WO2015045743A1 - トロリ線測定装置及びトロリ線測定方法 - Google Patents

トロリ線測定装置及びトロリ線測定方法 Download PDF

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WO2015045743A1
WO2015045743A1 PCT/JP2014/072879 JP2014072879W WO2015045743A1 WO 2015045743 A1 WO2015045743 A1 WO 2015045743A1 JP 2014072879 W JP2014072879 W JP 2014072879W WO 2015045743 A1 WO2015045743 A1 WO 2015045743A1
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trolley wire
trolley
light
line
vehicle
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PCT/JP2014/072879
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Inventor
正久 渡邉
Original Assignee
株式会社日立ハイテクファインシステムズ
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/28—Manufacturing or repairing trolley lines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/245—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using a plurality of fixed, simultaneously operating transducers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/52—Combining or merging partially overlapping images to an overall image

Definitions

  • the present invention relates to a trolley wire measuring device and a trolley wire measuring method for measuring a wear amount of a trolley wire which is a power supply source of a vehicle.
  • the train car running on the train track obtains the required power from the trolley line via the top of the pantograph (sliding board).
  • the lower surface (sliding surface or sliding surface) of the trolley wire and the upper surface of the pantograph are gradually worn by sliding contact with each other.
  • the trolley wire is alternately displaced in the left-right direction for each supporting power pole so that the wear on the pantograph side does not concentrate on a part.
  • the wear amount and displacement amount of the trolley wire are inspected for good or bad by carrying a trolley wire measuring device in a test vehicle or the like and periodically measuring the running amount.
  • One of the trolley wire measuring devices is one that rotates a rotating polygon mirror (polygon mirror) on a horizontal plane, irradiates the trolley wire with a laser beam, and scans the trolley wire over its deflection range.
  • a rotating polygon mirror polygon mirror
  • the reflected light from the trolley wire sliding surface obtained according to the scanning is received by the light receiving element through the perforated mirror to obtain the detection signal for the trolley wire sliding surface, corresponding to the scanning
  • the generation width of the detection signal obtained in this way is calculated by a data processing device, thereby measuring the amount of trolley wire wear.
  • a test vehicle equipped with such a trolley wire wear amount measuring device there are those described in Patent Documents 1, 3, and 4.
  • Patent Document 2 The calculation of the wear amount of the trolley wire measuring device is described in Patent Document 2 in which an image is collected by a CCD camera, the width of the sliding surface of the trolley wire is obtained by image processing, and the wear amount is measured therefrom.
  • Patent Documents 5 and 7 describe a method in which a reflection signal from the trolley wire sliding surface is obtained, the width of the trolley wire sliding surface is obtained from the waveform, and the wear amount is calculated therefrom. .
  • Patent Document 6 describes a trolley wire measuring device that measures the remaining amount.
  • Patent Documents 1 to 7 show that a trolley wire measuring device that measures the amount of residual trolley wire wear by converting the remaining amount of the trolley wire to a straight line from the sliding surface width is measured with laser light, sodium lamp light, or LED light on the trolley wire sliding surface.
  • the width of the trolley wire surface is measured by the reflected light from the trolley wire surface. For this reason, it is greatly influenced by the state of the trolley wire sliding surface, and if the reflected light of the trolley wire sliding surface does not return to the measuring unit light receiving part due to blackening, rust, inclination or partial reduction, the sliding surface width is narrowed. It may be measured.
  • the device configured to directly measure the remaining diameter of the trolley wire by projecting from the side of the trolley wire guides the detector in contact with the trolley wire, so when the train speed increases, the detector will jump Therefore, measurement at a low speed becomes a condition, and the overlap of the trolley wire may take time to replace the guide.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a trolley wire measuring device and a trolley wire measuring method capable of easily measuring the shape of a worn portion of a trolley wire from a vehicle traveling.
  • the first feature of the trolley wire measuring apparatus is that the slit laser beam is projected substantially vertically from the left and right lower sides of the trolley wire so as to cross the trolley wire, and the projected laser beam First and second trolley wire measuring means provided on the roof of the vehicle for acquiring images indicating the shape of the lower left and right sides including the side surface of the trolley wire based on the light cut image by the reflected light of Data indicating the cross-sectional shape of the sliding surface and the left and right side surfaces of the trolley wire by processing an image showing the shape of the lower left and right sides including the side surface of the trolley wire acquired by the first and second trolley wire measuring means And a control means for generating.
  • a slit-shaped laser beam is irradiated onto the trolley line substantially perpendicularly to the traveling direction of the vehicle from the roof of the vehicle.
  • a light section image is generated on the lower side including the side surface of the trolley line.
  • the data indicating the sectional shape of the sliding surface and the left and right side surfaces of the trolley wire can be generated. Based on the generated data indicating the sliding surface of the trolley wire and the cross-sectional shape of the left and right side surfaces, the remaining amount of the side surface of the trolley wire can be calculated, and the wear amount of the trolley wire can be calculated without being affected by the trolley wire sliding surface. It becomes possible to measure.
  • a second feature of the trolley wire measurement device is the trolley wire measurement device according to the first feature, characterized in that the cross-sectional shapes of the sliding surface and the left and right side surfaces of the trolley wire generated by the control means are as follows. And measuring means for calculating the amount of wear of the trolley wire based on the indicated data and calculating data indicating the three-dimensional shape of the trolley wire. This is based on the data indicating the cross-sectional shape of the sliding surface and the left and right side surfaces of the trolley line generated by the control means, and the measuring means calculates the remaining amount of the side surface of the trolley line and indicates the three-dimensional shape of the trolley line Is calculated. Thereby, the wear amount of the trolley wire can be measured without being affected by the trolley wire sliding surface.
  • a third feature of the trolley wire measuring device is the trolley wire measuring device according to the first or second feature, wherein the imaging field range of the first and second trolley wire measuring means is the above.
  • Rotating stage means provided at both left and right ends on the roof of the vehicle for controlling the rotation while holding the first and second trolley wire measuring means so as to rotate in a plane substantially perpendicular to the traveling direction of the vehicle; Rotation of the rotary stage means so that the trolley line enters the imaging field of view of the first and second trolley line measuring means based on the height deviation coordinates of the trolley line that change as the vehicle travels And a rotation control means for controlling the rotation.
  • a trolley wire measuring means comprising a light projecting unit and a light receiving unit is attached to a rotating stage means, and this rotating stage means is installed on the vehicle roof in a pair of directions at the left and right ends with the displacement center in the direction of trolley wire displacement.
  • the lower side surface including the left and right side surfaces of the trolley wire, that is, the sliding surface is measured simultaneously.
  • Two sets of the light projecting unit and the light receiving unit are installed at the left and right positions of deviation, and the remaining amount of the side surface of the trolley wire is obtained by measuring the shape of the left and right side surfaces of the trolley wire.
  • the amount of trolley wire wear can be measured without being affected by the surface.
  • the trolley wire cross-sectional shape including the trolley wire sliding surface can be measured. It becomes possible.
  • a trolley wire measurement device is the trolley wire measurement device according to the third feature, wherein the trolley wire measurement device is provided near the center of the roof of the vehicle. And a laser length measuring means for scanning the laser beam and a height displacement detecting means for detecting the trolley line height deviation coordinate based on a signal from the laser length measuring sensor means.
  • the laser length sensor means provided near the center of the vehicle roof is used to scan the laser beam in the direction of deflection of the trolley line, and based on the signal corresponding to the reflected light from the trolley line, The distance and angle between the length measuring sensor means and the trolley line are measured, and the height deviation coordinate of the trolley line from the installation position of the first and second trolley line measuring means is detected based on the distance and angle. It is what you do.
  • the rotation control means can control the rotation of the rotary stage means.
  • a fifth feature of the trolley wire measuring apparatus is the trolley wire measuring device according to the first, second, third, or fourth feature, wherein the first and second trolley wire measuring means include: And a light projecting means for projecting the laser light beam substantially perpendicularly to the trolley line, and a light receiving means for capturing the light-cut image at a predetermined elevation angle in the traveling direction of the vehicle. It is in.
