JP2014198525A - トロリ線局部摩耗位置測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トロリ線の摩耗残存直径値の検出精度を向上する。
【解決手段】トロリ線２０に向けて光を投光し、その反射光を受光することによってトロリ線の摺動面２０ａの幅を算出し、算出されたトロリ線の摺動面の幅に基づいてトロリ線の局部摩耗位置を測定する。このとき、支持点の位置の前後所定範囲内におけるトロリ線の摺動面の幅の情報の中から最細点となるトロリ線の摺動面の幅を抽出し、抽出されたトロリ線の摺動面の幅を支持点の位置における最細残存直径値とする。支持点の位置前後で同じ幅の最細残存直径値が複数抽出された場合には、支持点の位置に近い方を最細残存直径値とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両の電源供給源であるトロリ線の摩耗量及びその局部摩耗位置を測定するトロリ線局部摩耗位置測定方法及び装置に係り、特にトロリ線の摩耗量を測定するシステムのデータ解析に改良を加えたトロリ線局部摩耗位置測定方法及び装置に関する。

電気鉄道では、トロリ線（架線）とパンタグラフが直接接触する事で、車両に電力を供給し、運転を行っている。しかし、トロリ線がパンタグラフと接触して摺れることで機械的・電気的な摩耗が発生する。摩耗が進行する事によりトロリ線が細くなり断線の危険が出てくる。このため、安全で、安定した運行を図るため定期的に架線検測装置による架線の検査を行っている。架線検測装置では、主な測定項目としてトロリ線の摩耗，偏位，高さなどの項目を測定しており、摩耗測定項目では、残存直径を算出し、その値が規定の管理値より小さくなったかをひとつの目安として監視している。

トロリ線の摩耗を測定する装置として、回転多面体鏡（ポリゴンミラー）を水平面で回転させて、回転多面体鏡から反射されたレーザ光をトロリ線に照射して、トロリ線をその偏位範囲に亙って走査するようにしたものがある。それは、レーザ光の走査に応じて得られるトロリ線摺動面からの反射光を穴あきミラーを介して受光素子で受光することでトロリ線摺動面についての検出信号を得て、走査に対して得られる検出信号の発生幅をデータ処理装置で算出することによって、トロリ線摩耗量を測定している。このようなトロリ線摩耗量測定装置を搭載した検測車が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のトロリ線摩耗量測定装置は、トロリ線へレーザ光を照射する光源として固体レーザ（ダイオードＹＡＧレーザ等）を用い、太陽光の下でもトロリ線からの反射光を受光できるようにしている。

特開２００１−５９７１０号公報

トロリ線とパンタグラフが摺ることによって発生する摩耗は、トロリ線を吊る支持点付近で比較的大きくなる傾向がある。そのために保守管理用の帳票を作成する際は、支持点における残存直径を採用して以降の異常判定などを行っている。しかし、局部摩耗による最細位置と支持点直下が不一致となり、支持点直下が最細データとならない場合があり、演算結果にもその影響が出ることがあった。

本発明は、上述の点に鑑みなされたものであって、トロリ線の摩耗残存直径値の検出精度を向上することができるトロリ線局部摩耗位置測定方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明に係るトロリ線局部摩耗位置測定方法の第１の特徴は、トロリ線に向けて光を投光し、その反射光を受光することによって前記トロリ線の摺動面の幅を算出し、算出された前記トロリ線の摺動面の幅に基づいて前記トロリ線の局部摩耗位置を測定するトロリ線局部摩耗位置測定方法において、支持点の位置の前後所定範囲内における前記トロリ線の摺動面の幅の情報の中から最細点となる前記トロリ線の摺動面の幅を抽出し、抽出された前記トロリ線の摺動面の幅を前記支持点の位置における最細残存直径値とすることにある。これは、支持点の位置の前後所定範囲内におけるトロリ線の摺動面の幅の情報の中から最細点となるトロリ線の摺動面の幅を抽出し、それを支持点の位置における最細残存直径値とするものである。これによって、トロリ線の摩耗残存直径値の検出精度を向上することができる。

本発明に係るトロリ線局部摩耗位置測定方法の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のトロリ線局部摩耗位置測定方法において、前記最細残存直径値が複数抽出された場合には、前記支持点の位置に最も近い方を前記最細残存直径値とすることにある。これは、支持点の位置前後でそれぞれ同じ幅の情報が抽出された場合、支持点の位置に近い方を最細残存直径値とするようにしたものである。

