JPH08278116A

JPH08278116A - ボルト緩み検査方法及びボルト緩み検査装置

Info

Publication number: JPH08278116A
Application number: JP7082792A
Authority: JP
Inventors: Irario Haruomi Kobayashi; イラリオ治臣小林; Yasuhiko Hara; 靖彦原; Yasuo Nakagawa; 泰夫中川; Yasuo Takenaka; 泰雄竹中; Hisashi Shiino; 寿椎野; Yoshiaki Ito; 良明伊藤; Chikao Yoshida; 親雄吉田; Kimikazu Takane; 公和高根
Original assignee: Hitachi Ltd; Central Japan Railway Co; Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Central Japan Railway Co; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】構造体を締結するボルトの緩みを自動検査
し、ボルト緩み検査作業の高速化，高信頼化，省力化を
図ること。【構成】ボルト１１を、照明系１２によってボルト締
結面の法線に対し斜め方向から照明し、ボルト部の画像
をＴＶカメラ１３で撮像する。撮像された画像はＡ／Ｄ
変換器１４によりディジタル画像信号に変換され、フレ
ームメモリ１５に蓄えられた後、計算機１６に内蔵され
た画像処理部にて、輪郭線の角度情報が抽出される。抽
出された角度情報と予め記憶されている基準角度情報と
が比較され、ボルトの緩みの存否が判定される。【効果】ボルトの緩み検査を、高速かつ精度よく行う
ことができるので、検査の信頼性が高まると共に、点検
作業時間を大幅に短縮できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、本発明は構造体を締結
するボルト緩みを検査するボルト緩み検査方法及びボル
ト緩み検査装置に係り、特に例えば、鉄道車両における
ボルト緩みを自動検査するのに好適なボルト緩み検査方
法及びボルト緩み検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、新幹線等の鉄道車両の床下部
は、駆動装置制御用機器や空調機器の保護、空気抵抗の
減少といった目的のため、図２に示すように、車両１の
床下側面及び底面を塞ぎ板２によって掩蔽している。上
記塞ぎ板２は複数のボルトによって固定されていて、ボ
ルト緩み，欠落等の塞ぎ板２に関する異常は、定期的に
点検作業員が車両床下に潜り込むなどして点検を行って
いた。しかし、鉄道車両一編成分の塞ぎ板のボルト本数
は膨大（例えば、新幹線３００系車両の場合、点検対象
となるボルトは約４０００本）なものであり、点検時間
のみならず、作業員の負担及び点検作業に要する経費も
過大になるという問題を有していた。

【０００３】なお、言うまでもないことながら、高速運
転時におけるボルトの脱落や、さらには塞ぎ板の脱落
は、鉄道車両のみならず、軌道周辺設備及び住民に対
し、重大な被害あるいは事故を招きかねないため、ボル
ト緩みの検査は、鉄道車両における重要点検項目の１つ
となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の人手
によるボルト緩みの検査手法は、ボルトを再度締め付け
てチェックする方法、あるいは、ハンマー等によってボ
ルト頭部に、実装されている機器等に影響を与えない程
度の衝撃を加え、その打撃音の変化を聴き分けることに
よる検査方法、等が主たるものであり、作業員の個人差
が検査時間や検査の信頼性に大きく影響していた。

【０００５】また、特に近年、鉄道分野においては、新
幹線車両等の大量輸送手段の高速化に伴い、従来以上に
保守点検作業の重要性が増大しているが、現場作業員の
高齢化や、若い世代の人材不足等の問題が顕著となって
いる。例えば、時間上の制約がある点検作業の場合、短
時間で作業を行なう必要があるため、上記したような手
法では、作業員の負担は大きく、疲労の蓄積による異常
の見逃しが発生し得る。さらに、上記の時間的制約によ
って大量に点検作業員を投入する必要があることから、
省力化や作業経費の低減といった点で問題がある。

【０００６】したがって、本発明の解決すべき技術的課
題は上記した従来技術のもつ問題点を解消することにあ
り、その目的とするところは、ボルト緩み検査の高速
化，省力化，ボルト緩みの定量的な把握を図ると共に、
点検作業に要する経費の低減を図り、さらに検査の信頼
性を向上させることにある。また、本発明の目的とする
ところは、検査対象とするボルトの大きさやあるいは種
類の如何を問わず、ボルト緩み検査を実施できる、汎用
性の高いボルト緩み検査方法ボルト緩み検査装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記した目
的を達成するため、以下のように構成した。すなわち、
例えば、前記新幹線車両の床下両側面及び底面の塞ぎ板
のボルト緩み点検作業に適用する場合には、図３に示す
ように検査（点検）作業現場の所定コース（車両の両側
面及び床下）を走行するように構成された、自動走行車
（ＡＧＶ；Automated Guided Vehicle）３、あるいは自
律走行機能を有するロボットマニュピュレータ等の自動
走行手段に、通信機能を付加したボルト緩み検査装置を
搭載することを基本として、構成される。

【０００８】具体的には、自動走行車に搭載される第１
のボルト緩み検査装置は、ボルト部を撮像する画像撮像
手段と、該画像撮像手段にて撮像した画像よりボルトの
締結状態に関する情報を抽出する手段と、ボルトの正常
締結状態におけるボルト締結状態に関する情報たる基準
情報を予め記憶している記憶手段と、上記画像より抽出
した締結状態の情報と上記基準情報とを比較しボルト緩
みの有無を判定する判定手段と、この判定結果に基づき
ボルト緩み及びその発生箇所を特定して出力する出力手
段とを、具備するように構成される。

【０００９】すなわち検査に先立ち、被検査対象となる
全てのボルトに対し、正常締結状態におけるボルト締結
状態に関する情報である基準情報を予め抽出しておき、
各ボルト毎に基準情報を記憶し、個別管理（位置情報と
対応付けて管理）するように構成する。そして、ボルト
の緩み検査時には、正常状態における該当ボルトの基準
情報を検索し、画像より抽出した締結状態の情報との比
較を行い、双方の情報にずれがある場合には、緩みの発
生を出力するように、構成される。

【００１０】また、第１のボルト緩み検査装置では、よ
り具体的には、上記のボルト締結状態に関する情報とし
て、ボルトの輪郭を形成する直線の基準軸に対する傾
き、あるいは、ボルト頭部に設けられた基準マークの傾
き角度を用いるように、構成される。

【００１１】また、第１のボルト緩み検査装置では、よ
り具体的には、ボルト部を照明する照明手段が設けら
れ、ボルト締結面の法線に対して斜め方向からストロボ
発光によって照明するか、あるいは、ボルト締結面の法
線に対して斜め方向から（単一の光源で）平行光によっ
て照明するか、あるいは、ボルト締結面の法線に対して
斜め方向から複数の光源で多方向から照明するか、ある
いは、ボルト締結面の法線方向から平行光によって照明
するように、構成される。

【００１２】さらにより具体的には、上記のボルトの輪
郭を形成する直線の基準軸に対する傾きを抽出するため
に、上記の照明手段によって照明された画像を撮像し、
この画像に対して所定の処理を実行することによって、
ボルトの輪郭線を抽出して、ある基準軸に対するこれら
の線の傾きを算出するように、構成される。

【００１３】あるいは、さらにより具体的には、ボルト
頭部に設けられた基準マークの傾き角度を抽出するため
に、上記の照明手段によって照明された画像を撮像し、
この画像に対して所定の処理を実行することによって、
基準マークを検出してその傾き角度を算出し、１８０°
乃至３６０°以内のボルト緩みの検出を行うように、構
成される。

【００１４】一方、自動走行車に搭載される第２のボル
ト緩み検査装置は、ボルトまたはボルト近傍に衝撃によ
る振動を加える加振手段と、加振されたボルト部の振動
変位を計測する振動変位計測手段と、計測された振動変
位の時間的変化により少なくとも振動の減衰係数または
減衰時間の何れか一方を測定する測定手段と、被検査対
象ボルトの正常締結状態における上記振動の減衰係数及
び／または減衰時間からなる基準情報を予め記憶してい
る記憶手段と、上記測定した減衰係数及び／または減衰
時間と基準情報との比較判定を行いボルト緩みの有無を
判定する判定手段と、この判定結果に基づきボルト緩み
及びその発生箇所を特定して出力する出力手段とを、具
備するように構成される。

【００１５】すなわち検査に先立ち、被検査対象となる
全てのボルトに対し、正常締結状態における振動波形の
情報を計測して、正常状態の振動の減衰係数及び／また
は減衰時間からなる基準情報を予め抽出しておき、各ボ
ルト毎に基準情報を記憶し、個別管理（位置情報と対応
付けて管理）するように構成する。そして、ボルトの緩
み検査時には、正常状態における該当ボルトの基準情報
を検索し、加振により抽出した締結状態の情報との比較
を行い、双方の情報にずれがある場合には、緩みの発生
を出力するように、構成される。

【００１６】さらにまた、本発明においては、自動走行
車に搭載される第１または第２のボルト緩み検査装置と
モニタ用外部装置との間で通信が行えるように、ボルト
緩み検査装置に通信手段を付設するように、構成され
る。

