JP7227442B2 - 車両寸法測定装置及び車両寸法測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道の車両の外形寸法を測定する、車両寸法測定装置及び車両寸法測定方法に関する。なお、車両の外形寸法には、車両の床下に設けられた各種の機器（以下、「車両床下機器」という）の底部の高さも含まれる。

鉄道の車両には、定期的な検査及び保守が義務付けられており、例えば、日常の運行前の検査では、線路上に停車している車両に対し、作業者が定められた検査項目の検査を手作業で行っている。車両の外形寸法については、車両限界が定められており、従来、車両の外形寸法を高精度に測定する技術として、特許文献１に記載のものがある。一方、特許文献２には、移動する車両の長尺画像を取得するとともに、その画像と関連してセンサーからの他の種類の情報を組み合わせて、車両の検査を行う検査方法及び装置が開示されている。

特開２０１２－７９５０号公報 特開２００７－２２３４７３号公報

走行中の車両では、車両の動揺による上下左右のずれ及び傾きで、車両の外周面の位置及び高さにずれが発生する。特許文献１に記載の技術は、車両の動揺による車両の外周面のずれについては、考慮されていなかった。特に、鉄道の車両の床下には、コンプレッサー、エアタンク等の各種の車両床下機器が設置されている。しかしながら車両床下機器は、車両の走行時の振動等が原因で固定が緩み車両床下機器の高さが規定値より低くなる可能性があり、最悪の場合は車両床下機器や機器類のカバーが脱落しうる。そこで従来は、定期的に、作業者が車両床下機器の高さを手作業で測定して、検査を行っていた。そのため、検査作業に手間と時間が掛かり、また、作業者により測定精度にばらつきが発生するという問題があった。一方、特許文献２に記載の技術では、センサーを用いて床下機器温度、異常音、振動、電界強度または磁界強度等を計測しているが、車両床下機器の高さについては考慮されていなかった。

本発明の課題は、車両の外形寸法を、車両の走行中に精度良く測定することである。

本発明の車両寸法測定装置は、鉄道の車両の複数箇所へ検査光を照射し、車両の複数箇所からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力する複数の第１のセンサーと、車両の外周面へ検査光を照射し、車両の外周面からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力する第２のセンサーと、複数の第１のセンサー及び第２のセンサーを制御し、第２のセンサーから出力された計測信号を処理して、車両の外形寸法を検出する制御処理装置とを備え、制御処理装置が、複数の第１のセンサーから出力された計測信号を処理して、車両の複数箇所の位置及び高さを検出し、検出した車両の複数箇所の位置及び高さの変動量から、車両の動揺による車両の外周面のずれ量を算出し、算出したずれ量に応じて、検出した車両の外形寸法を補正することを特徴とする。

また、本発明の車両寸法測定方法は、複数の第１のセンサーにより、鉄道の車両の複数箇所へ検査光を照射し、車両の複数箇所からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力すると共に、第２のセンサーにより、車両の外周面へ検査光を照射し、車両の外周面からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力し、複数の第１のセンサーが出力した計測信号を処理して、車両の複数箇所の位置及び高さを検出し、第２のセンサーが出力した計測信号を処理して、車両の外形寸法を検出し、検出した車両の複数箇所の位置及び高さの変動量から、車両の動揺による車両の外周面のずれ量を算出し、算出したずれ量に応じて、検出した車両の外形寸法を補正することを特徴とする。

走行中の車両では、車両の動揺による上下左右のずれ及び傾きで、車両の外周面の位置及び高さにずれが発生する。車両の動揺による車両の外周面のずれ量は、車両の動揺の程度、並びに、車両の外周面のレール幅方向の位置及び高さによって異なる。車両の複数箇所の位置及び高さの変動量から、車両の動揺による車両の外周面のずれ量を算出し、算出したずれ量に応じて、検出した車両の外形寸法を補正するので、走行中の車両の動揺に関わらず、車両の外形寸法が、車両の走行中に精度良く測定される。

さらに、本発明の車両寸法測定装置は、車両に付された各車両に固有な情報（車両番号や列車編成情報など、車両を特定するための情報。以下、「車体番号情報」と記す。）を検出する車体番号検出装置を備え、制御処理装置が、車両の外形寸法のデータを、車体番号検出装置により検出された車体番号情報と関連付けて処理することを特徴とする。また、本発明の車両寸法測定方法は、車体番号検出装置により、車両に付された車体番号情報を検出し、車両の外形寸法のデータを、車体番号検出装置が検出した車体番号情報と関連付けて処理することを特徴とする。車体番号情報により、測定結果がどの車両のものであるか判別される。

さらに、本発明の車両寸法測定装置は、車両の位置を検出して、車両が所定距離だけ移動する度に、検出信号を出力する車両位置センサーを備え、制御処理装置が、車両位置センサーから出力された検出信号に基づき、複数の第１のセンサー及び第２のセンサーを同期制御することを特徴とする。また、本発明の車両寸法測定方法は、車両位置センサーにより、車両の位置を検出して、車両が所定距離だけ移動する度に、検出信号を出力し、車両位置センサーが出力した検出信号に基づき、複数の第１のセンサー及び第２のセンサーを同期制御することを特徴とする。車両の動揺による車両の外周面のずれ量は、車両の移動に応じて刻々と変化する。車両位置センサーにより、車両の位置を検出して、車両が所定距離だけ移動する度に、検出信号を出力し、車両位置センサーが出力した検出信号に基づき、複数の第１のセンサー及び第２のセンサーを同期制御するので、車両の動揺による車両の外周面のずれ量が正確に算出される。