  • the trolley wire measuring means is composed of a light projecting means and a light receiving means.
  • the trolley wire measuring means may be constituted by a two-dimensional displacement sensor using a laser or LED.
  • a sixth feature of the trolley wire measurement device is the trolley wire measurement device according to the first, second, third, or fourth feature, wherein the first and second trolley wire measurement means include:
  • the first and second trolley wire measurement means include:
  • the laser beam monochromatic light in the infrared region that generates reflected light that is stronger than the light intensity of sunlight in the daytime is projected, and a light-cut image of the trolley line is formed on the light receiving surface through the lens. It is to receive light.
  • the wavelength of the projection laser is monochromatic light in the infrared region, and an infrared transmission interference filter or the like is combined with the light receiving part so that a large difference in intensity from sunlight during the day can be obtained. Measurement is possible.
  • the first feature of the trolley wire measurement method is that the slit laser beam is projected substantially vertically from the left and right lower sides of the trolley wire so as to cross the trolley wire, and the projected laser beam Images showing the shape of the lower left and right sides including the side surface of the trolley line based on the light cut image by the reflected light of the first and second trolley line measuring means provided on the roof of the vehicle, respectively. And processing the image showing the shape of the lower left and right sides including the side surface of the trolley wire acquired by the first and second trolley wire measuring means, and the sectional shape of the sliding surface and the left and right side surfaces of the trolley wire Is to generate data indicating.
  • This is an invention of a trolley wire measurement method corresponding to the first feature of the trolley wire measurement device.
  • a second feature of the trolley wire measurement method according to the present invention is based on data indicating the cross-sectional shapes of the sliding surface and the left and right side surfaces of the generated trolley wire in the trolley wire measurement method according to the first feature. Then, the wear amount of the trolley wire is calculated and data indicating the three-dimensional shape of the trolley wire is calculated.
  • This is an invention of a trolley wire measurement method corresponding to the second feature of the trolley wire measurement device.
  • a third feature of the trolley wire measurement method according to the present invention is the trolley wire measurement method according to the first or second feature, wherein rotary stage means provided at both right and left ends on the roof of the vehicle are used.
  • the first and second trolley line measuring means rotate while holding the first and second trolley line measuring means so that the field of view of the image rotates in a plane substantially perpendicular to the traveling direction of the vehicle.
  • the rotary stage means so that the trolley line enters the imaging field of view of the first and second trolley line measuring means based on the height deviation coordinate of the trolley line that changes as the vehicle moves.
  • the purpose is to control the rotation.
  • This is an invention of a trolley wire measurement method corresponding to the third feature of the trolley wire measurement device.
  • a fourth feature of the trolley wire measurement method according to the present invention is the trolley wire measurement method according to the third feature, wherein a laser length measurement sensor means provided in the vicinity of the center of the roof of the vehicle is used. The laser beam is scanned in the direction of deviation of the trolley line, and the height deviation coordinate of the trolley line is detected based on a signal from the laser measurement sensor means.
  • This is an invention of a trolley wire measurement method corresponding to the fourth feature of the trolley wire measurement device.
  • a fifth feature of the trolley wire measurement method according to the present invention is the trolley wire measurement method according to the first, second, third, or fourth feature, wherein the first and second trolley wire measurement means include: And a light projecting means for projecting the laser light beam substantially perpendicularly to the trolley line, and a light receiving means for capturing the light-cut image at a predetermined elevation angle in the traveling direction of the vehicle. It is in.
  • This is an invention of a trolley wire measurement method corresponding to the fifth feature of the trolley wire measurement device.
  • a sixth feature of the trolley wire measurement method according to the present invention is the trolley wire measurement method according to the first, second, third, fourth, or fifth feature, wherein the first and second trolley wires are the same.
  • the measuring means projects, as the laser beam, monochromatic light in the infrared region that generates reflected light stronger than the intensity of sunlight in the daytime, and connects the light section image of the trolley line to the light receiving surface via a lens. It is to receive light like an image.
  • This is an invention of a trolley wire measurement method corresponding to the sixth feature of the trolley wire measurement device.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the measurement principle of the trolley wire measuring apparatus according to the present invention.
  • the trolley wire measuring device 10 includes a trolley wire measuring device 2 provided on the left side of the vehicle, a trolley wire measuring device 3 provided on the right side thereof, a trolley wire height deviation detector 4 provided near the center of the vehicle, and a trolley wire.
  • a rotary stage 5 that holds the measuring device 2 a rotary stage 6 that holds the trolley wire measuring device 3, an arithmetic device 7 that executes various calculations, and a measuring device 8 are configured.
  • the trolley wire measuring instruments 2 and 3 have the same configuration, and include light projecting units 2a and 3a and light receiving units 2c and 3c.
  • the light projecting units 2 a and 3 a convert the monochromatic light having a specific wavelength in the infrared light range into band-shaped slit light by the light projecting lenses 2 b and 3 b and irradiate the trolley wire 1.
  • the light receiving units 2c and 3c receive the reflected light from the trolley wire 1 through the imaging lenses 2d and 3d after removing disturbance light by the interference filters 2e and 3e.
  • Triangular projection areas L1 and L2 in the figure indicate areas where the projection light of the projection units 2a and 3a can be irradiated.
  • the light receiving units 2c and 3c are configured by a 3D camera provided with a light receiving element formed of a CMOS sensor.
  • the received light signals detected by the light receiving units 2 c and 3 c are output to the trolley line shape detection processing unit 7 a of the arithmetic device 7.
  • the trolley line shape detection processing unit 7 a of the arithmetic device 7 forms a height profile of the contour of the trolley line by the reflected light of the laser slit light based on the laser triangle principle, and outputs the measurement result to the measurement device 8.
  • the trolley line height deviation detector 4 is composed of a laser length measuring sensor and is installed on the roof of the vehicle.
  • the trolley line height deviation detector 4 scans the laser beam in the direction of deviation of the trolley line 1 to receive the reflected light from the trolley line 1 on the roof, and between the laser length sensor and the trolley line 1. Measure the distance and angle.
  • the trolley line height deviation detection processing unit of the arithmetic device 7 calculates the height deviation coordinates based on the installation positions of the trolley line measuring instruments 2 and 3 on the roof.
  • the rotary stages 5 and 6 rotate the trolley wire measuring devices 2 and 3 in a plane substantially perpendicular to the traveling direction of the vehicle in order to put the trolley wire 1 in the field of view of the trolley wire measuring devices 2 and 3. is there.
  • the trolley wire measuring instruments 2 and 3 are attached to the rotating parts of the rotary stages 5 and 6.
  • the rotary stages 5 and 6 are installed on the roof so that the field of view of the trolley wire measuring devices 2 and 3 can be rotated according to the direction of trolley wire deflection.
  • the rotation stage control processing unit 7c of the arithmetic unit 7 controls the rotation of the rotation units 5 and 6 based on the trolley line height deviation coordinates measured by the trolley line height deviation detector 4.
  • the trolley wire measuring devices 2 and 3 are controlled so as to follow the trolley wire position.
  • the trolley line shape detection processing unit 7a of the arithmetic device 7 controls the rotation of the rotating units 5 and 6 based on the trolley line height deviation coordinates measured by the trolley line height deviation detector 4.
  • the visual field of the trolley wire measuring devices 2 and 3 is controlled to follow the trolley wire position.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually showing the relationship between the trolley wire and the light receiving field direction of the trolley wire measuring device.
  • the triangular projection area L1 shown in FIG. 1 corresponds to the field of view J1 of the left trolley line measuring instrument 2, and the projection area L2 corresponds to the field of view J2 of the right trolley line measuring instrument 3.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a measurement waveform corresponding to optical cutting of a trolley wire measured by a trolley wire measuring instrument.
  • the contour of the trolley wire is determined based on the light reception signal from the 3D camera in the light receiving units 2c and 3c.
  • a height profile is generated.
