WO2017175555A1 - 磨耗検査装置及び磨耗検査方法 - Google Patents

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一幸 若杉
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a wear inspection apparatus and a wear inspection method.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2016-077763 filed in Japan on April 7, 2016, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 describes a method of photographing a tire of a vehicle and determining wear by image processing.
  • Patent Document 1 according to the method described in Patent Document 1, a feature point is detected by image processing, and the feature point is compared with a feature point of the same tire that has been photographed before. It is described that it becomes possible to grasp the situation.
  • the present invention provides a wear inspection apparatus and a wear inspection method capable of solving the above-described problems.
  • the wear inspection device includes a data acquisition unit that acquires surface shape data including information indicating a surface shape of a part that wears as the vehicle travels, and the acquired surface shape data. And an approximation processing unit that calculates the degree of wear of the component from the approximate line and the wear portion included in the surface shape data.
  • the difference between the value of each point included in the surface shape data and the value of an adjacent point in the surface shape data is lower than a predetermined threshold value.
  • a processing target for distinguishing between a large gradient portion and a flat portion smaller than a predetermined threshold, and extracting a processing target section for calculating the degree of wear in the surface shape data from the gradient portion and the flat portion after the distinction An extraction unit may be further provided.
  • the wear inspection apparatus further includes a noise removing unit that removes noise from the surface shape data
  • the noise removing unit includes a sensor that measures the surface shape of the component;
  • the surface shape data measured by the sensor in each positional relationship may be coordinate-transformed to become surface shape data measured with the same positional relationship.
  • the processing object extraction unit creates a histogram based on each value included in the surface shape data and its appearance frequency, and from among each value included in the surface shape data.
  • the classification width of the histogram is adjusted based on the number of groups, and the surface shape data is classified into the number of groups.
  • a part of the surface shape data corresponding to the flat part and a part of the surface shape data corresponding to the groove part formed on the surface of the component may be extracted from the created histogram. .
  • the approximation processing unit is configured to determine the groove portion based on a difference between the surface shape data corresponding to the groove portion extracted by the processing target extraction unit and the calculated approximate line.
  • the depth of may be calculated.
  • the processing object extraction unit is the largest of the flat portions distinguished from each other with the gradient portion as a boundary from the flat portions and the gradient portions after the distinction. You may extract a flat part as a process target area.
  • the approximation processing unit is a portion of the surface shape data in which the part is not worn based on the surface shape data corresponding to the flat portion extracted by the processing target extraction unit.
  • the amount of wear of the part is calculated by calculating an approximate straight line that approximates the point sequence and integrating the difference between the value of the approximate line and the value of the surface shape data for the section of the surface shape data where wear has occurred. May be calculated.
  • the wear inspection apparatus operates the vehicle based on the degree of wear of the component calculated by the approximation processing unit and operation data indicating the operation status of the vehicle including the component.
  • An evaluation model creation unit that creates an evaluation model for evaluating the degree of wear of the component according to the situation, and obtains operating data about the target vehicle to be evaluated, based on the operating data and the evaluation model, The degree of wear occurring in the parts of the target vehicle is evaluated, and based on the information indicating the replacement time of the parts determined in association with the degree of wear of the parts of the target vehicle,
  • An exchange time prediction unit that predicts the exchange time may be further provided.
  • surface shape data including information indicating the surface shape of a part worn as the vehicle travels is acquired, an approximate line for the acquired surface shape data is calculated, and the approximation is performed.
  • This is a wear inspection method for calculating the degree of wear of a part from a line and a wear portion included in surface shape data.
  • the wear inspection apparatus and the wear inspection method described above not only limited information such as the maximum value of the wear part of the part but also the overall wear state of the part and the wear amount at an arbitrary wear part can be measured. it can.
  • FIG. 1st embodiment It is a block diagram which shows the structural example of the abrasion inspection apparatus in 1st embodiment which concerns on this invention. It is a figure which shows an example of the external shape of the vehicle seen from the front in 1st embodiment which concerns on this invention. It is explanatory drawing which shows the example of a measurement of the tire surface by the image sensor in 1st embodiment which concerns on this invention. It is explanatory drawing which shows the example of a measurement of the surface of a panther shoe by the image sensor in 1st embodiment which concerns on this invention. It is a figure which shows an example of the coordinate transformation process in 1st embodiment which concerns on this invention. It is a figure which shows an example of the distance image of the tire surface in 1st embodiment which concerns on this invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a wear inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • a wear inspection apparatus 10 shown in FIG. 1 is configured by a computer such as a server apparatus.
  • Each of the units 102 to 107 included in the wear inspection apparatus 10 shown in FIG. 1 is one or more using a CPU (central processing unit), a storage device, an input / output device, a communication apparatus, and the like included in the computer constituting the wear inspection apparatus 10. It is configured by executing the program.
  • CPU central processing unit
  • the wear inspection apparatus 10 includes a data acquisition unit 101, a noise removal unit 102, a processing target extraction unit 103, an approximation processing unit 104, a wear data recording unit 105, an input / output unit 106, and a storage unit 107.
  • the data acquisition unit 101 acquires surface shape data indicating the surface shape of a part that wears as the vehicle travels.
  • the surface shape data is, for example, a distance image based on the distance between a sensor and a part measured by a distance image sensor.
  • the parts to be worn are, for example, tires, pantashoes, train lines, and the like.
  • FIG. 2 shows an example of a worn part.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the outer shape of the vehicle viewed from the front in the first embodiment according to the present invention.
  • the vehicle 1 is provided with traveling tires 2 (2A, 2B) on the left and right sides of the vehicle body.
  • the tire 2 is in contact with the road surface, and the vehicle 1 travels by rotating while in contact.
  • the tire 2 is worn by contact with the road surface during traveling.
  • a pantash shoe 3 is provided for receiving power from the train line 4 connected to the power feeding device and fixed to the side wall 6.
  • the vehicle 1 receives power from the power supply device by bringing the pantash shoe 3 into contact with the train line 4.
  • the pantashoe 3 is in contact with the train line 4 even when the vehicle 1 is traveling. Due to this contact, the pantash shoe 3 is worn as the vehicle 1 travels.
  • the train line 4 is worn by contact with the pantash shoe 3 as the vehicle 1 travels.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing a measurement example of the tire surface by the image sensor in the first embodiment according to the present invention.
  • a hole 7 is provided at a position where the tire 2 travels as shown in FIG. 3, and an image sensor 5 ⁇ / b> A is provided in the hole 7.
  • the image sensor 5A irradiates laser light having a width D1 on the tire 2A, and measures the distance from the image sensor 5A to each part.
  • the image sensor 5A measures the distance from the image sensor 5A to each part linearly in the width direction of the tire 2A.
  • the width of the tire 2A is about 300 millimeters (mm), whereas the width of the hole 7 is about 50 millimeters.
  • the image sensor 5A measures the distance to each part with respect to the width D1 of about 250 millimeters.
  • the image sensor 5A outputs a distance image representing the unevenness of the object surface based on the measured distance.
  • the wear inspection apparatus 10 calculates the depth of the groove provided on the surface of the tire 2A.
  • the image sensor 5A irradiates the tire 2A with a laser when the vehicle 1 slowly enters the vehicle base for parking, measures the distance to each part of the tire 2A, and displays a distance image representing the unevenness of the surface. Output. At this time, the image sensor 5A outputs a distance image over the entire circumference of the tire 2A, for example.
  • the image sensor 5A is provided at a position below the road surface and is installed so as to measure the distance to the tire 2A located above having an inclination in the vehicle traveling direction with respect to the vertical direction. ing. In this way, the image sensor 5A measures the distance to the tire 2A located in a direction inclined in the vehicle traveling direction with respect to the vertical direction, so that the tire 2A is not in contact with the ground, and therefore the tire 2A. Can be measured in a state that is not crushed by weight. Accordingly, the wear inspection apparatus 10 can calculate the depth of the groove of the tire 2A more accurately than when the tire 2A is calculated in a state where the tire 2A is crushed by the weight.
  • the distance image sensor is similarly installed in the hole provided on the road surface for the tire 2B, and a distance image indicating the surface shape of the tire 2B is output.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing an example of measurement of the surface of the panther shoe by the image sensor in the first embodiment according to the present invention.
  • the image sensor 5 ⁇ / b> B is provided at a height including the panter shoe 3 within the visual field range, for example, in the vehicle base, toward the side of the vehicle body with respect to the traveling direction of the vehicle 1.
  • a recess 31 is formed on the surface of the pantashoe 3 due to wear caused by contact with the train wire 4.
  • the wear inspection apparatus 10 obtains the amount of change in the vertical direction of the panther shoe 3 in the distance image output from the image sensor 5B (the amount of change in the vertical direction of the distance between the image sensor 5B and the panther shoe 3). Unevenness on the surface can be detected.
  • the wear inspection device 10 calculates the volume of the concave portion formed on the surface of the panther shoe 3.
  • the image sensor 5B for example, irradiates the pantashoe 3 with laser when the vehicle 1 slowly enters the vehicle base for parking, measures the distance to each surface portion of the pantashoe 3, and the surface unevenness is measured.
  • the distance image that represents is output.
  • the vertical direction of the paper surface in FIG. 4 (the front-rear direction of the vehicle 1) is the X axis, and the horizontal direction of the paper surface is the Z axis.
  • the image sensors 5A and 5B are collectively referred to as an image sensor 5.
  • the noise removing unit 102 removes noise from the distance image.
  • the positional relationship between the image sensor 5 and the object varies.
  • the distance between the image sensor 5 and the tire 2 and the like changes as the vehicle 1 travels.
  • the distance between the image sensor 5 and the pantashoe 3 is substantially constant.
  • the noise removing unit 102 performs coordinate conversion on the distance image captured with the passage of time, and corrects the plurality of distance images to be distance images captured in the same coordinate system. This coordinate transformation can be performed using a known technique used in image processing or the like.
  • an object that is considered not to be deformed due to wear for example, a portion where the pantashoe 3 is not worn or a side surface portion of the vehicle 1.
  • a method may be used in which coordinate conversion is performed so that the reference object overlaps for any distance image.
