含む舟体の摩耗量を求める工程とを有するパンタグラフ型集電装置の検査方法。

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