  • the detection profile a1 of the left trolley wire measuring device 2 is the right trolley wire. It becomes larger than the detection profile b2 of the measuring device 3.
  • the detection profile of the left trolley wire measuring device 2 and the detection profile of the right trolley wire measuring device 3 have the same magnitude because the trolley wire 1 is almost the same as the left trolley wire measuring device 2 and the right trolley wire measuring device 3. This is a case where they are located at an equal distance.
  • the trolley wire depends on the detection result of the trolley wire height deviation detector 4. 1 and the left trolley wire measuring device 2 and the right trolley wire measuring device 3 are calculated, the reference distance is arbitrarily determined, correction according to the field angle magnification is performed, and the detection profile sizes are processed to be equal to each other. To do. As a result, the detection profiles a1 and b1 are corrected so that the left and right profile sizes are equal as shown in the correction profiles a2 and b2.
  • the dotted line is a virtual outline showing the outline of the trolley line 1 in an easy-to-understand manner, and the actual detection profile is composed of only a solid line.
  • the reference profile c0 indicates the cross-sectional shape of the new line before the trolley wire 1 is worn.
  • the reference profile c0 corresponds to the size when the distance between the left trolley wire measuring device 2 and the right trolley wire measuring device 3 with respect to the trolley wire 1 is substantially the same. Accordingly, the correction profiles a2 and b2 are corrected to substantially the same size (equal magnification) as the reference profile c0.
  • the new line outline of the trolley wire 1 has a shape in which an upper short arc, a lower long arc, and two wedge shapes obtained by cutting the upper ends of a circle with wedge-shaped grooves.
  • the height of the upper portion of the trolley wire 1 is T1
  • the remaining wear amount of the trolley wire 1 is the diameter of the trolley wire 1, that is, T0.
  • the matching process is performed so that the ends of the long arc corresponding to the height T1 of the reference profile c0 match each other.
  • the pattern matching process is executed by rotating the correction profile a2 clockwise so that the upper end of the left arc of the correction profile a2 and the upper left end of the long arc of the reference profile c0 coincide with each other. To do. Further, by rotating the correction profile b2 counterclockwise so that the upper end portion of the right arc of the correction profile b2 and the upper right end portion of the long arc of the reference profile c0 coincide with each other, the pattern matching processing of both is performed. Execute.
  • Matching profile a3 indicates the result of pattern matching processing between correction profile a2 and reference profile c0
  • matching profile b3 indicates the result of pattern matching processing between correction profile b2 and reference profile c0.
  • the height T2 of the left side surface of the trolley line 1 can be detected based on the matching profile a3, and the height T3 of the right side surface of the trolley line 1 can be calculated based on the matching profile b3.
  • a value obtained by adding the average value of the left side surface height T2 and the right side surface height T3 calculated for each of the left side surface height T3 and the upper height T1 of the trolley wire 1 is the residual wear amount of the trolley wire 1.
  • the cross-sectional profile d0 below the trolley line 1 can be acquired.
  • the shape of the sliding surface portion of the trolley wire 1 can be displayed as a three-dimensional (3D) image 11.
  • the cross-sectional profile d1 shows an example in which two trolley wire sliding surfaces are generated due to the sliding surface of the trolley wire 1 being reduced. In this way, even when two surfaces occur on the trolley wire sliding surface, the trolley wire cross-sectional shape including the trolley wire sliding surface can be measured, so that it is also possible to measure the trolley wire wear amount with one side reduced. .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of an overhead wire inspection vehicle equipped with the trolley wire measuring device of FIG.
  • the trolley line height deviation detector 4 is installed substantially at the center on the left and right of the vehicle on the roof of the overhead wire inspection vehicle 9.
  • the trolley wire measuring devices 2 and 3 and the rotary stages 5 and 6 are located on the left and right positions on the vehicle roof that are separated from the left and right centers of the overhead vehicle on the overhead line inspection vehicle 9 and are at an angle relative to the trolley wire 1 in the sky. Installed to look up. For example, it is desirable to be installed at a position separated from the center of the vehicle by about 400 [mm] or more.
  • the arithmetic device 7 and the measuring device are installed in the overhead wire inspection vehicle 9.
  • the arithmetic unit 7 calculates the detector signals from the trolley wire measuring devices 2 and 3 and controls the trolley wire measuring devices 2 and 3 and the rotary stages 5 and 6.
  • the measuring device 8 performs operation and data recording.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the overall configuration of the trolley wire measuring apparatus of FIG.
  • the computing device 7 includes a height deviation computing personal computer 71, a rotary stage control circuit 72, a trolley wire computing personal computer 73, and a laser projection control circuit 74.
  • the height deviation calculation personal computer 71 includes a personal computer in which a CPU (Central Processing Unit), a memory, an HDD (Hard Disk Drive), and a DIOdisk input-output interface disk input-output interface are connected by a bus.
  • the height deviation calculation personal computer 71 takes the trolley line position detection signal from the height deviation detector 4 of the trolley line into the memory.
  • the height deviation calculation personal computer 71 converts the X coordinate that is the height from the position of the trolley wire measuring instruments 2 and 3 and the Y coordinate that is the deviation by the height deviation coordinate conversion program in the HDD that has been taken in, Based on this, the amount of movement angle of the rotary stages 5 and 6 is calculated.
  • the height deviation calculation personal computer 71 stores the parameterized movement angle amount in the memory, assigns it to the coordinates, and outputs a movement signal to the rotary stage control circuit 72 via the DIO.
  • the rotation stage control circuit 72 outputs an angle movement signal to the rotation stages 5 and 6 in accordance with the movement signal from the rotation stage control circuit 72.
  • the rotation stages 5 and 6 move their angles so that the trolley wire 1 is positioned within the field of view of the trolley wire measuring devices 2 and 3 according to the angle movement signal from the rotation stage control circuit 72.
  • the vehicle displacement information is input to the height deviation calculation personal computer 71, and the vehicle movement position is synchronized.
  • the trolley line calculation personal computer 73 is composed of a personal computer in which a CPU, a memory, an HDD, and a DIO are connected by a bus.
  • the trolley line calculation personal computer 73 outputs a laser emission ON / OFF control signal from the laser projection control circuit 74 to the projection units 2a and 3a.
  • the light projecting units 2 a and 3 a convert the monochromatic light into strip-shaped slit light by the light projecting lenses 2 b and 3 b and irradiate the trolley wire 1.
  • the trolley wire calculation personal computer 73 takes in profile signals output from the 3D camera which is the light receiving units 2c and 3c of the trolley wire measuring devices 2 and 3 into the internal memory.
  • the trolley line computing personal computer 73 performs binarization processing, noise removal processing, and smoothing processing on the captured profile signal by a program in the HDD to generate a light-cut profile image, and temporarily stores it in the internal memory.
  • the trolley wire calculation personal computer 73 performs the processing of FIG. 3 on the stored profile, creates a trolley wire wear amount and a 3D image, and outputs them to the measuring device 8.
  • the vehicle distance information is input to the trolley line calculation personal computer 73, the vehicle movement position is synchronized, and the vehicle movement position information is also added to the measurement data.
  • the measuring device 8 includes a data recording personal computer 81 and an external recording medium 82.
  • the data recording personal computer 81 includes a personal computer in which a CPU, a memory, an HDD, and a DIO are connected by a bus.
  • the data recording personal computer 81 of the measuring device 8, the trolley wire arithmetic personal computer 73 of the arithmetic device 7, and the height deviation arithmetic personal computer 71 are each connected by a LAN.
  • the measuring device 8 receives the measurement data from the arithmetic device 7 and records data in the external recording medium 82.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of processing executed by the trolley wire measuring apparatus according to this embodiment.
  • the height deviation calculation personal computer 71 in FIG. 5 increases the position of the trolley line 1 based on the signal from the height deviation detector 4 of the trolley line 1. Convert to X coordinate and displacement Y coordinate.
  • the height deviation calculation personal computer 71 shown in FIG. 5 moves in the position direction to the trolley line 1 from the roof mounting position of the rotary stages 5 and 6, as shown in FIG. Calculate and output the angle.