  • the noise removing unit 102 displays the distance image acquired when the tire 2 is far away and the distance image acquired after the vehicle 1 approaches, regardless of the position where each distance image is measured. You may correct
  • FIG. 5 shows an example of coordinate conversion.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the coordinate conversion process in the first embodiment according to the present invention.
  • a structure 51 is shown in the lower left of FIG.
  • the coordinate system 1 is a coordinate system (coordinate system 1) when the structure 51 is actually measured by the image sensor 5B. This coordinate system moves from moment to moment, and when an image of the structure 51 is reproduced based on a time-series distance image, an image including distortion is obtained. Therefore, if all the distance images are coordinate-transformed so as to be a distance image measured from one coordinate system 2, a distance image close to the actual shape can be obtained.
  • the noise removal unit 102 performs coordinate conversion to correct the distance image acquired by the data acquisition unit 101. As a result, the surface shape indicated by each distance image approaches the actual shape, and a highly accurate calculation of the degree of wear can be realized.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a distance image on the tire surface in the first embodiment according to the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a distance image after the noise removal process on the tire surface in the first embodiment according to the present invention.
  • FIG. 6 is an example of a distance image showing the surface shape of the tire 2A by the image sensor 5A at a certain time.
  • the horizontal axis in FIG. 6 indicates the position in the tire width direction, and the vertical axis indicates the value in the tire radial direction.
  • the image sensor 5A has a visual field range, and a value at a position in the tire width direction that exceeds the visual field range indicates an abnormal value.
  • the data in the range surrounded by the broken line is out of the visual field range of the image sensor 5A, and thus shows an abnormal value ( ⁇ XXX).
  • the noise removal unit 102 performs noise removal processing for removing a portion including an abnormal value from the distance image.
  • the distance image shown in FIG. 7 is a distance image obtained by excluding the measurement failure ranges (values are abnormal value ranges) at both ends from the distance image of FIG.
  • the processing target extraction unit 103 distinguishes between values of each point included in the distance image, a gradient portion where the difference from the value of the adjacent point is larger than a predetermined threshold value, and a flat portion smaller than the predetermined threshold value.
  • the processing target extraction unit 103 extracts a processing target section for calculating the degree of wear from the differentiated gradient portion and flat portion. Taking the case where the part is the tire 2A as an example, the observation target extraction processing by the processing target extraction unit 103 will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 8 is a first diagram for explaining the processing object extraction process for the distance image on the tire surface in the first embodiment according to the present invention. First, the processing target extraction unit 103 calculates the gradient at each point in the distance image after noise removal.
  • the slope is calculated by the following equation (1) using the information of the previous and subsequent points.
  • a portion where the absolute value of the slope is larger than the threshold is defined as a gradient section, and a portion which is small and does not fail is defined as a flat section.
  • dy i / dx i (y i + 1 ⁇ y i ) / (x i + 1 ⁇ x i ) (1)
  • a graph 8A is a graph in which the slope obtained by the equation (1) is plotted.
  • the position position in the tire width direction
  • the position is a flat section.
  • a portion that does not fall within the range 8B is a gradient section.
  • the processing target extraction unit 103 distinguishes between a flat section and a gradient section for each position in the tire width direction. Next, the processing target extraction unit 103 selects both ends (left end 8C, right end 8D) of the portion from the flat section to the gradient section among all sections.
  • FIG. 9 is a second diagram for explaining the processing object extraction process for the distance image on the tire surface in the first embodiment according to the present invention.
  • the processing target extraction unit 103 performs coordinate conversion of the distance image so that the x coordinate at the left end of the selected portion is 0 and the x coordinate at the right end is 100.
  • FIG. 9 shows a distance image after such coordinate conversion.
  • the user can preliminarily classify tire radial values based on the fact that the values in the tire radial direction can be classified into five levels of range 91, range 92, range 93, range 94, and range 95. Are classified into five groups, and the number of groups is input to the wear inspection apparatus 10.
  • the processing target extraction unit 103 classifies the tire radial direction values into five groups. Specifically, the processing target extraction unit 103 generates a histogram by summing up the values in the tire radial direction and the appearance frequencies for each value, and has four sections in which the appearance frequency of the values in the tire radial direction is zero. Then, the classification width of the histogram is adjusted.
  • the classification width may be adjusted by any method. For example, the classification width is increased to 2, 3 in order from 1, and the classification width is obtained when there are four sections where the appearance frequency is 0 (when the values in the tire radial direction are classified into five groups).
  • a method such as
  • FIG. 10 is a third diagram for explaining the processing target extraction process for the distance image on the tire surface in the first embodiment according to the present invention.
  • FIG. 10 is a histogram produced by the processing target extraction unit 103 so that there are four sections in which the frequency of the value in the tire radial direction is zero. For example, in the distance image of FIG. 9, when the user classifies the values in the tire radial direction into five groups, how many groups are selected in ascending order (in this example, two), The wear inspection apparatus 10 is instructed to indicate how many groups are selected in order from the largest (two in this example).
  • the processing target extraction unit 103 selects the second section from the smaller value in the tire radial direction of the histogram in order (from left to right) in the groove data and the smaller value in the tire radial direction.
  • the section from the first to the second (in order from the right) is defined as the surface data.
  • the middle chunk is not used.
  • the processing target extraction unit 103 extracts a processing target section. Specifically, the processing target extraction unit 103 extracts a portion representing the surface shape of the tire 2A (surface data) and a groove portion (groove data) from the distance image.
  • the approximation processing unit 104 calculates an approximate line for the distance image of one or a plurality of flat portions extracted by the processing target extraction unit 103, and determines the degree of wear of the component from the approximate line and the wear portion included in the distance image. calculate.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of an approximate curve of the tire surface in the first embodiment according to the present invention.
  • the approximation processing unit 104 polynomial-approximates the surface data extracted by the processing object extraction unit 103 with a cubic equation by regression analysis or the like, and calculates a coefficient and a multiple determination coefficient (the value of the square of the multiple correlation coefficient).
  • the approximate curve 110A is an approximate curve of the surface data calculated by the approximation processing unit 104.
  • the approximation processing unit 104 approximates the groove data extracted by the processing target extraction unit 103 by a polynomial expression by regression analysis or the like to calculate a coefficient and a multiple determination coefficient.
  • the approximate curve 110B is an approximate curve of groove data calculated by the approximation processing unit 104.
  • the approximation processing unit 104 calculates a difference (groove depth) between the surface data and the groove data in the groove portion. Specifically, based on the values of the approximate curve 110A based on the surface data in the ranges 91 (values on the horizontal axis are 5 and 95) and 92 (values on the horizontal axis are 35 and 65) illustrated in FIG. The difference (distance 110D, 110E, 110F, 110G) from the value of the approximate curve 110B is calculated.
  • the wear data recording unit 105 records the coefficients of the approximate curves 110A and 110B calculated by the approximation processing unit 104, the weight determination coefficient, the value of the groove depth, and the position information in the tire width direction corresponding to each groove in the storage unit 107.
  • the input / output unit 106 is an interface for user operations and data input / output.
  • the input / output unit 106 is a microphone, a touch panel, a display, an input / output port, or the like.
  • the user can give an instruction to start wear degree calculation processing, input data, and the like via the input / output unit 106.
  • the input / output unit 106 can display the approximate curve calculated by the approximate processing unit 104 on the display.
  • the storage unit 107 is configured using a non-volatile storage medium or a volatile storage medium, and stores various data such as approximate curve coefficients.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of processing performed by the wear inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the data acquisition unit 101 acquires surface shape data (distance image) measured by the image sensor 5A based on the distance to the tire 2A (step S11).
  • the data acquisition unit 101 stores the input data in a predetermined storage area of the storage unit 107.
  • the input / output unit 106 displays the distance image on the display, and in the process of extracting surface data and groove data from the user using the histogram described in FIG. You may receive input, such as how many sections become 0, how many surface data and groove data are selected from the distribution of values in the histogram. The number of sections where the frequency is zero may be different depending on the type of tire and the wear situation.
  • the noise removing unit 102 performs a noise removing process for removing noise from the distance image input in step S11 (step S12). For example, the noise removing unit 102 performs coordinate conversion on the distance image continuously measured by the image sensor 5A with respect to the tire 2A approaching as the vehicle 1 travels, and all the distance images are obtained from the image sensor 5A. Correction is performed so that the relative positional relationship up to the tire 2A can be treated as the same.
  • the noise removing unit 102 excludes abnormal values in the measurement failure range by the image sensor 5A.
  • the processing target extraction unit 103 performs processing target extraction processing on the distance image after noise removal (step S13). For example, the processing target extraction unit 103 acquires one distance image measured at a certain time point from the distance image after noise removal. The processing target extraction unit 103 obtains an inclination for each point included in the distance image and classifies it into a flat part and a gradient part. The processing target extraction unit 103 extracts data (surface data and groove data) used for calculating the approximate curve from the classified flat portion and gradient portion. The processing target extraction unit 103 creates a histogram and extracts surface data and groove data as described with reference to FIG.
  • the approximation processing unit 104 performs an approximation process using the surface data and groove data extracted in step S13 (step S14). Specifically, the approximation processing unit 104 performs curve fitting by regression analysis or the like on the portion of the distance image corresponding to the surface data, and approximates the curve of the surface of the tire 2A excluding the groove portion generated in the tire 2A ( For example, the approximate curve 110A) of FIG. 11 is calculated. Similarly, the approximate processing unit 104 performs curve fitting on the portion of the distance image corresponding to the groove data, and calculates an approximate curve (for example, the approximate curve 110B in FIG. 11) that connects the bottoms of the groove portions generated in the tire 2A. .
  • the approximation processing unit 104 calculates a difference (groove depth) between the surface data of the tire 2A and the groove data at the position corresponding to the groove data extracted in step S13.
  • the wear data recording unit 105 records the surface data calculated by the approximation processing unit 104, the approximate curve of the groove data, the depth of the groove portion, and the position information of each groove portion in the tire width direction in the storage unit 107.
  • Step S15 The processes in steps S13 to S15 are performed for all the distance images that have undergone the noise removal process in step S12. As a result, wear data indicating the degree of wear is obtained over the surface range of the tire 2 measured by the image sensor 5A.
