JP4312728B2

JP4312728B2 - Rail joint plate fastening bolt dropout detection device

Info

Publication number: JP4312728B2
Application number: JP2005064276A
Authority: JP
Inventors: 博西川; 美昌蒔田; 元就金谷; 光夫坂井; 信一福原
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Central Japan Railway Co
Current assignee: Central Japan Railway Co; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2025-03-08
Also published as: JP2006250573A

Description

この発明は、レール継目板の締結ボルトの脱落検出装置に関し、詳しくは、軌道検測車の走行状態において、レール継目板の締結ボルトの脱落を検出することができるようなレール継目板の締結ボルトの脱落検出装置に関する。 The present invention relates to a rail joint plate fastening bolt drop detection device, and more particularly, to a rail joint plate fastening bolt capable of detecting the drop of a rail joint plate fastening bolt in a running state of a track inspection vehicle. The present invention relates to a dropout detection device.

鉄道用レールは、周囲の温度に応じて伸縮する。そのため、遊間部（継目）を設けてレールとレールとが連結される。その接続は、継目板によりレールの端部を表裏両側から挟んでボルトで継目板を固定することで行われる。
列車の乗りごこち、レールの損傷などを防止するために、継目が適当な間隔であるか否かが軌道検測車（以下検測車）あるいは点検車などにより定期的に点検され、その間隔が所定の基準幅の範囲にないときには継目間隔が調整される。
このような点検のために検測車に搭載され、レーザ光を継目板の位置に照射して継目板そのものを検出するレール継目板検出装置が公知である（特許文献１）。
また、レールを枕木に固定するボルトのボルト抜けを検出する技術としてレーザ変位計を用いたレール締結具の脱落の検知装置が公知である（特許文献２）。
特開２００１−２８０９１８号公報特開平１１−１７２６０６号公報 Railway rails expand and contract according to the ambient temperature. For this reason, a gap (joint) is provided to connect the rails to each other. The connection is made by fixing the joint plate with bolts by sandwiching the end of the rail from the front and back sides with the joint plate.
In order to prevent trains from getting on the rails, damage to the rails, etc., whether or not the joints are at appropriate intervals is regularly inspected by a track inspection vehicle (hereinafter referred to as inspection vehicle) or inspection vehicle. When it is not within the range of the predetermined reference width, the joint interval is adjusted.
A rail joint plate detection device that is mounted on a test vehicle for such inspection and that detects the joint plate itself by irradiating the position of the joint plate with laser light is known (Patent Document 1).
Further, as a technique for detecting a bolt drop of a bolt that fixes a rail to a sleeper, a rail fastener drop-off detection device using a laser displacement meter is known (Patent Document 2).
JP 2001-280918 A JP-A-11-172606

遊間がある継目部分は、車輌の車輪が落ち込むので、その分、振動が発生し易く、継目板の締結ボルトが脱落することがみられる。通常、例えば、４本あるいは６本という複数のボルトで継目板を締結し、かつ、継目板がレールの端を表裏両側から狭持する構造でレール同士が結合されるので、１本ボルト抜けが発生してもただそれだけで大きな問題には至らないが、連結状態がゆるむことは確かであり、万が一の事故の問題と乗りこごちの点からボルトの抜けを検測車の走行状態において検出する装置の要請がある。
しかし、現在のところ、そのようなレール継目板の締結ボルトの脱落を検出する装置はない。
図９は、レール同士を締結した状態でのレール継目板の断面説明図である。この図に示すように、継目板１を締結する締結ボルト２（以下ボルト２）が連結レール３，４の側面で継目板１を止めている。継目板１には水平方向に突き出したフランジ３ａが上部にあって、それがレール３，４の頭部３ｂ（レール３側で頭部を代表）の裏面と接触している。そのため、上からみたときにはボルト２の頭部２ａは、一部が隠れ、あるいはそのナット２ｂにおいてはその一部しか見えない。それによりボルト２の有無を上部から光学的に検出する場合には、その判別が難しく、検測車の走行状態においてボルト抜けを検出することはなかなか難しい。そのため、特許文献１や特許文献２のような技術がそのまま継目板のボルト抜け検出には適用できない。現在のところ、継目板のボルト抜け検出は、人手に頼っているのが実状である。なお、図中、２ｃはワッシャであり、３ｃはボルト差込み穴である。

この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決し、前記の要請に応えるものであり、検測車の走行状態において、レール継目板のボルトの脱落を検出することができるレール継目板の締結ボルトの脱落検出装置を提供することにある。 In the joint portion where there is a gap, the wheel of the vehicle falls, so that vibration easily occurs, and the fastening bolt of the joint plate is seen to fall off. Normally, for example, the rails are joined with a structure in which the joint plate is fastened with a plurality of bolts, for example, four or six, and the joint plate sandwiches the ends of the rails from both the front and back sides, so one bolt is missing. Even if it occurs, it does not lead to a major problem, but it is certain that the connection state will loosen, and in the event of an accident and the point of riding, it detects bolt disengagement in the running state of the inspection vehicle There is a request for equipment.
However, at present, there is no device for detecting the drop of the fastening bolt of such a rail joint plate.
FIG. 9 is a cross-sectional explanatory view of the rail joint plate in a state where the rails are fastened. As shown in this figure, fastening bolts 2 (hereinafter referred to as bolts 2) for fastening the joint plate 1 stop the joint plate 1 on the side surfaces of the connecting rails 3 and 4. The joint plate 1 has a flange 3a protruding in the horizontal direction at the top, which is in contact with the back surface of the head 3b of the rails 3 and 4 (representing the head on the rail 3 side). Therefore, when viewed from above, a part of the head 2a of the bolt 2 is hidden, or only a part of the head 2a is visible in the nut 2b. Accordingly, when the presence / absence of the bolt 2 is optically detected from above, it is difficult to discriminate, and it is difficult to detect the bolt dropout in the running state of the inspection vehicle. For this reason, techniques such as Patent Document 1 and Patent Document 2 cannot be directly applied to detection of bolt dropout of a seam plate. At present, the actual situation is that the detection of bolt dropout of the joint plate relies on human hands. In the figure, 2c is a washer and 3c is a bolt insertion hole.

The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and meet the above-mentioned demand, and can detect the drop of the rail joint plate bolt in the running state of the inspection vehicle. An object of the present invention is to provide a falling detection device for a fastening bolt of a plate.

このような目的を達成するためのこの発明のレール継目板の締結ボルトの脱落検出装置の特徴は、レールとレールとを連結するレール継目板の締結ボルト抜けを検出する検測車のレール継目板の締結ボルトの脱落検出装置において、
検測車に設けられレール継目を検出する非接触型の継目検出器と、検測車において継目検出器に対して検測車の走行方向に対して後方に設けられレールの継目板の静止画を撮像するためのカメラと、レール継目板のフランジの影がレール継目板に落ちる角度でレール継目板を照射する照射光学系と、継目検出器の検出信号に応じてカメラがレール継目に対応する位置に来たタイミングでカメラのシャッタを切ってカメラから静止画を採取する制御装置とを備えていて、
静止画におけるフランジの影の画像を基準として決定されるレール継目板の画像の所定の範囲において締結ボルトの差込み穴に相当する画像が静止画にあるか否かを検出するものである。 In order to achieve such an object, the feature of the rail joint plate fastening bolt drop detection device of the present invention is that the rail joint plate of the inspection vehicle that detects the fastening bolt missing of the rail joint plate connecting the rails to each other is provided. In the fastening bolt dropout detection device,
A contactless seam detector for detecting a rail joint provided gage wheel, still image seam plate rails disposed behind with respect to the running direction of the Kensokusha respect seam detector at Kensokusha The camera corresponds to the rail joint according to the detection signal of the joint detector, the irradiation optical system that irradiates the rail joint plate at an angle at which the shadow of the flange of the rail joint plate falls on the rail joint plate And a control device for taking a still image from the camera by releasing the shutter of the camera at the timing of the position,
This is to detect whether an image corresponding to the insertion hole of the fastening bolt is present in the still image within a predetermined range of the image of the rail joint plate determined on the basis of the image of the shadow of the flange in the still image.