【００１７】

【作用】検査作業現場の所定のコースを自律走行する機
能を有する自動走行車に搭載される前記第１のボルト緩
み検査装置は、ボルト部の画像を撮像し、撮像した画像
よりボルト締結状態に関する情報を抽出して、予め記憶
された被検査対象ボルトの正常締結状態における基準情
報と上記抽出された情報との比較判定を行い、この判定
結果に基づき、ボルトの緩み及びその発生箇所を特定し
て出力する。

【００１８】すなわち検査に先立ち、被検査対象となる
全てのボルトに対し、正常締結状態におけるボルト締結
状態に関する情報である基準情報を予め抽出しておき、
各ボルト毎に基準情報を記憶し、個別管理（位置情報と
対応付けて管理）する。このボルト締結状態に関する情
報としては、ボルトの輪郭を形成する直線の基準軸に対
する傾き、あるいは、ボルト頭部に設けられた基準マー
クの傾き角度が用いられる。

【００１９】そして、ボルトの緩み検査時には、ボルト
部を、ボルト締結面の法線に対して斜め方向からストロ
ボ発光によって照明するか、あるいは、ボルト締結面の
法線に対して斜め方向から（単一の光源で）平行光によ
って照明するか、あるいは、ボルト締結面の法線に対し
て斜め方向から複数の光源で多方向から照明するか、あ
るいは、ボルト締結面の法線方向から平行光によって照
明するかして、ボルト部を撮像する。この撮像した画像
を適宜処理することによって、ボルト締結状態に関する
上記のような情報が抽出されると共に、正常状態におけ
る該当ボルトの前記基準情報が検索され、基準情報と画
像より抽出した情報との比較を行って、双方の情報にず
れがある場合には緩みの発生があると判定する。

【００２０】より具体的には、上記の照明手段によって
照明された画像を撮像し、この画像に対して所定の処理
を実行することによって、ボルトの輪郭線を抽出して、
ある基準軸に対するこれらの線の傾きを算出し、これを
基準情報と対比して、双方の情報にずれがある場合には
緩みの発生があると判定して、この旨とその発生箇所を
出力する。あるいは、上記の照明手段によって照明され
た画像を撮像し、この画像に対して所定の処理を実行す
ることによって、基準マークを検出してその傾き角度を
算出し、これを基準情報と対比して、双方の情報にずれ
がある場合には１８０°乃至３６０°以内のボルト緩み
の発生があると判定して、この旨とその発生箇所を出力
する。

【００２１】したがって、従来の人手によるボルト緩み
方式に対して、ボルト緩み検査の自動化が実現できると
共に、格段に高速，高精度かつ高信頼なボルト緩み検査
が可能となる。

【００２２】一方、検査作業現場の所定のコースを自律
走行する機能を有する自動走行車に搭載される前記第２
のボルト緩み検査装置は、ボルトまたはボルト近傍に衝
撃による振動を加えて、加振されたボルト部の振動変位
を計測し、計測された振動変位の時間的変化により少な
くとも振動の減衰係数または減衰時間の何れか一方を測
定して、予め記憶された被検査対象ボルトの正常締結状
態における上記振動の減衰係数及び／または減衰時間か
らなる基準情報と、上記測定した減衰係数及び／または
減衰時間との比較判定を行い、この判定結果に基づき、
ボルトの緩み及びその発生箇所を特定して出力する。

【００２３】すなわち、検査に先立ち、被検査対象とな
る全てのボルトに対し、正常締結状態における振動波形
の情報を計測して、正常状態の振動の減衰係数及び／ま
たは減衰時間からなる基準情報を予め抽出しておき、各
ボルト毎に基準情報を記憶し、個別管理（位置情報と対
応付けて管理）する。そして、ボルトの緩み検査時に
は、正常状態における該当ボルトの基準情報を検索し、
加振により抽出した締結状態の情報との比較を行い、双
方の情報にずれがある場合には、緩みの発生があると判
定して、この旨とその発生箇所を出力する。

【００２４】したがって、従来の人手によるボルト緩み
方式に対して、ボルト緩み検査の自動化が実現できると
共に、格段に高速，高精度かつ高信頼なボルト緩み検査
が可能となる。

【００２５】また、自動走行車に搭載される第１または
第２のボルト緩み検査装置とモニタ用外部装置との間で
通信が行えるように、ボルト緩み検査装置に例えば無線
方式による通信手段を付設し、被検査対象ボルトに対す
る基準情報等を受けたり、検査結果や緩み発生箇所等を
外部装置に送信して表示させることで、例えば列車毎に
異なる被検査対象ボルトに対する基準情報を書き替えた
り、保守対策担当者への情報提供が可能となる。

【００２６】また、第１または第２のボルト緩み検査装
置では、画像あるいは振動波形信号と検査結果とは、記
憶手段によって記憶され、これを外部装置に転送するこ
と等で、検査・点検結果を保守データとして長期間保存
することも可能となり、また、データを詳細検討するこ
とも可能となる。

【００２７】以上により、鉄道車両等の構造体を締結す
るボルトの緩みが精度良く検出され、かつ構造体のボル
ト締結状態の自動検査が実現可能となる。よって、ボル
ト緩み検査の高速化，省力化，ボルト緩みの定量的な把
握が可能となり、以って、検査の信頼性が向上し、点検
作業に要する経費の低減が可能となる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を図示した実施例によって説明
する。

【００２９】〔第１実施例〕まず、本発明の第１実施例
を、図１〜図１０を用いて説明する。図１は本実施例の
ボルト緩み検査装置の構成図で、同図において、１１は
構造体（ここでは塞ぎ板２）を締結したボルト、１２は
照明系、１３はＴＶカメラ、１４はＡ／Ｄ変換器、１５
はフレームメモリ、１６は画像処理部等を内蔵し、検査
装置全体の制御を司る計算機、１７は記憶装置、１８は
モニタ装置、１９は通信装置である。

【００３０】本実施例では、検査対象であるボルト１１
部を、照明系１２によりストロボ発光によって照明す
る。照明系１２は締結されているボルト１１の上面の法
線に対し、斜め方向からボルト部を照明する斜方照明系
である。照明系１２で照明されたボルト部の画像はＴＶ
カメラ１３で撮像される。撮像された画像はＡ／Ｄ変換
器１４によりディジタル画像信号に変換され、フレーム
メモリ１５に一旦蓄えられた後、計算機１６に内蔵され
た画像処理部にて処理される。処理された結果はモニタ
装置１８に表示されると共に、記憶装置１７に記憶され
る。また、記憶装置１７に格納された処理結果（検査結
果や適宜に処理された画像データ）は、適宜のタイミン
グで、通信装置１９によって通信回線（ここでは無線通
信回線）を介して外部（ここでは、例えば集中制御管理
室）に送信される。なお、以上のボルト緩み検査装置に
おける画像データ，検査結果データ，制御信号等の流れ
は、通信回線を介して集中制御管理室に集約して処理を
実行するように構成することも可能である。

【００３１】本実施例では、六角ボルトを検査対象とし
ており、回転角度で６０°以下の緩みを検出することを
目的としている。例えば、３００系新幹線車両の床下塞
ぎ板では、ＳＩ標準のＭ１０ボルトが用いられており、
ねじのピッチは１．５ｍｍである。すなわち、ボルト
（ナットも同様）における６０°の回転は、０．２５ｍ
ｍの緩みに相当することになる。これらのボルトの締結
時には緩み防止のため、通常はばね座金が用いられてい
るが、高速運行時の高周波振動による影響を考慮する
と、ボルトの緩みは６０°以内のものであっても事前検
出する必要があると考えられる。六角ボルトの場合、正
常締結状態から何度回転したかを調べるのは、緩み検査
時のボルト輪郭の角度情報を、正常締結状態のものと比
較することによって実現でき、本実施例ではこの手法を
用いて６０°以内の緩みを検知できるようにしている。
次に、本実施例の緩み検出手法について説明する。

【００３２】計算機１６においては、照明系１２の発光
タイミングと撮像とを同期させて、画像の取り込みを実
行する。図４に示すように、ＴＶカメラ１３の検出画面
２０の中心を原点とするＸＹ座標を基準とした場合、同
座標のＸ（水平）方向あるいはＹ（垂直）方向よりボル
ト１１を照明するように、照明系１２を配置する。本実
施例では、検出画面２０の水平（Ｙ），左方向から照明
する配置としている。

【００３３】これにより、図５の（ａ）に示すように、
ＴＶカメラ１３によって取り込まれた画像５１は、ボル
ト５２の右側面に陰影５３を持つ画像となる。一般に構
造体とボルトは同種類の塗装が施されているため、全体
的にほぼ同じ反射率分布になってしまうが、上記したよ
うに照明すれば、陰影部においては明確な濃淡コントラ
ストが得られる。図５の（ｂ）は、図５の（ａ）のＡ−
Ａ’線に沿った濃淡値分布５４を示しており、陰影部に
おける濃淡コントラストが明確であることが確認でき
る。

【００３４】上記図５の（ａ）の画像から、ボルト輪郭
の角度情報を得るための画像処理アルゴリズムを、図６
のフローチャートによって説明する。

【００３５】〈ステップＳＴ１：画像入力〉上述したよ
うな、ＴＶカメラ１３の検出画面２０に対して左水平方
向からの照明で、ボルト部を照明系１２で斜方照明し、
ＴＶカメラ１３で画像を取り込む。