  • the data acquisition unit 101 acquires surface shape data (distance image) including the surface shape of the pantashoe measured by the image sensor 5B as the vehicle 1 travels (step S11).
  • the noise removal unit 102 performs noise removal processing (step S12).
  • the noise removing unit 102 performs coordinate conversion on the distance image to correct distortion between the distance images. Since the distance image includes structures other than the pantashoe part (for example, the side surface of the vehicle body), the noise removing unit 102 detects the pantashoe part and removes the distance image of the other part.
  • the noise removing unit 102 uses the property that the pantashoe is farthest from the main body of the vehicle 1 among all the parts included in the distance image (the value in the vehicle horizontal direction is large). If the number of points exceeding a certain threshold in the distance image measured at each time is equal to or greater than a certain value, it is determined that the distance image includes the pantashoe 3. The noise removing unit 102 extracts a portion including the pantashoe 3 from the range image including the pantashoe 3. The noise removing unit 102 performs the same processing on each of the distance images measured at each time.
  • the noise removing unit 102 assumes that the traveling speed of the train is constant from the number n of data in the time zone determined to be the distance image including the pantashoe 3 and the length x of the panther shoe in the vehicle traveling direction, and one distance image.
  • the length dx x / n of the pantashoes included in is calculated.
  • dx corresponds to the distance traveled by the vehicle 1 from the measurement of a certain distance image to the measurement of the next distance image. This dx is used when calculating the wear amount (volume) later.
  • the following processing is performed on the distance image measured at each time after the noise removal processing.
  • the noise removing unit 102 performs processing for removing a range indicating an abnormal value (measurement failure range) from the distance image.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a distance image of the surface of the panther shoe in the first embodiment according to the present invention.
  • FIG. 14 is a first diagram illustrating an example of a distance image after noise removal processing on the surface of the panther shoe according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a second diagram illustrating an example of a distance image after the noise removal process on the surface of the panther shoe according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a certain distance image showing the surface shape of the pantashoe 3 measured by the image sensor 5B.
  • the horizontal axis in FIG. 13 indicates the position in the vehicle vertical direction, and the vertical axis indicates the value in the vehicle horizontal direction.
  • the image sensor 5B has a field-of-view range, and the distance image at a position exceeding the field-of-view range shows an abnormal value (range surrounded by a broken line).
  • the noise removing unit 102 performs processing for removing abnormal values from the distance image.
  • the distance image shown in FIG. 14 is a distance image after removing abnormal values at both ends of the distance image.
  • the noise removing unit 102 performs linear interpolation by connecting normal values adjacent to the end points of the point sequence indicating the abnormal value.
  • the distance image shown in FIG. 15 is a distance image after linear interpolation processing.
  • FIG. 16 is a first diagram illustrating a process target extraction process for a distance image on the surface of the panther shoe according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a second diagram for explaining the processing target extraction process for the distance image on the surface of the panther shoe in the first embodiment according to the present invention.
  • the processing target extraction unit 103 calculates a slope using Expression (1) for each point (x i , y i ).
  • the processing target extraction unit 103 compares the inclination with a predetermined threshold value L and distinguishes each position of the pantashoe 3 in the vertical direction into a flat section and a gradient section.
  • the processing target extraction unit 103 divides the distance image with the gradient section as a boundary.
  • the processing target extraction unit 103 extracts the largest section 16B among the sections 16A, 16B, and 16C that are the divided flat sections.
  • the distance image illustrated in FIG. 17 is a distance image in the section 16B extracted by the processing target extraction unit 103.
  • the section extracted by the processing target extraction unit 103 is referred to as an effective section.
  • FIG. 18 is a first diagram for explaining the approximation processing for the distance image of the surface of the panther shoe in the first embodiment according to the present invention.
  • FIG. 19 is a second diagram for explaining the approximation process for the distance image of the surface of the panther shoe in the first embodiment according to the present invention.
  • the approximation processing unit 104 performs linear approximation on the curve 18A indicated by the distance image of the effective section extracted by the processing target extraction unit 103, and calculates an approximate line 18B.
  • the approximation processing unit 104 extracts only a point sequence having a value larger than the approximate straight line 18B, and performs linear approximation again on the extracted point sequence. Then, the approximate processing unit 104 calculates an approximate straight line 18C for the surface point sequence shown in FIG.
  • the approximate processing unit 104 can calculate an approximate straight line for the distance image of the surface portion where the wear of the pantash shoe 3 is not worn according to the size of the wear dent (for example, until the multiple determination coefficient becomes 0.95 or more). ), Repeat linear approximation.
  • the approximate processing unit 104 calculates the wear amount of the pantash shoe 3.
  • the approximation processing unit 104 performs inclination correction.
  • the tilt correction is a process for correcting a tilt that occurs due to the tilt of the laser irradiation angle of the image sensor 5B with respect to the surface of the pantashoe 3 when the heights of the image sensor 5B and the pantashoe 3 are different. .
  • An example of processing for correcting the inclination will be described.
  • the approximation processing unit 104 calculates an inclination angle ⁇ from the calculated inclination (a) of the approximate straight line 18C by the following equation (2).
  • the approximation processing unit 104 corrects the inclination in the Z direction (the horizontal direction of the paper surface shown in FIG. 4) by the following equation (3).
  • Z ′ i (Z i ⁇ (X i ⁇ X 0 ) / Tan ⁇ ) ⁇ sin ⁇ (3)
  • X 0 is an arbitrary value between the starting value for the X-axis direction of the distance image, from the start value of X i is X-axis direction of the distance image to the end value.
  • Z i is a value in the Z-axis direction corresponding to X i .
  • Z ′ i is a value after correction.
  • the approximation processing unit 104 corrects the inclination in the X direction (the vertical direction of the paper surface shown in FIG. 4) by the following equations (4) and (5).
  • dX sqrt ((Z i ⁇ Z i ⁇ 1 ) 2 + (X i ⁇ X i ⁇ 1 ) 2 -(Z ' i -Z' i-1 ) 2 ) (4)
  • X ′ i X ′ i ⁇ 1 + dX (5)
  • the approximation processing unit 104 integrates the difference between the curve indicated by the distance image in the effective section after the inclination correction and the approximate straight line, and calculates the area of the portion surrounded by the curve after the inclination correction and the approximate straight line.
  • the calculated value is multiplied by dx to determine the volume of the worn part of the surface of the pantashoe 3 corresponding to the passage of the vehicle 1 per unit time.
  • the approximation processing unit 104 performs the same processing on the distance image determined by the noise removal unit 102 to include the pantashoe 3, integrates them, and calculates the total wear amount of the pantashoe 3.
  • the wear data recording unit 105 records the wear amount calculated by the approximation processing unit 104 in the storage unit 107 (step S15).
  • the wear inspection apparatus 10 can calculate the wear amount of the pantash shoe 3 based on the flowchart of FIG. The degree of wear of the train line 4 can be calculated in the same manner.
  • the wear inspection apparatus 10 of the present embodiment not only limited information such as only the maximum value of the wear location but also an approximate curve over the entire surface of the tire 2 and the position and depth of the groove caused by wear are used. More detailed situation and useful information such as the wear amount of an arbitrary place, the flatness and distortion of the tire 2 can be obtained. Since distance images can be aggregated into information such as coefficients of approximate curves, data storage capacity can be reduced, and data over a long period can be accumulated. Thereby, an analysis can be performed based on more data.
  • FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration example of a wear inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same components as those constituting the wear inspection apparatus 10A according to the first embodiment of the present invention, and description thereof will be omitted.
  • the wear inspection apparatus 10 ⁇ / b> A according to the second embodiment provides a function of predicting the amount of wear and predicting the replacement time of parts due to wear.
  • the wear inspection apparatus 10A creates an evaluation model that links the operation data and the wear data to predict the degree of wear from the operation data, and based on the created evaluation model and the operation data of the vehicle ⁇ to be predicted, the vehicle Evaluate the degree of wear that occurs in the ⁇ parts.
  • the wear inspection apparatus 10A includes a data acquisition unit 101A in place of the data acquisition unit 101, instead of the evaluation model creation unit 108 and the replacement time prediction unit 109, in addition to the configuration of the first embodiment. ing.
  • the data acquisition unit 101A acquires operation data of the vehicle 1 in addition to the distance image measured by the image sensor 5.
  • the operation data is, for example, data such as the travel speed, travel time, travel distance, shape of the route traveled by the vehicle 1 (curve and slope ratio, etc.), weather, and the like.
  • the evaluation model creation unit 108 creates an evaluation model for evaluating the degree of wear based on the operation data for the vehicle 1 acquired by the data acquisition unit 101A and the wear data recorded by the wear data recording unit 105 for the vehicle 1.
  • the wear data is a coefficient of an approximate curve of the surface and the groove portion and depth information of the groove.
  • the pantashoe 3 it is the amount of wear.
  • the replacement time prediction unit 109 uses the current operation data for the vehicle for which the replacement time is to be predicted and the evaluation model created by the evaluation model creation unit 108 to determine the future wear status of the parts consumed due to wear of the tire 2 and the like. Predict the replacement time.
  • FIG. 21 is a flowchart showing an example of processing by the wear inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the wear data of the tire 2 calculated by the approximate processing unit 104 for the vehicle 1 of the same type as the vehicle ⁇ for which the replacement time is predicted corresponds to the measurement date of the distance image used to calculate the wear data.
  • the evaluation model creation unit 108 reads out and acquires wear data of the vehicle 1 from the storage unit 107 from the storage unit 107 (step S21).
  • 101 A of data acquisition parts acquire the operation data of the vehicle 1 from the system which accumulated the operation data of the vehicle (step S22). At this time, the data acquisition unit 101A acquires operation data of the vehicle 1 in a period corresponding to the wear data acquired by the evaluation model creation unit 108.
  • the evaluation model creation unit 108 creates an evaluation model by machine learning (step S23). For example, the evaluation model creating unit 108 uses the wear data based on a certain distance image and the operation data measured on the day closest to the measurement date of the distance image as one learning data, and the learning data for the acquired wear data is used as the learning data. create.
