JP3261199B2

JP3261199B2 - パンタグラフ枠組の変形検査装置

Info

Publication number: JP3261199B2
Application number: JP07535493A
Authority: JP
Inventors: 哲朗平井; 孝夫吉沢; 泰雄竹中; 晴夫金谷; 勝雄山本; 稔丹羽
Original assignee: Central Japan Railway Co
Current assignee: Central Japan Railway Co
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 2002-02-25
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH06258053A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気車両のパンタグ
ラフ枠組の変形の検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は新幹線などで使用されているパン
タグラフの一例を示し、パンタグラフ１は複数の直線ア
ームａ，ｂ，ｃ……が組合わされた枠組11と、その上端
に取り付けられた舟体12よりなり、４アームの下部が碍
子13を介在して電気車両２の屋根上に固定されている。
トロリー線３に対して舟体12が摺動接触して受電し、車
両２が走行する。トロリー線３は区間または場所により
高さが変化するので、各アームはそれぞれの交点ｐが関
節となり、高さ変化に対応して屈曲する。トロリー線３
に故障や障害物の付着などの異常事態が発生したとき
は、走行中の車両２のパンタグラフ１が衝撃を受けて舟
体12または枠組11が変形することがあり、トロリー線３
よりの受電に支障する。パンタグラフ１は検修車庫にお
いて定期的または不定期に検査され、変形部分があれば
修理される。従来におけるこれらの変形の検査は、専ら
目視による外観検査であって必ずしも正確にはなされ
ず、また検査は屋根上作業のため危険かつ非能率である
など欠点が多く、安全正確で効率的な自動検査方式が要
望されている。上記の舟体12の変形に対しては、この発
明の発明者らにより光学式の変形検査システムが開発さ
れ、「パンタグラフ舟体の変形検測システム」が特許出
願されている。該システムにおいては、検修車庫内にＩ
ＴＶカメラを設けて進入中の車両の舟体12を撮像し、画
像処理技術を応用して変形を解析する方式であって、変
形が正確に検査できるとともに検査作業の安全化と省力
化が期待されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した舟体12の変形
検査システムに引きつづいて、枠組11の変形検査の自動
化が課題である。この場合もＩＴＶカメラを検修車庫内
に設け、進入する車両２を停止することなく枠組11を撮
像するが、この撮像にはいくつかの必要条件がある。第
１条件は枠組11の各アームが重なり合わないように撮像
する必要があり、第２条件としては、車庫内には照明設
備があってかなりの明るさがあり、これにかかわらず明
瞭に撮像することである。次に、枠組11の変形量は基準
データに比較して求められるが、比較のためには所定の
位置に正確に位置決めされた枠組の画像データが必要で
ある。しかし枠組は停止することなく車両２とともに移
動して連続的に撮像されるので、このような画像データ
を得るための制御方法が必要であり、これが第３条件で
ある。上記の第１条件については、枠組11に対してＩＴ
Ｖカメラの撮像方向を適切に設定し、第２条件に対して
は照明方法を工夫する。第３条件については、ＩＴＶカ
メラにより所定の位置で撮像された画像データを、適切
なタイミングで画像処理部に転送する、などによ各条件
を満たすことができる。この発明は、ＩＴＶカメラによ
り上記の各条件を満たして枠組を撮像し、その画像デー
タを画像処理して変形を検査する検査装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明はパンタグラフ
枠組の変形検査装置であって、検修車庫の両側の内壁に
それぞれ対向して配設され、進入する車両のパンタグラ
フの舟体を検出する投光器および受光器よりなる舟体検
出部と、パンタグラフの背景として白色光を照射する照
明ボード、および白色光が照射されたパンタグラフの枠
組のシルエットを撮像するＩＴＶカメラよりなる枠組撮
像部とを、車両の進入方向に適当な間隔をなして設置す
る。また車庫内の適当な箇所に設置され、ＩＴＶ制御部
と画像処理部とメモリおよび比較判定部よりなるデータ
処理装置を具備する。舟体検出部により検出された舟体
の検出信号をＩＴＶ制御部に入力し、検出信号の継続時
間より舟体の移動速度を算出し、制御タイミングを求め
てＩＴＶカメラに対して制御信号を出力し、撮像された
枠組のシルエットの画像データを画像処理部に転送す
る。画像処理により、枠組の各アームの実効長、および
左右の各１交点で交る各アームのなす各２交角をそれぞ
れ算出し、比較部において、メモリに記録された正常な
枠組の各アームの長さおよび各２交角にそれぞれ比較
し、枠組の変形量を求めて良否を検査する。上記におい
て、画像処理部に転送された枠組のシルエットの画像デ
ータを、画像処理により２値化した後、輪郭追跡して各
アームの輪郭線を抽出し、最小二乗法により各輪郭線の
近似直線を算出してそれぞれの直線方程式を作成する。
各直線方程式により各近似直線の交点の座標を求めて各
アームの実効長を算出する。さらに、左右の各１交点で
交る各３近似直線に対する各直線方程式により、それぞ
れの２交角を算出するものである。