  • step S64 the trolley line computing personal computer 73 in FIG. 5 executes the noise removing process on the binarized image and removes the isolated point from the binarized image.
  • step S65 the process of smoothing the profile line of the light section of the trolley line 1 is executed.
  • the trolley line calculation personal computer 73 in FIG. 5 uses the trolley line 1 based on the distance data between the trolley line 1 and the trolley line measuring devices 2 and 3 calculated by the height deviation calculation personal computer 71 in FIG. Then, a reference distance between the trolley wire measuring devices 2 and 3 is determined, and a magnification conversion process is executed with the magnification of the measurement distance as a detection profile to create a correction profile.
  • the trolley line calculation personal computer 73 of FIG. 5 individually rotates the correction profile of the magnification conversion sign to the trolley line cross-sectional profile basic pattern of the reference magnification (reference profile c0 of FIG. 3), Perform the matching process.
  • the trolley wire calculation personal computer 73 in FIG. 5 extracts the trolley wire side surface of the measured profile of the trolley wire 1 by pattern matching. By calculating the height of the line side (left and right), adding the left and right side heights T2, T3 and dividing by 2, and the height T1 of the upper part of the trolley line of the reference profile c0 in FIG. The trolley wire residual diameter is calculated. At this time, if the profile line worth the sliding surface of the trolley wire cross section as shown in FIG. 3 (f) is not a straight line, the exact trolley wire remaining diameter cannot be obtained by calculating the trolley wire side surface height. The remaining diameter of the trolley wire is obtained by a shape measurement process including the wire sliding surface.
  • the trolley line computing personal computer 73 of FIG. 5 performs a process of synthesizing the matching profiles that are the process data of the trolley line measuring devices 2 and 3, and generates trolley line lower section data.
  • the trolley line lower section data obtained in the process of the previous step S69 is arranged in time series to generate a three-dimensional (3D) image of the trolley line.
  • the data recording personal computer 81 of the measuring device 8 includes the trolley wire height deviation measurement data from the height deviation calculation personal computer 71, the trolley wire wear residual diameter data from the trolley wire calculation personal computer 73, and A process of adding the vehicle position information to the three-dimensional (3D) image data of the trolley line and recording it on an external recording medium is performed.
  • monochromatic light in the infrared region is used as the laser light.
  • the monochromatic light is monochromatic light that generates reflected light on the trolley line that is stronger than the light intensity of daytime sunlight, red light is used. It is not limited to those in the outer region.
  • the laser slit light is projected and received by the 3D camera.
  • the light projecting unit and the light receiving unit of the present invention are not limited to the laser light or the 3D camera.
  • a general two-dimensional displacement sensor using an LED or the like may be used.
  • the rotation stages 5 and 6 are followed in order to secure the trolley line deflection height movement range. However, if the sensor resolution is sufficient and the sensor field of view can secure the height deviation range.
  • the rotary stages 5 and 6 may be omitted, and the trolley wire measuring devices 2 and 3 may be realized by fixed installation.
  • the height deviation detector 4 is used to detect the height deviation coordinates from the installation positions of the trolley wire measuring devices 2 and 3, and the movement angle of the rotary stage is calculated based on the coordinates.
  • the movement angle of the rotary stages 5 and 6 may be controlled by other methods.
  • the detection profiles a1 and b1 may be subjected to image processing, and the movement angles of the rotary stages 5 and 6 may be controlled so that the centroids of the detection profiles a1 and b1 are substantially constant in the screen. Since the sliding surfaces are common, the correction profiles a2 and b2 may be created by performing image processing so that the sizes of the sliding surfaces coincide with each other.