  • the evaluation model creation unit 108 performs machine learning processing using a method such as a decision tree. For example, when a decision tree is used, the conditions for the tire 2 to have such a wear degree with respect to various wear degrees included in the wear data (when the operation data shows the tendency of the wear degree) Can be extracted).
  • the evaluation model creation unit 108 records this evaluation model in the storage unit 107 as an evaluation model.
  • the user inputs the latest operation data of the vehicle ⁇ to the wear inspection apparatus 10A.
  • the data acquisition unit 101A acquires operation data of the vehicle ⁇ (step S24).
  • the data acquisition unit 101A outputs the operation data of the vehicle ⁇ to the replacement time prediction unit 109.
  • the replacement time prediction unit 109 predicts the replacement time based on the evaluation model (step S25). For example, when the evaluation model indicates the degree of wear of the tire 2 for each travel section of the vehicle 1 and for each travel time, the replacement time prediction unit 109 determines the travel section of the vehicle ⁇ included in the acquired operation data of the vehicle ⁇ . And the travel time are applied to the evaluation model to evaluate the degree of wear of the vehicle ⁇ .
  • the replacement time predicting unit 109 refers to the standard of the degree of wear that is determined to replace the tire 2, and if the evaluated degree of wear satisfies the standard of the degree of wear that is determined to replace the tire 2 (the wear is more severe). It is determined that it is time to replace the tire 2 (if any). When the wear level determined to replace the tire 2 is not reached, the replacement time prediction unit 109 refers to the evaluation model and acquires the condition of the operation data that satisfies the criteria of the wear level determined to replace the tire 2. The replacement time predicting unit 109 compares the operation data conditions satisfying the standard with the operation data of the vehicle ⁇ to predict the replacement time.
  • the evaluation model indicates that a degree of wear corresponding to the replacement of the tire 2 occurs when the vehicle 1 travels in the same section as the travel section of the vehicle ⁇ when the travel time is X1 hours or more, and
  • the replacement time prediction unit 109 determines the travel time X2-X1 until the replacement time of the tire 2 Is calculated.
  • the replacement time prediction unit 109 outputs the calculated traveling time until the replacement time of the tire 2 to the input / output unit 106.
  • the input / output unit 106 displays the traveling time until the replacement time on the display. Thereby, the user can grasp
  • the wear inspection apparatus 10A of the present embodiment not only the maximum value of the wear amount but also the surface shape deformed by wear and the wear amount at a specific position can be factors, so that the accuracy of the evaluation model can be improved. it can.
  • the user can grasp the detailed degree of wear of the parts and prevent abnormalities from occurring, grasp the appropriate replacement timing of parts, improve the efficiency of inventory management of worn parts, Maintenance (inspection, repair, etc.) can be performed on a daily basis.
  • the wear inspection apparatus and the wear inspection method described above not only limited information such as the maximum value of the wear part of the part but also the overall wear state of the part and the wear amount at an arbitrary wear part can be measured. it can.

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Abstract

摩耗検査装置は、車両の走行に伴って摩耗する部品の表面形状を示す情報を含む表面形状データを取得するデータ取得部と、取得した表面形状データに対する近似線を算出し、当該近似線と表面形状データに含まれる摩耗部分とから部品の摩耗度合いを算出する近似処理部と、を備える。

Description

磨耗検査装置及び磨耗検査方法
　本発明は、磨耗検査装置及び磨耗検査方法に関する。
　本願は、２０１６年４月７日に、日本に出願された特願２０１６－０７７２６３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　鉄道や新交通システムなどにおいて、車両に用いられているタイヤ、パンタシュー等の部品は、走行に伴い磨耗する。そのため、磨耗量を日々測定し、摩耗量が一定値を超えたら新品と交換する等の運用を行う必要がある。磨耗量の測定は、一般にノギス等を用いて手作業で測定する場合が多い。
　特許文献１には、車両のタイヤを撮影し、画像処理により損耗を判断する手法が記載されている。特許文献１には、特許文献１に記載の方法によれば、画像処理により特徴点を検出し、その特徴点を、以前に撮影した同一のタイヤの特徴点と比較することでタイヤの劣化の状況を把握することが可能となることが記載されている。
日本国特許第５３０３４０５号公報
　しかし、手作業による方法は、手間がかかり、人件費等が必要になるうえ、得られるデータが実際に生じている磨耗の一部のみ（例えば最大値）に限定されがちであるという課題がある。特許文献１の方法を用いたとしても、劣化状況が把握できるのはタイヤの一部に限定されてしまう。
　本発明は、上述の課題を解決することのできる磨耗検査装置及び磨耗検査方法を提供する。
　本発明の第１の態様によれば、摩耗検査装置は、車両の走行に伴って摩耗する部品の表面形状を示す情報を含む表面形状データを取得するデータ取得部と、前記取得した表面形状データに対する近似線を算出し、当該近似線と前記表面形状データに含まれる摩耗部分とから前記部品の摩耗度合いを算出する近似処理部と、を備える。
　本発明の第２の態様によれば、前記摩耗検査装置は、前記表面形状データのうち、前記表面形状データに含まれる各点の値と隣接する点の値との差分が所定の閾値よりも大きな勾配部分と、所定の閾値よりも小さな平坦部分とに区別し、区別後の前記勾配部分および前記平坦部分の中から、前記表面形状データにおける摩耗度合いを算出する処理対象区間を抽出する処理対象抽出部、をさらに備えていてもよい。