ところで、前記したように、従来技術として継目板そのものを検出するレール継目板検出装置が公知であるので、単純には、継目板を検出してその映像をカメラで撮像してボルト抜けを検出することが考えられる。しかし、単に継目板を検出して映像を走行中の検測車で撮像しても視野を広くしないと画像が得られないという問題が起こる。それは、検測車が上下左右に揺れ、かつ、カーブでは、外側に車輌がシフトするからである。視野の広い画像を画像部分として得て、その中から継目板の画像を探し出してボルト抜けを検出するとなると、画像処理として非常に処理ロードが大きくなる上に、検出についての信頼性も低いものとなる。
そこで、この発明は、前記のように継目板の継目部分そのものの位置を検出することで、できるだけ視野の狭い継目板を主体とした画像を得ることを考えた。
この発明にあっては、前記のように、継目検出器の検出信号に応じてカメラがレール継目に来たタイミングでシャッタを切ってカメラからの静止画を採取するようにしているので、視野を制限しても継目板の画像を静止画として確実に採取することができる。しかも、レール継目板のフランジの影がレール継目板に落ちる角度で照射光学系がレール継目板を照射するので、採取された視野の狭い静止画は、継目板を主体とした映像となり、ボルトの脱落があるときにレール継目板の位置にあるフランジの影の画像部分と締結ボルトの差込み穴の画像部分とが映し出される。そこで、フランジの影の画像を基準にしてボルトの差込み穴に相当する画像があるか、否かを判定することによりボルト抜け状態を静止画から高速に検出できる。
その結果、検測車の走行状態においてレール継目板のボルトの脱落を検出することが容易にできる。 By the way, as described above, since a rail joint plate detection device that detects the joint plate itself is known as a conventional technique, simply detecting the joint plate and capturing the image with a camera to detect a bolt drop. It is possible. However, there is a problem in that an image cannot be obtained unless the field of view is widened even if the seam plate is simply detected and an image is captured by a running inspection vehicle. This is because the inspection vehicle swings up, down, left and right, and the vehicle shifts outward on the curve. If an image with a wide field of view is obtained as an image portion, and the image of the seam plate is searched for from among them and the bolt dropout is detected, the processing load becomes very large as image processing and the reliability of detection is also low. Become.
Therefore, the present invention has conceived of obtaining an image mainly composed of a seam plate having a field of view as narrow as possible by detecting the position of the seam portion itself of the seam plate as described above.
In the present invention, as described above, since the camera releases the shutter at the timing when the camera arrives at the rail joint according to the detection signal of the joint detector, the still image from the camera is collected. Even if it is restricted, the image of the seam plate can be reliably collected as a still image. Moreover, since the irradiation optical system illuminates the rail joint plate at an angle where the shadow of the rail joint plate flange falls on the rail joint plate, the collected still image with a narrow field of view becomes an image mainly composed of the joint plate, When there is dropout, an image portion of the shadow of the flange at the position of the rail joint plate and an image portion of the insertion hole of the fastening bolt are displayed. Therefore, by determining whether there is an image corresponding to the insertion hole of the bolt with reference to the image of the shadow of the flange, it is possible to detect the bolt-out state from the still image at high speed.
As a result, it is possible to easily detect the drop of the bolt of the rail joint plate in the traveling state of the inspection vehicle.

図１は、この発明のレール継目板の締結ボルトの脱落検出装置を適用した一実施例の検測車のレール継目板の締結ボルトの脱落検出装置とその継目板画像撮像装置の説明図であり、図２は、レール継目検出器の説明図、図３は、レール継目検出器の検出回路とデータ処理装置の説明図、図４は、レール継目検出器の検出波形の説明図、図５は、継目検出処理の説明図、図６は、撮像された静止画を二値化した画像の一例を模式的に示した説明図、図７は、図６の二値化画像のＹ座標に対する明るさ特性の説明図、そして図８は、ボルト抜け穴検出の画像処理のフローチャートである。なお、図９に対応する構成要素と同一のものは、各図において同一の符号で示す。
図１（ａ）において、１０は、レール継目板の締結ボルトの脱落検出装置５（以下締結ボルトの脱落検出装置５）を搭載する検測車であり、１０ａは、その台車、１０ｂは、車輪である。締結ボルトの脱落検出装置５は、レール継目検出器６と継目板画像撮像装置７、そしてデータ処理装置８とからなる。
レール継目検出器６は、図１（ａ），図２に示すように、電磁センサ１１とケース１２、そして検出回路２０とからなる。ケース１２に内蔵された電磁センサ１１は、相互に逆方向に巻かれ、一辺が隣接して配置された巻き形が三角形の２つの空芯コイル１１ａ、１１ｂからなる。これを内装するケース１２は、合成樹脂等の非磁性材料で構成され、空芯コイル１１ａ、１１ｂの中心Ｏａ，Ｏｂをずらせて樹脂充填された完全密閉状態で固定するものであって、図１（ａ）に示すように、検測車１０の台車１０ａからブラケット１３を介してレール３あるいはレール４の頭部表面から所定距離、例えば、３ｃｍ前後離れて、２本のうち片側のレールに対応して設置される。そして、図１（ａ）のレール３とレール４との間にある継目１ａを検出する。 FIG. 1 is an explanatory diagram of a drop detection device for a fastening bolt of a rail joint plate of an inspection vehicle and a joint plate image pickup device thereof according to an embodiment to which the rail joint plate fastening bolt drop detection device of the present invention is applied. 2 is an explanatory diagram of a rail joint detector, FIG. 3 is an explanatory diagram of a detection circuit and a data processing device of the rail joint detector, FIG. 4 is an explanatory diagram of a detection waveform of the rail joint detector, and FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram schematically illustrating an example of an image obtained by binarizing a captured still image, and FIG. 7 is a diagram illustrating brightness with respect to the Y coordinate of the binarized image illustrated in FIG. 6. FIG. 8 is a flowchart of image processing for bolt hole detection. The same components as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals in the respective drawings.
In FIG. 1 (a), 10 is a test vehicle equipped with a rail joint plate fastening bolt drop detection device 5 (hereinafter referred to as a fastening bolt drop detection device 5), 10a is its carriage, and 10b is a wheel. It is. The fastening bolt dropout detection device 5 includes a rail joint detector 6, a joint plate image pickup device 7, and a data processing device 8.
The rail joint detector 6 includes an electromagnetic sensor 11, a case 12, and a detection circuit 20 as shown in FIGS. The electromagnetic sensor 11 built in the case 12 is composed of two air-core coils 11a and 11b which are wound in opposite directions to each other and have a triangular winding shape with one side being adjacent. The case 12 in which this is housed is made of a non-magnetic material such as synthetic resin, and is fixed in a completely sealed state filled with resin by shifting the centers Oa and Ob of the air-core coils 11a and 11b. As shown in (a), a predetermined distance from the surface of the head of the rail 3 or the rail 4 from the carriage 10a of the inspection vehicle 10 via the bracket 13, for example, about 3 cm, corresponds to one of the two rails. Installed. And the joint 1a which exists between the rail 3 and the rail 4 of Fig.1 (a) is detected.

図２に示すように空芯コイル１１ａ、１１ｂは、巻き方が相互に逆方向になっているので、検出信号も相互に逆位相になる。そのため、信号にノイズが乗っても相殺される。さらに、レール３，４の頭部３ｂの幅は、通常、６５ｍｍ程度であるが、図１に示すように、ケース１２により固定される電磁センサ１１の空芯コイル１１ａの中心Ｏａは、レールの頭部３ｂの中心線Ｏに対応して配置され、空芯コイル１１ｂの中心Ｏｂは、レールの頭部３ｂの中心線Ｏより１０ｍｍ程度外側にずれてレール３，４に対応するように配置されている。
空芯コイル１１ｂの中心Ｏｂを中心線Ｏから外側にずらせる理由は、レールにはカーブがあるので、このときに検測車１０が外側にシフトしたときに中心Ｏｂが必要以上に片方が内側にずれることで空芯コイル１１ａ、１１ｂが共に外れて電磁センサ１１の検出信号が得られなくなることを防止したものである。なお、検測車１０の外側へのずれは、車輪１０ｂのフランジで阻止され、大きくずれることはない。 As shown in FIG. 2, since the air core coils 11a and 11b are wound in opposite directions, the detection signals are also in opposite phases. Therefore, even if noise is added to the signal, it is canceled out. Furthermore, although the width of the head 3b of the rails 3 and 4 is usually about 65 mm, as shown in FIG. 1, the center Oa of the air-core coil 11a of the electromagnetic sensor 11 fixed by the case 12 is It is arranged corresponding to the center line O of the head 3b, and the center Ob of the air-core coil 11b is arranged so as to correspond to the rails 3 and 4 with an offset of about 10 mm from the center line O of the head 3b of the rail. ing.
The reason why the center Ob of the air-core coil 11b is shifted outward from the center line O is because the rail has a curve, and when the inspection vehicle 10 is shifted outward at this time, the center Ob is more than necessary. This prevents the air-core coils 11a and 11b from being detached and the detection signal of the electromagnetic sensor 11 from being obtained. In addition, the shift | offset | difference to the outer side of the inspection vehicle 10 is blocked | prevented by the flange of the wheel 10b, and does not shift | deviate large.