【００３６】〈ステップＳＴ２：２値化処理〉ステップ
ＳＴ２においては、図５の（ａ）を入力画像として、ボ
ルトの陰影部を抽出するためのしきい値５５（図５の
（ｂ））を設定し、画像の２値化を行う。図７は、２値
化処理後の出力画像７１を示している。図７において、
ボルト右側面の陰影部７２が“０”値、それ以外が
“１”値の画像となる。

【００３７】〈ステップＳＴ３：ボルトの脱落・欠落の
判定処理〉次に、２値化処理された画像内における
“０”値の有無について調べる。画像内に“０”値がな
ければステップＳＴ４に進み、存在すればステップＳＴ
５に進む。

【００３８】〈ステップＳＴ４：脱落・欠落の記録〉ス
テップＳＴ４では、検査対象とした部位に有るべきボル
トが抜け落ちている旨を、記録装置１７に記録し、当フ
ローによる処理を終了する。

【００３９】〈ステップＳＴ５：ボルト輪郭線の抽出〉
ステップＳＴ５においては、上記した２値化画像を、図
８に示すように上から順に、左から検索していって、始
めて“１”値から“０”値に変化する点の座標を抽出す
る。先にも述べたように、照明はボルトの左側面から行
われるため、ボルトの輪郭線、すなわちエッジ部は常に
陰影部の左側にあることが保証されている。

【００４０】〈ステップＳＴ６：ボルト輪郭点リストの
作成〉ステップＳＴ５で求めた座標を検出された順に並
べ、座標ｙが最小の点８１（図８）を始点ｐ₁ （＝（ｘ
₁，ｙ₁））とし、ｐ₁ を先頭とする点群ｐ₂ ，ｐ₃ ，…
……，ｐ_n （但し、ｎは輪郭点の総数）を、リストＱで
表現する。

【００４１】〈ステップＳＴ７：直線（辺）の分離〉同
一直線上にある点座標のリストを、上記リストＱに基づ
いて、抽出されたボルト輪郭線の各辺について分離・作
成する。そのために、まず、ｕ＝ｐ₂ ，ｖ＝ｐ₃ ，ｗ＝
ｐ₄とする。そして、辺ｕｖと辺ｖｗのなす左側の角
（＜ｕｖｗ）が、１８０°±αであれば次のの処理を
実行し、１２０°±βであれば次のの処理を実行す
る。但し、αとβは許容誤差である。

【００４２】処理リストＱでｗの次の点をｑとし、ｕ＝ｖ，ｖ＝ｗ，ｗ＝
ｑとして、上記のステップＳＴ７の処理を繰り返す。そ
して、ｑがリストの最後であれば、処理を終了し、ス
テップＳＴ８へ進む。

【００４３】処理リストＱにおいて、始点からｖまでの点座標を、同一直
線を構成する点群として分離する。次に、ｖを新始点と
して、上記のステップＳＴ７の処理を繰り返し、次辺の
点群リストを作成する。

【００４４】以上の処理により、最低でも２個以上の、
ボルト輪郭の辺を成す点座標リストが作成される。した
がって、次のステップとしては、上記各辺の点座標リス
トのデータに基づいて、ボルト輪郭直線の角度を求める
ことになる。

【００４５】〈ステップＳＴ８：直線方程式の算出〉図
９に示すように、各辺のリストの始点から終点までの点
座標のデータ（ｘ_i，ｙ_i ）が、直線９１，９２，９３
に最もよく当てはまる方程式を、次の式の評価関数に
より、最小２乗法を用いて求める。但し、式におい
て、Ｎは同一直線上の点座標データ数である。

【００４６】

【数１】

【００４７】すなわち、直線の方程式をｙ＝ａ＋ｂｘと
したとき、式を最小値にする係数ａとｂを求めればよ
い。計算法については種々の文献があるため、ここでは
省略する。

【００４８】なお、このとき、始点から頂点ｖまでの距
離を、ボルト輪郭の一辺の長さとして計算できる。

【００４９】〈ステップＳＴ９：角度の算出〉上記直線
方程式を用いて、基準軸（例えば水平軸ｘ）に対する各
辺の角度９４，９５，９６（図９）を、次の式を用い
て求める。

【００５０】

【数２】

【００５１】〈ステップＳＴ１０：角度の比較〉同一の
ボルトに対し予め同条件にて検出・算出し、記憶装置１
７に記憶しておいた正常締結状態のボルトの対応する辺
の角度データを検索し、上記ステップＳＴ９の計算結果
と比較する。双方のデータ比較において、ある許容範囲
γを超える角度ずれが生じた場合、ボルト緩みが発生し
ていると判断してステップＳＴ１１へ進み、許容範囲γ
内であればボルト緩み無しと判断して当フローによる処
理を終了する。

【００５２】〈ステップＳＴ１１：ボルト緩みの発生を
記録〉ステップＳＴ１０でボルト緩みの発生と判定され
ると、ボルト緩みの発生を示すデータとこの際の処理画
像データとを、発生箇所（ボルトの固有番号）と対応付
けて記憶装置１７に記録し、また、ボルト緩みとその発
生箇所とをモニタ装置１８に表示させ、さらにまた、必
要に応じ通信装置１９によってボルト緩みとその発生箇
所とを外部に通知する。

【００５３】以上が、本実施例の画像処理部におけるボ
ルト緩み検出の基本アルゴリズムである。六角ボルトの
幾何学的な特徴は既知であるから、部分的な情報ではあ
るが、上記したアルゴリズムにて抽出したボルト輪郭に
関するデータから、ボルトの一辺の長さ，全辺の頂点座
標，中心あるいは重心座標が得られ、ボルトの２次元的
な情報は全て求められる。

【００５４】上述してきた構成によるボルト緩み検査装
置を、図１０に示すような、自律走行機能を有する自動
走行車１００に搭載する（但し、ボルト緩み検査装置の
一部の機能については、複数組が用意されて搭載され
る）。図１０は本実施例のボルト緩み検査機能付き自動
走行車の外観を示す図である。

【００５５】ボルト緩み検査装置の一部の構成が、すな
わち、照明系とＴＶカメラとが検査ヘッド部１０１とし
て、自動走行車１００上に設置された直角座標ロボット
１０２に搭載され、姿勢制御のための自由度が与えられ
る。ボルト緩み検査装置の他の機能、すなわち、Ａ／Ｄ
変換器，フレームメモリ，計算機（画像処理部等），記
憶装置，通信装置等は、検査部本体１０３として自動走
行車１００内に内蔵される。また、図示していないが、
自動走行車１００の走行制御装置や直角座標ロボット１
０２の動作制御装置等々も自動走行車１００内に内蔵さ
れる。なお、ここまでの説明では、ボルト緩み検査装置
はモニタ装置を持つものとなっているが、自動走行車に
搭載する場合には、モニタ装置は場合によっては割愛し
ても差し支えない。

【００５６】本構成によるボルト緩み検査機能付き自動
走行車を、図２及び図３で示した、新幹線車両床下機器
の塞ぎ板を固定するボルトのボルト緩み検査に用いる。
但し、図１０で示したボルト緩み検査機能付き自動走行
車は、車両側面の塞ぎ板のボルトを検査対象とするもの
である。そのため、検査ヘッド部１０１は塞ぎ板縦方向
のボルトの数（３個）だけ用意され、並列に検査される
ようになっている。

【００５７】検査に際しては、新幹線車両基地の保守点
検作業現場に敷設したガイドライン１０４に沿って、上
記した自動走行車１００を走行させ、検査対象ボルトへ
の位置決めを行う。本自動走行車１００の位置決め機能
は、位置決めセンサによる車両の位置情報と車両の塞ぎ
板及び締結ボルト位置の設計情報に基づくものである。
次に、直角座標ロボット１０２によって、検査ヘッド部
１０１のボルトへの位置決めの微調整及び姿勢制御を行
い、検査を開始する。

【００５８】なお、本実施例の自動走行車１００は、ケ
ーブル１０５の自動引き込み・繰り出し機能を有する電
源ケーブルリールを内蔵しており、電源はこのケーブル
１０５によって供給される。

【００５９】また、本実施例では、自動走行車１００側
と例えば集中制御管理室の外部機器とは、ボルト緩み検
査装置の通信装置によって無線電波で通信を行う。すな
わち、自動走行車１００が検査対象とする全ボルトの基
準角度情報は、集中制御管理室側から自動走行車１００
側へ送信され、また、検査結果（ボルト緩みとその発生
箇所を示すデータ）や画像データは、自動走行車１００
側から集中制御管理室側へ送信され、また、自動走行車
１００側と集中制御管理室側との制御信号は両者間で送
受信される。なお、その際には、ＶＨＦ帯域以上の電波
が好適である。

【００６０】自動走行車１００に設置される無線用垂直
アンテナ１０６の長さは、波長λの１／４に比例し、１
０００ＭＨｚ帯の電波を用いた場合、約７．５ｃｍとな
り、本自動走行車１００において実用上の支障はない。
短縮コイルを用いれば、アンテナは更に短くすることが
できる。新幹線車両の検査用ピットは直線コースである
ため、無線電波の送受信に関する大きな支障はないが、
必要に応じて自動走行車の移動コース上、あるいはその
近傍に中継アンテナを設けることも可能である。