　本発明の第３の態様によれば、前記摩耗検査装置は、前記表面形状データからノイズを除去するノイズ除去部、をさらに備え、前記ノイズ除去部は、前記部品の表面形状を測定するセンサと前記部品との相対的な位置関係の変化に応じて、それぞれの位置関係において前記センサが測定した前記表面形状データを、同じ位置関係で測定した表面形状データとなるよう座標変換してもよい。
　本発明の第４の態様によれば、前記処理対象抽出部は、前記表面形状データに含まれる各値とその出現頻度に基づくヒストグラムを作成し、前記表面形状データに含まれる各値の中から選択された表面部分又は溝部分に対応する値を分類して所定のグループ数にする場合の、当該グループ数に基づいて前記ヒストグラムの分類幅を調整し、前記表面形状データを当該グループ数に分類するヒストグラムを作成し、前記作成したヒストグラムから、前記平坦部分に対応する表面形状データの一部と、前記部品の表面にできた溝部分に対応する表面形状データの一部を抽出してもよい。
　本発明の第５の態様によれば、前記近似処理部は、前記処理対象抽出部が抽出した溝部分に対応する表面形状データと、前記算出した近似線との差に基づいて、前記溝部分の深さを算出してもよい。
　本発明の第６の態様によれば、前記処理対象抽出部は、前記区別後の平坦部分および勾配部分の中から、前記勾配部分を境として区別される前記平坦部分の中から、最も大きな前記平坦部分を処理対象区間として抽出してもよい。
　本発明の第７の態様によれば、前記近似処理部は、前記処理対象抽出部が抽出した平坦部分に対応する表面形状データに基づいて、当該表面形状データのうち前記部品の摩耗が無い部分の点列に近似する近似直線を算出し、前記表面形状データのうち摩耗が生じた区間について、前記近似直線の値と前記表面形状データの値の差を積算することによって、前記部品の摩耗量を算出してもよい。
　本発明の第８の態様によれば、前記摩耗検査装置は、前記近似処理部が算出した部品の摩耗度合いと当該部品を備える車両の稼働状況を示す稼働データとに基づいて、前記車両の稼働状況に応じた前記部品の摩耗度合いを評価する評価モデルを作成する評価モデル作成部と、評価対象となる対象車両についての稼働データを取得し、当該稼働データと前記評価モデルとに基づいて、前記対象車両の部品に生じる摩耗度合いを評価し、前記対象車両の部品の摩耗度合いと対応付けて定められた当該部品の交換時期を示す情報に基づいて、摩耗度合いを評価した前記対象車両の部品の交換時期を予測する交換時期予測部と、をさらに備えていてもよい。
　本発明の第９の態様によれば、車両の走行に伴って摩耗する部品の表面形状を示す情報を含む表面形状データを取得し、前記取得した表面形状データに対する近似線を算出し、当該近似線と表面形状データに含まれる摩耗部分とから部品の摩耗度合いを算出する、摩耗検査方法である。
　上記した磨耗検査装置及び磨耗検査方法によれば、部品の磨耗箇所の最大値のみといった限られた情報だけでなく、部品の全体的な摩耗状況、任意の磨耗箇所における摩耗量を測定することができる。
本発明に係る第一実施形態における摩耗検査装置の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る第一実施形態における正面から見た車両の外形の一例を示す図である。 本発明に係る第一実施形態における画像センサによるタイヤ表面の測定例を示す説明図である。 本発明に係る第一実施形態における画像センサによるパンタシュー表面の測定例を示す説明図である。 本発明に係る第一実施形態における座標変換処理の一例を示す図である。 本発明に係る第一実施形態におけるタイヤ表面の距離画像の一例を示す図である。 本発明に係る第一実施形態におけるタイヤ表面のノイズ除去処理後の距離画像の一例を示す図である。 本発明に係る第一実施形態におけるタイヤ表面の距離画像に対する処理対象抽出処理を説明する第一の図である。 本発明に係る第一実施形態におけるタイヤ表面の距離画像に対する処理対象抽出処理を説明する第二の図である。 本発明に係る第一実施形態におけるタイヤ表面の距離画像に対する処理対象抽出処理を説明する第三の図である。 本発明に係る第一実施形態におけるタイヤ表面の近似曲線の一例を示す図である。 本発明に係る第一実施形態における摩耗検査装置による処理の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面の距離画像の一例を示す図である。 本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面のノイズ除去処理後の距離画像の一例を示す第一の図である。 本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面のノイズ除去処理後の距離画像の一例を示す第二の図である。 本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面の距離画像に対する処理対象抽出処理を説明する第一の図である。 本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面の距離画像に対する処理対象抽出処理を説明する第二の図である。 本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面の距離画像に対する近似処理を説明する第一の図である。 本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面の距離画像に対する近似処理を説明する第二の図である。 本発明に係る第二実施形態における摩耗検査装置の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る第二実施形態における摩耗検査装置による処理の一例を示すフローチャートである。
＜第一実施形態＞
　以下、第一実施形態における摩耗検査装置を図１～図１８を参照して説明する。
　図１は、本発明に係る第一実施形態における摩耗検査装置の構成例を示すブロック図である。図１に示す摩耗検査装置１０は、サーバ装置等のコンピュータで構成されている。図１に示す摩耗検査装置１０が備える各部１０２～１０７は、摩耗検査装置１０を構成するコンピュータが備えるＣＰＵ（中央処理装置）、記憶装置、入出力装置、通信装置等を用いて、１または複数のプログラムを実行することで構成される。
　図示するように摩耗検査装置１０は、データ取得部１０１、ノイズ除去部１０２、処理対象抽出部１０３、近似処理部１０４、摩耗データ記録部１０５、入出力部１０６、記憶部１０７を備えている。
　データ取得部１０１は、車両の走行に伴って摩耗する部品の表面形状を示す表面形状データを取得する。表面形状データとは、例えば、距離画像センサによって測定したセンサと部品との距離に基づく距離画像である。摩耗する部品とは、例えば、タイヤ、パンタシュー、電車線などである。次に図２に摩耗する部品の一例を示す。
　図２は、本発明に係る第一実施形態における正面から見た車両の外形の一例を示す図である。
　車両１には、車体の左右それぞれに走行用のタイヤ２（２Ａ、２Ｂ）が設けられている。タイヤ２は路面に接しており、接したまま回転することで車両１が走行する。走行時の路面との接触によりタイヤ２は摩耗する。車体の側面には、給電装置に繋がれ側壁６に固定された電車線４から受電するためのパンタシュー３が設けられている。車両１は、パンタシュー３を電車線４に接触させることで、給電装置から給電を受けている。車両１の走行時にも、パンタシュー３は電車線４と接触している。この接触により、車両１の走行に伴ってパンタシュー３は摩耗する。同様に、電車線４は、車両１の走行に伴ってパンタシュー３と接触することで摩耗する。
　次に距離画像センサによる表面形状の測定についてタイヤ２の場合を例に、図３を用いて説明を行う。
　図３は、本発明に係る第一実施形態における画像センサによるタイヤ表面の測定例を示す説明図である。
　例えば、車両１が夜間に駐車する車両基地の路面には、図３に示すようにタイヤ２が走行する位置に穴７が設けられ、穴７の中に、画像センサ５Ａが設けられている。画像センサ５Ａは、タイヤ２Ａにおいて幅Ｄ１の広がりを有するレーザ光を照射し、画像センサ５Ａから各部までの距離を測定する。画像センサ５Ａは、タイヤ２Ａの幅方向に線状に、画像センサ５Ａから各部までの距離を測定する。例えば、タイヤ２Ａの幅が３００ミリメートル（ｍｍ）程度であるのに対し、穴７の幅は５０ミリメートル程度である。例えば、レーザ光の照射距離が４５０ミリメートル程度となるタイヤ２Ａの位置の場合、画像センサ５Ａは、２５０ミリメートル程度の幅Ｄ１について各部までの距離を測定する。画像センサ５Ａは測定した距離に基づいて対象物表面の凹凸を表した距離画像を出力する。画像センサ５Ａが出力する距離画像についてタイヤ２Ａの幅方向の変化量（隣との差分）を求めることで、タイヤ２Ａの表面の凹凸を検出することができる。これにより、摩耗検査装置１０は、タイヤ２Ａの表面に設けられた溝の深さを算出する。画像センサ５Ａは、例えば、車両１が駐車のために車両基地にゆっくりと入ってくるときにタイヤ２Ａにレーザを照射しタイヤ２Ａの各部までの距離を測定し、表面の凹凸を表す距離画像を出力する。このとき、画像センサ５Ａは、タイヤ２Ａの例えば全周にわたる距離画像を出力する。
　図３に示すように、画像センサ５Ａは、路面より下の位置に設けられて、鉛直方向に対して車両進行方向に傾きを有する上方に位置するタイヤ２Ａまでの距離を測定するように設置されている。このように、画像センサ５Ａが、鉛直方向に対して車両進行方向に傾きを有する向きに位置するタイヤ２Ａまでの距離を測定することで、タイヤ２Ａが地面に接していない状態、従って、タイヤ２Ａが重みで潰れていない状態で測定を行うことができる。これにより、摩耗検査装置１０は、タイヤ２Ａの溝の深さを、タイヤ２Ａが重みで潰れた状態で算出する場合よりも正確に算出することができる。
　図示は省略するがタイヤ２Ｂに対しても同様に距離画像センサが路面に設けられた穴に設置され、タイヤ２Ｂの表面形状を示す距離画像を出力する。
　次に距離画像センサによる表面形状の測定についてパンタシュー３の場合を例に、図４を用いて説明を行う。
　図４は、本発明に係る第一実施形態における画像センサによるパンタシュー表面の測定例を示す説明図である。
　図４に示すように、画像センサ５Ｂは、例えば車両基地内において、車両１の進行方向に対する車体側面に向けて、視野範囲内にパンタシュー３を含む高さに設けられる。パンタシュー３の表面には、電車線４との接触による摩耗で生じた凹部３１が形成される。摩耗検査装置１０は、画像センサ５Ｂが出力する距離画像におけるパンタシュー３の鉛直方向の変化量（画像センサ５Ｂとパンタシュー３の距離の鉛直方向の変化量）を求めることで、パンタシュー３の表面の凹凸を検出することができる。摩耗検査装置１０は、パンタシュー３の表面に形成された凹部の体積を算出する。画像センサ５Ｂは、例えば、車両１が駐車のために車両基地にゆっくりと入ってくるときにパンタシュー３にレーザを照射し、パンタシュー３の表面各部までの距離を測定し、表面の凹凸を表す距離画像を出力する。