さらに、本発明の車両寸法測定装置は、第２のセンサーが、車両の床下へ検査光を照射し、車両の床下からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力し、制御処理装置が、第２のセンサーから出力された計測信号を処理して、車両の床下に設けられた車両床下機器の底部の高さを検出することを特徴とする。また、本発明の車両寸法測定方法は、第２のセンサーにより、車両の床下へ検査光を照射し、車両の床下からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力し、第２のセンサーが出力した計測信号を処理して、車両の床下に設けられた車両床下機器の底部の高さを検出することを特徴とする。車両床下機器の高さが、車両の走行中に精度良く測定される。

さらに、本発明の車両寸法測定装置は、制御処理装置が、第２のセンサーから出力された計測信号を処理して、車両床下機器の底部の高さを、等座標間隔で検出し、車両床下機器の底部の高さのデータから、車両床下機器の底部の高さの分布を示す画像を作成し、作成した画像上で、予め指定された被測定箇所を特定することを特徴とする。また、本発明の車両寸法測定方法は、第２のセンサーが出力した計測信号を処理して、車両床下機器の底部の高さを、等座標間隔で検出し、車両床下機器の底部の高さのデータから、車両床下機器の底部の高さの分布を示す画像を作成し、作成した画像上で、予め指定された被測定箇所を特定することを特徴とする。車両床下機器の底部の高さの分布を示す画像を作成し、作成した画像上で、予め指定された被測定箇所を特定するので、作業者が、被測定箇所を予め任意に指定することができる。

さらに、本発明の車両寸法測定装置は、制御処理装置が、等座標間隔で検出した車両床下機器の底部の高さのデータに対して、車両の動揺による車両床下機器の底部のずれ量の補正を行った後、車両床下機器の底部の高さの分布を示す画像を作成することを特徴とする。また、本発明の車両寸法測定方法は、等座標間隔で検出した車両床下機器の底部の高さのデータに対して、車両の動揺による車両床下機器の底部のずれ量の補正を行った後、車両床下機器の底部の高さの分布を示す画像を作成することを特徴とする。車両の動揺の影響が無い、精度の良い画像が得られる。従って、同じ車両について以前に作成された画像と比較して、差異を検出することが可能となる。

さらに、本発明の車両寸法測定装置は、車両床下機器の底部の高さのデータを記憶するメモリを備え、制御処理装置が、測定した車両床下機器の底部の高さが、車両上の予め定められた基準点から所定値以内であるか否かを判定し、判定結果をメモリに記憶することを特徴とする。また、本発明の車両寸法測定方法は、車両床下機器の底部の高さのデータを記憶するメモリを設け、測定した車両床下機器の底部の高さが、車両上の予め定められた基準点から所定値以内であるか否かを判定し、判定結果をメモリに記憶することを特徴とする。上述の通り、走行中の車両では、車両の動揺により車両床下機器の底部の高さにずれが発生するので、従来の様に、レールの上面を基準として測定結果の良否を判定するのは妥当ではない。そこで、車両上の予め定められた基準点からの距離を基に、測定結果の良否を判定する。基準点は、例えば、車両端の左右の側梁端の中間点とする。メモリに記憶されたデータから、測定結果の良否が確認される。

さらに、本発明の車両寸法測定装置は、車両床下機器の底部の高さを表示する表示装置を備え、制御処理装置が、判定結果を表示装置に表示することを特徴とする。また、本発明の車両寸法測定方法は、車両床下機器の底部の高さを表示する表示装置を設け、判定結果を表示装置に表示することを特徴とする。作業者が、表示内容から、測定結果の良否を容易に知ることができる。

本発明によれば、車両の外形寸法を、車両の走行中に精度良く測定することができる。

さらに、車体番号検出装置により、車両に付された車体番号情報を検出し、車両の外形寸法のデータを、車体番号検出装置が検出した車体番号情報と関連付けて処理することにより、測定結果がどの車両のものであるか判別することができる。

さらに、車両位置センサーにより、車両の位置を検出して、車両が所定距離だけ移動する度に、検出信号を出力し、車両位置センサーが出力した検出信号に基づき、複数の第１のセンサー及び第２のセンサーを同期制御することにより、車両の動揺による車両の外周面のずれ量を正確に算出することができる。

さらに、第２のセンサーにより、車両の床下へ検査光を照射し、車両の床下からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力し、第２のセンサーが出力した計測信号を処理して、車両の床下に設けられた車両床下機器の底部の高さを検出することにより、車両床下機器の高さを、車両の走行中に精度良く測定することができる。

さらに、車両床下機器の底部の高さの分布を示す画像を作成し、作成した画像上で、予め指定された被測定箇所を特定することにより、作業者が、被測定箇所を予め任意に指定することができる。

さらに、等座標間隔で検出した車両床下機器の底部の高さのデータに対して、車両の動揺による車両床下機器の底部のずれ量の補正を行った後、車両床下機器の底部の高さの分布を示す画像を作成することにより、車両の動揺の影響が無い、精度の良い画像を得ることができる。従って、同じ車両について以前に作成された画像と比較して、差異を検出することが可能となる。

さらに、車両床下機器の底部の高さのデータを記憶するメモリを設け、測定した車両床下機器の底部の高さが、車両上の予め定められた基準点から所定値以内であるか否かを判定し、判定結果をメモリに記憶することにより、メモリに記憶されたデータから、測定結果の良否を確認することができる。

さらに、車両床下機器の底部の高さを表示する表示装置を設け、判定結果を表示装置に表示することにより、作業者が、表示内容から、測定結果の良否を容易に知ることができる。