【００６１】検査対象とするボルトの基準角度情報に関
しては、予め正常締結状態にて撮像し、抽出した個々の
ボルト輪郭の基準角度データを、集中制御管理室の記憶
装置に記憶しておく。すなわち、一編成全車両分の検査
対象ボルトは全て個別に識別コードを持ち、その位置情
報と対応付けられたものとなっており、正常締結状態の
基準角度データは識別コードと共に、集中制御管理室に
おいて各列車毎に記憶・管理されている。そして、列車
の検査スケジュールに応じて、対応するデータを自動走
行車１００のボルト緩み検査装置に送信して、ボルト緩
み検査装置の記憶装置にデータロードを行う。但しこの
場合、当該ボルト緩み検査装置が担当する、一編成全車
両の右側面または左側面の塞ぎ板の全ボルトの基準角度
データのデータロードを行う（他のボルト緩み検査装置
に対しても、それが担当する塞ぎ板の全ボルトの基準角
度データのデータロードが行われる）。

【００６２】ここでは、データロードの手段として、無
線による送受信を示したが、レーザ光を用いた光送受信
器を自動走行車と検査コース上に配置する方法であって
も差し支えない。あるいはまた、フロッピーディスク，
リムーヴァブル（取外し可能）ハードディスク，光磁気
ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＩＣカード，ＩＣメモリカセ
ット等の可搬補助記録媒体に上記基準角度データを記憶
しておき、対応する列車用の基準角度データを格納した
可搬補助記録媒体を、自動走行車上のボルト緩み検査装
置の記憶装置にセットして、データロードを行うように
してもよい。

【００６３】以上説明したボルト緩み検査機能付き自動
走行車は、車両側面の塞ぎ板のボルトを検査対象とした
が、車両の床下底面の塞ぎ板のボルトについては、複数
の検査ヘッド部１０１を上向きに且つ水平に並設するこ
とによって、床下底面ボルト検査用のボルト緩み検査機
能付き自動走行車を構成する。これによって、床下底面
ボルト検査用のボルト緩み検査機能付き自動走行車にお
いても、床下側面ボルト検査用のボルト緩み検査機能付
き自動走行車と同様に、ボルト緩みの検査が行える。す
なわち、新幹線車両の床下を掩蔽する塞ぎ板のボルト緩
み検査は、以上の床下側面ボルト検査用及び床下底面ボ
ルト検査用の２種類のボルト緩み検査機能付き自動走行
車を用いることによって、全ての床下塞ぎ板のボルトに
対し自動検査を行うことが可能となる。

【００６４】なお、自動走行車に搭載される記憶装置，
計算機，通信装置，走行制御装置等は精密機器であるた
め、完全防塵設計によって塵埃対策を施しておくように
される。

【００６５】本実施例においては、ボルト緩み検査装置
の記憶装置に、検査対象ボルトの基準情報及び検査結果
が記憶され、一車両の検査終了後、または複数車両の検
査終了後、または一編成全車両の検査終了後等の適宜時
点において、ボルト緩み検査装置によって検査レポート
が自動作成され、無線通信で集中制御管理室に報告され
る。あるいは、逐次もしくは適宜単位の検査終了タイミ
ングで、ボルト緩み検査装置から検査結果の送信を受け
た集中制御管理室の計算機において、検査レポートが自
動作成される。

【００６６】なお本実施例においては、画像処理部でボ
ルト輪郭の高精度な角度情報検出を図るため、直線を成
す多数個の点データを入力とした統計的な処理、すなわ
ち最小２乗法を用いたが、処理の高速化が課題となる場
合には、ボルト輪郭各辺の、例えば始点と端点の２点を
用いて角度検出を行っても構わない。

【００６７】また、本実施例においては、照明系として
ストロボ光源による斜方照明を用いたが、ボルト締結面
の法線に対して斜め方向から照明する斜方照明系とし
て、例えばレーザ光源のような高コヒーレント光源（平
行光）を用いることによって、ボルト陰影画像の濃淡値
コントラストの向上を図ることも可能である。

【００６８】また、本実施例においては、１つのボルト
に対して単一の照明光源及び画像を用いたが、複数のス
トロボ光源による斜方照明系、もしくは複数の高コヒー
レント光源による斜方照明系によって、ボルト部を多方
向より順次照明して撮像し、得られた各画像について前
述した画像処理アルゴリズムを実行し、より完全なボル
ト輪郭の復元を行うことによって、ボルト緩み検出の信
頼性を向上させることも可能である。

【００６９】〔第２実施例〕次に、本発明の第２実施例
を説明する。上述してきた第１実施例においては、ボル
ト緩み検査装置を自動走行車に搭載し、ボルト緩み検査
装置が停止している鉄道車両に対して移動するようにし
ていた。本実施例では、これとは逆に、図１の前記した
ボルト緩み検査装置を、車両の保守点検作業現場の軌道
脇及び軌道上等々に固定的に配置し、比較的低速で走行
する車両の自動検査を行うようにしている。このとき、
ＣＣＤＴＶカメラの電子シャッター機能を用いること
が有効で、例えば、車両の３０ｋｍ／ｈでの走行時には
４０００分の１秒以上のシャッター速度に設定し、ボル
ト部の通過タイミングに合わせて、照明と同期させて撮
像すれば検査に充分な画像が得られる。画像処理アルゴ
リズムについては、第１実施例と同様であるので、ここ
ではその説明は割愛する。

【００７０】本実施例では、ボルト緩み検査を行う場所
は、車両の保守点検作業現場に限定されず、例えば、ボ
ルト緩み検査装置を主要駅のホーム下の線路に配設して
おくこと等により、通常運行時においても、ボルト緩み
の自動検査を随時行うことができる利点が生じる。

【００７１】なお、ボルト緩み検査装置を固定的に配置
し、この前もしくは上を車両を通過させることによりボ
ルト緩みの自動検査を行う手法は、以下の第３，第４，
第５実施例においても同様に採用可能である。

【００７２】〔第３実施例〕次に、本発明の第３実施例
を、図１１を用いて説明する。前記第１及び第２実施例
では、ボルトの緩みをボルト輪郭線の角度の変化（回転
によるもの）として捉え、６０°以下の緩みを検出する
ようにしていた。これに対し、本実施例では、ボルト頭
部に基準マークを設け、正常締結状態と検査時の基準マ
ークの傾きの変化によって、ボルトの緩みを判定するよ
うにしている。本実施例では、１８０°以内、もしくは
基準マークの形状を工夫することによって、３６０°以
内のボルトの緩みを検出することが可能となる。

【００７３】ここでは、１８０°以内のボルトの緩みを
検出する場合について説明する。例えば、図１１の
（ａ）に示すように、ボルト１１１の頭部中央に棒状
（幅広直線状）の切れ込み加工による基準マーク１１２
を設けた場合、前記第１実施例と同様（図１に示した）
のボルト緩み検査装置を用いると、図１１の（ｂ）に示
すような画像１１３が得られる。図１１の（ｂ）に示す
ように、画像１１３には、ボルト側面の陰影１１４と共
に、ボルト１１１の頭部の凹凸によって切れ込み部（基
準マーク１１２）の陰影１１５が生じる。したがって、
基本的には第１実施例のボルト緩み検査装置を用いて、
画像処理アルゴリズムに多少の変更を加えることで、基
準マークの傾きθを求め得ることは当業者には自明であ
る。検出した基準マークの傾きθの角度データと、予め
求められている正常締結状態の基準マークの傾きの角度
データとを対比すれば、１８０°以内のボルトの緩みを
検出することができる。

【００７４】なお、基準マーク１１２を直線状の切れ込
みではなく、例えば「ト」状のもの等にすれば、３６０
°以内のボルトの緩みを検出することが可能となる。

【００７５】なおまた、本実施例のボルト緩み検査装置
は、第１実施例と同様に、自律走行機能を有する自動走
行車に搭載することができる。あるいは、第２実施例と
同様に、走行する車両に対して固定配置して使用するこ
ともできる。

【００７６】〔第４実施例〕次に、本発明の第４実施例
を、図１２〜図１６を用いて説明する。本実施例では、
図１２に示すように、ボルト１２１の頭部中央に螢光塗
料を棒状（幅広直線状）に塗布し、これを基準マーク１
２２としたボルト１２１を検査対象として取り扱う。な
お、基準マーク１２２は白色塗料等で形成しても差し支
えない。

【００７７】図１３は本実施例のボルト緩み検査装置の
構成図で、同図において、１２１は構造体（ここでは塞
ぎ板２）を締結した上記したボルト、１３１はハーフミ
ラー１３１ａと光源１３１ｂとを含み、落射照明を行う
照明系、１３２はＴＶカメラ、１３３はＡ／Ｄ変換器、
１３４はフレームメモリ、１３５は画像処理部を内蔵
し、検査装置全体の制御を司る計算機、１３６はモニタ
装置、１３７は記憶装置、１３８は無線で送受信を行う
通信装置である。