  • the trolley wire measuring devices 2 and 3 are placed at positions where the lower side (sliding surface) including the side surface of the trolley wire can be photographed from the left and right.
  • the fixedly installed trolley wire measuring devices 2 and 3 may be provided with a slide plate that is slidable on the roof of the vehicle along the direction of displacement of the trolley wire.
  • the detection positions a1 and b1 may be subjected to image processing, and the moving position of the slide plate may be controlled so that both sizes are substantially the same.

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Abstract

トロリ線の摩耗部の形状を走行する車両から簡易に測定できるようにする。 車両９の屋根上から車両進行方向に対し略垂直にトロリ線１にスリット状のレーザ光束Ｌ１、Ｌ２を照射する。レーザ光束が照射されることによって、トロリ線１の側面を含む下側に光切断像が生成される。この光切断像を斜め下方からカメラなどで受光することによって、トロリ線１の側面を含む下側の形状を示す画像すなわちトロリ線１の光切断像のプロファイルｄ０を取得する。このような投光部及び受光部をトロリ線１の偏位左右方向に沿った離間した位置に２セット設置して、レーザ光束Ｌ１、Ｌ２の当たった部分の形状をそれぞれ測定し、それを画像処理することによって、トロリ線１の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータを生成する。生成したトロリ線１の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて、トロリ線１の側面の残存量及び摩耗量を測定する。

Description

トロリ線測定装置及びトロリ線測定方法
　本発明は、車両の電源供給源であるトロリ線の摩耗量などを測定するトロリ線測定装置及びトロリ線測定方法に関する。
　電車線路を走行する電車車両は、パンタグラフ上面（摺板）を介してトロリ線から所要の電力を得る。トロリ線の下面（摺動面または摺面）とパンタグラフ上面とは、互いの摺動接触により漸次に摩耗する。パンタグラフ側の摩耗が一部分に集中しないように、トロリ線は支持電柱ごとに左右方向に交互に偏位されている。トロリ線の摩耗量と偏位量は、検測車等にトロリ線測定装置を搭載し、定期的に走行測定してそれぞれの良否が検査されている。
　トロリ線測定装置の１つに回転多面鏡（ポリゴンミラー）を水平面で回転させて、トロリ線へレーザ光を照射してトロリ線をその偏位範囲に亙って走査するものがある。その１つは、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、走査に対応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し、それにより、トロリ線摩耗量を測定する。このようなトロリ線摩耗量測定装置を搭載する検測車として、特許文献１，３，４に記載のものがある。
　トロリ線測定装置の摩耗量算出としては、ＣＣＤカメラにより画像を採取して画像処理によりトロリ線摺動面の幅を得て、これから摩耗量を測定するようにしたものが特許文献２に記載されている。また、トロリ線摺動面からの反射信号を得て、その波形からトロリ線摺動面の幅を得て、これから摩耗量を算出するようにしたものが特許文献５，７に記載されている。
　トロリ線をガイドレールにガイドし、ガイドレールを挟んで側面に投光部と受光部を有する透過型センサにてセンサ投光部と受光部の間のトロリ線の影の高さ幅を得て残存量を測定するようにしたトロリ線測定装置が特許文献６に記載されている。
特開２００１－５９７１０号公報 特開平５－９６９８０号公報 特開平５－３４１１３号公報 特開平１０－１９４０１５号公報 特開平０７－１２０２２７号公報 特開平０７－１２０２２８号公報 特開２０１０－２４３２７４号公報
　特許文献１～７に示されるようなトロリ線の摩耗残存量を摺面幅より残直に変換して測定するトロリ線測定装置は、トロリ線摺面にレーザ光やナトリウムランプ光やＬＥＤ光を照射しトロリ線摺面の反射光でトロリ線摺面幅の測定を行っている。このためトロリ線摺面の状態に大きく影響され、トロリ線摺面の黒化、錆や傾きまたは片減りによりトロリ線摺面の反射光が測定器受光部に戻らない場合、摺面幅を細く計ってしまうことがある。
　また、トロリ線の横からの投影によってトロリ線残存径を直接測定するように構成した装置は、検出器をトロリ線に接触させてガイドしているので、列車速度が上がると検出器を跳ねてしまうために、低速での測定が条件となり、またトロリ線のオーバーラップ部分ではガイドの架けかえの手間が掛かることがある。
　この発明は、上述の点に鑑みなされたものであって、トロリ線の摩耗部の形状を走行する車両から簡易に測定することができるトロリ線測定装置及びトロリ線測定方法を提供することを目的とする。
　本発明に係るトロリ線測定装置の第１の特徴は、スリット状のレーザ光束をトロリ線の左右下側から前記トロリ線を横断するように略垂直に投光し、投光された前記レーザ光束の反射光による光切断像に基づいて前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像をそれぞれ取得する車両の屋根上に設けられた第１及び第２のトロリ線測定手段と、前記第１及び第２のトロリ線測定手段によって取得された前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像を処理して、前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータを生成する制御手段とを備えたことにある。車両の屋根上から車両進行方向に対し略垂直にトロリ線にスリット状のレーザ光束を照射する。レーザ光束が照射されることによって、トロリ線の側面を含む下側に光切断像が生成される。この光切断像を斜め下方からカメラ等で受光することによって、トロリ線の側面を含む下側の形状を示す画像すなわちトロリ線の光切断像のプロファイルを取得することができる。このような投光部及び受光部をトロリ線の偏位左右方向に沿った離間した位置に２セット設置して、レーザ光束の当たった部分の形状をそれぞれ測定し、それを画像処理することによって、トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータを生成することができる。生成したトロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて、トロリ線の側面の残存量を算出することができ、トロリ線摺面に影響されずにトロリ線の摩耗量を測定することが可能となる。
　本発明に係るトロリ線測定装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のトロリ線測定装置において、前記制御手段によって生成された前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて前記トロリ線の摩耗量を算出すると共に前記トロリ線の立体形状を示すデータを算出する測定手段を備えたことにある。これは、制御手段によって生成されたトロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて、測定手段がトロリ線の側面の残存量を算出すると共にトロリ線の立体形状を示すデータを算出するようにしたものである。これによって、トロリ線摺面に影響されずにトロリ線の摩耗量を測定することができる。
　本発明に係るトロリ線測定装置の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載のトロリ線測定装置おいて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲が前記車両の進行方向にほぼ垂直な面内を回転するように前記第１及び第２のトロリ線測定手段を保持しながら回転制御する前記車両の屋根上の左右両端部に設けられた回転ステージ手段と、前記車両の進行に従って変化する前記トロリ線の高さ偏位座標に基づいて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲に前記トロリ線が入るように前記回転ステージ手段の回転を制御する回転制御手段とを備えたことにある。これは、投光ユニットと受光ユニットからなるトロリ線測定手段を回転ステージ手段に取り付け、この回転ステージ手段を車両屋根上にトロリ線偏位方向に偏位中心を挟んで左右両端部に１対設置し、トロリ線の左右側面を含む下側面すなわち摺動面を同時に測定するようにしたものである。この投光ユニット及び受光ユニットを偏位左右位置に２セット設置し、トロリ線左右側面のレーザの当たった部分の形状を測定することにより、トロリ線の側面の残存量が得られ、トロリ線摺面に影響されずトロリ線摩耗量の測定が可能になる。また、トロリ線摺面の片減りによりトロリ線摺面が２面発生した場合、トロリ線摺面を含めたトロリ線断面形状を測定することができるため、片減りのトロリ線摩耗量の測定も可能となる。