図１（ｂ）に示すように、継目板画像撮像装置７は、継目板撮像カメラ７１と照明光学系７２とからなり、継目板撮像カメラ７１は、台車１０ａの下側に設置されて継目板１に対してθ＝２０°〜４０°程度の軌道面からの仰角としての角度θで斜め上方から継目板１の側面をレール３，４の内側から撮像する。照明光学系７２は、それよりも大きなφ＝５０°〜７０°程度の軌道面からの仰角として角度φで斜め上方でレール３，４の内側から継目板１の側面を照明する。これら継目板撮像カメラ７１と照明光学系７２は、検測車１０の台車１０ａに固定された筐体７３の内部に設置されている。
なお、レール３，４は、それぞれ２本が所定の軌道幅において敷設されているので、図１（ａ），図１（ｂ）に示されるように、継目板撮像カメラ７１が各レールに対して２台ずつ合計４台、照明光学系７２が各レールに対して３台で合計６台、筐体７３の内部に設置されている。
各継目板撮像カメラ７１は、例えば、１画面（１フレーム）６４０×４８０画素（ＶＧＡ）の静止画像を撮影画像として得るＣＣＤカメラであり、継目板１を視野に入れた静止画像を両側のそれぞれのレールに対応してそれぞれに生成する。
ここで、重要なことは、照明光学系７２の照射角φである。この照明角φは、継目板１のフランジ３ａの影がボルト２のボルト差込み穴３ｃ（図９参照）に重なるか、これとの間に落ちる角度になっている。これにより、例えば、フランジ３ａの影が継目板１のボルト部分にかかり、しかもボルトが抜けて穴となっていれば、ボルト差込み穴３ｃがそのまま黒くなっている画像部分（図６の符号１６参照）となる静止画を得ることができる。そこで、フランジ３ａの影の画像を基準にして撮像画像からボルト抜けの検出が可能になる。すなわち、継目板１のフランジ３ａの影の画像部分（図６の符号１５参照）を基準としてそれから一定の範囲内に黒の画素の塊（図７の符号１９参照）があった場合に継目板１のボルト抜け穴として検出することが可能になる。それにより、検測車１０が走行した状態で継目板１にボルト抜けがあるか否かを高速に判定することができる。 As shown in FIG. 1 (b), the joint board image capturing device 7 includes a joint board imaging camera 71 and an illumination optical system 72, and the joint board imaging camera 71 is installed on the lower side of the carriage 10a. The side surface of the joint plate 1 is imaged from the inside of the rails 3 and 4 obliquely from above at an angle θ as an elevation angle from the track surface of θ = 20 ° to 40 ° with respect to 1. The illumination optical system 72 illuminates the side surface of the joint plate 1 from the inside of the rails 3 and 4 obliquely upward at an angle φ as an elevation angle from a track surface having a larger φ = 50 ° to 70 °. The joint plate imaging camera 71 and the illumination optical system 72 are installed inside a housing 73 fixed to the carriage 10 a of the inspection vehicle 10.
Since two rails 3 and 4 are laid in a predetermined track width, as shown in FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b), the joint plate imaging camera 71 is connected to each rail. A total of four illumination optical systems 72 are provided for each rail, and three illumination optical systems 72 are provided for each rail, for a total of six.
Each joint board imaging camera 71 is, for example, a CCD camera that obtains a still image of one screen (one frame) 640 × 480 pixels (VGA) as a captured image. Generated for each of the rails.
Here, what is important is the irradiation angle φ of the illumination optical system 72. The illumination angle φ is an angle at which the shadow of the flange 3a of the joint plate 1 overlaps the bolt insertion hole 3c (see FIG. 9) of the bolt 2 or falls between them. Thereby, for example, if the shadow of the flange 3a is applied to the bolt portion of the joint plate 1, and if the bolt is pulled out to form a hole, the image portion where the bolt insertion hole 3c is black as it is (see reference numeral 16 in FIG. 6). ) Can be obtained. Therefore, it is possible to detect the bolt dropout from the captured image based on the shadow image of the flange 3a. That is, when there is a black pixel block (see reference numeral 19 in FIG. 7) within a certain range from the shadow image portion of the flange 3a of the joint board 1 (see reference numeral 15 in FIG. 6) as a reference, the joint board It is possible to detect as one bolt hole. Thereby, it can be determined at high speed whether there is a bolt omission in the joint plate 1 in a state where the inspection vehicle 10 travels.

図６は、撮像された静止画を二値化した画像の一例を模式的に示した説明図であり、１４が継目板撮像カメラ７１で撮影したものの二値化画像の１画面分である。この画像１４において、継目板１のフランジ３ａの影の画像部分が１５であり、継目板１のボルト差込み穴の画像部分が１６である。レール３，４の頭部３ｂと継目板１の側面は、反射光が強いので、白レベル（データ“１”）となり、それ以外は黒レベル（データ“０”）となる二値化画像１４となる。１７ａは、明るい上側背景であり、１７ｂは、暗い下側背景である。
１８は、継目板１のフランジ３ａの影の画像部分１５に現れるノイズとしての反射光のノイズ画像部分である。
この二値化画像１４において、ボルト差込み穴の画像部分１６は、所定の画素数の黒レベルの画素の集合となって現れてくるので、ここでは、これを画像処理により、フランジ３ａの影の画像部分１５を基準に検出する。
ところで、採取した画像１画面分の全体からボルト抜けを検出すると画像処理のロードが大きくなる上に、各種のノイズが画像に乗ってくるので、高い精度でボルト差込み穴の画像部分１６を検出しようとすると、そのノイズ除去処理に時間がかかる。その上に、ボルト差込み穴の画像部分１６の判定処理にも時間がかかる。そこで、ここではフランジ３ａの影の画像部分１５の位置を検出して、これを基準にしてこれからボルトの穴分に相当する範囲でボルト差込み穴の画像部分１６があるか否かを判定することでボルト抜け穴検出を高速に行う。この処理については後述する。 FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing an example of an image obtained by binarizing a captured still image. Reference numeral 14 denotes one screen of a binarized image captured by the joint plate imaging camera 71. In this image 14, the shadow image portion of the flange 3 a of the joint plate 1 is 15, and the image portion of the bolt insertion hole of the joint plate 1 is 16. The heads 3b of the rails 3 and 4 and the side surfaces of the joint plate 1 have a strong reflected light, so that they are at the white level (data “1”), and the others are at the black level (data “0”). It becomes. 17a is a bright upper background and 17b is a dark lower background.
Reference numeral 18 denotes a noise image portion of reflected light as noise appearing in the shadow image portion 15 of the flange 3 a of the joint plate 1.
In the binarized image 14, the image portion 16 of the bolt insertion hole appears as a set of black level pixels of a predetermined number of pixels. Detection is based on the image portion 15.
By the way, if detecting the bolt omission from the entire screen of the collected image, the load of image processing increases, and various noises are added to the image, so let's detect the image portion 16 of the bolt insertion hole with high accuracy. If so, the noise removal processing takes time. In addition, it takes time to determine the image portion 16 of the bolt insertion hole. Therefore, here, the position of the shadow image portion 15 of the flange 3a is detected, and it is determined whether or not there is an image portion 16 of the bolt insertion hole in a range corresponding to the bolt hole from now on. To detect bolt holes at high speed. This process will be described later.