本発明に係るトロリ線局部摩耗位置測定装置の第１の特徴は、トロリ線に向けて光を投光する投光手段と、前記投光手段が前記トロリ線に向けて投光した光の反射光を受光し、その受光に対応した信号を出力する受光手段と、前記受光手段からの信号に基づいて前記トロリ線の摺動面の幅を算出し、算出された前記トロリ線の摺動面の幅に基づいて前記トロリ線の局部摩耗位置を測定する制御手段であって、支持点の位置の前後所定範囲内における前記トロリ線の摺動面の幅の情報の中から最細点となる前記トロリ線の摺動面の幅を抽出し、抽出された前記トロリ線の摺動面の幅を前記支持点の位置における最細残存直径値とする制御手段とを備えたことにある。これは、前記トロリ線局部摩耗位置測定方法の第１の特徴に対応したトロリ線局部摩耗位置測定装置の発明である。

本発明に係るトロリ線局部摩耗位置測定装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のトロリ線局部摩耗位置測定装置において、前記最細残存直径値が複数抽出された場合には、前記支持点の位置に最も近い方を前記最細残存直径値とすることにある。これは、前記トロリ線局部摩耗位置測定方法の第２の特徴に対応したトロリ線局部摩耗位置測定装置の発明である。

本発明によれば、トロリ線の摩耗残存直径値の検出精度を向上することができるという効果がある。

この発明に係るトロリ線局部摩耗位置測定方法及び装置を備えたトロリ線摩耗量測定装置の原理を示す図であり、測定光学系の概略を示している。 図１に示す測定光学系を用いたトロリ線摩耗測定装置を搭載する架線検測車を側面から見た図である。 測定装置が実行するトロリ線の局部摩耗位置を測定するトロリ線局部摩耗位置測定処理の一例を示す図である。 図３のトロリ線局部摩耗位置測定処理の概念を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態に係るトロリ線局部摩耗位置測定方法及び装置を説明する。図１は、この発明に係るトロリ線局部摩耗位置測定方法及び装置を備えたトロリ線摩耗量測定装置の原理を示す図であり、測定光学系の概略を示している。トロリ線摩耗測定装置の測定光学系は、投光ユニット２、結像レンズ３、受光ユニット４、パルス駆動回路５、及び受光信号処理部６を含んで構成される。投光ユニット２は、赤外光の範囲にある特定の波長の単色光を集束レンズ３ａを介してトロリ線２０に照射するものである。受光ユニット４は、トロリ線２０からの反射光を、結像レンズ３を通して受光する。図１において、右上斜めに向かう矢印線Ｌ１は、投光ユニット２の投光光を模式的に示すものである。投光ユニット２から出射される単色光の波長は、例えば、λ＝８５０［ｎｍ］である。また、右下斜めに向かう矢印線Ｌ２は、トロリ線２０の摺動面２０ａからの反射光を模式的に示すものである。以下、投光光Ｌ１、反射光Ｌ２と表現する。

受光ユニット４は、ＣＣＤラインセンサで構成される受光器であり、ＣＣＤの光感度特性の全光波長領域で反射光Ｌ２を受光する。その全光波長領域は、通常、３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲でゆるやかな山型のピーク特性を持ち、可視光領域をカバーし、赤外光領域に達する。パルス駆動回路５は、投光ユニット２をパルス駆動して投光ユニット２の投光光Ｌ１を所定の周期でＯＮ／ＯＦＦしてパルス状の光として発生させる。そして、所定の周期に対応するパルス駆動用の同期信号ＳＹＮを受光信号処理部６に送出する。なお、ここでは投光ユニット２をパルス駆動することによってパルス状の光を発生させているが、投光ユニット２の直前にシャッタ機構を設けて、これを開閉制御することによって投光光Ｌ１をパルス状の光を発生するようにしてもよい。受光信号処理部６は、Ａ／Ｄ変換回路１６、波形データメモリ１７、及び演算装置１８から構成される。演算装置１８により算出されたトロリ線摺動面の検出信号は、デジタル値として測定装置１９に送出される。

図２は、図１に示す測定光学系を用いたトロリ線摩耗測定装置を搭載する架線検測車を側面から見た図である。図２において、トロリ線摩耗測定装置１０は、架線検測車２２の車両屋根の上面２３に設置されている。トロリ線摩耗測定装置１０は、図１示すような測定光学系、トロリ線高さ検出機構７、及び測定光学系制御部８から構成される。測定光学系は、投光ユニット２、結像レンズ３、受光ユニットとして機能するラインセンサカメラ９、パルス駆動回路の機能を備えた測定光学系制御部８、及び受光信号処理部とから構成される。