【００７８】本実施例では、検査対象であるボルト部
を、ボルト上面の法線方向から照明系１３１によって照
明を行い、ボルト部の画像をＴＶカメラ１３２で撮像す
る。撮像された画像は、Ａ／Ｄ変換器１３３によってデ
ィジタル信号に変換され、フレームメモリ１３４に一旦
蓄えられた後、計算機１３５に内蔵された画像処理部に
て処理される。処理された結果は、モニタ装置１３６に
表示されると共に、記憶装置１３７に記憶される。ま
た、記憶装置１３７に格納された処理結果（検査結果や
適宜に処理された画像データ）は、適宜のタイミング
で、通信装置１３８によって通信回線（ここでは先の実
施例と同様に無線通信回線）を介して集中制御管理室に
送信される。なお、以上のボルト緩み検査装置における
画像データ，検査結果データ，制御信号等の流れは、通
信回線を介して集中制御管理室に集約して処理を実行す
るように構成することも可能である。

【００７９】前記照明系１３１の光源１３１ｂとして
は、通常の白色光源が好適であるが、キセノンランプあ
るいはハロゲンランプ等の、蛍光によるコントラストを
強調するような光源も有効である。なお本実施例におい
ては、ボルト部を平行光によって落射照明するようにし
ている。

【００８０】図１４の（ａ）は、本実施例のＴＶカメラ
１３２で撮像されたボルト部の画像１４１を示してお
り、同図より明らかなように、前記基準マーク１２２が
白く明瞭に検出されている。図１４の（ｂ）は、図１４
の（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った濃淡値分布１４２を示し
ており、基準マーク位置における濃淡コントラストが明
瞭であることが確認できる。

【００８１】続いて、前記基準マーク１２２の傾きを検
出する画像処理アルゴリズムについて説明する。

【００８２】〈ステップ１：２値化処理〉図１４の
（ａ）の画像を入力画像として、ボルト上の基準マーク
を抽出するためのしきい値１４３（図１４の（ｂ））を
設定し、画像の２値化を行う。図１５は２値化処理後の
出力画像１５１を示している。図１５において、基準マ
ークの領域が“１”値（白）の画像で、他の領域が
“０”値（黒）の画像となる。

【００８３】〈ステップ２：慣性主軸の算出〉上記２値
化画像に対し、“１”（白）の値を持つ領域の慣性主軸
を求める。まず、“１”値領域内の各画素のｘ座標軸及
びｙ座標軸に関する慣性モーメントを、それぞれ次の
式及び式によって求める。但し、式，式におい
て、Ｎ：“１”値領域内の画素数ｘ_i：“１”値領域内ｉ番目画素のｘ座標ｙ_i：“１”値領域内ｉ番目画素のｙ座標である。

【００８４】

【数３】

【００８５】

【数４】

【００８６】同様に、“１”値領域内画素の慣性乗積
を、次の式によって求める。

【００８７】

【数５】

【００８８】以上の値を用いると、図１６に示すような
“１”値領域内画素の主慣性モーメントＩ_max とＩ_min
とが計算できるが、ここで求めたいのは最大主慣性軸Ｉ
_maxの傾き角度θ_m であり、次ステップでこれを計算す
る。

【００８９】〈ステップ３：慣性主軸の傾き角度の算
出〉上記最大主慣性軸Ｉ_max の傾き角度θ_m は、次の
式で求められ、これが基準マークの傾き角度となる。

【００９０】

【数６】

【００９１】〈ステップ４：傾き角度の比較〉同一のボ
ルトに対し予め同条件にて検出・算出し、記憶装置１３
７に記憶しておいた正常締結状態のボルトの基準マーク
の傾き角度を検索し、上記ステップ３の計算結果と比較
する。双方のデータ比較において、ある許容範囲を超え
た角度ずれが生じた場合、ボルト緩みが発生していると
判断して、ボルト緩みの発生を示すデータとこの際の処
理画像データとを、発生箇所（ボルトの固有番号）と対
応付けて記憶装置１３７に記録し、また、ボルト緩みと
その発生箇所とをモニタ装置１３６に表示させ、さらに
また、必要に応じ通信装置１３８によってボルト緩みと
その発生箇所とを外部に通知する。

【００９２】以上が本実施例の画像処理アルゴリズムの
基本的な処理ステップであるが、アルゴリズムのノイズ
に対応した、フィルタリング処理や、２値化後の孤立点
除去等の前処理、あるいは基準マークの形状情報（周囲
長，面積等）を用いた判定ルーチンなどが、必要に応じ
て本実施例の画像処理アルゴリズムに付加される。

【００９３】斯様な構成と検出手法をとる本実施例にお
いても、前記第３実施例と同様に、１８０°以内のボル
トの緩みを検出することができる。また、基準マーク１
２２の形状を工夫することによって、３６０°以内のボ
ルトの緩みを検出することも可能となる。

【００９４】なおまた、本実施例のボルト緩み検査装置
は、第１実施例と同様に、自律走行機能を有する自動走
行車に搭載することができる。あるいは、第２実施例と
同様に、走行する車両に対して固定配置して使用するこ
ともできる。

【００９５】〔第５実施例〕次に、本発明の第５実施例
を、図１７〜図２１を用いて説明する。本実施例のボル
ト緩み検査装置は、図１３に示した第４実施例と同一の
ものであり、ここではその説明は省略する。本実施例で
は、図１７に示すように、ボルト１７１の頭部中央にく
さび形の切り込み加工による基準マーク１７２を設けた
ボルト１７１を、検査対象として取り扱う。

【００９６】本実施例は、基準マーク１７２をくさび形
の切り込みとすることにより、正反射と乱反射による明
暗効果を利用するものである。図１８はボルト１７１に
施したくさび形の切り込みの断面を示す図であり、同図
に示すくさびの角度θ_k は、４５°以下で、かつ１０°
以上に設定して加工することが望ましい。本実施例で
は、くさびの角度θ_k を４０°、くさびの深さｄ＝３ｍ
ｍの仕様で加工した。

【００９７】図１８に示すように、落射照明による照明
光（平行光）１８１は、ボルト表面でほとんどが正反射
する。これに対して、くさびの内部壁１８３に入射する
光は、くさび面に対し鋭角に入射するため、乱反射す
る。したがって、くさびの領域では正反射光成分が少な
くなるため、周囲に比べて暗くなる。さらに、照明系が
落射照明であるため、画面内で暗くなる領域は基準マー
クのみになる。

【００９８】図１９の（ａ）は、本実施例のＴＶカメラ
で得られる画像１９１を示しており、同図に示すよう
に、くさび形の切り込みによる基準マーク領域１９２が
暗く検出される。図１９の（ｂ）は、図１９の（ａ）の
Ａ−Ａ’線に沿った濃淡値分布１９３を示している。

【００９９】上記図１９の（ａ）の画像に対し、しきい
値１９４（図１９の（ｂ））を設定して、２値化処理を
行うと、図２０に示すような２値化画像２００が得られ
る。図２０において、基準マーク領域２０１が“０”値
の画像となり、他の領域が“１”値の画像となる。この
２値化画像２００は基本的には、第４実施例で示した、
図１５の２値化画像と同等である。すなわち、本実施例
においては、第４実施例の画像処理アルゴリズムにおけ
る慣性モーメントを計算する対象領域を、“０”値領域
に変更すればよいことになる。

【０１００】ここでは次に、基準マークの傾きを検出す
る別手法の画像処理アルゴリズムについて説明する。

【０１０１】〈ステップ１１：画像入力〉落射照明され
たボルト部をＴＶカメラで撮像して、図１９の（ａ）の
ようなボルト部の画像を取り込む。

【０１０２】〈ステップ１２：２値化処理〉取り込んだ
画像に対し、上記したようにしきい値を設定して、画像
の２値化を行い、図２０のような２値化画像を得る。

【０１０３】〈ステップ１３：基準マークの抽出〉上記
２値化画像を、図２１に示すように上から順に、左から
検索していって、初めて“１”値から“０”値に変化す
る点の座標を抽出する。

【０１０４】〈ステップ１４：基準マーク輪郭点リスト
の作成〉ステップ１３で求めた座標を検出された順に並
べ、座標ｙが最小の点２１１（図２１）を始点ｐ₁ （＝
（ｘ₁，ｙ₁））とし、ｐ₁ を先頭とする点群ｐ₂ ，
ｐ₃，………，ｐ_m （但し、ｍは輪郭点の総数）を、リ
ストＲで表現する。

【０１０５】〈ステップ１５：直線方程式と傾きの算
出〉上記リストＲの点座標を直線に当てはめることによ
って直線方程式を得、得られた直線方程式に基づいて傾
きを算出するわけであるが、この手順については、第１
実施例に示した画像処理アルゴリズムの前記したステッ
プＳＴ８，ＳＴ９と同等であるので、その詳細説明は省
略する。

【０１０６】〈ステップ１６：傾き角度の比較〉同一の
ボルトに対し予め同条件にて検出・算出し、記憶装置１
３７に記憶しておいた正常締結状態のボルトの基準マー
クの傾き角度を検索し、上記ステップ１５の計算結果と
比較する。双方のデータ比較において、ある許容範囲を
超えた角度ずれが生じた場合、ボルト緩みが発生してい
ると判断して、ボルト緩みの発生を示すデータとこの際
の処理画像データとを、発生箇所（ボルトの固有番号）
と対応付けて記憶装置１３７に記録し、また、ボルト緩
みとその発生箇所とをモニタ装置１３６に表示させ、さ
らにまた、必要に応じ通信装置１３８によってボルト緩
みとその発生箇所とを外部に通知する。