図３は、レール継目検出器の検出回路とデータ処理装置の説明図であって、検出回路２０は、逆方向に巻かれた空芯コイル１１ａ、１１ｂからの信号をそれぞれ受ける差動増幅器２１ａ，２１ｂと、空芯コイル１１ａ、１１ｂにバイアス電流を流すバイアス回路２２、差動増幅器２１ａ，２１ｂの信号を所定の距離パルスＰLに応じてＡ／Ｄ変換をするＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）２３ａ，２３ｂとからなり、Ａ／Ｄ２３ａ，２３ｂを介して検出信号をデジタル値に変換してデータ処理装置８に送出するものである。
なお、バイアス回路２２は、抵抗Ｒ1〜Ｒ4と定電圧電源回路２２ａとからなり、空芯コイル１１ａ、１１ｂにそれぞれバイアス電流を流す回路である。
レールの継目１ａの部分では、継目板１とレールとレールの間隙とに応じて空芯コイル１１ａ、１１ｂのインダクタンスが変化し、それに応じた電圧が空芯コイル１１ａ、１１ｂの端子に発生するので差動増幅器２１ａ，２１ｂにそれに応じた検出信号を得ることができる。
距離パルスＰLは、車輪１０ｂの回転に応じて発生するパルスであって、距離パルス発生回路２４により生成され、４５ｍｍ走行に１個発生する４５ｍｍ／Ｐの波長（周期）のパルス信号である。
データ処理装置８は、ＭＰＵ８１とメモリ８２、インタフェース８３、画像メモリ８４、そしてこれらを接続するバス８５等とを有し、距離パルスＰLと、これに対応してＡ／Ｄ変換された差動増幅器２１ａ，２１ｂの信号をインタフェース８３を介して測定データとして受けてこれらの差演算等をする。
なお、検出回路２０と距離パルス発生回路２４、そしてデータ処理装置８とは検測車１０に搭載されている。
また、レール１本に２台ずつ設けられた継目板撮像カメラ７１は、それぞれＡ／Ｄ２５ａ，２５ｂを介してデータ処理装置８に接続される。また、データ処理装置８からインタフェース８３を介して４台の継目板撮像カメラ７１のシャッタが操作され、各継目板撮像カメラ７１の静止画が８ビット２５６階調の静止画としてＡ／Ｄ変換されて４枚のそれぞれが画像メモリ８４の所定の領域にそれぞれに転送されて記憶される。
なお、各レールに対応する２枚のそれぞれの画像は、ボルト差込み穴以上に一部が重複する形で撮像される。 FIG. 3 is an explanatory diagram of a detection circuit and a data processing device of the rail joint detector, in which the detection circuit 20 receives differential amplifiers 21a and 11b that receive signals from air core coils 11a and 11b wound in opposite directions, respectively. 21b, an A / D conversion circuit (A / D converter) for A / D converting the signals of the bias amplifier 22 for supplying a bias current to the air-core coils 11a and 11b and the signals of the differential amplifiers 21a and 21b in accordance with a predetermined distance pulse PL. ) 23a, 23b, which converts the detection signal into a digital value via the A / D 23a, 23b and sends it to the data processing device 8.
The bias circuit 22 includes resistors R1 to R4 and a constant voltage power supply circuit 22a, and is a circuit for supplying a bias current to the air core coils 11a and 11b.
In the rail joint 1a, the inductance of the air-core coils 11a and 11b changes according to the joint plate 1 and the gap between the rail and the rail, and a voltage corresponding to the inductance is generated at the terminals of the air-core coils 11a and 11b. Detection signals corresponding to the differential amplifiers 21a and 21b can be obtained.
The distance pulse PL is a pulse signal generated according to the rotation of the wheel 10b, and is a pulse signal having a wavelength (period) of 45 mm / P generated by the distance pulse generation circuit 24 and generated once for 45 mm travel.
The data processing device 8 includes an MPU 81, a memory 82, an interface 83, an image memory 84, a bus 85 for connecting them, a distance pulse PL, and a differential amplifier that is A / D converted in accordance with the distance pulse PL. The signals 21a and 21b are received as measurement data via the interface 83, and the difference between them is calculated.
The detection circuit 20, the distance pulse generation circuit 24, and the data processing device 8 are mounted on the inspection vehicle 10.
In addition, two joint plate imaging cameras 71 provided on each rail are connected to the data processing device 8 via A / Ds 25a and 25b, respectively. Further, the shutters of the four seam board imaging cameras 71 are operated from the data processing device 8 via the interface 83, and the still images of each seam board imaging camera 71 are A / D converted as 8-bit 256 gradation still images. Each of the four images is transferred to a predetermined area of the image memory 84 and stored therein.
Each of the two images corresponding to each rail is picked up with a part overlapping more than the bolt insertion hole.

図４（ａ）は、差動増幅器２１ａ，２１ｂのデジタル値をそれぞれグラフ化したデータ処理装置８における測定データであり、ＢLaが差動増幅器２１ａの測定データ、ＢLbが差動増幅器２１ｂの測定データである。長丸で示す部分がレール継目位置（継目１ａの位置）の検出信号であり、その前後で波形に凹凸の波があるのは、継目板１によるものである。なお、横軸は、距離パルスＰLによるサンプル数、縦軸は電圧［ｍＶ］である。ＢLbの波形が小さいのは、空芯コイル１１ｂがレール中心Ｏより１０ｍｍずれているからである。また、横軸の距離パルスＰLによるサンプル数は、検測車１０の走行距離に対応している。
そして、データ処理装置８において、これら測定データの差ＢLa−ＢLbの演算した結果が図４（ｂ）のグラフＢLa−ＢLbである。これにより、レール継目位置の検出信号ＤLは、大きな波形の検出信号として得ることができる。しかし、検測車１０は、上下左右に揺れて走行するので、それによる検出波形の変動も大きい。
そこで、さらに、これに所定のサンプル区間を設定して所定のサンプル数について１サンプルデータ毎に追加し、先頭の１サンプルデータを消去した移動平均を採ると、図５（ａ）のような特性グラフ（ＢLa−ＢLb）ｍを得ることができる。
ＤLがレール継目位置検出信号である。図５（ｂ）に示すように、これにスライスレベルＴH（閾値）を設定して検出信号ＤLを得ることで、図５（ｃ）に示すレール継目位置信号ＤPを得ることができる。
なお、距離パルスＰLからレール継目位置（継目１ａの位置）を所定の範囲で含むゲートを設定してレール継目位置信号ＤPを抽出するようにすれば、検測車の走行途中で発生する各種のノイズが除去され、レール継目位置（継目１ａの位置）を高精度に検出することができる。
以上の処理をするために、図３に示すように、データ処理装置８のメモリ８２には、測定データＢLa，ＢLbの差算出プログラム、移動平均値算出プログラム、閾値設定・レール継目位置検出プログラム等が格納され、ＭＰＵ８１によりこれらプログラムが順次実行される。 FIG. 4A shows measurement data in the data processing device 8 in which the digital values of the differential amplifiers 21a and 21b are graphed. BLa is measurement data of the differential amplifier 21a and BLb is measurement data of the differential amplifier 21b. It is. The portion indicated by the long circle is a detection signal of the rail joint position (position of the joint 1a), and it is due to the joint plate 1 that there are irregular waves in the waveform before and after that. The horizontal axis represents the number of samples by the distance pulse PL, and the vertical axis represents the voltage [mV]. The reason why the waveform of BLb is small is that the air-core coil 11b is displaced from the rail center O by 10 mm. The number of samples by the distance pulse PL on the horizontal axis corresponds to the travel distance of the inspection vehicle 10.
And in the data processor 8, the result of calculating the difference BLa-BLb of these measurement data is the graph BLa-BLb of FIG. 4B. Thereby, the detection signal DL of the rail joint position can be obtained as a detection signal having a large waveform. However, since the inspection vehicle 10 swings up, down, left and right, the detection waveform fluctuates greatly.
Therefore, if a moving average obtained by setting a predetermined sample interval and adding a predetermined number of samples for each sample data and erasing the first one sample data is obtained, the characteristic as shown in FIG. A graph (BLa-BLb) m can be obtained.
DL is a rail joint position detection signal. As shown in FIG. 5 (b), the rail joint position signal DP shown in FIG. 5 (c) can be obtained by setting the slice level TH (threshold value) to this and obtaining the detection signal DL.
If the gate including the rail joint position (position of the joint 1a) is set in a predetermined range from the distance pulse PL and the rail joint position signal DP is extracted, various kinds of signals generated during the traveling of the inspection vehicle are obtained. Noise is removed, and the rail joint position (position of the joint 1a) can be detected with high accuracy.
In order to perform the above processing, as shown in FIG. 3, the memory 82 of the data processing device 8 stores a difference calculation program for measurement data BLa and BLb, a moving average value calculation program, a threshold setting / rail joint position detection program, and the like. Are stored, and the MPU 81 sequentially executes these programs.