本発明の一実施の形態による車両寸法測定装置の概略構成を示す図である。 車両検出ユニット、高さ計測ユニット、及び車幅／車高計測ユニットの配置例を示す図である。 図３（ａ）は車両検出ユニットの一例を示す斜視図、図３（ｂ）は第１及び第２のセンサーの構成を示す斜視図である。 図４（ａ）は高さ計測ユニットの各センサーの配置例を示す上面図、図４（ｂ）は高さ計測ユニットの各センサーの配置例を示す正面図である。 図５（ａ）は高さ計測ユニットの各センサーの他の配置例を示す正面図、図５（ｂ）は高さ計測ユニットの各センサーのさらに他の配置例を示す正面図である。 本発明の一実施の形態による車両寸法測定装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の一実施の形態によるデータ処理動作のフローチャートである。 車両の動揺が無い状態を示す図である。 車両の動揺が発生した状態を示す図である。 車両の動揺による車両床下機器の底部のずれ量の算出を説明する図である。 被測定箇所の指定方法の一例を説明する図である。 本発明の他の実施の形態によるデータ処理動作のフローチャートである。

［実施の形態］
（車両寸法測定装置の構成）
図１は、本発明の一実施の形態による車両寸法測定装置の概略構成を示す図である。本実施の形態の車両寸法測定装置１００は、車両検出ユニット１０、高さ計測ユニット２０、処理ユニット４０、及び車幅／車高計測ユニット５０を含んで構成されている。本実施の形態では、車両検出ユニット１０は、車両が走行するレールの脇に設置され、高さ計測ユニット２０は、主にレールより下に設置されている。図２は、車両検出ユニット、高さ計測ユニット、及び車幅／車高計測ユニットの配置例を示す図である。図２は、高さ計測ユニット２０を車両４が入庫する車庫内に配置した例を示しており、車両検出ユニット１０は、車庫の入り口付近の屋外に配置されている。また、処理ユニット４０は、作業者が作業する事務所等に配置されている。車幅／車高計測ユニット５０は、車庫内で、レール３上を走行する車両４の側面及び屋根を取り囲む様に設置されている。

図２の例によれば、車両寸法測定装置１００は、車両４が車庫に入庫する度に、車両の外形寸法の測定を行うことができる。また、車両検出ユニット１０及び高さ計測ユニット２０の一部を、車両４の進入方向において図２と対称の位置にも設けると、車両４が車庫に入庫する度、及び車両４が車庫から出庫する度に、車両の外形寸法の測定を行うことができる。しかしながら、本発明はこれに限らず、車両寸法測定装置１００の車両検出ユニット１０、高さ計測ユニット２０、及び車幅／車高計測ユニット５０は、車両４が走行するレール３の近くのどこに設置してもよい。

図１において、車両検出ユニット１０は、車体番号検出装置１１、及び車両進入センサー１２を含んで構成されている。図３（ａ）は、車両検出ユニットの一例を示す斜視図である。本例の車両検出ユニット１０は、投光部１０ａと受光部１０ｂとで構成されている。投光部１０ａと受光部１０ｂは、２本のレール３を挟んで対向して設置されている。投光部１０ａは、レーザー光等の検出光を、受光部１０ｂの車両進入センサー１２へ照射する。車両進入センサー１２は、投光部１０ａからの検出光が車両で遮光されて受光されなくなることにより、車両を検知する。なお、車両進入センサーとして、車両へ検出光を照射し、車両からの反射光を受光して車両を検知する反射型のセンサー、あるいは、レールの歪みを検出して車両を検知する歪みセンサー等を用いてもよい。

受光部１０ｂの車体番号検出装置１１は、例えば、カメラ及び画像処理装置等からなり、車両の側面に記載された車体番号の画像を取得して、車体番号情報を読み取る。

図１において、高さ計測ユニット２０は、車両進入センサー２１，２２，２３、車両位置センサー２４、第１のセンサー２５，２６、第２のセンサー２７，２８，２９、及び制御装置３０を含んで構成されている。高さ計測ユニット２０の車両進入センサー２１，２２，２３には、車両へ検出光を照射し、車両からの反射光を受光して車両を検知する反射型のセンサーが使用されている。しかしながら、図３（ａ）と同様の透過型のセンサー、あるいは、レールの歪みを検出して車両を検知する歪みセンサー等を用いてもよい。車両位置センサー２４は、例えば、ドップラー式の位置センサーであって、レーザー光、マイクロ波、超音波等を車両へ照射し、車両からの反射光又は反射波の周波数変化から、車両の移動速度を計測して車両の位置を検出し、車両が所定距離だけ移動する度に、検出パルスを発生する。

第１のセンサー２５，２６、及び第２のセンサー２７，２８，２９は、被測定物の位置情報及び距離情報を得るためのセンサーである。図３（ｂ）は第１及び第２のセンサーの構成を示す斜視図である。図３（ｂ）は第１のセンサー２５を示しているが、第１のセンサー２６、及び第２のセンサー２７，２８，２９の構成も、第１のセンサー２５と同様である。

第１のセンサー２５は、レーザー光源２５ａ、集光レンズ２５ｂ、及び受光素子２５ｃを含んで構成されている。レーザー光源２５ａは、例えば、レーザーダイオード及び投光レンズ等からなり、検査光Ｓを発生する。レーザー光源２５ａから発生した検査光Ｓは、車両へ照射され、車両からの反射光Ｒは、集光レンズ２５ｂで集光されて、受光素子２５ｃの受光面で受光される。受光素子２５ｃは、受光面で受光した光の強度に応じた計測信号を出力する。

図４（ａ）は高さ計測ユニットの各センサーの配置例を示す上面図、図４（ｂ）は高さ計測ユニットの各センサーの配置例を示す正面図である。図４（ａ）において、本例の車両進入センサー２１，２２，２３は、２本のレール３の一方の脇に、車両の進入方向に位置をずらせて配置されている。第１のセンサー２５，２６は、２本のレール３の両脇の、車両の進入方向において、同じ位置に配置されている。第２のセンサー２７，２８，２９は、レール３と直交する方向に並べて配置され、車両の進入方向において、第１のセンサー２５，２６と同じ位置に配置されている。車両位置センサー２４は、２本のレール３の他方の脇の、車両の進入方向において、車両進入センサー２１と同じ位置に配置されている。