【０１０７】以上が本画像処理アルゴリズムの基本的な
処理ステップであるが、先にも述べたように、フィルタ
リング処理や、２値化後の孤立点除去等の前処理、ある
いは基準マークの形状情報（周囲長，面積等）を用いた
判定ルーチンなどが、必要に応じて付加される。

【０１０８】斯様な構成と検出手法をとる本実施例にお
いても、前記第３，第４実施例と同様に、１８０°以内
のボルトの緩みを検出することができる。また、基準マ
ーク１７２の形状を工夫することによって、３６０°以
内のボルトの緩みを検出することも可能となる。

【０１０９】なおまた、本実施例のボルト緩み検査装置
は、第１実施例と同様に、自律走行機能を有する自動走
行車に搭載することができる。あるいは、第２実施例と
同様に、走行する車両に対して固定配置して使用するこ
ともできる。

【０１１０】〔第６実施例〕次に、本発明の第６実施例
を、図２２〜図２７を用いて説明する。本実施例は、前
記した各実施例のように、ボルト部の撮像画像を画像処
理することによってボルト緩みを検出するのではなく、
ボルトもしくはその近傍を加振することによって得られ
る振動変位を利用してボルト緩みを検出するものであ
る。

【０１１１】図２２は本実施例のボルト緩み検査装置の
構成図で、同図において、２２１は構造体（ここでは塞
ぎ板２）を締結したボルト、２２２は加振装置、２２３
は光学式変位検出器、２２３ａは光学式変位検出器のヘ
ッド部、２２３ｂは信号増幅器等を内蔵した光学式変位
検出器のコントローラ部、２２４はＡ／Ｄ変換器、２２
５はバッファメモリ、２２６は振動波形処理部を内蔵
し、検査装置全体の制御を司る計算機、２２７は記憶装
置、２２８はモニタ装置、２２９は無線通信を行う通信
装置である。

【０１１２】本実施例においては、検査対象であるボル
ト２２１の頭部を、加振装置２２２により、機構部に影
響を与えないような、インパルス的な打撃による振動を
加える。振動はボルト２２１を介して構造体に伝わり、
ボルト近傍に配置された光学式変位検出器２２３のヘッ
ド部２２３ａによって、変位振幅信号として検出され
る。検出された信号は、光学式変位検出器２２３のコン
トローラ部２２３ｂを介してＡ／Ｄ変換器２２４に送ら
れ、１次元のディジタル信号に変換される。ディジタル
信号に変換された変位振幅信号はバッファメモリ２２５
に取り込まれた後、計算機２２６の振動波形処理部にて
処理される。また、計算機２２６では、制御信号Ｓｃに
よって加振装置２２２による打撃のタイミングを制御す
る。

【０１１３】計算機２２６で処理された結果は、記憶装
置２２７に記憶されると共に、モニタ装置２２８に表示
され、異常が検出された場合にはオペレータに注意を促
す。また、記憶装置２２８に格納された処理結果（検査
結果や適宜に処理された波形データ）は、適宜のタイミ
ングで、通信装置２２９によって通信回線（ここでは先
の実施例と同様に無線通信回線）を介して外部（ここで
は、例えば集中制御管理室）に送信される。なお、以上
のボルト緩み検査装置における波形データ，検査結果デ
ータ，制御信号等の流れは、通信回線を介して集中制御
管理室に集約して処理を実行するように構成することも
可能である。

【０１１４】図２３は加振装置２２２の構成を示す図
で、同図において、２３１は電源スイッチ、２３２はソ
レノイドコイル、２３３は可動鉄心、２３４はリターン
スプリングである。計算機２２７からの制御信号Ｓｃに
より、加振装置の電源スイッチ２３１を操作し、ソレノ
イドコイル２３２に１パルス時間通電すると、可動鉄心
２３３がボルトに向けて打ち出される。打ち出された可
動鉄心２３３はボルトを打撃加振後、衝撃の反動とリタ
ーンスプリング２３４のばね力によって引き戻される。
この打撃による振動は、光学式変位検出器２２３によっ
て検出される。

【０１１５】本実施例の光学式変位検出器２２３は、出
力が２ｍＶ、波長６７０ｎｍの半導体レーザを光源とし
て用いている。作動距離、すなわち投光面から反射面
（対象物）までの距離は３０ｎｍで、分解能は０．０２
μｍである。また、サンプリング周波数は５０ｋＨｚで
あるが、既述した点検作業員のハンマー等の打撃による
官能検査方法は可聴帯域で通常行われており、サンプリ
ング定理を考慮してもカバーする周波数帯域は２５ｋＨ
ｚであるために、本発明の目的に十分対応できるもので
ある。

【０１１６】以上の構成のもと、ボルトを打撃すること
によって得られた変位振幅信号の波形を図２４に示す。
同図に示すように、衝撃が入力された時点２４１から変
位振幅波形２４２が大きく変化し、その後減衰していく
様子が確認できる。この変位振幅波形２４２における振
動特性、すなわち、減衰係数は変位振幅信号の振動波形
の包絡線２４３（破線で示す）を構成する指数関数の係
数として計算され、そのための手法については種々の文
献があるので、ここでは省略する。

【０１１７】本実施例では、予め同条件にて正常締結状
態にある各ボルトを加振し、ボルトの正常締結状態にお
ける振動波形から、減衰係数及び／または減衰時間を求
め、これを記憶装置２２７にボルトの個別基準データと
して記憶しておく。

【０１１８】構造体を締結しているボルトに緩みが生じ
た場合、局所的に固有周波数及び振動の伝達特性が変化
し、ボルトの近傍において振動に変化が生じる。すなわ
ち、ボルトに緩みが生じた場合、構造体側では固有周波
数が低下し、結果として減衰係数が低下する。これを図
２５に示す（図２５において、２５１は衝撃入力時点、
２５２は変位振幅波形、２５３は振動波形の包絡線であ
る）。いま、図２４に示した波形が正常締結状態におけ
るデータとすると、図２５の波形との相違は明らかであ
り、この波形変化を減衰係数（あるいは減衰時間）とし
て定量的に求め、正常時のデータとの比較を行う。比較
の結果、減衰係数（あるいは減衰時間）にある許容範囲
を超える差がある場合、ボルト緩みの発生と判定する。

【０１１９】なお、減衰係数もしくは減衰時間の何れか
一方を用いても、ボルト緩みの検出は可能であるが、減
衰係数と減衰時間の両者を用いて判定を行った方が、判
定の信頼性が高まることは言うまでもない。

【０１２０】なおまた、上記した例ではボルトを加振す
るようにしているが、ボルトの近傍を加振するようにし
ても、同様な変位振幅波形が得られ、これを用いてボル
ト緩みを判定するようにしてもよい。

【０１２１】ここで、本実施例のボルト緩み検査装置
も、前述した第１実施例などと同様に、自律走行機能を
有する自動走行車に搭載することができ、例えば、新幹
線車両を対象とした車両床下機器の塞ぎ板におけるボル
ト緩みの自動検査装置として構築できる。但し、ボルト
緩み検査装置の検査ヘッドユニットは図２６に示すよう
な構成をとる。すなわち、ＸＹＺステージ２６１上に、
ボルト位置検出用のＴＶカメラ２６２と、前記加振装置
２２２及び光学式変位検出器２２３とを配置した構成を
とる。この検査ヘッドユニットにおいて、ＴＶカメラ２
６２は加振装置２２２をボルトに対して位置決めするた
めに用いており、ＸＹＺステージ２６１を駆動すること
で、位置決めの微調整を行う。

【０１２２】図２７は、上記した構成の検査ヘッドユニ
ットを持つボルト緩み検査装置を搭載した、ボルト緩み
検査機能付き自動走行車の外観を示す図である。図２７
において、前記第１実施例の図１０と均等な構成要素に
は同一符号を付し、これらの構成・機能・動作等は先に
述べた通りであるので、ここではその説明は省略する。
図２７において、２７１は図２６に示した検査ヘッドユ
ニットで、複数の検査ヘッドユニット２７１が、前記自
動走行車１００上の前記直角座標ロボット１０２に搭載
され、姿勢制御のための自由度が与えられる。ボルト緩
み検査装置の他の機能、すなわち、Ａ／Ｄ変換器，フレ
ームメモリ，計算機（振動波形処理部等），記憶装置，
通信装置等は、検査部本体２７２として自動走行車１０
０に内蔵される。

【０１２３】図２７の構成のボルト緩み検査機能付き自
動走行車を、前記図３のように、車両床下機器の塞ぎ板
を固定するボルトのボルト緩み検査に使用する。但し、
図２７のボルト緩み検査機能付き自動走行車は、車両の
側面塞ぎ板のボルトを検査対象としており、そのため、
検査ヘッドユニット２７１は、側面塞ぎ板の縦方向のボ
ルトの数（３個）に対応する数が用意されており、縦方
向のボルトは並列に検査されるようになっている。な
お、車両の床下底面の塞ぎ板のボルトを検査対象とする
ボルト緩み検査機能付き自動走行車においては、所定数
の検査ヘッドユニットの検査面側を上向きにして配置す
る以外は、側面塞ぎ板のボルトを検査対象とするボルト
緩み検査機能付き自動走行車と同様である。