データ処理装置８は、レール継目検出器６の測定データからレール継目位置信号ＤPが検出されたときに、メモリ８２に設定されたソフトカウンタ領域において、距離パルス発生回路２４から受ける距離パルスＰLのカウントを開始して所定距離Ｄ（図１参照）走行分に相当するカウント値になったとき、すなわち、継目１ａ（図１（ａ）参照）を検出してから検測車１０が所定距離Ｄだけ走行したときにインタフェース８３を介して各継目板撮像カメラ７１のシャッタを切る制御信号を発生して、各継目板撮像カメラ７１により得られた１フレームの画像を採取して画像メモリ８４に各継目板撮像カメラ７１に対応して４枚の静止画として記憶する。各レール対応の１フレームの静止画２枚、合計４枚をそれぞれに所定の閾値で二値化してメモリ８２の作業領域８２ｅに取り込み、作業領域８２ｅに記憶された１フレームの各レールに対応する継目板１の撮像画像（原静止画像）からフランジ３ａの影という図６の画像部分１５を得て、それから基準線を決定して、二値化画像から基準線の位置を基準にして図６のボルト差込み穴の画像部分１６が存在すべき範囲にあるか否かを判定する。
メモリ８２には、前記のレール継目検出のための測定データＢLa，ＢLbの差算出プログラム、移動平均値算出プログラム、閾値設定・レール継目位置検出プログラム等とは別に、以上の処理を行うために、継目板画像採取プログラム８２ａと、二値化処理プログラム８２ｂと、影画像上の基準線検出プログラム８２ｃ、そして継目板ボルト穴検出プログラム８２ｄ等が格納され、作業領域８２ｅが設けられている。
ＭＰＵ８１は、レール継目検出器６の測定データからレール継目位置信号ＤPを検出したときに、継目板画像採取プログラム８２ａをコールして実行する。プログラム８１ａは、これがＭＰＵ８１に実行されたときには、距離パルスＰLのカウントを開始して、そのカウント値がレール継目検出器６と継目板画像撮像装置７との間の距離Ｄに相当するものとなったときに、４台の継目板撮像カメラ７１のシャッタを切って、Ａ／Ｄ２５ａ、２５ｂを介して８ビット２５６階調の１フレームの静止画像を４枚、各レールに対応して２枚ずつ画像メモリ８４にデジタル値として採取する。そして、二値化処理プログラム８２ｂをコールする。 The data processing device 8 counts the distance pulse PL received from the distance pulse generation circuit 24 in the soft counter area set in the memory 82 when the rail joint position signal DP is detected from the measurement data of the rail joint detector 6. When the count value corresponding to the predetermined distance D (see FIG. 1) is reached, that is, after the joint 1a (see FIG. 1 (a)) is detected, the inspection vehicle 10 is set to the predetermined distance D. When the vehicle travels, a control signal for releasing the shutter of each joint board imaging camera 71 is generated via the interface 83, and one frame image obtained by each joint board imaging camera 71 is collected and stored in each image memory 84. Corresponding to the plate imaging camera 71, it is stored as four still images. Two still images of one frame corresponding to each rail, a total of four images, are binarized with a predetermined threshold value, are taken into the work area 82e of the memory 82, and correspond to each rail of one frame stored in the work area 82e. An image portion 15 in FIG. 6 called a shadow of the flange 3a is obtained from the captured image (original still image) of the joint plate 1, a reference line is determined therefrom, and the position of the reference line is determined from the binarized image as shown in FIG. It is determined whether or not the image portion 16 of the bolt insertion hole is within a range to be present.
In the memory 82, in order to perform the above processing separately from the difference calculation program of the measurement data BLa, BLb for the rail joint detection, the moving average value calculation program, the threshold setting / rail joint position detection program, etc. A joint plate image collection program 82a, a binarization processing program 82b, a reference line detection program 82c on a shadow image, a joint plate bolt hole detection program 82d, and the like are stored, and a work area 82e is provided.
When the MPU 81 detects the rail joint position signal DP from the measurement data of the rail joint detector 6, the MPU 81 calls and executes the joint board image collection program 82a. When this is executed by the MPU 81, the program 81a starts counting the distance pulse PL, and the count value corresponds to the distance D between the rail joint detector 6 and the joint plate image pickup device 7. When the shutters of the four seam board imaging cameras 71 are turned off, four still images of one frame of 8-bit 256 gradations are provided via the A / D 25a, 25b, two corresponding to each rail. Collected as a digital value in the image memory 84. Then, the binarization processing program 82b is called.

二値化処理プログラム８２ｂは、これがＭＰＵ８１により実行されたときには、画像メモリ８４に記憶されたそれぞれの１画面分の画像について所定の閾値で二値化して、図６に示す上側背景と下側背景を一部に含む二値化画像を４枚、メモリ８２の作業領域８２ｅに記憶する。
二値化処理の閾値は、レール３，４と直交する垂直方向をＹ方向としてレール３，４と平行なＸ方向を水平ラインとして、採取した各静止画像において、水平方向１ライン分６４０個の画素の明るさを積算し、この積算した明るさをその水平方向１ラインに対応するＹ方向の各１画素（Ｙ座標値）に対応して算出して作業領域８２ｅにそれをデータとして記憶し、次に、Ｙ方向において積算値の極小値のうち最初に現れる最小明るさレベルの極小値を求めてそれを６４０で割って１水平ラインの１画素分の平均的な最小極小値として極小値ＬPを算出する。そして、これより少し上の明るいレベル最小極小値ＬP＋αを閾値としてこれを基準に二値化し、二値化した画像データを生成する。
これにより、図６に示すような二値化画像１４が得られる。
すなわち、水平方向１ライン分６４０個の画素の明るさを積算した場合、最初の最小極小値ＬPは、図６のフランジ３ａの影の画像部分１５において水平１ラインの最も黒レベルが多い領域の水平１ライン、図６では、１５ａとして示す位置の水平１ラインに当たる。そこで、これに対して最小極小値ＬP＋αを閾値とすれば、図６のフランジ３ａの影の画像部分１５の領域を黒レベルに落とすことができ、それ以外を白レベルにする図６の二値化画像１４を得ることができる。ただし、このとき、下側背景１７ｂも黒レベルとなる。
これを画像メモリ８４の４枚の静止画についてそれぞれ行い、二値化画像１４を４枚、作業領域８２ｅの所定の領域にそれぞれ記憶する。
なお、＋αは、影の画像部分１５（フランジ３ａの影の画像）を黒レベルに落とす値として選択される。 When this is executed by the MPU 81, the binarization processing program 82b binarizes each image for one screen stored in the image memory 84 with a predetermined threshold value, and displays the upper background and lower background shown in FIG. Are stored in the work area 82 e of the memory 82.
The threshold value of the binarization processing is 640 pieces for one horizontal line in each collected still image with the vertical direction orthogonal to the rails 3 and 4 as the Y direction and the X direction parallel to the rails 3 and 4 as the horizontal line. The brightness of the pixels is integrated, and the integrated brightness is calculated corresponding to each pixel in the Y direction (Y coordinate value) corresponding to one horizontal line, and stored in the work area 82e as data. Next, the minimum value of the minimum brightness level that appears first among the minimum values of the integrated values in the Y direction is obtained and divided by 640, and the minimum value is obtained as an average minimum minimum value for one pixel of one horizontal line. Calculate LP. Then, a light level minimum minimum value LP + α slightly higher than this is used as a threshold value and binarized on the basis thereof to generate binarized image data.
Thereby, the binarized image 14 as shown in FIG. 6 is obtained.
That is, when the brightness of 640 pixels for one line in the horizontal direction is integrated, the first minimum minimum value LP is the region with the highest black level of one horizontal line in the shadow image portion 15 of the flange 3a in FIG. One horizontal line, which corresponds to one horizontal line at a position indicated by 15a in FIG. Accordingly, if the minimum minimum value LP + α is set as a threshold value, the shadow image area 15 of the flange 3a in FIG. 6 can be dropped to the black level, and the other values in FIG. The converted image 14 can be obtained. However, at this time, the lower background 17b is also at the black level.
This is performed for each of the four still images in the image memory 84, and four binarized images 14 are stored in predetermined areas of the work area 82e.
Note that + α is selected as a value for dropping the shadow image portion 15 (shadow image of the flange 3a) to the black level.