図４（ｂ）において、第１のセンサー２５，２６は、それぞれ、破線で示す車両４の左右の側梁端４ａの下方付近に位置し、車両４の側梁端４ａを含む車両の底部へ検査光を照射し、車両４からの反射光を受光して、被測定物の位置及び距離を示す計測信号を出力する。一方、第２のセンサー２７，２８，２９は、車両４の床下へ検査光を照射し、車両４の床下からの光を受光して、被測定物の位置及び距離を示す計測信号を出力する。図４（ｂ）において、第１のセンサー２５，２６、及び第２のセンサー２７，２８，２９の上方に描かれた三角形は、それぞれのセンサーから照射される検査光を示している。

図５（ａ）は高さ計測ユニットの各センサーの他の配置例を示す正面図、図５（ｂ）は高さ計測ユニットの各センサーのさらに他の配置例を示す正面図である。図５（ａ）の例においては、第１のセンサー２５，２６が、車両４の左右の側梁端４ａの脇に設けられている。図５（ｂ）の例においては、第１のセンサー２５，２６が、車両４の左右の側梁端４ａの下方と脇とに２つずつ設けられている。

図１において、制御装置３０は、コンピュータ、シーケンサ、専用回路等で構成されており、車両検出ユニット１０の車体番号検出装置１１、並びに、車両進入センサー２１，２２，２３、車両位置センサー２４、第１のセンサー２５，２６、及び第２のセンサー２７，２８，２９を制御する。また、制御装置３０は、後述するデータ処理動作の一部を行うことができる。

処理ユニット４０は、処理装置４１、メモリ４２、及び表示装置４３を含んで構成されている。処理装置４１は、コンピュータ、シーケンサ、専用回路等で構成されており、後述するデータ処理動作の全部又は一部を行う。メモリ４２は、処理装置４１の制御により、測定結果を記憶する。表示装置４３は、例えば、フラットパネルディスプレイ装置等からなり、処理装置４１の制御により、測定結果を表示する。

なお、本実施の形態では、制御装置３０と処理装置４１とを別々に設けているが、両者を合わせて１つの装置として呼んでもよく、また、両者を一体にして１つの装置としてもよい。

車幅／車高計測ユニット５０は、複数の第２のセンサー５１を含んで構成されており、図１においては、複数の第２のセンサー５１の内の１つのみが、図示されている。第２のセンサー５１の構成は、高さ計測ユニット２０の第１のセンサー２５，２６、及び第２のセンサー２７，２８，２９と同様である。図２において、複数の第２のセンサー５１は、レール３上を走行する車両４の周囲に、車両４の側面及び屋根を取り囲む様にして、ゲート状に設置されている。

（車両寸法測定装置の動作）
図６は、本発明の一実施の形態による車両寸法測定装置の動作を説明するフローチャートである。まず、図２の車両４が車庫の入り口付近に近づくと、車両検出ユニット１０の車両進入センサー１２が、車両４を検知し、検出信号を出力する。制御装置３０は、車両進入センサー１２からの検出信号を受信すると、装置全体を待機状態から稼働状態にして、測定準備を行う（ステップ１０１）。車両検出ユニット１０の車体番号検出装置１１は、車両４に付された車体番号情報を検出する（ステップ１０２）。

車両４の先頭部分が車庫内に入ると、高さ計測ユニット２０の車両進入センサー２１が、車両４を検知し、検出信号を出力する。制御装置３０は、車両進入センサー２１からの検出信号を受信すると、測定を開始する（ステップ１０３）。測定時、車両位置センサー２４は、車両４が所定距離（例えば、１ｍｍ）だけ移動する度に、検出パルスを発生する（ステップ１０４）。制御装置３０は、車両位置センサー２４から出力された検出パルスに基づき、制御パルスを発生して、第１のセンサー２５，２６、第２のセンサー２７，２８，２９、及び車幅／車高計測ユニット５０の複数の第２のセンサー５１を同期制御する（ステップ１０５）。

制御装置３０は、車体番号検出装置１１が検出した車体番号情報、第１のセンサー２５，２６が出力した計測信号、第２のセンサー２７，２８，２９が出力した計測信号、及び複数の第２のセンサー５１が出力した計測信号を、例えば、無線ＬＡＮ等の通信回線を介して、処理ユニット４０の処理装置４１へ送信する（ステップ１０６）。あるいは、制御装置３０が後述するデータ処理動作の一部を行う場合、制御装置３０は、処理結果を、例えば、無線ＬＡＮ等の通信回線を介して、処理装置４１へ送信する。処理装置４１は、後述するデータ処理動作の全部又は一部を行う（ステップ１０７）。

車両４がさらに移動すると、高さ計測ユニット２０の車両進入センサー２２が、車両４を検知して、検出信号を出力する。車両４がさらに移動すると、高さ計測ユニット２０の車両進入センサー２３が、車両４を検知して、検出信号を出力する。

制御装置３０は、車両進入センサー２２からの検出信号を受信すると、その後、車両進入センサー２２の検出信号の有無を確認する（ステップ１０８）。そして、車両進入センサー２２が車両４を検知している間は、測定を継続する。車両４がさらに移動して、車両進入センサー２２が車両４を検知しなくなると、制御装置３０は、測定を終了する（ステップ１０９）。

その後、制御装置３０は、車両進入センサー２３の検出信号の有無を確認する（ステップ１１０）。そして、車両４が車庫内に完全に入って、車両進入センサー２３が車両４を検知しなくなると、制御装置３０は、車両検出ユニット１０、高さ計測ユニット２０、及び車幅／車高計測ユニット５０を待機状態にする（ステップ１１１）。