投光ユニット２は、図１に示すように、レール２１の横断方向（紙面の奥行き方向）に複数ｎ個配列された単色光光源（発光ダイオード群）２ａ，２ｂ，・・・，２ｎから構成される。この単色光光源２ａ，２ｂ，・・・，２ｎは、赤外領域の単色光をスリット状の投光光として断続的に生成する。投光ユニット２の投光光Ｌ１は、昼間の太陽光の赤外領域の光強度より強い反射光をトロリ線２０の摺動面２０ａに発生させるものである。通常、昼間の太陽光の赤外領域の光強度は大きくないので、トロリ線２０と投光ユニット２の距離を２ｍ程度とすれば、単色光ＬＥＤを用いることでそれが可能になる。

この受光ユニットは、ＣＣＤラインセンサを内蔵して構成されるラインセンサカメラ９から構成される。結像レンズ３は、ラインセンサカメラ９の手前に設けられている。この受光ユニットとなるラインセンサカメラ９を構成するＣＣＤラインセンサの各受光器の配列ラインは、投光ユニット２と同様に、レール２１の横断方向（紙面の奥行き方向）に沿っている。図２のトロリ線摩耗測定装置では、トロリ線２０の摺動面２０ａからの反射光をラインセンサカメラ９まで導入するための受光光学系を備えている。

この受光光学系は、回転ミラー１２と、入射方向に反射光を戻す折り返し反射ミラー１３ａ，１３ｂと、折り返し反射ミラー１３ａ，１３ｂを前後（紙面の左右方向）に移動させるミラー移動機構１４とから構成される。この受光光学系は、トロリ線２０の高さに応じて変化する摺動面２０ａからの反射光Ｌ２の変化をラインセンサカメラ９に導くように、反射光Ｌ２の反射角度に応じて制御されるようになっている。なお、投光ユニット２も回転テーブル１５上に搭載されており、その投光光Ｌ１がトロリ線２０の高さに応じて変化する摺動面２０ａの高さに追従するようにその入射角度が制御されるようになっている。

図２において、トロリ線高さ検出機構７は、トロリ線２０に接触するローラ式接触子７ａと、２本のアームのリンク結合によって構成された曲折支持可能な回動アーム７ｂと、この回動アーム７ｂの根本側のリンクの垂直方向における回動角をポテンションメータによって検出する角度検出器７ｃとから構成される。なお、この種のポテンションメータを用いて回動アーム７ｂの角度に基づいてトロリ線２０の高さを検出するように構成された高さ検出器としては、例えば、特開平７−１２０２２８号等に記載されるようなものがあるので、ここではその詳細な説明は省略する。

図２において、投光ユニット２からトロリ線２０への投光光Ｌ１は、トロリ線測定装置１０の屋根フレーム１０ａに設けられたガラス窓１０ｂを介してトロリ線２０の摺動面２０ａに照射される。トロリ線２０からの反射光Ｌ２は、ガラス窓１０ｂを介して回転ミラー１２、折り返し反射ミラー１３ａ，１３ｂを経て、ラインセンサカメラ９の視野内に取り込まれ、トロリ線２０の摺動面２０ａを含む画像（一次元波形データ）として受像されることになる。

図２において、測定光学系制御部８は、トロリ線高さ検出機構７の角度検出器７ｃから出力されるトロリ線高さ信号を受けて、投光ユニット２の回転テーブル１５と、回転ミラー１２と、ミラー移動機構１４を制御して、トロリ線２０の高さが変化してもラインセンサカメラ９の視野内にトロリ線２０の画像（一次元波形データ）が採取されるように、トロリ線２０の高さに応じた追従制御を行なっている。

測定光学系制御部８には、トロリ線２０の高さに対する追従制御のための制御データ用テーブル８ａが設けられている。この制御データ用テーブル８ａは、角度検出器７ｃの検出値に対応して回転テーブル１５の角度値、回転ミラー１２の角度値、そしてミラー移動機構１４の移動量がそれぞれ制御値として格納されている。これらの各制御値は、あらかじめ、トロリ線２０の高さに応じて回転テーブル１５と回転ミラー１２の各角度値とミラー移動機構１４の移動量とが分析されて得られたものである。

回転テーブル１５、回転ミラー１２、及びミラー移動機構１４は、現在の角度及び移動位置を検出するエンコーダ（図示せず）をそれぞれ内蔵しており、それぞれがステッピングモータ（図示せず）により駆動制御されるようになっている。各エンコーダの信号は、それぞれ測定光学系制御部８に入力される。測定光学系制御部８は、制御データ用テーブル８ａを参照して回転テーブル１５、回転ミラー１２、及びミラー移動機構１４をそれぞれ制御して、トロリ線２０の高さの変化に関係なく、ラインセンサカメラ９の視野内にトロリ線２０の摺動面２０ａの画像（一次元波形データ）が受像されるように制御している。