影画像上の基準線検出プログラム８２ｃは、これがＭＰＵ８１により実行されたときには、作業領域８２ｅから二値化画像を読出して、黒を“０”、白を“２５５”とした白レベルに重み付けをした重み付け処理をして、Ｙ方向の各１画素（各Ｙ座標）について６４０個（１水平ライン分）の画素の明るさを６４０個（１水平ライン分）分積算した明るさを算出して、さらに、６４０で割って、各１水平ラインの１画素当たりの明るさの平均値のデータを算出し、これをＹ方向の各画素対応の白レベルを重み付けした基準線検出のための重み付けデータ（基準線検出データ）として作業領域８２ｅに記憶する。この基準線検出データをグラフとして示したのが、図７である。すなわち、図７は、図６の二値化画像のＹ座標に対する明るさ特性の説明図であって、この図７において、最初の最小極小値となる明るさＡの位置が前記の極小値Ｌminの画素位置に対応している。
図６に示すように、フランジ３ａの影の画像部分（基準線帯）１５は、大枠としてみると白のレベルの帯と白のレベルの帯との間に黒レベルを主体とする帯となって現れている。そこで、図７のような明るさ特性のグラフとなる。なお、極小値Ｌminの画素位置が黒レベル“０”とならないのは、ノイズとしての反射領域１８が存在しているからである。
この基準線検出データにおいて、最大の明るさ２５５と最小の明るさ最小値Ａの１／３のところのレベルを二値化画像１４の明るさのスライスレベル（閾値）ＴHaとして次の式により算出する。
ＴHa＝（２５５−Ａ）／３＋Ａ
これが、図６におけるノイズ画像部分１８を削除したときのフランジ３ａの影の画像部分（基準線帯）１５に対応する画素位置になる。この処理によりノイズが除去され、画像部分（基準線帯）１５の下側の線を基準線としてこの基準線のＹ座標の画素位置Ｓが決定される。ここで、継目板ボルト穴検出プログラム８２ｄをコールする。 When this is executed by the MPU 81, the reference line detection program 82c on the shadow image reads the binarized image from the work area 82e and weights the white level with “0” for black and “255” for white. Weighting processing is performed to calculate the brightness of 640 pixels (one horizontal line) integrated for 640 pixels (one horizontal line) for each pixel in the Y direction (each Y coordinate), Furthermore, by dividing by 640, data of the average value of brightness per pixel of each horizontal line is calculated, and this is weighted data (reference line detection weighted with the white level corresponding to each pixel in the Y direction). Reference line detection data) is stored in the work area 82e. FIG. 7 shows the reference line detection data as a graph. 7 is an explanatory diagram of the brightness characteristic with respect to the Y coordinate of the binarized image of FIG. 6. In FIG. 7, the position of the brightness A that is the first minimum minimum value is the minimum value Lmin. Corresponds to the pixel position.
As shown in FIG. 6, the shadow image portion (reference line band) 15 of the flange 3a is a band mainly composed of a black level between a white level band and a white level band when viewed as a large frame. Is appearing. Therefore, a graph of brightness characteristics as shown in FIG. 7 is obtained. The reason why the pixel position of the minimum value Lmin does not become the black level “0” is because the reflection region 18 as noise exists.
In this reference line detection data, the level of 1/3 of the maximum brightness 255 and the minimum brightness minimum value A is calculated as the slice level (threshold) THa of the brightness of the binarized image 14 by the following formula. To do.
THa = (255−A) / 3 + A
This is the pixel position corresponding to the shadow image portion (reference line band) 15 of the flange 3a when the noise image portion 18 in FIG. 6 is deleted. Noise is removed by this process, and the pixel position S of the Y coordinate of the reference line is determined using the lower line of the image portion (reference line band) 15 as the reference line. Here, the joint plate bolt hole detection program 82d is called.

継目板ボルト穴検出プログラム８２ｄは、これがＭＰＵ８１により実行されたときには、スライスレベルＴHaの明るさ部分に当たる領域を基準線の帯、すなわち、フランジ３ａの影の画像部分１５のうち、図６に示す下側にある基準線Ｓ（そのＹ方向画素位置Ｓ）を基準としてＹ座標Ｓの位置からこれに連続してあるいはこれから一定の範囲に黒レベルの塊領域１９（画像部分１６に対応）が図７として示す基準線検出データの中にがあるか否かを、図７のスライスレベルＴHaの後ろ側のＹ方向の画素位置Ｓから順次検索していく。
すなわち、明るさ２５５未満でかつスライスレベルＴHaの明るさ以上の範囲で同じ程度のある明るさの画素が連続して一定の数、例えば、１画素１ｍｍとすれば、６画素分〜８画素の領域１９があるか否かの判定によりボルト差込み穴の画像部分１６があるか否かを判定する。基準線に対応するＹ座標の画素位置ＳからＹ方向の一定の範囲、Ｑ画素数の範囲において、それがあったときに、ボルト差込み穴であったと判定する。
なお、同じ程度の明るさは、スライスレベルＴHaの明るさ以上の範囲にある明るさに対して±βの明るさを設定することによる。ただし、上限は、明るさ２５５、下限はスライスレベルＴHaの明るさである。 When this is executed by the MPU 81, the seam plate bolt hole detection program 82d defines the area corresponding to the brightness portion of the slice level THa as the reference line band, that is, the shadow image portion 15 of the flange 3a shown in FIG. 7 is a black level block region 19 (corresponding to the image portion 16) from the position of the Y coordinate S to the reference line S on the side (the pixel position S in the Y direction) as a reference or continuously from this position. It is sequentially searched from the pixel position S in the Y direction behind the slice level THa in FIG.
That is, if the number of pixels having the same level of brightness less than 255 and equal to or higher than the brightness of the slice level THa is continuously set to a certain number, for example, 1 mm per pixel, 6 pixels to 8 pixels It is determined whether or not there is an image portion 16 of the bolt insertion hole by determining whether or not there is a region 19. When there is a certain range in the Y direction from the pixel position S of the Y coordinate corresponding to the reference line and the range of the number of Q pixels, it is determined that it is a bolt insertion hole.
Note that the same level of brightness is obtained by setting the brightness of ± β for the brightness in the range equal to or higher than the brightness of the slice level THa. However, the upper limit is the brightness 255, and the lower limit is the brightness of the slice level THa.

図８は、前記の各処理プログラムをＭＰＵ８１が実行して行うボルト抜け穴検出の画像処理の全体的なフローチャートである。
ここでは、レール継目検出処理とボルト抜け穴検出処理とがタスク処理としてそれぞれパラレルに実行される。さらに、ボルト抜け穴検出処理は、各レールについて同時にタスク処理でパラレルに２枚の二値化静止画像を処理してそれぞれに検出処理がなされる。
まず、図面左側のレール継目検出処理から説明する。
レール継目検出処理は、レール継目検出器６からの検出信号を読込んで（ステップ１０１）、測定データＢLa，ＢLbの差算出処理をし（ステップ１０２）、そして移動平均値（ＢLa−ＢLb）ｍの移動平均算出処理をし（ステップ１０３）、閾値設定・レール継目位置コールして閾値ＴHを設定して、（ＢLa−ＢLb）ｍ＞ＴHかにより、レール継目があるか否かを判定をする（ステップ１０４）。
ステップ１０４の判定結果がＹＥＳのときには、前記の検出信号ＤLの検出位置は、距離パルスＰLによるサンプル数に応じて算出された検測車１０の走行距離に対応して継目位置の測定データとして外部記憶装置（図示せず）等に記憶される（ステップ１０５）。そして、ボルト抜け穴検出処理プログラムをコールしてボルト抜け穴検出処理を起動する（ステップ１０６）。次に処理が終了か否かの判定に入り（ステップ１０７）、ＮＯのときにはステップ１０１へ戻り、処理終了にならない限り、ステップ１０１〜ステップ１０７までの処理を循環して実行する。
なお、以上のうち、ステップ１０５の処理とステップ１０６の処理は、逆になり、ステップ１０６がステップ１０５より手前にあってもよい。 FIG. 8 is an overall flowchart of image processing for bolt hole detection performed by the MPU 81 executing the above processing programs.
Here, the rail joint detection process and the bolt hole detection process are executed in parallel as task processes. Further, in the bolt hole detection processing, two binarized still images are processed in parallel for each rail by task processing at the same time, and detection processing is performed for each.
First, the rail joint detection process on the left side of the drawing will be described.
In the rail joint detection process, the detection signal from the rail joint detector 6 is read (step 101), the difference calculation process between the measurement data BLa and BLb is performed (step 102), and the moving average value (BLa−BLb) m is calculated. A moving average calculation process is performed (step 103), a threshold value setting / rail joint position call is made, a threshold value TH is set, and whether or not there is a rail joint is determined by (BLa−BLb) m> TH ( Step 104).
When the determination result of step 104 is YES, the detection position of the detection signal DL is externally measured as seam position measurement data corresponding to the traveling distance of the test vehicle 10 calculated according to the number of samples by the distance pulse PL. It is stored in a storage device (not shown) or the like (step 105). Then, the bolt hole detection processing program is called to start the bolt hole detection processing (step 106). Next, it is determined whether or not the process is finished (step 107). If NO, the process returns to step 101, and the process from step 101 to step 107 is circulated and executed unless the process is finished.
Of the above, the process of step 105 and the process of step 106 are reversed, and step 106 may be in front of step 105.