　本発明に係るトロリ線測定装置の第４の特徴は、前記第３の特徴に記載のトロリ線測定装置おいて、前記車両の屋根上のほぼ中央付近に設けられ、前記トロリ線の偏位方向にレーザ光を走査するレーザ測長センサ手段と、前記レーザ測長センサ手段からの信号に基づいて前記トロリ線高さ偏位座標を検出する高さ変位検出手段とを備えたことにある。これは、車両屋根上のほぼ中央付近に設けたレーザ測長センサ手段を用いて、トロリ線の偏位方向にレーザ光を走査し、トロリ線からの反射光に対応した信号に基づいて、レーザ測長センサ手段とトロリ線との間の距離と角度を測定し、この距離と角度に基づいて第１及び第２のトロリ線測定手段の設置位置からのトロリ線の高さ偏位座標を検出するようにしたものである。検出したトロリ線高さ変位座標に基づいて、回転制御手段は、回転ステージ手段の回転を制御できるようになる。
　本発明に係るトロリ線測定装置の第５の特徴は、前記第１、第２、第３又は第４の特徴に記載のトロリ線測定装置において、前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束を前記トロリ線に略垂直に投光する投光手段と、前記光切断像を前記車両の進行方向に向かって所定の仰角を以って撮像する受光手段とから構成されることにある。これは、トロリ線測定手段を投光手段と受光手段で構成するようにしたものである。なお、トロリ線測定手段をレーザまたはＬＥＤ等を使用した二次元変位センサで構成してもよい。
　本発明に係るトロリ線測定装置の第６の特徴は、前記第１、第２、第３又は第４の特徴に記載のトロリ線測定装置において、前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束として、昼間の太陽光の光強度より強い反射光を発生させる赤外領域の単色光を投光し、レンズを介して前記トロリ線の光切断像を受光面に結像するように受光することにある。これは、投光レーザの波長を赤外領域の単色光とし、受光部に赤外透過干渉フィルタなどを組み合わせることによって、日中の太陽光との強度差が大きく得られるようにし、日中における測定を可能としたものである。
　本発明に係るトロリ線測定方法の第１の特徴は、スリット状のレーザ光束をトロリ線の左右下側から前記トロリ線を横断するように略垂直に投光し、投光された前記レーザ光束の反射光による光切断像に基づいて前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像を、車両の屋根上に設けられた第１及び第２のトロリ線測定手段を用いてそれぞれ取得し、前記第１及び第２のトロリ線測定手段によって取得された前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像を処理して、前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータを生成することにある。これは、前記トロリ線測定装置の第１の特徴に対応したトロリ線測定方法の発明である。
　本発明に係るトロリ線測定方法の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のトロリ線測定方法において、生成された前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて前記トロリ線の摩耗量を算出すると共に前記トロリ線の立体形状を示すデータを算出することにある。これは、前記トロリ線測定装置の第２の特徴に対応したトロリ線測定方法の発明である。
　本発明に係るトロリ線測定方法の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載のトロリ線測定方法において、前記車両の屋根上の左右両端部に設けられた回転ステージ手段を用いて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲が前記車両の進行方向にほぼ垂直な面内を回転するように前記第１及び第２のトロリ線測定手段を保持しながら回転制御し、前記車両の進行に従って変化する前記トロリ線の高さ偏位座標に基づいて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲に前記トロリ線が入るように前記回転ステージ手段の回転を制御することにある。これは、前記トロリ線測定装置の第３の特徴に対応したトロリ線測定方法の発明である。
　本発明に係るトロリ線測定方法の第４の特徴は、前記第３の特徴に記載のトロリ線測定方法において、前記車両の屋根上のほぼ中央付近に設けられたレーザ測長センサ手段を用いて、前記トロリ線の偏位方向にレーザ光を走査し、前記レーザ測長センサ手段からの信号に基づいて前記トロリ線高さ偏位座標を検出することにある。これは、前記トロリ線測定装置の第４の特徴に対応したトロリ線測定方法の発明である。
　本発明に係るトロリ線測定方法の第５の特徴は、前記第１、第２、第３又は第４の特徴に記載のトロリ線測定方法において、前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束を前記トロリ線に略垂直に投光する投光手段と、前記光切断像を前記車両の進行方向に向かって所定の仰角を以って撮像する受光手段とから構成されることにある。これは、前記トロリ線測定装置の第５の特徴に対応したトロリ線測定方法の発明である。
　本発明に係るトロリ線測定方法の第６の特徴は、前記第１、第２、第３、第４又は第５の特徴に記載のトロリ線測定方法において、前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束として、昼間の太陽光の光強度より強い反射光を発生させる赤外領域の単色光を投光し、レンズを介して前記トロリ線の光切断像を受光面に結像するように受光することにある。これは、前記トロリ線測定装置の第６の特徴に対応したトロリ線測定方法の発明である。
　本発明によれば、トロリ線の摩耗部の形状を走行する車両から簡易に測定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測定装置の測定原理を説明する図である。 トロリ線に対するトロリ線測定器の受光視野方向との関係を概念的に示す図である。 トロリ線測定器によって測定されるトロリ線の光切断に対応する測定波形の一例を示す図である。 図１のトロリ線測定装置を搭載する架線検測車の一例を示す断面図である。 図１のトロリ線測定装置の全体構成を示すブロック図である。 この実施の形態に係るトロリ線測定装置の実行する処理の一例を示すフローチャート図である。
　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測定装置及びトロリ線測定方法を説明する。図１は、この発明に係るトロリ線測定装置の測定原理を説明する図である。トロリ線測定装置１０は、車両の左側に設けられるトロリ線測定器２、その右側に設けられるトロリ線測定器３、車両のほぼ中央付近に設けられるトロリ線高さ偏位検出器４、トロリ線測定器２を保持する回転ステージ５、トロリ線測定器３を保持する回転ステージ６、各種演算を実行する演算装置７及び測定装置８を含んで構成される。
　トロリ線測定器２，３は、同じ構成であり、投光ユニット２ａ，３ａと受光ユニット２ｃ，３ｃとを含んで構成される。投光ユニット２ａ，３ａは、赤外光の範囲にある特定の波長の単色光を投光レンズ２ｂ，３ｂで帯状のスリット光に変換し、トロリ線１に照射する。受光ユニット２ｃ，３ｃは、トロリ線１からの反射光を干渉フィルタ２ｅ、３ｅにより外乱光を除去して結像レンズ２ｄ，３ｄを通して受光する。図中における三角形状の投光領域Ｌ１，Ｌ２は、投光ユニット２ａ，３ａの投光光の照射可能領域を示すものである。投光ユニット２ａ，３ａによる単色光の波長は、例えば、λ＝７８０ｎｍに設定される。受光ユニット２ｃ，３ｃは、内部にＣＭＯＳセンサからなる受光素子を備えた３Ｄカメラで構成される。受光ユニット２ｃ，３ｃにて検出された受光信号は、演算装置７のトロリ線形状検出処理部７ａに出力される。演算装置７のトロリ線形状検出処理部７ａは、レーザ三角原理に基づいてレーザスリット光の反射光によるトロリ線の輪郭の高さプロファイルを形成し、その測定結果を測定装置８に出力する。
　トロリ線高さ偏位検出器４は、レーザ測長センサで構成され、車両の屋根上に設置される。トロリ線高さ偏位検出器４は、トロリ線１の偏位方向にレーザ光を走査して屋根上のトロリ線１からの反射光を受光し、レーザ測長センサとトロリ線１との間の距離と角度を測定する。演算装置７のトロリ線高さ偏位検出処理部は、トロリ線測定器２，３の屋根上における設置位置に基づいて、その高さ偏位座標を算出する。回転ステージ５，６は、トロリ線１をトロリ線測定器２，３の撮影視野内に入れるために、車両の進行方向にほぼ垂直な面内でトロリ線測定器２，３を回転するものである。トロリ線測定器２，３は、この回転ステージ５，６の回転部に取り付けられる。
　回転ステージ５，６は、トロリ線測定器２，３の撮影視野をトロリ線偏位方向に従って回転することができるように屋根上に設置されている。演算装置７の回転ステージ制御処理部７ｃは、トロリ線高さ偏位検出器４によって測定されたトロリ線高さ偏位座標に基づいて、回転ステージ５，６の回転部を回転制御することによって、トロリ線測定器２，３の視野をトロリ線位置に追随するように制御する。演算装置７のトロリ線形状検出処理部７ａは、トロリ線高さ偏位検出器４によって測定されたトロリ線高さ偏位座標に基づいて、回転ステージ５，６の回転部を回転制御することによって、トロリ線測定器２，３の視野をトロリ線位置に追随するように制御する。
　図２は、トロリ線に対するトロリ線測定器の受光視野方向との関係を概念的に示す図である。図１に示す三角形状の投光領域Ｌ１は、左側トロリ線測定器２の視野Ｊ１に対応し、投光領域Ｌ２は、右側トロリ線測定器３の視野Ｊ２に対応する。