（データ処理動作）
以下、高さ計測ユニット２０が行う、第１のセンサー２５，２６、及び第２のセンサー２７，２８，２９の計測信号に基づいた、車両床下機器の高さ測定を例にして、データ処理動作を説明する。車幅／車高計測ユニット５０の複数の第２のセンサー５１の計測信号に対しても、同様のデータ処理動作を行うことにより、車両の車幅／車高等の外形寸法が測定される。なお、処理装置４１が全てのデータ処理動作を行う場合について説明するが、制御装置３０がデータ処理動作の一部を行ってもよい。処理装置４１及び制御装置３０は、車両の外形寸法のデータを、車体番号検出装置１１により検出された車両４の車体番号情報と関連付けて処理する。車体番号情報により、測定結果がどの車両のものであるか判別される。

（第１の実施の形態）
図７は、本発明の一実施の形態によるデータ処理動作のフローチャートである。まず、処理装置４１は、第１のセンサー２５，２６の計測信号から、車両４の左右の側梁端４ａの位置及び高さを検出する。また、処理装置４１は、第２のセンサー２７，２８，２９の計測信号から、車両床下機器の底部の高さを、等座標間隔で検出する（ステップ２０１）。次に、処理装置４１は、検出した側梁端４ａの位置及び高さの変動量から、車両４の動揺による車両床下機器の底部のずれ量を算出する（ステップ２０２）。そして、算出したずれ量に応じて、検出した車両床下機器の底部の高さを補正する（ステップ２０３）。これらの処理を、等座標間隔で検出した車両床下機器の底部の高さの全データに対して行う。

図８は、車両の動揺が無い状態を示す図である。車両４の動揺が無いとき、車両４の左右の側梁端４ａの高さは同じであり、車両床下機器５の底部の、レール３の上面からの距離Ｌは、一定である。図９は、車両の動揺が発生した状態を示す図である。走行中の車両４では、車両４の動揺による上下左右のずれ及び傾きで、車両床下機器５の底部の高さにずれが発生する。例えば、図９に示す様に、車両４が角度αだけ傾くと、車両４の左右の側梁端４ａの高さに変動が生じ、車両床下機器５の底部の高さにもずれが発生する。車両４の動揺による車両床下機器５の底部のずれ量は、車両４の動揺の程度、並びに、車両床下機器５のレール幅方向の設置位置及び高さ寸法によって異なる。

図１０は、車両の動揺による車両床下機器の底部のずれ量の算出を説明する図である。レール幅方向をＸ軸、高さ方向をＺ軸とする。車両４の左側の側梁端４ａを点Ａとし、そのＸＺ座標を（Ｘａ，Ｚａ）とする。また、車両４の右側の側梁端４ａを点Ｂとし、そのＸＺ座標を（Ｘｂ，Ｚｂ）とする。そして、点Ａと点Ｂの中間点ＣのＸＺ座標を（Ｘｃ，Ｚｃ）とすると、（１）式及び（２）式が成り立つ。図８の様に車両４の動揺が無いときは、Ｚａ＝Ｚｂ＝Ｚｃであるが、図９の様に車両４の動揺が発生したとき、直線ＡＢ上の点の座標（ｘ，ｚ）は、（３）式に当てはまる。

中間点Ｃから見た、車両床下機器５のレール幅方向の設置位置、即ち、車両床下機器５の底部の点Ｄの、中間点ＣからのＸ軸方向の距離をｒ、車両床下機器５の高さ寸法をｌとし、点ＡＢ間の距離をＷとする。処理ユニット４０のメモリ４２には、距離Ｗのデータ、並びに、車両全体の各車両床下機器５についての、距離ｒ、及び高さ寸法ｌのデータが、記憶されている。

Ｘ軸方向の単位ベクトル、及びＺ軸方向の単位ベクトルを、それぞれ図１０の通りとすると、車両４の動揺により、Ｘ軸が傾いてＸ’軸となり、Ｚ軸が傾いてＺ’軸となったとき、Ｘ’軸方向の単位ベクトルは（４）式で、Ｚ’軸方向の単位ベクトルは（５）式で表される。従って、中間点Ｃから見た、車両床下機器５の底部の点ＤのＸ軸方向のずれ量ｘｄは、（６）式で算出される。また、中間点Ｃから見た、車両床下機器５の底部の点ＤのＺ軸方向のずれ量ｚｄは、（７）式で算出される。処理装置４１は、検出した左右の側梁端４ａの位置及び高さと、メモリ４２に記憶されたＷ，ｒ，ｌのデータとから、（６）式及び（７）式を用いて、車両４の動揺による車両床下機器５の底部のずれ量を算出する。

本実施の形態では、第１のセンサー２５，２６を用いて、車両４の左右の側梁端４ａの位置及び高さを検出しているが、車両４の他の複数箇所の位置及び高さを検出してもよい。車両４の複数箇所の位置及び高さの変動量から、車両４の動揺による車両床下機器の底部のずれ量を算出し（ステップ２０２）、算出したずれ量に応じて、検出した車両床下機器の底部の高さを補正する（ステップ２０３）ので、走行中の車両４の動揺に関わらず、車両床下機器の高さが、車両４の走行中に精度良く測定される。

このとき、車両４の動揺による車両床下機器の底部のずれ量は、車両４の移動に応じて刻々と変化する。本実施の形態では、図６において、車両４が所定距離だけ移動する度に発生する、車両位置センサー２４の検出パルスに基づき、制御パルスを発生して、第１のセンサー２５，２６及び第２のセンサー２７，２８，２９を同期制御する（ステップ１０５）ので、車両４の動揺による車両床下機器の底部のずれ量が正確に算出される。