　図４における紙面の鉛直方向（車両１の前後方向）をＸ軸、紙面の水平方向をＺ軸とする。画像センサ５Ａ、５Ｂを総称して画像センサ５と呼ぶ。
　ノイズ除去部１０２は、距離画像からノイズを除去する。例えば、距離画像の測定中、画像センサ５と対象物と位置関係は変動する。例えば、タイヤ２であれば、車両１の進行に伴い画像センサ５とタイヤ２等との距離が変化する。パンタシュー３であれば、画像センサ５とパンタシュー３の距離は略一定であるが、車両１の走行によって、パンタシュー３も動き、振動等の影響で画像センサ５の位置も、時々刻々、変動する。そこでノイズ除去部１０２は、時間の経過とともに撮影した距離画像を座標変換して、それら複数の距離画像が同一の座標系において撮影された距離画像となるように補正する。この座標変換は、画像処理等で用いられる公知の技術を用いて行うことができる。例えば、パンタシュー３の場合、得られた距離画像中、摩耗による変形が無いと考えられる対象物（例えば、パンタシュー３の摩耗のない部分、あるいは車両１の車体側面部分）を基準とし、その基準となる対象物がどの距離画像についても重なるように座標変換を行うといった方法でもよい。タイヤ２の場合、ノイズ除去部１０２は、タイヤ２が遠くにあるときに取得した距離画像と車両１が近付いてから取得した距離画像とを、それぞれの距離画像が測定された位置に関係なく、画像センサ５Ａとタイヤ２の距離が等しくなる位置で測定された距離画像となるように補正を行ってもよい。図５に座標変換の一例を示す。
　図５は、本発明に係る第一実施形態における座標変換処理の一例を示す図である。
　図５の左下に示すのは、ある構造物５１である。座標系１は、実際に画像センサ５Ｂで構造物５１を測定したときの座標系（座標系１）である。この座標系は、時々刻々と動き、時系列の距離画像に基づいて構造物５１の画像を再現しようとすると、歪みを含んだ画像となる。そこで全ての距離画像に対して、ある一つの座標系２から測定した場合の距離画像となるように座標変換すると、実形状に近い距離画像が得られる。ノイズ除去部１０２は、座標変換を行って、データ取得部１０１が取得した距離画像を補正する。これにより、各距離画像が示す表面形状が実形状に近づき、高精度な摩耗度合いの算出を実現できる。
　ノイズ除去部１０２は、距離画像からノイズ成分を取り除く処理を行う。ノイズ成分の除去について図６、図７を用いて説明を行う。
　図６は、本発明に係る第一実施形態におけるタイヤ表面の距離画像の一例を示す図である。
　図７は、本発明に係る第一実施形態におけるタイヤ表面のノイズ除去処理後の距離画像の一例を示す図である。
　図６は、ある時刻において画像センサ５Ａによるタイヤ２Ａの表面形状を示す距離画像の例である。図６の横軸はタイヤ幅方向の位置、縦軸はタイヤ径方向の値を示している。画像センサ５Ａには視野範囲が定められており、その視野範囲を超えたタイヤ幅方向の位置における値は異常値を示す。図６において、破線で囲んだ範囲のデータは、画像センサ５Ａの視野範囲外であるため異常値（－ＸＸＸ）を示している。ノイズ除去部１０２は、距離画像から異常値が含まれる部分を取り除くノイズ除去処理を行う。図７に示す距離画像は、図６の距離画像に対し、ノイズ除去部１０２が両端の測定失敗範囲（値が異常値の範囲）を除外して得られる距離画像である。
　処理対象抽出部１０３は、距離画像に含まれる各点の値について隣接する点の値との差分が所定の閾値よりも大きな勾配部分と、所定の閾値よりも小さな平坦部分とに区別する。処理対象抽出部１０３は、区別後の勾配部分および平坦部分の中から、摩耗度合いを算出する処理対象区間を抽出する。部品がタイヤ２Ａの場合を例に、処理対象抽出部１０３による観測対象抽出処理について図８～図１０を用いて説明する。
　図８は、本発明に係る第一実施形態におけるタイヤ表面の距離画像に対する処理対象抽出処理を説明する第一の図である。
　まず、処理対象抽出部１０３は、ノイズ除去後の距離画像における各点における勾配を計算する。具体的には、各点（ｘｉ,ｙｉ）に対して、前後の点の情報を用いて、以下式（１）で傾きを計算する。傾きの絶対値が閾値よりも大きい部分を勾配区間、小さい部分でかつ測定失敗でない部分を平坦区間と定義する。
　ｄｙｉ／ｄｘｉ＝（ｙｉ＋１　－　ｙｉ）／（ｘｉ＋１　－　ｘｉ）・・・（１）
　図中、グラフ８Ａは、式（１）で求めた傾きをプロットしたグラフである。この傾きの値が、所定の範囲８Ｂに収まる場合、その位置（タイヤ幅方向の位置）は平坦区間である。範囲８Ｂに収まらない部分は、勾配区間である。処理対象抽出部１０３は、タイヤの幅方向の各位置について、平坦区間と勾配区間とに区別する。次に処理対象抽出部１０３は、全区間のうち、平坦区間から勾配区間のとなる部分の両端（左端８Ｃ、右端８Ｄ）を選択する。
　図９は、本発明に係る第一実施形態におけるタイヤ表面の距離画像に対する処理対象抽出処理を説明する第二の図である。
　次に処理対象抽出部１０３は、選択した部分の左端のｘ座標が０、右端のｘ座標が１００となるように距離画像を座標変換する。図９に示すのは、このような座標変換後の距離画像である。
　ユーザは、例えば、図９の距離画像において、タイヤ径方向の値が、凡そ範囲９１、範囲９２、範囲９３、範囲９４、範囲９５の５段階に分類できることに基づいて、予めタイヤ径方向の値を５つのグループに分類することを決定し、そのグループ数を摩耗検査装置１０に入力する。
　処理対象抽出部１０３は、この入力に基づいて、タイヤ径方向の値を５つのグループに分類する。具体的には、処理対象抽出部１０３は、タイヤ径方向の値と各値ごとの出現頻度を集計してヒストグラムを生成し、タイヤ径方向の値の出現頻度が０となる区間が４つになるように、そのヒストグラムの分類幅を調整する。分類幅の調整は、任意の方法で行えばよい。例えば、分類幅を１から順に、２、３と増加させ、出現頻度が０となる区間が４つとなったとき（タイヤ径方向の値が５つのグループに分類されたとき）の分類幅を求めるといった方法でもよい。
　図１０は、本発明に係る第一実施形態におけるタイヤ表面の距離画像に対する処理対象抽出処理を説明する第三の図である。
　図１０は、処理対象抽出部１０３が、タイヤ径方向の値の頻度が０となる区間が４つになるように製作したヒストグラムである。
　ユーザは、例えば、図９の距離画像において、タイヤ径方向の値を５つのグループに分類した場合、小さい方から順に何個のグループを選択するか（本例の場合、２個とする）、大きい方から順に何個のグループを選択するか（本例の場合、２個とする）を指示する入力を摩耗検査装置１０に行う。
　処理対象抽出部１０３は、この指示入力に基づいて、ヒストグラムのタイヤ径方向の値が小さい方から順（左から順）に２つ目までの区間を溝データ、タイヤ径方向の値が小さい方から順（右から順）に２つ目までの区間を表面データと定義する。本例では、真ん中のかたまりは使用しない。
　以上の処理により、処理対象抽出部１０３は、処理対象区間を抽出する。具体的には、処理対象抽出部１０３は、距離画像のうち、タイヤ２Ａの表面形状を表す部分（表面データ）と、溝の部分（溝データ）とを抽出する。
　近似処理部１０４は、処理対象抽出部１０３が抽出した一つ又は複数の平坦部分の距離画像に対する近似線を算出し、当該近似線と距離画像に含まれる摩耗部分とから前記部品の摩耗度合いを算出する。
　図１１は、本発明に係る第一実施形態におけるタイヤ表面の近似曲線の一例を示す図である。
　近似処理部１０４は、処理対象抽出部１０３が抽出した表面データを回帰分析等により３次式で多項式近似し、係数及び重決定係数（重相関係数の２乗の値）を算出する。近似曲線１１０Ａは、近似処理部１０４が算出した表面データの近似曲線である。近似処理部１０４は、処理対象抽出部１０３が抽出した溝データを回帰分析等により３次式で多項式近似し、係数及び重決定係数を算出する。近似曲線１１０Ｂは、近似処理部１０４が算出した溝データの近似曲線である。近似処理部１０４は、溝部分における表面データと溝データとの差（溝の深さ）を計算する。具体的には、図９で例示した範囲９１（横軸の値が５と９５）、９２（横軸の値が３５と６５）における表面データに基づく近似曲線１１０Ａの値と、溝データに基づく近似曲線１１０Ｂの値との差（距離１１０Ｄ、１１０Ｅ、１１０Ｆ、１１０Ｇ）を計算する。
　摩耗データ記録部１０５は、近似処理部１０４が計算した近似曲線１１０Ａ、１１０Ｂの係数、重決定係数、溝の深さの値、各溝に対応するタイヤ幅方向の位置情報を記憶部１０７に記録する。
　入出力部１０６は、ユーザによる操作やデータの入出力のインタフェースである。例えば、入出力部１０６は、マイク、タッチパネル、ディスプレイ、入出力ポートなどである。ユーザは、入出力部１０６を介して摩耗度合い算出処理の開始指示、データの入力等を行うことができる。入出力部１０６は、近似処理部１０４が算出した近似曲線をディスプレイに表示することができる。
　記憶部１０７は、不揮発性記憶媒体または揮発性記憶媒体を用いて構成され、近似曲線の係数など種々のデータを記憶する。
　次に、図１２を参照して、摩耗検査装置１０の動作例について説明する。
　図１２は、本発明に係る第一実施形態における摩耗検査装置による処理の一例を示すフローチャートである。
　図１２に示す動作例では、まず、データ取得部１０１が、画像センサ５Ａがタイヤ２Ａまでの距離に基づいて測定した表面形状データ（距離画像）を取得する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１で、データ取得部１０１は、入力されたデータを記憶部１０７の所定の記憶領域に記憶する。このとき、入出力部１０６は、距離画像をディスプレイに表示して、ユーザから、図１０で説明したヒストグラムを用いて表面データと溝データとを抽出する処理において、タイヤ径方向の値の頻度が０となる区間を何個にするか、ヒストグラムにおける値の分布の中から、表面データ、溝データをそれぞれ何個選択するか等の入力を受け付けてもよい。頻度が０となる区間の個数等は、タイヤの種類や摩耗状況によって異なっていてもよい。
　次に、ノイズ除去部１０２が、ステップＳ１１で入力された距離画像からノイズを除去するノイズ除去処理を行う（ステップＳ１２）。例えば、ノイズ除去部１０２は、車両１の走行に伴い接近するタイヤ２Ａに対して画像センサ５Ａが連続的に測定した距離画像に対して座標変換を行い、全ての距離画像について、画像センサ５Ａからタイヤ２Ａまでの相対的な位置関係を同じとして扱えるような補正を行う。ノイズ除去部１０２は、画像センサ５Ａによる測定失敗範囲の異常値を除外する。
　次に処理対象抽出部１０３は、ノイズ除去後の距離画像に対して処理対象抽出処理を行う（ステップＳ１３）。例えば、処理対象抽出部１０３は、ノイズ除去後の距離画像から、ある時点に測定した１つの距離画像を取得する。処理対象抽出部１０３は、距離画像に含まれる各点について傾きを求め、平坦部分と勾配部分に分類する。処理対象抽出部１０３は、分類した平坦部分、勾配部分の中から近似曲線の算出に用いるデータ（表面データ、溝データ）を抽出する。処理対象抽出部１０３は、図１０で説明したようにヒストグラムを作成して表面データ、溝データを抽出する。