　図３は、トロリ線測定器によって測定されるトロリ線の光切断に対応する測定波形の一例を示す図である。トロリ線測定器２、３の視野内においてトロリ線１が図２に示すような位置に存在する場合に、受光ユニット２ｃ，３ｃ内の３Ｄカメラからの受光信号に基づいて、トロリ線の輪郭の高さプロファイルが生成される。図２に示すようにトロリ線１が左側トロリ線測定器２に近く、右側トロリ線測定器３よりも遠い位置にある場合には、左側トロリ線測定器２の検出プロファイルａ１は、右側トロリ線測定器３の検出プロファイルｂ２よりも大きくなる。左側トロリ線測定器２の検出プロファイルと、右側トロリ線測定器３の検出プロファイルが同じ大きさになるのは、トロリ線１が左側トロリ線測定器２及び右側トロリ線測定器３に対してほぼ等距離に位置する場合である。
　図２に示すように、トロリ線１に対して左側トロリ線測定器２及び右側トロリ線測定器３の距離が異なる場合は、トロリ線高さ偏位検出器４の検出結果に応じてトロリ線１と左側トロリ線測定器２及び右側トロリ線測定器３との距離を算出し、その基準距離を任意に決めて画角倍率に従った補正を行い、検出プロファイルサイズが互いに等しくなるように処理する。これによって、検出プロファイルａ１，ｂ１は、補正プロファイルａ２，ｂ２に示すように左右のプロファイルサイズが等しくなるように補正される。なお、検出プロファイルａ１，ｂ１及び補正プロファイルａ２，ｂ２において、点線はトロリ線１の外形を分かりやすく示す仮想外形線であり、実際の検出プロファイルは実線だけで構成される。
　基準プロファイルｃ０は、トロリ線１が摩耗する前の新線時の断面形状を示すものである。基準プロファイルｃ０は、トロリ線１に対して左側トロリ線測定器２及び右側トロリ線測定器３の距離がほぼ同じ場合における大きさに対応する。従って、補正プロファイルａ２，ｂ２は、この基準プロファイルｃ０とほぼ同じ大きさ（等倍率）に補正される。
　等倍率に補正された補正プロファイルａ２，ｂ２を回転させて、基準プロファイルｃ０すなわち基本パターンとのマッチング処理を行う。トロリ線１は、その断面形状から分かるように、図示していないイヤーによって挟み込まれる溝がトロリ線１の上方両端に形成されている。すなわち、トロリ線１の新線外形は、円の上方両端を楔形の溝によって切断された上側の短円弧と下側の長円弧と２個の楔形を組み合わせた形状をしている。基準プロファイルｃ０において、トロリ線１の上部の高さはＴ１、トロリ線１の摩耗残存量はトロリ線１の直径すなわちＴ０となる。
　マッチング処理は、この基準プロファイルｃ０の高さＴ１に相当する長円弧の端部がそれぞれ一致するようにマッチング処理を行う。例えば、補正プロファイルａ２の左側円弧の上側端部と基準プロファイルｃ０の長円弧の左側上端部とがそれぞれ一致するように、補正プロファイルａ２を時計方向に回転することによって、両者のパターンマッチング処理を実行する。また、補正プロファイルｂ２の右側円弧の上側端部と基準プロファイルｃ０の長円弧の右側上端部とがそれぞれ一致するように、補正プロファイルｂ２を反時計方向に回転することによって、両者のパターンマッチング処理を実行する。
　マッチングプロファイルａ３は、補正プロファイルａ２と基準プロファイルｃ０とのパターンマッチング処理の結果を示し、マッチングプロファイルｂ３は、補正プロファイルｂ２と基準プロファイルｃ０とのパターンマッチング処理の結果を示す。このパターンマッチング処理の結果、マッチングプロファイルａ３に基づいてトロリ線１の左側残存側面の高さＴ２が検出でき、マッチングプロファイルｂ３に基づいてトロリ線１の右側残存側面の高さＴ３が算出できる。それぞれに算出された左側残存側面高さＴ２と右側残存側面高さＴ３との平均値とトロリ線１の上部高さＴ１とを加算した値がトロリ線１の摩耗残存量となる。
　基準プロファイルｃ０を取り除いたマッチングプロファイルａ３，ｂ３を合成することによって、トロリ線１下部の断面プロファイルｄ０を取得することができる。このようにして取得した断面プロファイルｄ０を時系列に並べることで、トロリ線１の摺面部の形状を立体（３Ｄ）画像１１として表示することが可能になる。断面プロファイルｄ１は、トロリ線１の摺面が片減りによって、トロリ線摺面が２面発生した場合の一例を示す。このように、トロリ線摺面に２面が発生した場合でも、そのトロリ線摺面を含めたトロリ線断面形状を測定することができるため、片減りのトロリ線摩耗量の測定も可能となる。
　図４は、図１のトロリ線測定装置を搭載する架線検測車の一例を示す断面図である。図４において、トロリ線高さ偏位検出器４は、架線検測車９の屋根上車両左右のほぼ中心に設置される。トロリ線測定器２，３及び回転ステージ５，６は、架線検測車９の屋根上車両左右中心より左右の離間した車両屋根上左右位置であって、上空のトロリ線１を相対する角度で見上げるように設置される。例えば、車両左右中心より約４００［ｍｍ］以上離間した位置に設置されることが望ましい。架線検測車９内に、演算装置７および測定装置が設置される。演算装置７は、トロリ線測定器２，３からの検出器信号を演算すると共にトロリ線測定器２，３及び回転ステージ５，６の制御を行う。測定装置８は、オペレーションとデータ収録を行う。
　図５は、図１のトロリ線測定装置の全体構成を示すブロック図である。演算装置７は、高さ偏位演算パソコン７１、回転ステージ制御回路７２、トロリ線演算パソコン７３及びレーザ投光制御回路７４を含んで構成される。高さ偏位演算パソコン７１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）とメモリとＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）とＤＩＯｄｉｓｋ　ｉｎｐｕｔ－ｏｕｔｐｕｔ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｄｉｓｋ　ｉｎｐｕｔ－ｏｕｔｐｕｔ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）とがそれぞれバスで接続されたパソコンで構成される。高さ偏位演算パソコン７１は、トロリ線の高さ偏位検出器４からのトロリ線位置検出信号をメモリに取り込む。高さ偏位演算パソコン７１は、取り込んだＨＤＤ内の高さ偏位座標変換プログラムによってトロリ線測定器２，３の位置からの高さであるＸ座標と偏位であるＹ座標に変換し、それに基づいて回転ステージ５，６の移動角度量を算出する。高さ偏位演算パソコン７１は、パラメータ化した移動角度量をメモリに格納し、それを座標に引き当て、ＤＩＯを介して移動信号を回転ステージ制御回路７２に出力する。回転ステージ制御回路７２は、回転ステージ制御回路７２からの移動信号に従って、回転ステージ５，６に角度移動信号を出力する。回転ステージ５，６は、回転ステージ制御回路７２からの角度移動信号に従ってトロリ線測定器２，３の視野内にトロリ線１が位置するようにその角度を移動する。高さ偏位演算パソコン７１には、車両距離情報が入力され、車両移動位置の同期がなされる。
　トロリ線演算パソコン７３は、ＣＰＵとメモリとＨＤＤとＤＩＯとがそれぞれバスで接続されたパソコンで構成される。トロリ線演算パソコン７３は、レーザ投光制御回路７４から投光ユニット２ａ，３ａにレーザ発光のＯＮ／ＯＦＦ制御信号を出力する。投光ユニット２ａ，３ａは、単色光を投光レンズ２ｂ，３ｂで帯状のスリット光に変換し、トロリ線１に照射する。トロリ線演算パソコン７３は、トロリ線測定器２，３の受光ユニット２ｃ，３ｃである３Ｄカメラから出力されるプロファイル信号を内部メモリに取り込む。トロリ線演算パソコン７３は、取り込んだプロファイル信号をＨＤＤ内のプログラムで２値化処理、ノイズ除去処理及びスムージング処理を施して光切断のプロファイル画像を生成し、内部メモリに一時格納する。トロリ線演算パソコン７３は、格納されたプロファイルに対して図３の処理を行い、トロリ線摩耗量と３Ｄ画像を作成し、測定装置８に出力する。また、トロリ線演算パソコン７３には、車両距離情報が入力され、車両移動位置の同期がなされ、測定データにも車両移動位置情報が付加される。
　測定装置８は、データ収録パソコン８１及び外部記録媒体８２を含んで構成される。データ収録パソコン８１は、ＣＰＵとメモリとＨＤＤとＤＩＯとがそれぞれバスで接続されたパソコンで構成される。測定装置８のデータ収録パソコン８１、演算装置７のトロリ線演算パソコン７３及び高さ偏位演算パソコン７１は、それぞれＬＡＮで接続されている。測定装置８は、演算装置７から測定データを受け取り、外部記録媒体８２にデータ収録を行う。
　図６は、この実施の形態に係るトロリ線測定装置の実行する処理の一例を示すフローチャート図である。ステップＳ６１のトロリ線高さ偏位検出処理では、図５の高さ偏位演算パソコン７１は、トロリ線１の高さ偏位検出器４からの信号に基づいて、トロリ線１の位置を高さＸ座標、偏位Ｙ座標に変換する。ステップＳ６２のステージ角度演算処理では、図５に示す高さ偏位演算パソコン７１は、図４に示すように、回転ステージ５，６の屋根上取付け位置からのトロリ線１に位置方向への移動角度を算出して出力する。ステップＳ６３の２値化処理では、図５のトロリ線演算パソコン７３は、図１の受光ユニット２ｃ，３ｃである３Ｄカメラからの信号を２値化し２値化画像を作成する。ステップＳ６４のノイズ（孤立点）除去処理では、図５のトロリ線演算パソコン７３は、２値化画像にノイズ除去処理を実行し、２値化された画像から孤立点を除去する。ステップＳ６５の輪郭スムージング処理では、トロリ線１の光切断のプロファイルラインをスムージングする処理を実行する。
　ステップＳ６６の倍率変換処理では、図５のトロリ線演算パソコン７３は、図５の高さ偏位演算パソコン７１で算出したトロリ線１とトロリ線測定器２，３との距離データよりトロリ線１とトロリ線測定器２，３の基準距離を決めて、測定距離との倍率を検出プロファイルに倍率変換処理を実行して、補正プロファイルを作成する。ステップＳ６７の角度変換処理では、図５のトロリ線演算パソコン７３は、基準倍率のトロリ線断面形状プロファイル基本パターン（図３の基準プロファイルｃ０）に倍率変換号の補正プロファイルを個々に回転させて、マッチング処理を行う。ステップＳ６８のトロリ線残存径算出処理では、図５のトロリ線演算パソコン７３は、図５のトロリ線演算パソコン７３は、測定したトロリ線１のプロファイルのトロリ線側面をパターンマッチングで抽出し、トロリ線側面（左側と右側）の高さを算出し、左右側面高さＴ２，Ｔ３を足して２で割った値と、図３の基準プロファイルｃ０のトロリ線上部の高さＴ１とを足すことによって、トロリ線残存径を算出する。この時、図３の（ｆ）に示すようなトロリ線断面の摺面に値するプロファイルラインが直線でない場合、上記トロリ線側面高さの算出では正確なトロリ線残存径は求められないため、トロリ線摺面を含めた形状測定処理にてトロリ線残存径を求める。