ラインセンサカメラ９は、内部にＡ／Ｄ変換器を備えたデジタルカメラで構成されている。従って、図１の受光信号処理部に必要であったＡ／Ｄ変換回路１６は図２では省略されている。ラインセンサカメラ９から出力される一次元イメージのデジタル値は、シリアルに順次出力され、その読出処理は連続的に繰り返される。ラインセンサカメラ９の一次元イメージのデジタル値は、波形データメモリ１７に出力され、それぞれに波形データメモリ１７の各領域に一次元イメージデータとしてそれぞれ記憶される。

なお、波形データメモリ１７には、書込／読出等を行うコントローラが内蔵され、記憶されたデータをプッシュダウンして最新の波形データを先頭に記憶するプッシュダウンバッファメモリとして機能する。従って、一定量が一時的に記憶され、最後の記憶位置からオーバーフローした古い過去の一次元イメージのデジタル値は順次破棄される。その一時的な記憶容量は、演算装置１８の処理時間に関係して設定されている。

波形データメモリ１７に記憶された各一次元のイメージの波形データは、ＤＳＰ等で構成される演算装置１８によって古いものから順次読出されて処理され、処理後に順次消去される。ラインセンサカメラ９で受光された反射光Ｌ２における摺動面２０ａの画像（一次元イメージデータ）は、波形データとして処理され、そのピーク値が検出され、ピークレベルの実質的に１／２のレベルが算出される。算出された１／２のレベルを基準として、これ以上のレベルを「１」とし、それ未満のレベルを「０」とする、二値化処理が行なわれ、波形データはデジタル値のデータとして算出される。

その結果は演算装置１８の内部メモリ（図示せず）に記憶される。デジタル値のデータの中で、「１」が連続する部分の画素数に基づいて、距離に換算されたトロリ線摺動面２０ａの幅が算出されて、トロリ線摺動面２０ａの幅がデジタル値として測定装置１９へ出力される。測定装置１９は、内部にＭＰＵ、メモリ等を有しており、ＭＰＵによりメモリに記憶された所定の処理プログラムが実行されて、演算装置１８で算出されたトロリ線摺動面２０ａの幅に基づいてトロリ線２０の偏位及び摩耗量を算出し、トロリ線２０の位置の情報と共に記録保存する。

図３は、測定装置が実行するトロリ線の局部摩耗位置を測定するトロリ線局部摩耗位置測定処理の一例を示す図である。図４は、図３のトロリ線局部摩耗位置測定処理の概念を示す図である。図４に示すように、トロリ線局部摩耗位置測定処理は、トロリ線２０の支持点を特定し、支持点を中心に約１［ｍ］の検索範囲に渡って、５［ｃｍ］ピッチ毎にトロリ線２０の残直値の最細点を抽出する。すなわち、このトロリ線局部摩耗位置測定処理では、トロリ線の偏位及び摩耗量を示す検測データの中にマークされている支持点位置から、規定のレコード（１レコードが５［ｃｍ］ピッチ）数分を前後にチェックして、その中から最大の摩耗量を抽出し、それを支持点におけるトロリ線の最細点の残存直径値（残直値）とし、保守管理用の帳票を作成する。以下、各ステップについて説明する。

ステップＳ３１では、算出されたトロリ線２０の偏位及び摩耗量を示すレコードの中からマークされている支持点位置の検索を行う。ステップＳ３２では、検索された支持点位置を変数レジスタｉに格納し、変数レジスタｊを「１」にセットする。ステップＳ３３では、検索された支持点位置におけるトロリ線２０の残存直径値（残直値）として残直値レジスタｚに格納する。

ステップＳ３４では、変数レジスタｊが「１０」以下であるか否かの判定を行い、「１０」以下（ｙｅｓ）の場合はステップＳ３５に進み、「１０」よりも大きい（ｎｏ）場合はステップＳ４０に進む。ここで「１０」としたのは、支持点の前後５０［ｃｍ］を５［ｃｍ］ピッチ毎に処理するので、その分割数が１０になるからである。ステップＳ３５では、変数レジスタｉに変数レジスタｊを加算した値に対応する位置のトロリ線２０の残直値が、現時点の残直値レジスタｚよりも小さいか否かの判定を行い、小さい（ｙｅｓ）場合はステップＳ３６に進み、等しいか大きい（ｎｏ）場合はステップＳ３９に進む。ステップＳ３６では、変数レジスタｉと変数レジスタｊとの加算値に対応する位置のトロリ線２０の残直値を残直値レジスタｚに格納し、ステップＳ３９に進む。