【０００５】

【作用】上記の枠組変形検査装置においては、検修車庫
に進入する車両のパンタグラフの舟体が舟体検出部によ
り検出され、その検出信号がデータ処理装置のＩＴＶ制
御部に入力し、検出信号の継続時間より舟体の移動速度
が算出されて制御タイミングが求められ、ＩＴＶカメラ
に対して制御信号が出力される。一方、車両とともにパ
ンタグラフが照明ボードの位置に移動して背景の白色光
が照射され、枠組のシルエットがＩＴＶカメラにより連
続して撮像されており、入力した制御信号により所定の
撮像位置の画像データが画像処理部に転送される。その
画像処理により枠組の各アームの実効長、および左右の
各１交点で交る各アームのなす各２交角がそれぞれ算出
され、ついで比較部において、メモリに記録された正常
な枠組の各アームの長さおよび各２交角にそれぞれ比較
されて、枠組の変形量が求められ良否が検査される。こ
こで各アームの長さについて改めて説明すると、正常な
アームの長さは変形すると両端の間隔が短くなるので、
単に長さといっても意味が不明確である。そこで本稿に
おいては、正常なアームの長さに対して、変形したアー
ムの両端の間隔を実効長とよんで区別する。上記の画像
処理部に転送された画像データは、画像処理により２値
化された後、輪郭追跡されて各アームの輪郭線が抽出さ
れる。各輪郭線は最小二乗法により近似直線が算出さ
れ、それぞれの直線方程式が作成される。各直線方程式
により各近似直線の交点の座標が求められ、これらの各
座標の差分を算出することにより各アームの実効長が求
められる。また、左右の各１交点で交る３近似直線に対
する各直線方程式により、それぞれのなす２交角が算出
される。以上により、枠組の変形量が非接触で正確に自
動検査され、従来の検査方法が安全かつ効率化される。

【０００６】

【実施例】図１〜図５はこの発明の一実施例を示す。図
１は舟体検出部５と枠組撮像部６、およびデータ処理装
置７の配置図を示し、車庫４の両側の内壁41a,41b に、
投光器51と受光器52を対向して配設して舟体検出部５を
構成し、同様に照明ボード61とＩＴＶカメラ62を配設し
て枠組撮像部６を構成し、両者を間隔Ｄ₁ をなして設置
する。照明ボード61はパンタグラフ１の枠組11よりやや
大きい面積の乳白色のプラスチック板と、その裏側に配
列された光源よりなり、白色光Ｌ_T を枠組11の背面に照
射する。ＩＴＶカメラ62は枠組11のすべてのアームを撮
像できる方向に、例えば、枠組11の中心部に対して斜め
右側でやや下向きとして配置される。ただし、後側のア
ームは撮像できない部分が生じてもやむをえない。デー
タ処理装置７を車庫４内の適当な箇所に配置し、図示し
ないケーブルにより舟体検出部５と枠組撮像部６にそれ
ぞれ接続する。図２はデータ処理装置７の概略のブロッ
ク構成を示し、速度算出回路711 および制御信号発生回
路712 よりなるＩＴＶ制御部71と、画像処理部721 とメ
モリ722 および比較判定部723 よりなる変形検査部72と
により構成される。

【０００７】図３は、舟体検出部５と枠組撮像部６の連
携動作を説明するもので、いま舟体12の長さをＤ₀ 、進
入する車両２の速度をＶ（必ずしも一定ではない）とす
る。投光器51よりの検出光Ｋ_L は車両２の移動により長
さＤ₀ の間遮断され、受光器52の受光量が時間ｔ₀ の間
低下する。この低下時間ｔ₀ を示す検出信号が速度算出
回路711 に入力してＤ₀ ／ｔ₀ ＝Ｖが求められ、ついで
制御信号発生回路712により、枠組11がＩＴＶカメラ62
に対応する所定の位置に到達する制御タイミングＤ₁ ／
Ｖ＝ｔ₁ が算出され、制御タイミングｔ₁ で出力される
制御信号により、ＩＴＶカメラ62に撮像されている枠組
11のシルエットの画像データが、データ処理装置７のメ
モリ722 に転送されて一旦記憶され、逐次読出されて画
像処理される。