　ステップＳ６９の左右輪郭画像合成処理では、図５のトロリ線演算パソコン７３は、トロリ線測定器２，３の処理データであるマッチングプロファイル同士の合成処理を行い、トロリ線下部断面データを生成する。ステップＳ７０の３Ｄ形状生成処理では、前ステップＳ６９の処理で得られたトロリ線下部断面データを時系列に並べてトロリ線の立体（３Ｄ）画像の生成を行う。ステップＳ７１のデータ収録では、測定装置８のデータ収録パソコン８１は、高さ偏位演算パソコン７１からのトロリ線高さ偏位測定データ、トロリ線演算パソコン７３からのトロリ線摩耗残存径のデータ及びトロリ線の立体（３Ｄ）画像データに、車両位置情報を付加して外部記録媒体に収録する処理を行う。
　上述の実施の形態では、レーザ光として赤外領域の単色光を用いているが、単色光は、昼間の太陽光の光強度より強い反射光をトロリ線に発生させる単色光であれば、赤外領域のものに限定されるものではない。また、上述の実施の形態では、レーザスリット光を投光し、３Ｄカメラで受光しているが、この発明の投光ユニット及び受光ユニットはレーザ光または３Ｄカメラに限定されるものではなく、レーザまたはＬＥＤ等を使用した二次元変位センサ一般で構成してもよい。さらに、上述の実施の形態では、トロリ線偏位高さ移動範囲を確保するために回転ステージ５，６で追随しているが、センサ分解能が充分でセンサ視野が高さ偏位範囲を確保できれば、回転ステージ５，６を省略し、トロリ線測定器２，３を固定設置で実現してもよい。
　上述の実施の形態では、高さ偏位検出器４を用いてトロリ線測定器２，３の設置位置からの高さ偏位座標を検出し、それに基づいて回転ステージの移動角度を算出しているが、これ以外の方法で回転ステージ５，６の移動角度を制御するようにしてもよい。例えば、検出プロファイルａ１，ｂ１を画像処理して、検出プロファイルａ１，ｂ１の重心が画面内においてほぼ一定となるように、回転ステージ５，６の移動角度を制御するようにしてもよい。また、摺動面は共通なので、この摺動面の大きさが互いに一致するように画像処理を施すことによって、補正プロファイルａ２，ｂ２を作成するようにしてもよい。
　上述の実施の形態では、回転ステージ５，６を用いて追随しているが、トロリ線の側面を含む下側（摺動面）を左右から撮影可能な位置にトロリ線測定器２，３を固定設置し、固定設置されたトロリ線測定器２，３をトロリ線の偏位方向に沿って車両の屋根上をスライド移動可能なスライド板を設けるようにしてもよい。この場合、検出プロファイルａ１，ｂ１を画像処理して、両方の大きさがほぼ同じとなるように、スライド板の移動位置を制御するようにしてもよい。
ａ１，ｂ１…検出プロファイル
ａ２，ｂ２…補正プロファイル
ａ３，ｂ３…マッチングプロファイル
ｃ０…基準プロファイル
ｄ０，ｄ１…断面プロファイル
１…トロリ線
Ｊ１，Ｊ２…受光視野
Ｌ１，Ｌ２…投光領域
１０…トロリ線測定装置
１１…立体画像
２，３…トロリ線測定器
２ａ，３ａ…投光ユニット
２ｂ，３ｂ…投光レンズ
２ｃ，３ｃ…受光ユニット
２ｄ，３ｄ…結像レンズ
２ｅ，３ｅ…干渉フィルタ
４…トロリ線高さ偏位検出器
５，６…回転ステージ
７…演算装置
７１…高さ偏位演算パソコン
７２…回転ステージ制御回路
７３…トロリ線演算パソコン
７４…レーザ投光制御回路
８…測定装置
８１…データ収録パソコン
８２…外部記録媒体
９…架線検測車

Claims (12)

  1. 　スリット状のレーザ光束をトロリ線の左右下側から前記トロリ線を横断するように略垂直に投光し、投光された前記レーザ光束の反射光による光切断像に基づいて前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像をそれぞれ取得する車両の屋根上に設けられた第１及び第２のトロリ線測定手段と、
    　前記第１及び第２のトロリ線測定手段によって取得された前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像を処理して、前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータを生成する制御手段と
    　を備えたことを特徴とするトロリ線測定装置。
  2. 　請求項１に記載のトロリ線測定装置において、
    　前記制御手段によって生成された前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて前記トロリ線の摩耗量を算出すると共に前記トロリ線の立体形状を示すデータを算出する測定手段を備えたことを特徴とするトロリ線測定装置。
  3. 　請求項１又は２に記載のトロリ線測定装置において、
    　前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲が前記車両の進行方向にほぼ垂直な面内を回転するように前記第１及び第２のトロリ線測定手段を保持しながら回転制御する前記車両の屋根上の左右両端部に設けられた回転ステージ手段と、
    　前記車両の進行に従って変化する前記トロリ線の高さ偏位座標に基づいて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲に前記トロリ線が入るように前記回転ステージ手段の回転を制御する回転制御手段と
    　を備えたことを特徴とするトロリ線測定装置。
  4. 　請求項３に記載のトロリ線測定装置において、
    　前記車両の屋根上のほぼ中央付近に設けられ、前記トロリ線の偏位方向にレーザ光を走査するレーザ測長センサ手段と、
    　前記レーザ測長センサ手段からの信号に基づいて前記トロリ線高さ偏位座標を検出する高さ変位検出手段と
    　を備えたことを特徴とするトロリ線測定装置。
  5. 　請求項１、２、３又は４に記載のトロリ線測定装置において、
    　前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束を前記トロリ線に略垂直に投光する投光手段と、前記光切断像を前記車両の進行方向に向かって所定の仰角を以って撮像する受光手段とから構成されることを特徴とするトロリ線測定装置。
  6. 　請求項１、２、３、４又は５に記載のトロリ線測定装置において、
    　前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束として、昼間の太陽光の光強度より強い反射光を発生させる赤外領域の単色光を投光し、レンズを介して前記トロリ線の光切断像を受光面に結像するように受光することを特徴とするトロリ線測定装置。
  7. 　スリット状のレーザ光束をトロリ線の左右下側から前記トロリ線を横断するように略垂直に投光し、
    　投光された前記レーザ光束の反射光による光切断像に基づいて前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像を、車両の屋根上に設けられた第１及び第２のトロリ線測定手段を用いてそれぞれ取得し、
    　前記第１及び第２のトロリ線測定手段によって取得された前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像を処理して、前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータを生成することを特徴とするトロリ線測定方法。
  8. 　請求項７に記載のトロリ線測定方法において、
    　生成された前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて前記トロリ線の摩耗量を算出すると共に前記トロリ線の立体形状を示すデータを算出することを特徴とするトロリ線測定方法。
  9. 　請求項７又は８に記載のトロリ線測定方法において、
    　前記車両の屋根上の左右両端部に設けられた回転ステージ手段を用いて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲が前記車両の進行方向にほぼ垂直な面内を回転するように前記第１及び第２のトロリ線測定手段を保持しながら回転制御し、
    　前記車両の進行に従って変化する前記トロリ線の高さ偏位座標に基づいて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲に前記トロリ線が入るように前記回転ステージ手段の回転を制御することを特徴とするトロリ線測定方法。
  10. 　請求項９に記載のトロリ線測定方法において、
    　前記車両の屋根上のほぼ中央付近に設けられたレーザ測長センサ手段を用いて、前記トロリ線の偏位方向にレーザ光を走査し、
    　前記レーザ測長センサ手段からの信号に基づいて前記トロリ線高さ偏位座標を検出することを特徴とするトロリ線測定方法。
  11. 　請求項７、８、９又は１０に記載のトロリ線測定方法において、
    　前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束を前記トロリ線に略垂直に投光する投光手段と、前記光切断像を前記車両の進行方向に向かって所定の仰角を以って撮像する受光手段とから構成されることを特徴とするトロリ線測定方法。
  12. 　請求項７、８、９、１０又は１１に記載のトロリ線測定方法において、
    　前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束として、昼間の太陽光の光強度より強い反射光を発生させる赤外領域の単色光を投光し、レンズを介して前記トロリ線の光切断像を受光面に結像するように受光することを特徴とするトロリ線測定方法。
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