そして、ステップ１０４でレール継目１ａが検出されると、ステップ１０６において、ボルト抜け穴検出処理プログラムがコールされて、図面右側のボルト抜け穴検出処理に入る。
ボルト抜け穴検出処理では、カウンタをセットして距離パルスＰLのカウントを開始し（ステップ２０１）、距離パルスＰLのカウント値が所定値Ｋになったか否か判定して（ステップ２０２）、ＮＯのときにはステップ２０１へと戻り、次の距離パルスＰLを待って距離パルスＰLをカウントする。このループで検測車１０が図１に示すレール継目検出器６と継目板画像撮像装置７との距離Ｄだけ走行したかを所定値Ｋにより判定する。
距離パルスＰLの数が所定値Ｋになったときには判定ステップ２０２で、ＹＥＳとなり、検測車１０が距離Ｄだけ走行したことが検出されて、継目板画像採取プログラム８２ａをＭＰＵ８１がコールして実行する。そこで、４台の継目板撮像カメラ７１のシャッタを切って継目の４枚の画像を画像メモリ８４に記憶して、４枚の４画面の画像を採取し（ステップ２０３）、次にＭＰＵ８１が二値化処理プログラム８２ｂをコールして実行して、４枚の静止画像に対して最小極小値ＬP＋αを閾値に二値化処理をして、図６に示す二値化画像１４を４枚、作業領域８２ｅにそれぞれ記憶する（ステップ２０４）。なお、このステップ２０４からは、前記したように各レール対応に２枚の静止画に対してパラレルの検出処理が行われる。以下、そのうち１枚の静止画についての処理を説明する。他のものも同時に同様な処理が行われている。 When the rail joint 1a is detected in step 104, the bolt through hole detection processing program is called in step 106 and the bolt through hole detection processing on the right side of the drawing is entered.
In the bolt hole detection processing, a counter is set and counting of the distance pulse PL is started (step 201), and it is determined whether or not the count value of the distance pulse PL has reached a predetermined value K (step 202). Returning to step 201, the distance pulse PL is counted after waiting for the next distance pulse PL. In this loop, it is determined from the predetermined value K whether the test vehicle 10 has traveled the distance D between the rail joint detector 6 and the joint plate image pickup device 7 shown in FIG.
When the number of the distance pulses PL reaches the predetermined value K, it becomes YES in the determination step 202, it is detected that the inspection vehicle 10 has traveled the distance D, and the MPU 81 calls and executes the joint plate image collection program 82a. To do. Therefore, the shutters of the four joint plate imaging cameras 71 are turned off, the four images of the joints are stored in the image memory 84, and four four-screen images are collected (step 203). The binarization processing program 82b is called and executed, binarization processing is performed on the four still images with the minimum minimum value LP + α as a threshold value, and four binarized images 14 shown in FIG. Each area 82e is stored (step 204). From step 204, parallel detection processing is performed on two still images corresponding to each rail as described above. Hereinafter, processing for one still image will be described. Similar processing is performed for other devices at the same time.

次に、ＭＰＵ８１が影画像上の基準線検出プログラム８２ｃをコールして実行して、明るさに重み付けをしたＹ方向各画素対応の基準線検出データを生成して（ステップ２０５）、最大の明るさ２５５と最小の明るさ最小値Ａの１／３のところのレベルを二値化画像１４の明るさのスライスレベル（閾値）ＴHaとしてフランジ３ａの影の画像部分（基準線帯）１５の下側の基準線の画素位置を画素位置Ｓとして検出する（ステップ２０６）。そして、明るさ２５５未満でかつスライスレベルＴHaの明るさ以上で同じ程度のある明るさの画素が連続して、例えば、６画素以上で８画素以下の範囲で画素位置Ｓから連続する画素があるか否かを判定する（ステップ２０７）。これによりボルト差込み穴か否かを判定する。なお、ボルト差込み穴が２個以上あった場合には、前記の６画素以上で８画素以下の範囲は穴の個数に応じて増加する。２個の場合には、その範囲は８画素以上で１０画素となり、３個以上あった場合には１２画素以上で１５画素となる。継目板が６点ボルト止めのときには１枚の画像の中ではこれ以上の抜けはなく、通常、締付けボルトの抜けは、１個がほとんどであるので、前記のような判定をするが、判定範囲は適宜選択できるものである。
ここで、ＮＯのときには画素位置ＳをＳ＝Ｓ＋１に更新して（ステップ２０８）、Ｓ＞＝Ｑかを判定して、継目板１のＹ座標の最大画素位置Ｑを超えたか否かを判定し（ステップ２０９）、ＮＯのときにはステップ２０７に戻る。
ステップ２０７の判定でＹＥＳとなったときには、ボルト差込み穴が検出されたとして、ステップ１０５で記憶された検出信号ＤLの検出位置の測定データにボルト差込み穴検出のフラグとして加えられて、現在の走行位置とともに外部記憶装置等に記録して（ステップ２１０）、ボルト抜け穴検出処理を終了する。
このとき、ボルト抜け穴検出処理は終了するが、レール継目検出処理が終了しない限り、ステップ１０４でレール継目が検出されるとボルト抜け穴検出処理が再び開始される。
このようにして、継目板１のボルト抜け穴検出が行われ、外部記憶装置にそのデータが記憶される。
なお、継目板１は、検測開始地点から番号付けされて管理されてもよい。
また、前記したステップ２０７の範囲判定により、継目板１で２本以上ボルト差込み穴があっても、その明るさレベルは、明るさ２５５未満でかつスライスレベルＴHaの明るさ以上の範囲に入るので、この場合も検出可能である。 Next, the MPU 81 calls and executes the reference line detection program 82c on the shadow image to generate reference line detection data corresponding to each pixel in the Y direction weighted to the brightness (step 205), and the maximum brightness. The brightness level 255 and the level of 1/3 of the minimum brightness minimum value A are set as the slice level (threshold value) THa of the brightness of the binarized image 14 and below the shadow image portion (reference line band) 15 of the flange 3a. The pixel position of the reference line on the side is detected as the pixel position S (step 206). Then, pixels having a brightness of less than 255 and having the same degree of brightness above the slice level THa are continuously, for example, there are pixels continuing from the pixel position S in the range of 6 pixels to 8 pixels. Whether or not (step 207). This determines whether it is a bolt insertion hole. If there are two or more bolt insertion holes, the range of 6 pixels to 8 pixels increases according to the number of holes. In the case of two, the range is 8 pixels or more and 10 pixels, and in the case of 3 or more, the range is 12 pixels or more and 15 pixels. When the joint plate is 6-point bolted, there is no further missing in one image, and usually there is only one tightening bolt missing, so the above determination is made. Can be appropriately selected.
Here, when NO, the pixel position S is updated to S = S + 1 (step 208), it is determined whether S> = Q, and it is determined whether or not the maximum pixel position Q of the Y coordinate of the joint plate 1 has been exceeded. (Step 209), if NO, return to Step 207.
When the determination in step 207 is YES, it is determined that a bolt insertion hole has been detected, and is added to the measurement data of the detection position of the detection signal DL stored in step 105 as a bolt insertion hole detection flag. The position is recorded in an external storage device or the like (step 210), and the bolt hole detection process is terminated.
At this time, the bolt hole detection process ends. However, unless the rail joint detection process ends, the bolt hole detection process starts again when the rail joint is detected in step 104.
In this way, the bolt hole detection of the joint plate 1 is performed, and the data is stored in the external storage device.
Note that the seam plate 1 may be numbered and managed from the inspection start point.
Further, according to the range determination in the above-described step 207, even if there are two or more bolt insertion holes in the joint plate 1, the brightness level falls within the range below the brightness 255 and above the brightness of the slice level THa. In this case, detection is possible.

ところで、実施例では、図７に示すＹ座標に従う基準線検出データにおいてその中に黒レベルの塊領域１９（画像部分１６に対応）があるか否かを判定してボルト抜け穴の検出を行っているが、さらに黒レベルの塊領域１９について、画像メモリ８４の原静止画あるいは作業領域８２ｅに記憶された二値化静止画像から塊領域１９に対応するＸＹ座標から得られるこの領域の画素数（面積）を求めて、その画素数（面積）がボルト抜け穴に対応するものか否かでボルト抜け穴の有無の判定をしてもよい。 By the way, in the embodiment, it is determined whether or not there is a black level block region 19 (corresponding to the image portion 16) in the reference line detection data according to the Y coordinate shown in FIG. However, for the black level block area 19, the number of pixels in this area obtained from the XY coordinates corresponding to the block area 19 from the original still image in the image memory 84 or the binarized still image stored in the work area 82e ( It is also possible to determine whether or not there is a bolt hole depending on whether the number of pixels (area) corresponds to the bolt hole or not.