【０００８】図４により、画像処理部721 における画像
データの処理方法を説明する。図４(a) は枠組11のシル
エットの原画像を示し、枠組11はアームａ，ｂ，ｃ，ｄ
よりなる左枠11Ｌと、アームｅ，ｆ，ｇ，ｈよりなる右
枠11Ｒ、および両枠を斜めに連結する連結アームｉ，ｊ
の１０本により構成され、各アームは８個の交点ｐ₁ 〜
ｐ₈ で交っている。ただし、点線で示す交点ｐ₁,ｐ₅ の
部分は舟体12に遮蔽されて撮像されていない。さて、前
記したように枠組11は車庫内の照明設備により照明され
るため、シルエットは全体が真っ黒でなく、部分的に明
るいところが混在する。この画像データの明るさ対す
る、ＩＴＶカメラ62の受光画素の個数分布を測定すると
(b) に示す曲線がえられる。横軸の明るさの小さい範囲
に集中している個数の大きい部分は枠組11に相当し、明
るさの大きい範囲に分散した個数は背景の照明ボード61
の白色光によるものである。そこで、両者の中間のＬ_s
を閾値として画像データを２値化すると明確な画像デー
タがえられる。これを輪郭追跡して各アーム（ａ〜ｊ）
の輪郭線ｒを抽出する。(c) は抽出された輪郭線ｒの一
部を示し、いま輪郭線ｒの両側線をｒ₁,ｒ₂ とし、それ
ぞれに最小二乗法を適用して最も近似した直線Ｒ₁,Ｒ₂
を算出し、さらに両者の中心に対する近似直線Ｒ_c を求
める。ただし両輪郭線ｒ₁,ｒ₂ が非常に接近していると
きは、一方の直線Ｒ₁ を近似直線Ｒ_cとしてよい。各ア
ーム（ａ〜ｊ）に対する近似直線を（ａ₀ 〜ｊ₀ ）とす
ると、(d) に示すスケルトン画像が出来上がる。つぎに
各近似直線（ａ₀ 〜ｊ₀ ）に対する直線方程式を作成
し、各直線方程式により各近似直線の８交点（ｐ₁ 〜ｐ
₈ ）の座標を求め、各座標の差分をとると各近似直線の
長さ、すなわち各アームの実効長が算出される。また、
左右の枠11Ｌ，11Ｒの各交点ｐ₂,ｐ₈ をとり、ここで交
る各３本の近似直線（ａ₀,ｂ₀,ｉ₀)と（ｇ₀,ｈ₀,ｊ₀)に
対する各直線方程式より、それぞれの２交角［θ_ab，θ
_bh］と［θ_gh，θ_hj］を算出する。以上によりえられた
各アームの実効長および各２交角は、比較判定部723 に
おいて、予め計測されてメモリ722 に記憶されている正
常な枠組11の各アームの長さおよび各２交角に対してそ
れぞれ比較され、それぞれの差分、すなわち変化量の大
きさの程度により、変形が許容されるか否かが判定さ
れ、許容できるときは良好（ＯＫ）信号が、否のときは
不良（ＮＧ）信号が出力される。なお、枠組11の変形は
各アームの実効長と、最低限、各２交角のそれぞれの変
化量により判断することができるので、交角は左右の交
点ｐ₁,ｐ₅ の２交角でも構わない。

【０００９】図５は、上記の変形検査装置の検査手順に
対する概略のフローチャートを示す。まず車庫４に車両
２が進入し、舟体検出部５により舟体12が検出され、
ＩＴＶ制御部71より制御信号が出力される。ＩＴＶカ
メラ62は連続して撮像しており、所定の位置に枠組11が
来たとき制御信号が入力し、その時点の画像データがメ
モリ722 に転送されて一旦記憶される。画像処理部72
1 においてはメモリにより画像データを読出し、閾値Ｌ
_s を算出して２値化し、ついで各アームの輪郭線ｒが
抽出されて、各近似直線Ｒ_c が算出され、さらに各
近似直線Ｒ_c に対する直線方程式が作成される。各直
線方程式により８交点ｐ₁ 〜ｐ₈ の座標を求め、各２
交点の座標の差分より各近似直線の長さ、すなわち各ア
ームの実効長が算出されてメモリ722 に記憶される。
また、左右の各１交点ｐ₂,ｐ₈ の各２交角［θ_ab，
θ_bh］と［θ_gh，θ_hj］が算出され、メモリ722 に記憶
される(10)。算出された各データは、比較判定部723 お
いて正常な各データとそれぞれ比較され、変形量が算出
されて良否が判定され(11)、判定結果のＯＫまたはＮＧ
信号が出力される(12)。