ステップＳ３７では、変数レジスタｉから変数レジスタｊを減算した値に対応する位置のトロリ線２０の残直値が、現時点の残直値レジスタｚよりも小さいか否かの判定を行い、小さい（ｙｅｓ）場合はステップＳ３８に進み、等しいか大きい（ｎｏ）場合はステップＳ３９に進む。ステップＳ３８では、変数レジスタｉから変数レジスタｊを減算した値に対応する位置のトロリ線２０の残直値を残直値レジスタｚに格納し、ステップＳ３９に進む。

ステップＳ３９では、変数レジスタｊを１だけインクリメントしてステップＳ３４にリターンし、ステップＳ３５〜ステップＳ３８の処理を繰り返す。ステップＳ４０では、残直値レジスタｚの格納値を現在の支持点位置の残直値として格納する。これによって、支持点位置から前後に５０［ｃｍ］の範囲における残直値をチェックしてその中から最細の残直値を抽出し、それを支持点におけるトロリ線２０の最細点の残存直径値とし、保守管理用の帳票を作成することができる。

なお、ステップＳ３５とステップＳ３７の処理を任意に入れ換えることによって、最細点として支持点前のデータを優先するか支持点後のデータを優先するかを任意に決定することができる。支持点を中心に約１［ｍ］の検索範囲としたが、これは一例であり、ステップＳ３４における変数レジスタｊの比較値を「１０」以外の値に変更することによって、検索範囲を任意に設定することができる。

１０…トロリ線測定装置
１０ａ…屋根フレーム
１０ｂ…ガラス窓
１２…回転ミラー
１３ａ…反射ミラー
１４…ミラー移動機構
１５…回転テーブル
１６…Ａ／Ｄ変換回路
１７…波形データメモリ
１８…演算装置
１９…測定装置
２…投光ユニット
２０…トロリ線
２０ａ…トロリ線摺動面
２１…レール
２２…架線検測車
２ａ〜２ｎ…単色光光源
３…結像レンズ
３ａ…集束レンズ
４…受光ユニット
５…パルス駆動回路
６…受光信号処理部
７…トロリ高さ検出機構
７ａ…ローラ式接触子
７ｂ…回動アーム
７ｃ…角度検出器
８…測定光学系制御部
８ａ…制御データ用テーブル
９…ラインセンサカメラ

Claims (4)

1. トロリ線に向けて光を投光し、その反射光を受光することによって前記トロリ線の摺動面の幅を算出し、算出された前記トロリ線の摺動面の幅に基づいて前記トロリ線の局部摩耗位置を測定するトロリ線局部摩耗位置測定方法において、
   支持点の位置の前後所定範囲内における前記トロリ線の摺動面の幅の情報の中から最細点となる前記トロリ線の摺動面の幅を抽出し、
   抽出された前記トロリ線の摺動面の幅を前記支持点の位置における最細残存直径値とすることを特徴とするトロリ線局部摩耗位置測定方法。
2. 請求項１に記載のトロリ線局部摩耗位置測定方法において、
   前記最細残存直径値が複数抽出された場合には、前記支持点の位置に最も近い方を前記最細残存直径値とすることを特徴とするトロリ線局部摩耗位置測定方法。
3. トロリ線に向けて光を投光する投光手段と、
   前記投光手段が前記トロリ線に向けて投光した光の反射光を受光し、その受光に対応した信号を出力する受光手段と、
   前記受光手段からの信号に基づいて前記トロリ線の摺動面の幅を算出し、算出された前記トロリ線の摺動面の幅に基づいて前記トロリ線の局部摩耗位置を測定する制御手段であって、支持点の位置の前後所定範囲内における前記トロリ線の摺動面の幅の情報の中から最細点となる前記トロリ線の摺動面の幅を抽出し、抽出された前記トロリ線の摺動面の幅を前記支持点の位置における最細残存直径値とする制御手段と、
   を備えたことを特徴とするトロリ線局部摩耗位置測定装置。
4. 請求項３に記載のトロリ線局部摩耗位置測定装置において、
   前記最細残存直径値が複数抽出された場合には、前記支持点の位置に最も近い方を前記最細残存直径値とすることを特徴とするトロリ線局部摩耗位置測定装置。

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