図７において、次に、処理装置４１は、補正した車両床下機器の底部の高さのデータの、垂直方向の位置合わせを行う（ステップ２０４）。この位置合わせでは、例えば、車両端の左右の側梁端４ａの中間点を、予め基準点として定めておき、補正した車両床下機器の底部の高さを、基準点からの垂直方向の距離に変換する。そして、処理装置４１は、位置合わせを行った高さのデータから、車両床下機器の底部の高さの分布を示す、床下高さ画像を作成する（ステップ２０５）。車両の動揺の影響が無い、精度の良い床下高さ画像が得られる。従って、同じ車両について以前に作成された床下高さ画像と比較して、差異を検出することが可能となる。

続いて、処理装置４１は、作成した床下高さ画像上において、予め指定された被測定箇所を特定し（ステップ２０６）、特定した被測定箇所の車両床下機器の底部の高さのデータを抽出する（ステップ２０７）。床下高さ画像を作成し、作成した床下高さ画像上で、予め指定された被測定箇所を特定するので、車両寸法測定装置１００を用いる検査に際し、作業者が、被測定箇所を予め任意に指定することができる。被測定箇所の指定は、例えば、同じ車両について以前に作成された床下高さ画像を用いて行うことができる。

図１１は、被測定箇所の指定方法の一例を説明する図である。図１１（ａ）は車両の側面図、図１１（ｂ）は車両の底面図である。図１１（ａ），（ｂ）において、車両４の床下には、車両床下機器５が設置されており、また図示しない台車枠には、車輪６が取り付けられている。図１１（ｃ）は、表示装置４３の表示画面４４を示している。表示画面４４には、同じ車両４について以前に作成された床下高さ画像４５が表示されている。作業者は、アイコン４６を移動して、アイコン４６により床下高さ画像４５上で被測定箇所を指定する。表示画面４４には、アイコン４６で指定された被測定箇所の、機器ＩＤ、車体番号、及びＸＹ座標を示す表示データ４７が表示される。

図７において、次に、処理装置４１は、被測定箇所の車両床下機器の底部の高さが、車両上の予め定められた基準点から所定値以内であるか否かを判定し（ステップ２０８）、判定結果をメモリ４２に記憶する（ステップ２０９）。上述の通り、走行中の車両４では、車両４の動揺により車両床下機器の底部の高さにずれが発生するので、従来の様に、レール３の上面を基準として測定結果の良否を判定するのは妥当ではない。そこで、車両４上の予め定められた基準点からの距離を基に、測定結果の良否を判定する。基準点は、ステップ２０４の位置合わせで定めた基準点を用いる。所定値は、車両床下機器の種類に応じて、あるいは、車両床下機器の設置位置に応じて、異なる値とすることができる。メモリ４２に記憶されたデータから、測定結果の良否が確認される。

図１１（ｄ）は、メモリ４２に記憶されたデータの一例を示す図である。本例では、データ表４２ａに示す、被測定箇所の車体番号、機器ＩＤ、ＸＹ座標、計測値、ずれ量、補正した高さ、及び判定結果の良否の各データが、メモリ４２に記憶されている。

図７において、次に、処理装置４１は、判定結果を測定結果と共に表示装置４３に表示する（ステップ２１０）。これにより、作業者が、表示内容から、測定結果の良否を容易に知ることができる。

（第２の実施の形態）
図１２は、本発明の他の実施の形態によるデータ処理動作のフローチャートである。本実施の形態では、等座標間隔で検出した車両床下機器の底部の高さの全データに対して、車両４の動揺によるずれ量の補正を行うのではなく、床下高さ画像を作成した後に、特定して抽出した被測定箇所の車両床下機器の底部の高さのデータに対してだけ、車両４の動揺によるずれ量の補正を行う点が、第１の実施の形態と異なる。

まず、処理装置４１は、第１のセンサー２５，２６の計測信号から、車両４の左右の側梁端４ａの位置及び高さを検出する。また、処理装置４１は、第２のセンサー２７，２８，２９の計測信号から、車両床下機器の底部の高さを、等座標間隔で検出する（ステップ３０１）。次に、処理装置４１は、検出した車両床下機器の底部の高さのデータの、垂直方向の位置合わせを行う（ステップ３０２）。この位置合わせでは、例えば、車両端の左右の側梁端４ａの中間点を、予め基準点として定めておき、検出した車両床下機器の底部の高さを、基準点からの垂直方向の距離に変換する。そして、処理装置４１は、位置合わせを行った高さのデータから、車両床下機器の底部の高さの分布を示す、床下高さ画像を作成する（ステップ３０３）。

続いて、処理装置４１は、作成した床下高さ画像上において、予め指定された被測定箇所を特定し（ステップ３０４）、特定した被測定箇所の車両床下機器の底部の高さのデータを抽出する（ステップ３０５）。床下高さ画像を作成し、作成した床下高さ画像上で、予め指定された被測定箇所を特定するので、車両寸法測定装置１００を用いる検査に際し、作業者が、被測定箇所を予め任意に指定することができる。被測定箇所の指定は、例えば、車両４の床下の位置を示すマップを用いて行い、または、被測定箇所のＸＹ座標を入力して行う。あるいは、第１のセンサー２５，２６、及び第２のセンサー２７，２８，２９とは別に、ライセンサーを設けて、車両の床下の２次元画像を取得し、以前に取得された２次元画像を用いて、被測定箇所の指定を行ってもよい。

続いて、処理装置４１は、特定した被測定箇所を測定したときの、車両４の側梁端４ａの位置及び高さの変動量から、車両４の動揺による被測定箇所の車両床下機器の底部のずれ量を算出する（ステップ３０６）。そして、算出したずれ量に応じて、被測定箇所の車両床下機器の底部の高さを補正する（ステップ３０７）。本実施の形態では、等座標間隔で検出した車両床下機器の底部の高さの全データに対して、車両４の動揺によるずれ量の補正を行う場合に比べて、データ処理量が少なく済む。