　次に近似処理部１０４が、ステップＳ１３で抽出した表面データ、溝データを用いて近似処理を行う（ステップＳ１４）。具体的には、近似処理部１０４は、表面データに対応する距離画像の部分に対して回帰分析等により曲線フィッティングを行い、タイヤ２Ａに生じた溝部分を除いたタイヤ２Ａの表面の近似曲線（例えば、図１１の近似曲線１１０Ａ）を算出する。同様に近似処理部１０４は、溝データに対応する距離画像の部分に対して曲線フィッティングを行いタイヤ２Ａに生じた溝部分の底部をつなぐ近似曲線（例えば、図１１の近似曲線１１０Ｂ）を算出する。近似処理部１０４は、ステップＳ１３で抽出した溝データに対応する位置におけるタイヤ２Ａの表面データと溝データの差（溝の深さ）を算出する。
　次に、摩耗データ記録部１０５は、近似処理部１０４が算出した表面データと溝データの近似曲線、溝部分の深さ、各溝部分のタイヤ幅方向の位置情報とを記憶部１０７に記録する（ステップＳ１５）
　ステップＳ１３～ステップＳ１５の処理は、ステップＳ１２でノイズ除去処理を行った全ての距離画像に対して行う。これにより、画像センサ５Ａが測定したタイヤ２の表面範囲にわたって、摩耗度合いを示す摩耗データが得られる。
　これまでに車両のタイヤ２の表面の摩耗度合いを算出する場合の説明を行った。次に図１２のフローチャートの各処理に沿って、パンタシュー３表面の摩耗量を算出する方法を説明する。パンタシュー３の場合、電車線４との接触によって鉛直方向の面に摩耗が生じる（図４の凹部３１）。まず、ある時刻において画像センサ５Ｂが測定したパンタシュー表面の距離画像に基づいて、パンタシュー表面の近似直線を算出する。次に、近似直線と距離画像における凹部との差を積算することで磨耗量を求める。
　まず、データ取得部１０１は、車両１の進行に伴って画像センサ５Ｂが測定したパンタシューの表面形状を含む表面形状データ（距離画像）を取得する（ステップＳ１１）。次にノイズ除去部１０２は、ノイズ除去処理を行う（ステップＳ１２）。まず、ノイズ除去部１０２は、距離画像に対して座標変換を行って、距離画像間の歪みを補正する。距離画像にはパンタシュー部分以外の構造物（例えば、車体側面）も含まれているので、ノイズ除去部１０２は、パンタシュー部分の検出を行って、他の部分の距離画像を除去する。検出にあたっては、距離画像に含まれるすべての部品の中で、パンタシューが一番車両１の本体から離れている（車両水平方向の値が大きい）という性質を利用し、ノイズ除去部１０２は、各時間に測定した距離画像の中で、ある閾値を越える点の数が一定以上であれば、パンタシュー３を含んだ距離画像であると判定する。ノイズ除去部１０２は、パンタシュー３を含んだ距離画像の中からパンタシュー３を含む部分を抽出する。ノイズ除去部１０２は、各時刻に測定した距離画像のそれぞれに対して同様の処理を行う。ノイズ除去部１０２は、パンタシュー３を含んだ距離画像と判定した時間帯のデータ数ｎと、パンタシューの車両進行方向の長さｘから、列車の走行速度一定と仮定し、１つの距離画像に含まれるパンタシューの長さｄｘ＝ｘ/ｎを算出する。ｄｘは、ある距離画像を測定してから次の距離画像を測定するまでの間に車両１が進んだ距離に相当する。このｄｘは、後に摩耗量（体積）の算出を行う際に使用する。以下の処理は、ノイズ除去処理後の各時刻に測定した距離画像に対して実施する。次にノイズ除去部１０２は、距離画像から異常値を示す範囲（測定失敗範囲）を取り除く処理を行う。
　図１３は、本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面の距離画像の一例を示す図である。
　図１４は、本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面のノイズ除去処理後の距離画像の一例を示す第一の図である。
　図１５は、本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面のノイズ除去処理後の距離画像の一例を示す第二の図である。
　図１３は、画像センサ５Ｂが測定したパンタシュー３の表面形状を示すある１つの距離画像である。図１３の横軸は車両鉛直方向の位置、縦軸は車両水平方向の値を示している。タイヤ２の場合と同様、画像センサ５Ｂには視野範囲が定められており、その視野範囲を超えた位置における距離画像は異常値（破線で囲んだ範囲）を示す。ノイズ除去部１０２は、距離画像から異常値を取り除く処理を行う。図１４に示す距離画像は、距離画像両端の異常値除去後の距離画像である。得られた距離画像の両端以外で異常値が検出された部分について、ノイズ除去部１０２は、異常値を示した点列の端点に隣接する正常値同士を結ぶなどして線形補間を実施する。図１５に示す距離画像は、線形補間処理後の距離画像である。
　次に処理対象抽出部１０３は、ノイズ除去後の距離画像に対して処理対象抽出処理を行う（ステップＳ１３）。
　図１６は、本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面の距離画像に対する処理対象抽出処理を説明する第一の図である。
　図１７は、本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面の距離画像に対する処理対象抽出処理を説明する第二の図である。
　まず、処理対象抽出部１０３は、各点（ｘｉ,ｙｉ）に対して式（１）を用いて傾きを計算する。処理対象抽出部１０３は、傾きと所定の閾値Ｌを比較して、パンタシュー３の鉛直方向の各位置について、平坦区間と勾配区間とに区別する。処理対象抽出部１０３は、距離画像を、勾配区間を境に分割する。処理対象抽出部１０３は、分割された複数の平坦区間である区間１６Ａ、区間１６Ｂ、区間１６Ｃのうち、最も大きい区間１６Ｂを抽出する。図１７に示す距離画像は、処理対象抽出部１０３が抽出した区間１６Ｂにおける距離画像である。処理対象抽出部１０３が抽出した区間を有効区間と呼ぶ。
　次に近似処理部１０４が、ステップＳ１３で抽出した区間の距離画像を用いて近似処理を行う（ステップＳ１４）。
　図１８は、本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面の距離画像に対する近似処理を説明する第一の図である。
　図１９は、本発明に係る第一実施形態におけるパンタシュー表面の距離画像に対する近似処理を説明する第二の図である。
　近似処理部１０４は、処理対象抽出部１０３が抽出した有効区間の距離画像が示す曲線１８Ａについて、線形近似を行い、近似直線１８Ｂを算出する。曲線１８Ａは、磨耗によって凹んだ部分を含むため、パンタシュー３表面のうち摩耗が無い部分は、近似直線１８Ｂより大きな車両水平方向の値を取る。そこで、近似処理部１０４は、近似直線１８Ｂよりも大きい値を持つ点列のみを抽出し、抽出した点列に対して、再度、線形近似を実施する。すると、近似処理部１０４は、図１９に示す表面の点列に対する近似直線１８Ｃを算出する。近似処理部１０４は、磨耗の凹み量が大きさに応じて、パンタシュー３の摩耗が無い表面部分の距離画像に対する近似直線が算出できるまで（例えば、重決定係数が０．９５以上になるまで）、繰り返し線形近似を行う。
　近似処理部１０４は、近似直線を算出すると、パンタシュー３の摩耗量を算出する。まず、近似処理部１０４は、傾き補正を行う。傾き補正とは、画像センサ５Ｂとパンタシュー３の高さが異なる場合などに、パンタシュー３の表面に対して画像センサ５Ｂのレーザ照射角に傾きが生じるために起こる傾きを補正する処理である。傾きを補正する処理の一例について説明する。まず、近似処理部１０４は、算出した近似直線１８Ｃの傾き（ａとする）から傾き角度θを以下の式（２）により算出する。
　θ＝Ｔａｎ－１（１／ａ）　　　・・・・（２）
　次に近似処理部１０４は、以下の式（３）によりＺ方向（図４に示す紙面の水平方向）の傾きを補正する。
　Ｚ´ｉ＝（Ｚｉ－（Ｘｉ－Ｘ０）／Ｔａｎθ）　×　ｓｉｎθ　・・・・（３）
　ここで、Ｘ０は、Ｘ軸方向の距離画像の開始値、ＸｉはＸ軸方向の距離画像の開始値から終了値までの間の任意の値。Ｚｉは、Ｘｉに対応するＺ軸方向の値である。Ｚ´ｉは補正後の値である。
　次に近似処理部１０４は、以下の式（４）、（５）によりＸ方向（図４に示す紙面の垂直方向）の傾きを補正する。
　ｄＸ　＝　ｓｑｒｔ（（Ｚｉ－Ｚｉ－１）２＋（Ｘｉ－Ｘｉ－１）２
　　　　　　　　　　　　　　－　（Ｚ´ｉ－Ｚ´ｉ－１）２）・・・・（４）
　Ｘ´ｉ=Ｘ´ｉ－１　＋　ｄＸ　　　　　　　　　　　　　　・・・・（５）
　次に、近似処理部１０４は、傾き補正後の有効区間における距離画像が示す曲線と近似直線との差分を積算し、傾き補正後の曲線と近似直線で囲まれた部分の面積を算出する。算出した値にｄｘを乗じて単位時間あたりの車両１が通行に対応するパンタシュー３表面の摩耗部分の体積を求める。近似処理部１０４は、ノイズ除去部１０２がパンタシュー３が含まれると判定した距離画像に対して同様の処理を行い、それらを積算し、パンタシュー３の摩耗量の合計を算出する。次に、摩耗データ記録部１０５は、近似処理部１０４が算出した摩耗量を記憶部１０７に記録する（ステップＳ１５）。このように、摩耗検査装置１０は、図１２のフローチャートに基づいて、パンタシュー３の摩耗量を算出することができる。電車線４の摩耗度合いについても同様にして算出することができる。
　従来は、タイヤ２に生じる摩耗度合いとして、最も摩耗が激しい部分の溝の深さ程度の情報しか測定していなかった。本実施形態の摩耗検査装置１０によれば、磨耗箇所の最大値のみといった限られた情報だけでなく、タイヤ２の表面全体にわたる近似曲線、摩耗によって生じた溝の位置や深さを用いることで、任意の場所の磨耗量やタイヤ２の扁平、歪みといったより詳細な状況や有用な情報を得ることができる。距離画像を近似曲線の係数等の情報に集約できるため、データの保存容量を削減でき、長期にわたるデータを蓄積することができる。これにより、より多くのデータに基づいて、解析を行うことができる。
＜第二実施形態＞
　以下、本発明の第二実施形態による摩耗検査装置を、図２０～図２１を参照して説明する。
　図２０は、本発明に係る第二実施形態における摩耗検査装置の構成例を示すブロック図である。
　本発明の第二実施形態に係る構成のうち、本発明の第一実施形態に係る摩耗検査装置１０Ａを構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
　第二実施形態による摩耗検査装置１０Ａは、磨耗量の予測、摩耗による部品の交換時期を予測する機能を提供する。タイヤ２などの磨耗量を予測する場合、摩耗の進行に影響すると考えられる路線形状や走行速度といった稼動データと紐付けた解析が有効になる。摩耗検査装置１０Ａは、稼動データと摩耗データとを紐付けて稼動データから摩耗度合いを予測する評価モデルを作成し、作成した評価モデルと予測対象となる車両αの稼働データとに基づいて、車両αの部品に生じる摩耗度合いを評価する。