以上説明してきたが、実施例では、１レールについてカメラ２台を用いているが、これは、継目板１の長さが長い場合の例であって、短い場合にはカメラは１台であってもよい。さらに長い場合には、３台設けてもよい。いずれの場合もカメラ１台の視野は大きくしないで済む。また、複数台のカメラで採取した画像は、レール対応に各一枚の静止画に合成されて、これに対してボルト抜け穴の検出処理が行われてもよい。
また、実施例では、レール継目検出器として隣接して配置され相互に逆方向に巻かれた第１、第２の空芯コイルを利用した電磁センサを用いているが、レール継目検出器は、非接触型であれば、レーザ式変位センサや他の光学的なセンサを用いることができることはもちろんである。なお、実施例における電磁センサの空芯コイルの形状は一例であって、円形の空芯コイルであってもよいことはもちろんである。また、必ずしも、プログラム処理によりレール継目（継目１ａ）を検出する必要はない。
さらに、実施例では、ケース１２は、樹脂充填の密閉形のものとしているが、これは、一部が開放されたケースであってもよい。
またさらに、実施例では、継目板のフランジの影とボルト抜け穴とが重なる例を示しているが、これらは、必ずしも重なる状態になくてもよい。ボルト抜け穴の画像部分の検索基準線を得るものとして継目板のフランジの影があればよい。 As described above, in the embodiment, two cameras are used for one rail. However, this is an example in which the length of the joint plate 1 is long. May be. If it is longer, three units may be provided. In either case, it is not necessary to increase the field of view of one camera. In addition, images collected by a plurality of cameras may be combined into a single still image corresponding to the rail, and a bolt hole detection process may be performed on this.
In the embodiment, an electromagnetic sensor using the first and second air-core coils arranged adjacent to each other and wound in opposite directions as the rail joint detector is used. Of course, if it is a non-contact type, a laser type displacement sensor and other optical sensors can be used. In addition, the shape of the air core coil of the electromagnetic sensor in the embodiment is an example, and it is needless to say that it may be a circular air core coil. Further, it is not always necessary to detect the rail joint (joint 1a) by program processing.
Furthermore, in the embodiment, the case 12 is a resin-filled sealed type, but this may be a partially opened case.
Furthermore, in the embodiment, an example is shown in which the shadow of the flange of the joint plate overlaps with the bolt hole, but these do not necessarily have to overlap. What is necessary is just to have a shadow of the flange of the seam plate as a retrieval reference line for the image portion of the bolt hole.

図１（ａ）は、この発明のレール継目板の締結ボルトの脱落検出装置を適用した一実施例の検測車のレール継目板の締結ボルトの脱落検出装置の説明図、図１（ｂ）は、と継目板画像撮像装置の説明図である。FIG. 1 (a) is an explanatory diagram of a detection device for detecting a fastening bolt of a rail joint plate of an inspection vehicle according to one embodiment to which the rail joint plate fastening bolt detection device of the present invention is applied, FIG. 1 (b). These are explanatory drawings of a joint board image pick-up device. 図２は、レール継目検出器の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a rail joint detector. 図３は、レール継目検出器の検出回路とデータ処理装置の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a detection circuit and a data processing device of the rail joint detector. 図４は、レール継目検出器の検出波形の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a detection waveform of the rail joint detector. 図５は、継目検出処理の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the joint detection process. 図６は、撮像された静止画を二値化した画像の一例を模式的に示した説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram schematically illustrating an example of an image obtained by binarizing a captured still image. 図７は、図６の二値化画像のＹ座標に対する明るさ特性の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of the brightness characteristic with respect to the Y coordinate of the binarized image of FIG. 図８は、ボルト抜け穴検出の画像処理のフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart of image processing for bolt hole detection. 図９は、レール同士を締結した状態でのレール継目板の断面説明図である。FIG. 9 is a cross-sectional explanatory view of the rail joint plate in a state where the rails are fastened.

Explanation of symbols

１…継目板、１ａ…継目、２…ボルト、
２ａ…ボルトの頭部、２ｂ…ナット、
３，４…レール、３ａ…フランジ、３ｂ…レールの頭部、
３ｃ…ボルト差込み穴、
５…レール継目板の締結ボルトの脱落検出装置、
６…レール継目検出器、７…継目板画像撮像装置、
８…データ処理装置、１０…検測車、
１１…電磁センサ、
１１ａ，１１ｂ…空芯コイル、
１２…ケース、１３…ブラケット、
２０…検出回路、２１ａ，２１ｂ…差動増幅器、
２２ａ…定電圧電源回路、
２３ａ，２３ｂ，２５ａ，２５ｂ…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、
２４…距離パルス発生回路、
７１…継目板撮像カメラ、７２…照明光学系、
８１…ＭＰＵ、８２…メモリ、
８２ａ…継目板画像採取プログラム、
８２ｂ…背景除去・二値化処理プログラム、
８３ｃ…影画像上の基準線検出プログラム、
８２ｄ…継目板ボルト穴検出プログラム、
８２ｅ…作業領域、８３…インタフェース、
８４…画像メモリ、８５…バス。 1 ... Seam plate, 1a ... Seam, 2 ... Bolt,
2a ... bolt head, 2b ... nut,
3, 4 ... rail, 3a ... flange, 3b ... rail head,
3c ... Bolt insertion hole,
5 ... Drop detection device for fastening bolt of rail joint plate,
6 ... Rail joint detector, 7 ... Joint plate image pickup device,
8 ... Data processing device, 10 ... Inspection vehicle,
11 ... Electromagnetic sensor,
11a, 11b ... air-core coils,
12 ... Case, 13 ... Bracket,
20 ... detection circuit, 21a, 21b ... differential amplifier,
22a ... constant voltage power supply circuit,
23a, 23b, 25a, 25b ... A / D conversion circuit (A / D),
24 ... Distance pulse generation circuit,
71 ... Seam plate imaging camera, 72 ... Illumination optical system,
81 ... MPU, 82 ... memory,
82a ... Seam board image collection program,
82b ... Background removal / binarization processing program,
83c ... Reference line detection program on shadow image,
82d ... Seam plate bolt hole detection program,
82e ... work area, 83 ... interface,
84: Image memory, 85: Bus.

Claims

In the drop detection device for the fastening bolt of the rail joint plate of the track inspection vehicle for detecting the fastening bolt missing of the rail joint plate connecting the rail and the rail,
A contactless seam detector for detecting the rail joint is provided in the track gage wheel,
A camera for taking a still image of a joint plate of the rail provided rearward with respect to the traveling direction of the trajectory inspection vehicle in the trajectory inspection vehicle;
An irradiation optical system for irradiating the rail joint plate at an angle at which the shadow of the flange of the rail joint plate falls on the rail joint plate;
A controller for taking the still image from the camera by opening the shutter of the camera at a timing when the camera has reached a position corresponding to the rail joint according to a detection signal of the joint detector;
A rail for detecting whether or not an image corresponding to the insertion hole of the fastening bolt is present in the still image within a predetermined range of the image of the rail joint plate determined on the basis of the shadow image of the flange in the still image. A device for detecting a drop in the fastening bolt of the joint plate.

The illumination optical system is mounted on the track inspection vehicle, and emits light that creates a shadow of the flange from the inside of the rail at an angle selected from 50 ° to 70 ° as an elevation angle from the track surface. The rail joint plate fastening bolt dropout detecting device according to claim 1, wherein the predetermined range is a range based on an image line below the shadow image of the flange.

In the still image, the vertical direction perpendicular to the rail is defined as the Y direction, the horizontal direction parallel to the rail is defined as the X direction, and the brightness obtained by integrating the brightness of pixels for one line in the X direction is defined as the Y direction. A value calculated by corresponding to each one pixel, obtaining a minimum minimum value that appears first among the minimum values of the integrated values in the Y direction, and dividing the minimum minimum value by the number of pixels for one line in the horizontal direction. 3. The rail joint according to claim 2, wherein the still image is binarized with a predetermined threshold value calculated on the basis of the rail, and an image corresponding to the insertion hole of the fastening bolt is detected in the binarized image. A device for detecting the falling bolts of plate fastening bolts.

The seam detector is provided in the track inspection car corresponding to the upper part of the head of the rail, the first and second air-core coils arranged adjacent to each other and wound in opposite directions,
A case containing these first and second air-core coils,
A detection circuit that obtains first and second detection signals corresponding to changes in inductance of the air-core coils by causing a bias current to flow through the first and second air-core coils,
4. The rail joint plate fastening bolt drop detection device according to claim 3, wherein the detection signal of the joint detector is obtained based on a difference in level between the first detection signal and the second detection signal.

The case is of a sealed type, and the first and second air core coils are air core coils having a triangular winding shape, each of which is disposed adjacent to each other, and the first, The center of one of the second air-core coils is shifted outward from the center of the head of the rail, and the detection signal of the joint detector is the first detection signal and the second detection signal. The apparatus for detecting a drop of a fastening bolt of a rail joint plate according to claim 4, which is determined based on a moving average value of a difference in level.