【００１０】

【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明による枠
組変形検査装置においては、検修車庫に進入する車両の
パンタグラフの舟体を検出し、その検出信号により適切
なタイミングの制御信号を発生してＩＴＶカメラを制御
し、所定の位置において撮像された、背景の白色光によ
る枠組のシルエットの画像データを画像処理して、枠組
の各アームの実効長、および左右の各１交点で交る各ア
ームのなす各２交角をそれぞれ算出し、算出された各デ
ータを、予め計測された正常な各アームの長さおよび交
角のデータにそれぞれ比較し、枠組の変形量を求めて良
否を検査するもので、画像処理方法が詳細に開示されて
おり、進入中の車両の枠組の変形が非接触で安全、かつ
正確に自動検査され、パンタグラフ検査作業の省力化に
寄与するところには大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例における、変形検査装置
の各部の配置図を示す。

【図２】データ処理装置７の概略のブロック構成を示
す。

【図３】舟体検出部５と枠組撮像部６の連携動作の説
明図である。

【図４】画像処理部721 の画像データの処理方法の説
明図を示し、(a) は枠組11のシルエットの原画像、(b)
は閾値Ｌ_s の決定方法の説明図、(c) は輪郭線ｒと、そ
の近似直線Ｒ_c の算出方法の説明図、(d) は枠組11に対
するスケルトン画像をそれぞれ示す。

【図５】変形検査手順の概略のフローチャートの一実
施例を示す。

【図６】新幹線などで使用されているパンタグラフの
一例を示す外観図である。

【符号の説明】

１…パンタグラフ、11…枠組、11Ｌ…左枠、11Ｒ…右
枠、12…舟体、13…碍子２…電気車両、単に車両、３…トロリー線、４…検修車
庫、単に車庫、41a,41b …両側の内壁、５…舟体検出
部、51…投光器、52…受光器、６…枠組撮像部、61…照
明ボード、62…ＩＴＶカメラ、７…データ処理装置、71
…ＩＴＶ制御部、711 …速度算出回路、712 …制御信号
発生回路、72…変形検査部、721 …画像処理部、722 …
メモリ 723 …比較判定部、Ｋ_L …検出光、Ｄ₁ …舟体検出部と
枠組撮像部の間隔、Ｄ₀ …舟体の長さ、Ｖ…車両の進入
速度、ｔ₀ …継続時間、ｔ₁ …制御タイミング、ａ〜ｊ
…各アーム、Ｒ_c …近似直線、ａ₀ 〜ｊ₀ …各アームの
近似直線、ｐ₁ 〜ｐ₈ …各アームまたは各近似直線の交
点、θ…交点においてアームまたは近似直線のなす交
角。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹中泰雄東京都千代田区大手町二丁目６番２号日立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者金谷晴夫愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者山本勝雄愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者丹羽稔愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (56)参考文献特開昭60−177208（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−115591（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】検修車庫の両側の内壁にそれぞれ対向し
て配設された、進入する車両のパンタグラフの舟体を検
出する投光器および受光器よりなる舟体検出部と、該パ
ンタグラフの背景として白色光を照射する照明ボード、
および該白色光が照射されたパンタグラフの枠組のシル
エットを撮像するＩＴＶカメラよりなる枠組撮像部と
を、該車両の進入方向に適当な間隔をなして設置し、前
記車庫内の適当な箇所に設置され、ＩＴＶ制御部と画像
処理部とメモリおよび比較判定部よりなるデータ処理装
置を具備し、前記舟体検出部により検出された舟体の検
出信号を前記ＩＴＶ制御部に入力し、該検出信号の継続
時間より該舟体の移動速度を算出し、制御タイミングを
求めて前記ＩＴＶカメラに対して制御信号を出力し、撮
像された前記枠組のシルエットの画像データを前記画像
処理部に転送して画像処理し、前記枠組の各アームの実
効長、および左右の各１交点で交る各アームのなす各２
交角をそれぞれ算出し、前記比較部において、前記メモ
リに記録された正常な枠組の各アームの長さおよび各２
交角にそれぞれ比較し、前記枠組の変形量を求めて良否
を検査することを特徴とする、パンタグラフ枠組の変形
検査装置。
【請求項２】前記画像処理部に転送された枠組のシル
エットの画像データを、画像処理により２値化した後、
輪郭追跡して前記各アームの輪郭線を抽出し、最小二乗
法により該各輪郭線の近似直線を算出してそれぞれの直
線方程式を作成し、該各直線方程式により各近似直線の
交点の座標を求めて前記各アームの実効長を算出し、か
つ、前記左右の各１交点で交る各３近似直線に対する該
各直線方程式により前記各２交角を算出することを特徴
とする、請求項１記載のパンタグラフ枠組の変形検査装
置。