続いて、処理装置４１は、被測定箇所の車両床下機器の底部の高さが、車両上の予め定められた基準点から所定値以内であるか否かを判定し（ステップ３０８）、判定結果をメモリ４２に記憶する（ステップ３０９）。メモリ４２に記憶されたデータから、測定結果の良否が確認される。続いて、処理装置４１は、判定結果を測定結果と共に表示装置４３に表示する（ステップ３１０）。これにより、作業者が、表示内容から、測定結果の良否を容易に知ることができる。

以上説明したデータ処理動作のうち、図７のステップ２０１～２０８、または、図１２のステップ３０１～３０８の全部又は一部を、処理装置４１ではなく制御装置３０が行って、処理結果を、例えば、無線ＬＡＮ等の通信回線を介して、処理装置４１へ送信してもよい。これにより、使用する通信回線の容量が少なく済む。

［実施の形態の効果］
以上説明した実施の形態によれば、次の効果を奏する。
（１）車両の外形寸法を、車両の走行中に精度良く測定することができる。

（２）さらに、車体番号検出装置１１により、車両に付された車体番号情報を検出し、車両の外形寸法のデータを、車体番号検出装置１１が検出した車体番号情報と関連付けて処理することにより、測定結果がどの車両のものであるか判別することができる。

（３）さらに、車両位置センサー２４により、車両の位置を検出して、車両が所定距離だけ移動する度に、検出パルスを出力し、車両位置センサー２４が出力した検出パルスに基づき、制御パルスを発生して、第１のセンサー２５，２６、第２のセンサー２７，２８，２９、及び複数の第２のセンサー５１を同期制御することにより、車両の動揺による車両の外周面のずれ量を正確に算出することができる。

（４）さらに、第２のセンサー２７，２８，２９により、車両の床下へ検査光を照射し、車両の床下からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力し、第２のセンサー２７，２８，２９が出力した計測信号を処理して、車両の床下に設けられた車両床下機器の底部の高さを検出することにより、車両床下機器の高さを、車両の走行中に精度良く測定することができる。

（５）さらに、車両床下機器の底部の高さの分布を示す床下高さ画像を作成し、作成した床下高さ画像上で、予め指定された被測定箇所を特定することにより、作業者が、被測定箇所を予め任意に指定することができる。

（６）さらに、車両床下機器の底部の高さのデータを記憶するメモリ４２を設け、測定した車両床下機器の底部の高さが、車両上の予め定められた基準点から所定値以内であるか否かを判定し、判定結果をメモリ４２に記憶することにより、メモリ４２に記憶されたデータから、測定結果の良否を確認することができる。

（７）さらに、車両床下機器の底部の高さを表示する表示装置４３を設け、判定結果を表示装置４３に表示することにより、作業者が、表示内容から、測定結果の良否を容易に知ることができる。

図７に示した第１の実施の形態のデータ処理動作によれば、次の効果を奏する。
（８）等座標間隔で検出した車両床下機器の底部の高さのデータに対して、車両の動揺による車両床下機器の底部のずれ量の補正を行った後、車両床下機器の底部の高さの分布を示す床下高さ画像を作成することにより、車両の動揺の影響が無い、精度の良い床下高さ画像を得ることができる。従って、同じ車両について以前に作成された床下高さ画像と比較して、差異を検出することが可能となる。

図１２に示した第２の実施の形態のデータ処理動作によれば、次の効果を奏する。
（９）等座標間隔で検出した車両床下機器の底部の高さの全データに対して、車両の動揺によるずれ量の補正を行う場合に比べて、データ処理量が少なく済む。

本発明の車両寸法測定装置及び車両寸法測定方法を用いて、車両の外形寸法の測定を行い、所定値を超える測定値が検出された場合のみ、作業者が手作業で確認することにより、検査及び保守作業を省力化することが可能となる。また、本発明の車両寸法測定装置及び車両寸法測定方法を用いて車両の外形寸法を、頻繁に測定して測定データを分析することにより、車両床下機器の取り付け状態等、異常が発生する予兆を検出することが可能となる。

なお、本発明で使用する第１のセンサー、及び第２のセンサーは、車両からの反射光を受光するものに限らず、車両からの散乱光を受光するものであってもよい。

以上説明した実施の形態では、第１のセンサーを２つ設けて、車両の２箇所の位置及び高さを検出しているが、第１のセンサーを３つ以上設けて、車両の３箇所以上の位置及び高さを検出してもよい。

また、以上説明した実施の形態では、車両床下機器の底部の高さを検出する第２のセンサーが３つ設けられているが、車両床下機器の底部の高さを検出する第２のセンサーの数及び配置は、実施の形態の例に限るものではない。同様に、車両の有無を検出する車両進入センサーの数及び配置は、実施の形態の例に限るものではない。さらに、車幅／車高計測ユニットの複数の第２のセンサーの数及び配置も、実施の形態の例に限るものではない。

３ レール
４ 車両
４ａ 側梁端
５ 車両床下機器
６ 車輪
１０ 車両検出ユニット
１０ａ 投光部
１０ｂ 受光部
１１ 車体番号検出装置
１２ 車両進入センサー
２０ 高さ計測ユニット
２１，２２，２３ 車両進入センサー
２４ 車両位置センサー
２５，２６ 第１のセンサー
２５ａ レーザー光源
２５ｂ 集光レンズ
２５ｃ 受光素子
２７，２８，２９ 第２のセンサー
３０ 制御装置
４０ 処理ユニット
４１ 処理装置
４２ メモリ
４２ａ データ表
４３ 表示装置
４４ 表示画面
４５ 床下高さ画像
４６ アイコン
４７ 表示データ
５０ 車幅／車高計測ユニット
５１ 第２のセンサー
１００ 車両寸法測定装置

Claims (16)