【０１２４】検査に際しては、新幹線車両基地の保守点
検作業現場に敷設したガイドライン１０４に沿って、自
動走行車１００を走行させ、検査対象ボルトへの位置決
めを行う。本自動走行車１００の位置決め機能は、先に
も述べたように、位置決めセンサによる車両の位置情報
と車両の塞ぎ板及び締結ボルト位置の設計情報に基づく
ものである。次に、直角座標ロボット１０２によって、
検査ヘッドユニット２７１の被検査ボルトへのおおよそ
の位置決め後、ＴＶカメラ２６２の画像に基づいて、加
振装置２２２のボルトへの位置決め微調整を行い、検査
を開始する。

【０１２５】本実施例においても、一編成全車両分の検
査対象ボルトは全て個別に識別コードを持ち、その位置
情報と対応付けられたものとなっており、正常締結状態
の振動特性データは識別コードと共に、集中制御管理室
において各列車毎に記憶・管理されている。そして、列
車の検査スケジュールに応じて、対応するデータがボル
ト緩み検査装置の記憶装置にデータロードされる。すな
わち、各ボルト緩み検査装置がこれから検査対象とす
る、全ボルトの識別コードと振動特性データ（基準デー
タ）とがデータロードされる。なお、データロードの手
法については、前記第１実施例で述べたような手法がと
られる。

【０１２６】また、本実施例においても、ボルト緩み検
査装置の記憶装置に、検査対象ボルトの基準情報及び検
査結果が記憶され、一車両の検査終了後、または複数車
両の検査終了後、または一編成全車両の検査終了後等の
適宜時点において、ボルト緩み検査装置によって検査レ
ポートが自動作成され、無線通信で集中制御管理室に報
告される。あるいは、逐次もしくは適宜単位の検査終了
タイミングで、ボルト緩み検査装置から検査結果の送信
を受けた集中制御管理室の計算機において、検査レポー
トが自動作成される。

【０１２７】以上、本発明を上述してきた各実施例によ
って説明したが、当業者には本発明の精神を逸脱しない
範囲で種々の変形が可能で、場合によっては各実施例の
うちの適宜のものを組み合わせて実施することも可能で
ある。また、本発明は、新幹線等の鉄道車両のボルト緩
み検査のみならず、多種多様な構造体を締結するボルト
緩み検査に適用することができる。

【０１２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ボルト緩
みの検査を、高速かつ高精度に行え、検査時間の短縮を
図れると共に、検査の信頼性を高めることができる。ま
た、ボルト緩みの保守点検作業を自動化することが可能
なので、省力化／省人化が図れ、検査コストが低減でき
る。

【０１２９】また、ボルト部を撮像し、ボルト輪郭の抽
出を利用してボルト緩みの検出を行う手法、あるいは、
加振による振動波形を解析してボルト緩みの検出を行う
手法をとれば、検査対象とするボルトの大きさや種類の
如何を問わず、ボルト緩みの検出を行えるので、汎用性
の高いボルト緩み検査方法及びボルト緩み検査装置を実
現できる。

【０１３０】さらにまた、ボルト部を撮像し、画像処理
することによりボルト緩みの検出を行う手法では、非接
触で検査を行うので、検査対象機構部を損傷する虞は一
切ない。また、ボルト緩み検査装置を固定配置し、これ
に対して鉄道車両等を低速走行させることによって、ボ
ルト緩みの検出が行えるので、通常運行時等においても
検査を行うことが可能となる。

【０１３１】さらにまた、ボルト緩み検査装置を自律走
行機能をもつ自動走行手段に搭載すれば、多数の検査対
象ボルトを、自動的に連続して、高速検査すること可能
となるので、新幹線車両等の鉄道車両の保守点検作業現
場において大いに威力を発揮する。

【０１３２】さらにまた、検査結果を画像信号あるいは
振動波形データと共に定量的なデータとして保存できる
ので、繰り返し検討も可能であるため、保全作業の精度
と効果が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るボルト緩み検査装置
の基本構成を示す説明図である。

【図２】鉄道車両床下の塞ぎ板を示す説明図である。

【図３】本発明の第１実施例の緩み検査装置を搭載した
自動走行車による、車両床下の塞ぎ板のボルト点検の様
子を示す説明図である。

【図４】本発明の第１実施例のボルト緩み検査装置によ
る、照明の方向を説明するための画像座標軸を示す図で
ある。

【図５】（ａ）は本発明の第１実施例のボルト緩み検査
装置によって撮像された画像を示す説明図であり、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った濃淡値分布を示す
説明図である。

【図６】本発明の第１実施例のボルト緩み検査装置によ
る、画像処理アルゴリズムを示すフローチャート図であ
る。

【図７】本発明の第１実施例のボルト緩み検査装置によ
って、２値化処理された画像を示す説明図である。

【図８】図７の画像からボルト輪郭を抽出する手法を説
明するための図である。

【図９】本発明の第１実施例のボルト緩み検査装置によ
る、ボルト輪郭線を求めるためのステップを説明するた
めの図である。

【図１０】本発明の第１実施例のボルト緩み検査装置を
搭載した自動走行車の外観図である。

【図１１】（ａ）は本発明の第３実施例のボルト緩み検
査装置が検査対象とするボルトの頭部を示す斜視図であ
り、（ｂ）は本発明の第３実施例のボルト緩み検査装置
によって、２値化処理された画像を示す説明図である。

【図１２】本発明の第４実施例のボルト緩み検査装置が
検査対象とするボルトの頭部を示す斜視図である。

【図１３】本発明の第４実施例に係るボルト緩み検査装
置の基本構成を示す説明図である。

【図１４】（ａ）は本発明の第４実施例のボルト緩み検
査装置によって撮像された画像を示す説明図であり、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った濃淡値分布を示す
説明図である。

【図１５】本発明の第４実施例のボルト緩み検査装置に
よって、２値化処理された画像を示す説明図である。

【図１６】本発明の第４実施例のボルト緩み検査装置に
よって、ボルトの基準マーク画像の慣性主軸とその傾き
角度を求めるステップを説明するための図である。

【図１７】本発明の第５実施例のボルト緩み検査装置が
検査対象とするボルトの頭部を示す斜視図である。

【図１８】図１７のボルト頭部の断面と入射光及び反射
光とを示す説明図である。

【図１９】（ａ）は本発明の第５実施例のボルト緩み検
査装置によって撮像された画像を示す説明図であり、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った濃淡値分布を示す
説明図である。