　第二実施形態に係る摩耗検査装置１０Ａは、第一実施形態の構成に加えて、評価モデル作成部１０８と、交換時期予測部１０９とを、データ取得部１０１に代えてデータ取得部１０１Ａを備えている。
　データ取得部１０１Ａは、画像センサ５が測定した距離画像に加え、車両１の稼働データを取得する。稼働データとは、例えば、車両１の走行速度、走行時間、走行距離、車両１が走行した路線の形状（カーブや坂の割合など）、天候等のデータである。
　評価モデル作成部１０８は、データ取得部１０１Ａが取得した車両１についての稼働データと、車両１について摩耗データ記録部１０５が記録した摩耗データに基づいて、摩耗度合いを評価する評価モデルを作成する。摩耗データとは、車両１のタイヤ２の場合であれば、表面及び溝の部分の近似曲線の係数、溝の深さ情報である。パンタシュー３であれば摩耗量である。
　交換時期予測部１０９は、交換時期の予測対象となる車両について現在の稼働データと、評価モデル作成部１０８が作成した評価モデルとに基づき、タイヤ２等の摩耗によって消耗する部品の将来における摩耗状況、交換時期などを予測する。
　次に第二実施形態における車両１が備えるタイヤ２を例に、摩耗による交換時期の予測処理について図２１を用いて説明する。
　図２１は、本発明に係る第二実施形態における摩耗検査装置による処理の一例を示すフローチャートである。
　例として、交換時期を予測する対象である車両αと同型の車両１に対して近似処理部１０４が算出したタイヤ２の摩耗データが、その摩耗データの算出に用いた距離画像の測定日と対応付けて、記憶部１０７に記録されているとする。車両１のタイヤ２を交換すると判定する摩耗度合いの基準（例えば、所定の深さ以上の溝が所定の数以上発生したら交換する等）が予め記憶部１０７に記録されているとする。
　まず、評価モデル作成部１０８は、記憶部１０７から、車両１の摩耗データを記憶部１０７から読み出して取得する（ステップＳ２１）。データ取得部１０１Ａは、車両の稼働データを蓄積したシステムから、車両１の稼働データを取得する（ステップＳ２２）。このとき、データ取得部１０１Ａは、評価モデル作成部１０８が取得した摩耗データに対応する期間における車両１の稼働データを取得する。
　次に評価モデル作成部１０８は、機械学習によって評価モデルを作成する（ステップＳ２３）。例えば、評価モデル作成部１０８は、ある距離画像に基づく摩耗データとその距離画像の測定日に最も近い日に測定された稼働データとを１つの学習データとして、取得した摩耗データ分の学習データを作成する。評価モデル作成部１０８は、例えば決定木等の方法を用いて機械学習処理を行う。例えば、決定木を用いると、摩耗データに含まれる様々な摩耗度合いに対して、タイヤ２がそのような摩耗度合いとなるための条件（稼働データがどのような傾向を示す場合にその摩耗度合いが発生するか）を抽出することができる。例えば、「ある区間（カーブが多い）をＸ時間以上走行すると、タイヤ２の特定の位置に溝が発生する」、「速度Ｙ以上でＺ時間以上走行すると、タイヤ２の表面が所定の近似曲線で表される形状になる」などの、稼働データが示す車両１の稼働状況とタイヤ２に生じる摩耗度合いとの関係性を示す評価モデルが得られる。評価モデル作成部１０８は、この評価モデルを、評価モデルとして記憶部１０７に記録する。
　次に、ユーザが、車両αの最新の稼働データを、摩耗検査装置１０Ａに入力する。データ取得部１０１Ａは、車両αの稼働データを取得する（ステップＳ２４）。データ取得部１０１Ａは、車両αの稼働データを交換時期予測部１０９に出力する。次に交換時期予測部１０９は、評価モデルに基づいて交換時期を予測する（ステップＳ２５）。例えば、評価モデルに、車両１の走行区間別、走行時間別にタイヤ２の摩耗度合いが示されている場合、交換時期予測部１０９は、取得した車両αの稼働データに含まれる車両αの走行区間と走行時間を評価モデルに適用して、車両αの摩耗度合いを評価する。交換時期予測部１０９は、タイヤ２を交換すると判定する摩耗度合いの基準を参照して、評価した摩耗度合いが、タイヤ２を交換すると判定する摩耗度合いの基準を満たしていれば（摩耗がより激しければ）タイヤ２の交換時期であると判定する。タイヤ２を交換すると判定する摩耗度合いに満たない場合、交換時期予測部１０９は、評価モデルを参照して、タイヤ２を交換すると判定する摩耗度合いの基準を満たす稼働データの条件を取得する。交換時期予測部１０９は、基準を満たす稼働データの条件と車両αの稼働データとを比較して、交換時期を予測する。例えば、評価モデルが、車両αの走行区間と同じ区間を走行した車両１について、走行時間がＸ１時間以上の場合にタイヤ２の交換に相当する摩耗度合いが生じたことを示しており、かつ、車両αの稼働データが、車両αの走行時間がＸ２時間（Ｘ１＞Ｘ２とする）であることを示している場合、交換時期予測部１０９は、タイヤ２の交換時期までの走行時間Ｘ２－Ｘ１を算出する。交換時期予測部１０９は、算出したタイヤ２の交換時期までの走行時間を入出力部１０６に出力する。入出力部１０６は、ディスプレイに交換時期までの走行時間を表示する。これによりユーザは、タイヤ２の交換時期を把握することができる。
　従来は、車両１の部品の摩耗量について、例えば最大値など限定的な情報しか記録していなかった。そのため、摩耗データと稼働データを用いて機械学習を行って評価モデルを作成しても、部品に生じる様々な摩耗度合いに対する予測を行うことができず、高精度な評価モデルを得ることができなかった。本実施形態の摩耗検査装置１０Ａによれば、磨耗量の最大値だけでなく、磨耗によって変形した表面形状や特定の位置の磨耗量も因子とすることができるため、評価モデルの精度向上が期待できる。これにより、ユーザは、部品の詳細な摩耗度合いを把握し異常が生じるのを未然に防いだり、適切な部品の交換時期を把握することで摩耗部品の在庫管理を効率化したり、摩耗部品に対して日々適切にメンテナンス（検査、補修など）を行うことができる。
　＜その他＞
　例えば、タイヤ２の磨耗と車両１が走行する路面の改修との間に相関があれば、例えば、車両１が走行する路面の形状等の変化を測定したデータを蓄積し、摩耗検査装置１０（または、摩耗検査装置１０Ａ）が分析した摩耗データと路面の形状変化との関係を機械学習等によって分析することで、適切な切削方法の決定等、よりよい路面の改修方法の検討に役立てることができる。
　その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　上記した磨耗検査装置及び磨耗検査方法によれば、部品の磨耗箇所の最大値のみといった限られた情報だけでなく、部品の全体的な摩耗状況、任意の磨耗箇所における摩耗量を測定することができる。
　１　　　車両
　２、２Ａ、２Ｂ　　　タイヤ
　４　　　電車線
　３　　　パンタシュー
　６　　　側壁
　７　　　穴
　５、５Ａ、５Ｂ　　　画像センサ
　１０、１０Ａ　　　摩耗検査装置
　１０１、１０１Ａ　　　データ取得部
　１０２　　　ノイズ除去部
　１０３　　　処理対象抽出部
　１０４　　　近似処理部
　１０５　　　摩耗データ記録部
　１０６　　　入出力部
　１０７　　　記憶部
　１０８　　　評価モデル作成部
　１０９　　　交換時期予測部

Claims (9)

  1. 　車両の走行に伴って摩耗する部品の表面形状を示す情報を含む表面形状データを取得するデータ取得部と、
    　前記取得した表面形状データに対する近似線を算出し、当該近似線と前記表面形状データに含まれる摩耗部分とから前記部品の摩耗度合いを算出する近似処理部と、
    　を備える摩耗検査装置。
  2. 　前記表面形状データのうち、前記表面形状データに含まれる各点の値と隣接する点の値との差分が所定の閾値よりも大きな勾配部分と、所定の閾値よりも小さな平坦部分とに区別し、区別後の前記勾配部分および前記平坦部分の中から、前記表面形状データにおける摩耗度合いを算出する処理対象区間を抽出する処理対象抽出部、
    　をさらに備える請求項１に記載の摩耗検査装置。
  3. 　前記表面形状データからノイズを除去するノイズ除去部、
    　をさらに備え、
    　前記ノイズ除去部は、前記部品の表面形状を測定するセンサと前記部品との相対的な位置関係の変化に応じて、それぞれの位置関係において前記センサが測定した前記表面形状データを、同じ位置関係で測定した表面形状データとなるよう座標変換する、
    　請求項１または請求項２に記載の摩耗検査装置。
  4. 　前記処理対象抽出部は、前記表面形状データに含まれる各値とその出現頻度に基づくヒストグラムを作成し、
    　前記表面形状データに含まれる各値の中から選択された表面部分又は溝部分に対応する値を分類して所定のグループ数にする場合の、当該グループ数に基づいて前記ヒストグラムの分類幅を調整し、前記表面形状データを当該グループ数に分類するヒストグラムを作成し、
    　前記作成したヒストグラムから、前記平坦部分に対応する表面形状データの一部と、前記部品の表面にできた溝部分に対応する表面形状データの一部とを抽出する、
    　請求項１から請求項３の何れか１項に記載の摩耗検査装置。
  5. 　前記近似処理部は、前記処理対象抽出部が抽出した溝部分に対応する表面形状データと、前記算出した近似線との差に基づいて、前記溝部分の深さを算出する、
    　請求項４に記載の摩耗検査装置。
  6. 　前記処理対象抽出部は、前記区別後の平坦部分および勾配部分の中から、前記勾配部分を境として区別される前記平坦部分の中から、最も大きな前記平坦部分を処理対象区間として抽出する、
    　請求項１から請求項３の何れか１項に記載の摩耗検査装置。
  7. 　前記近似処理部は、前記処理対象抽出部が抽出した平坦部分に対応する表面形状データに基づいて、当該表面形状データのうち前記部品の摩耗が無い部分の点列に近似する近似直線を算出し、前記表面形状データのうち摩耗が生じた区間について、前記近似直線の値と前記表面形状データの値の差を積算することによって、前記部品の摩耗量を算出する、
    　請求項６に記載の摩耗検査装置。
  8. 　前記近似処理部が算出した部品の摩耗度合いと当該部品を備える車両の稼働状況を示す稼働データとに基づいて、前記車両の稼働状況に応じた前記部品の摩耗度合いを評価する評価モデルを作成する評価モデル作成部と、
    　評価対象となる対象車両についての稼働データを取得し、当該稼働データと前記評価モデルとに基づいて、前記対象車両の部品に生じる摩耗度合いを評価し、前記対象車両の部品の摩耗度合いと対応付けて定められた当該部品の交換時期を示す情報に基づいて、摩耗度合いを評価した前記対象車両の部品の交換時期を予測する交換時期予測部と、
    　をさらに備える請求項１から請求項７の何れか１項に記載の摩耗検査装置。
  9. 　車両の走行に伴って摩耗する部品の表面形状を示す情報を含む表面形状データを取得し、
    　前記取得した表面形状データに対する近似線を算出し、当該近似線と表面形状データに含まれる摩耗部分とから部品の摩耗度合いを算出する、
    　摩耗検査方法。
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