1. 鉄道の車両の複数箇所へ検査光を照射し、前記車両の複数箇所からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力する複数の第１のセンサーと、
   前記車両の外周面へ検査光を照射し、前記車両の外周面からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力する第２のセンサーと、
   前記複数の第１のセンサー及び前記第２のセンサーを制御し、前記第２のセンサーから出力された前記計測信号を処理して、前記車両の外形寸法を検出する制御処理装置とを備え、
   前記制御処理装置は、前記複数の第１のセンサーから出力された前記計測信号を処理して、前記車両の複数箇所の位置及び高さを検出し、検出した前記車両の複数箇所の位置及び高さの変動量から、前記車両の動揺による上下左右のずれ及び傾きで発生する、前記車両の外周面の前記車両が走行するレールのレール幅方向のずれ量、及び前記車両の外周面の高さ方向のずれ量を算出し、算出した各ずれ量に応じて、検出した前記車両の外形寸法を補正する
   ことを特徴とする車両寸法測定装置。
2. 前記車両に付された車体番号情報を検出する車体番号検出装置を備え、
   前記制御処理装置は、前記車両の外形寸法のデータを、前記車体番号検出装置により検出された前記車体番号情報と関連付けて処理する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両寸法測定装置。
3. 前記車両の位置を検出して、前記車両が所定距離だけ移動する度に、検出信号を出力する車両位置センサーを備え、
   前記制御処理装置は、前記車両位置センサーから出力された前記検出信号に基づき、前記複数の第１のセンサー及び前記第２のセンサーを同期制御する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両寸法測定装置。
4. 前記第２のセンサーは、前記車両の床下へ検査光を照射し、前記車両の床下からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力し、
   前記制御処理装置は、前記第２のセンサーから出力された前記計測信号を処理して、前記車両の床下に設けられた車両床下機器の底部の高さを検出する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の車両寸法測定装置。
5. 前記制御処理装置は、前記第２のセンサーから出力された計測信号を処理して、前記車両床下機器の底部の高さを、等座標間隔で検出し、前記車両床下機器の底部の高さのデータから、前記車両床下機器の底部の高さの分布を示す画像を作成し、作成した画像上で、予め指定された被測定箇所を特定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の車両寸法測定装置。
6. 前記制御処理装置は、等座標間隔で検出した前記車両床下機器の底部の高さのデータに対して、前記車両の動揺による前記車両床下機器の底部のずれ量の補正を行った後、前記車両床下機器の底部の高さの分布を示す画像を作成する
   ことを特徴とする請求項５に記載の車両寸法測定装置。
7. 前記車両床下機器の底部の高さのデータを記憶するメモリを備え、
   前記制御処理装置は、測定した前記車両床下機器の底部の高さが、前記車両上の予め定められた基準点から所定値以内であるか否かを判定し、判定結果を前記メモリに記憶する
   ことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の車両寸法測定装置。
8. 前記車両床下機器の底部の高さを表示する表示装置を備え、
   前記制御処理装置は、前記判定結果を前記表示装置に表示する
   ことを特徴とする請求項７に記載の車両寸法測定装置。
9. 複数の第１のセンサーにより、鉄道の車両の複数箇所へ検査光を照射し、前記車両の複数箇所からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力すると共に、
   第２のセンサーにより、前記車両の外周面へ検査光を照射し、前記車両の外周面からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力し、
   前記複数の第１のセンサーが出力した前記計測信号を処理して、前記車両の複数箇所の位置及び高さを検出し、
   前記第２のセンサーが出力した前記計測信号を処理して、前記車両の外形寸法を検出し、
   検出した前記車両の複数箇所の位置及び高さの変動量から、前記車両の動揺による上下左右のずれ及び傾きで発生する、前記車両の外周面の前記車両が走行するレールのレール幅方向のずれ量、及び前記車両の外周面の高さ方向のずれ量を算出し、算出した各ずれ量に応じて、検出した前記車両の外形寸法を補正する
   ことを特徴とする車両寸法測定方法。
10. 車体番号検出装置により、車両に付された車体番号情報を検出し、
    前記車両の外形寸法のデータを、前記車体番号検出装置が検出した前記車体番号情報と関連付けて処理する
    ことを特徴とする請求項９に記載の車両寸法測定方法。
11. 車両位置センサーにより、前記車両の位置を検出して、前記車両が所定距離だけ移動する度に、検出信号を出力し、
    前記車両位置センサーが出力した前記検出信号に基づき、前記複数の第１のセンサー及び前記第２のセンサーを同期制御する
    ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の車両寸法測定方法。
12. 前記第２のセンサーにより、前記車両の床下へ検査光を照射し、前記車両の床下からの光を受光して、位置及び距離を示す計測信号を出力し、
    前記第２のセンサーが出力した前記計測信号を処理して、前記車両の床下に設けられた車両床下機器の底部の高さを検出する
    ことを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の車両寸法測定方法。
13. 前記第２のセンサーが出力した計測信号を処理して、前記車両床下機器の底部の高さを、等座標間隔で検出し、
    前記車両床下機器の底部の高さのデータから、前記車両床下機器の底部の高さの分布を示す画像を作成し、
    作成した画像上で、予め指定された被測定箇所を特定する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の車両寸法測定方法。
14. 等座標間隔で検出した前記車両床下機器の底部の高さのデータに対して、前記車両の動揺による前記車両床下機器の底部のずれ量の補正を行った後、前記車両床下機器の底部の高さの分布を示す画像を作成する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の車両寸法測定方法。
15. 前記車両床下機器の底部の高さのデータを記憶するメモリを設け、
    測定した前記車両床下機器の底部の高さが、前記車両上の予め定められた基準点から所定値以内であるか否かを判定し、判定結果を前記メモリに記憶する
    ことを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のいずれか一項に記載の車両寸法測定方法。
16. 前記車両床下機器の底部の高さを表示する表示装置を設け、
    前記判定結果を前記表示装置に表示する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の車両寸法測定方法。

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