【図２０】本発明の第５実施例のボルト緩み検査装置に
よって、２値化処理された画像を示す説明図である。

【図２１】本発明の第５実施例のボルト緩み検査装置に
よる、基準マーク画像の傾き角度を求める手法を説明す
るための図である。

【図２２】本発明の第６実施例に係るボルト緩み検査装
置の基本構成を示す説明図である。

【図２３】図６中の加振装置の構成を示す説明図であ
る。

【図２４】本発明の第６実施例のボルト緩み検査装置に
よって得られる変位振幅波形の１例を示す説明図であ
る。

【図２５】本発明の第６実施例のボルト緩み検査装置に
よって得られる変位振幅波形の他の１例を示す説明図で
ある。

【図２６】本発明の第６実施例のボルト緩み検査装置を
自動走行車に搭載する際の検査ヘッドユニットの構成を
示す外観図である。

【図２７】本発明の第６実施例のボルト緩み検査装置を
搭載した自動走行車の外観図である。

【符号の説明】

１車両２塞ぎ板１１，１１１，１２１，１７１，２２１ボルト１２照明系１３ＴＶカメラ１４Ａ／Ｄ変換器１５フレームメモリ１６計算機１７記憶装置１８モニタ装置１９通信装置１００自動走行車１０１検査ヘッド部１０２直角座標ロボット１０３検査部本体１０４ガイドライン１０５ケーブル１０６アンテナ１１２，１２２，１７２基準マーク１３１照明系１３１ａハーフミラー１３１ｂ光源１３２ＴＶカメラ１３３Ａ／Ｄ変換器１３４フレームメモリ１３５計算機１３６モニタ装置１３７記憶装置１３８通信装置２２２加振装置２２３光学式変位検出器２２３ａ光学式変位検出器のヘッド部２２３ｂ光学式変位検出器のコントローラ部２２４Ａ／Ｄ変換器２２５バッファメモリ２２６計算機２２７記憶装置２２８モニタ装置２２９通信装置２６１ＸＹＺステージ２６２ＴＶカメラ２７１検査ヘッドユニット２７２検査部本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原靖彦神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者中川泰夫神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者竹中泰雄東京都渋谷区東３丁目16番３号日立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者椎野寿東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者伊藤良明愛知県名古屋市中村区名駅１丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者吉田親雄愛知県名古屋市中村区名駅１丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者高根公和愛知県名古屋市中村区名駅１丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造体を締結するボルトの緩みを検査す
る検査作業現場の所定のコースを自律走行する自動走行
手段に、ボルト緩み検査機能及び通信機能を具備させ、
上記自動走行手段に搭載した検査ヘッドユニットを被検
査対象ボルトに対し位置決めして、被検査対象ボルトの
締結状態に関する情報を抽出し、該抽出情報と被検査対
象ボルトの正常締結状態における基準情報とに基づいて
ボルトの緩みの存否を判定し、該判定結果及びボルト緩
みの発生箇所を外部へ通信するようにしたことを特徴と
するボルト緩み検査方法。
【請求項２】構造体を締結するボルト部の画像を撮像
するステップと、撮像した画像よりボルト締結状態に関する情報を抽出す
るステップと、予め記憶された被検査対象ボルトの正常締結状態におけ
る基準情報と上記抽出された情報との比較判定を行い、
被検査対象ボルトの緩みの存否を判定するステップと、この判定結果に基づき、ボルトの緩み及びその発生箇所
を特定して出力するステップと、をもつことを特徴とす
るボルト緩み検査方法。
【請求項３】請求項２記載の検査方法を、請求項１記
載の前記自動走行手段に搭載したボルト緩み検査機能が
実行することを特徴とするボルト緩み検査方法。
【請求項４】請求項２または３記載において、検査対象とする全ボルトに対し、前記正常締結状態にお
ける基準情報がボルト毎に識別して個別管理されている
ことを特徴とするボルト緩み検査方法。
【請求項５】請求項２または３または４記載におい
て、前記ボルト部を照明して撮像し、その照明は、ボルト締
結面の法線に対して斜め方向からストロボ発光源によっ
て行うことを特徴とするボルト緩み検査方法。
【請求項６】請求項２または３または４記載におい
て、前記ボルト部を照明して撮像し、その照明は、ボルト締
結面の法線に対して斜め方向から平行光によって行うこ
とを特徴とするボルト緩み検査方法。
【請求項７】前記ボルト部を照明して撮像し、その照明
は、ボルト締結面の法線方向から平行光によって行うこ
とを特徴とするボルト緩み検査方法。
【請求項８】請求項２または３または４記載におい
て、前記ボルト締結状態に関する情報は、ボルトの輪郭線の
基準線に対する角度の情報からなり、前記撮像した被検
査対象ボルトの画像に対し所定の処理を実行することに
よって、上記基準線に対する角度情報を抽出することを
特徴とするボルト緩み検査方法。
【請求項９】請求項２または３または４記載におい
て、前記ボルト締結状態に関する情報は、ボルトに設けた基
準マークの傾き角度からなり、前記撮像した被検査対象
ボルトの画像に対し所定の処理を実行することによって
上記基準マークの傾き角度を抽出し、１８０°または３
６０°以内の回転によるボルト緩みを検出することを特
徴とするボルト緩み検査方法。
【請求項１０】請求項９記載において、前記ボルトに設ける基準マークは、ボルト頭部に設けた
切れ込みであることを特徴とするボルト緩み検査方法。
【請求項１１】請求項９記載において、前記ボルトに設ける基準マークは、ボルト頭部に塗料を
塗布することによって形成されたものであることを特徴
とするボルト緩み検査方法。
【請求項１２】前記構造体を締結するボルトまたはボ
ルト近傍に衝撃による振動を加えて、加振されたボルト
部の振動変位を計測するステップと、計測された振動変位の時間的変化により少なくとも振動
の減衰係数または減衰時間の何れか一方を測定するステ
ップと、予め記憶された被検査対象ボルトの正常締結状態におけ
る上記振動の減衰係数及び／または減衰時間からなる基
準情報と、上記測定した減衰係数及び／または減衰時間
との比較判定を行い、被検査対象ボルトの緩みの存否を
判定するステップと、この判定結果に基づき、ボルトの緩み及びその発生箇所
を特定して出力するステップと、をもつことを特徴とす
るボルト緩み検査方法。
【請求項１３】請求項１２記載のボルト緩み検査方法
を、請求項１記載の前記自動走行手段に搭載したボルト
緩み検査機能が実行することを特徴とするボルト緩み検
査方法。
【請求項１４】構造体を締結するボルトの緩みを検査
する検査作業現場の所定のコースを自律走行する自動走
行手段に備えられるボルト緩み検査装置であって、検査ヘッドユニットを被検査対象ボルトに対し位置決め
する手段と、被検査対象ボルトの締結状態に関する情報を抽出する手
段と、抽出した情報と被検査対象ボルトの正常締結状態におけ
る基準情報とに基づいてボルトの緩みの存否を判定する
手段と、判定結果及びボルト緩みの発生箇所を外部へ通信する手
段と、を具備したことを特徴とするボルト緩み検査装
置。
【請求項１５】構造体を締結するボルト部の画像を撮
像する手段と、撮像した画像よりボルト締結状態に関する情報を抽出す
る手段と、予め記憶された被検査対象ボルトの正常締結状態におけ
る基準情報と上記抽出された情報との比較判定を行い、
被検査対象ボルトの緩みの存否を判定する手段と、上記の判定結果に基づき、ボルトの緩み及びその発生箇
所を特定して出力する手段と、を具備したことを特徴と
するボルト緩み検査装置。
【請求項１６】請求項１５記載のボルト緩み検査装置
は、構造体を締結するボルトの緩みを検査する検査作業
現場の所定のコースを自律走行する自動走行手段に搭載
されることを特徴とするボルト緩み検査装置。
【請求項１７】請求項１５または１６記載において、検査対象とする全ボルトの正常締結状態における情報を
予め前記基準情報として記憶する手段と、記憶された全ボルトの前記基準情報をボルト毎に識別し
て、個別管理する手段と、を具備したことを特徴とする
ボルト緩み検査装置。
【請求項１８】請求項１５または１６または１７記載
において、前記ボルト部を撮像時に照明する照明手段を具備し、該
照明手段は、ボルト締結面の法線に対して斜め方向から
ストロボ発光源によって前記ボルト部を照明するように
構成されたことを特徴とするボルト緩み検査装置。
【請求項１９】請求項１５または１６または１７記載
において、前記ボルト部を撮像時に照明する照明手段を具備し、該
照明手段は、ボルト締結面の法線に対して斜め方向から
平行光によって前記ボルト部を照明するように構成され
たことを特徴とするボルト緩み検査装置。
【請求項２０】請求項１５または１６または１７記載
において、前記ボルト部を撮像時に照明する照明手段を具備し、該
照明手段は、ボルト締結面の法線方向から平行光によっ
て前記ボルト部を照明するように構成されたことを特徴
とするボルト緩み検査装置。
【請求項２１】請求項１５または１６または１７記載
において、前記ボルト締結状態に関する情報は、ボルトの輪郭線の
基準線に対する角度の情報からなり、前記撮像した被検
査対象ボルトの画像に対し所定の処理を実行する画像処
理手段によって、上記基準線に対する角度情報を抽出す
ることを特徴とするボルト緩み検査装置。
【請求項２２】請求項１５または１６または１７記載
において、前記ボルト締結状態に関する情報は、ボルトに設けた基
準マークの傾き角度からなり、前記撮像した被検査対象
ボルトの画像に対し所定の処理を実行する画像処理手段
によって、上記基準マークの傾き角度を抽出し、１８０
°または３６０°以内の回転によるボルト緩みを検出す
ることを特徴とするボルト緩み検査装置。
【請求項２３】請求項２２記載において、前記ボルトに設ける基準マークは、ボルト頭部に設けた
切れ込みであることを特徴とするボルト緩み検査装置。
【請求項２４】請求項２２記載において、前記ボルトに設ける基準マークは、ボルト頭部に塗料を
塗布することによって形成されたものであることを特徴
とするボルト緩み検査装置。
【請求項２５】構造体を締結するボルトまたはボルト
近傍に衝撃による振動を加える加振手段と、加振されたボルト部の振動変位を計測する振動変位計測
手段と、計測された振動変位の時間的変化により少なくとも振動
の減衰係数または減衰時間の何れか一方を測定する測定
手段と、被検査対象ボルトの正常締結状態における上記振動の減
衰係数及び／または減衰時間からなる基準情報を記憶し
ている記憶手段と、上記基準情報と上記測定した減衰係数及び／または減衰
時間との比較判定を行い、被検査対象ボルトの緩みの存
否を判定する判定手段と、この判定結果に基づき、ボルトの緩み及びその発生箇所
を特定して出力する出力手段と、を具備したことを特徴
とするボルト緩み検査装置。
【請求項２６】請求項２５記載のボルト緩み検査装置
は、構造体を締結するボルトの緩みを検査する検査作業
現場の所定のコースを自律走行する自動走行手段に搭載
されることを特徴とするボルト緩み検査装置。
【請求項２７】請求項１４乃至２６の何れか１つに記
載において、自動走行及び検査のためのエネルギーの供給は電源ケー
ブルによって確保され、前記自動走行手段は上記電源ケ
ーブルの自動引き込み・繰り出し手段を具備したことを
特徴とするボルト緩み検査装置。
【請求項２８】請求項１４乃至２６の何れか１つに記
載において、前記ボルト緩み検査装置からの検査結果の通信は、無線
通信手段によって外部に対してなされることを特徴とす
るボルト緩み検査装置。