JP4302288B2 - 携帯式レール断面測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄道用走行レール等のレール断面を測定するためのレール断面測定装置であって特に携帯に適した携帯式レール断面測定装置に関し、詳しくは、レールに対してスリット光を照射してその表面形状の映像・影像等の像を撮る光切断法に基づいて画像データを得、それに対して所定の座標変換等の画像処理を施して擬似的にレール断面像を求める携帯式レール断面測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道用レールは走行車両の車輪と擦れ合うことによりレールの踏面や頭部が摩耗する。その摩耗量が或るレベルを超えると脱線等を招く可能性があることから、それ以前に正常なレールと交換しなければならないので、レールの摩耗量を的確に把握するために、随時あるいは定期的にレール摩耗量を測定することが必要となる。また、交換に至らないまでも、摩耗量がレール長手方向にみて波状に変化するレール波状摩耗や、その方向に直交するレール断面において片寄っているような摩耗などについても、測定にて検知するとともに、レール削正車等にて調整し、さらに測定して是正されたことを確認する必要がある。
【0003】
そのようなレール摩耗を測定するものには、大別して、測定の度に持ち運ぶ携帯用のものと、検測車に搭載してその走行中に連続して自動測定する搭載用のものとが有る。
従来、携帯用には、レール頭頂面等に触針等を接触させて測定を行う機械式のものが多用されていた。
これに対し、搭載用には、非接触で測定しうる光学式のものが好まれ、例えば光切断法に基づいて擬似的にレール断面像を得る装置が知られている(特開平6−11315号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
また、搭載用の光学式の装置に関しては、測定精度の向上や、調整作業の軽減等を図るべく、同一出願人により幾つかの改良もなされている(特願平10−312773号、特願平10−343222号、特願平11−316175号)。そして、その要点の一つに、各レール毎に縦断面では左右2つずつある顎(あご)のうち軌道から見て外側に位置する顎(以下、外側顎と呼ぶ)を基準として座標変換処理を行うことで測定精度の向上が達成される、というものがある。
【0005】
ところが、携帯用に関しては、長年に亘って機械式のものが用い続けられていて、機械式であるが故の制約が多い等のため、その改良はなかなか進まない。
そのため、レール削正後にその適否を確認するためにレール摩耗量を測定する際などにも、精度の向上した光学式の装置を作業者が持ち運びながら気軽に測定を行いたい、といった要請が高まりつつある。
【0006】
しかしながら、これまでの光学式レール断面測定装置は、検測車への搭載を前提として発展してきたことから、現状のままでは、携帯に適しているとは言い難い。具体的には、レールのうち摩耗の影響を受けにくい外側の部分を基準として摩耗の顕著な頭頂面や内側の部分を測るために、レールの内外双方からスリット光を照射するとともにその撮像も行うようになっているため、嵩張ったり重かったりして持ち歩くには不便が伴うのである。
【0007】
そこで、光切断法を利用した光学式レール断面測定装置を携帯用に小形軽量化することが課題となるが、その際に、携帯式の装置を用いた測定では搭載式と異なりレールとの相対移動が無いといった特質があるので、そのような条件も利用して、測定精度を犠牲にすること無く、携帯用に改造することが技術的な課題となる。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、光学的測定で精度の良い携帯式レール断面測定装置を実現することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために発明された第1乃至第5の解決手段について、その構成および作用効果を以下に説明する。
【0009】
[第1の解決手段]
第1の解決手段の携帯式レール断面測定装置は、出願当初の請求項1に記載の如く、測定対象のレールの顎部に対応した曲折部とそこから上方に延びた第1平面部とが形成されている添具と、スリット光を照射する送光装置と、その像を撮る撮像装置と、前記添具についての既知情報に基づいて前記撮像装置の画像データからレール断面像を求める断面信号処理装置とを備えたものである。
【0010】
このような第1の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、測定に先だってレールの外側に添具を押し当てておく。その際、添具の曲折部がレールの外側顎のところに来るようにする。それから、レールの内側斜め上に送光装置及び撮像装置を設置して測定を開始する。そうすると、レール及び添具に向けてスリット光が照射され、その像が撮られるとともに、その画像データから断面信号処理装置によってレール断面像が求められる。
【0011】
こうして、レールの測定が行われるが、その際、添具の添着によってレールの外側顎の位置情報がレールより上に延びた添具の第2平面部に恰も転写されたかの如き状態になるとともに、そのような添具についての既知情報に基づいてレール断面像が求められるので、レールの外側顎を基準としたときのものと同等に精度の良いレール断面像が得られる。また、そのような添具の第2平面部も含めて、レール摩耗状態の把握に必要なレールの頭頂面や内側に関する像は、スリット光の照射やその撮像をレールの内外双方から行わなくても得られるので、その分だけ小形軽量化を進めることが可能となる。
【0012】
このように、取扱の楽な添具を併用することで、光切断法に基づく光学式のレール断面測定装置を携帯用に改造するに際して、高い測定精度が維持されることとなる。
したがって、この発明によれば、光学的測定で精度の良い携帯式レール断面測定装置を実現することができる。
【0013】
[第2の解決手段]
第2の解決手段の携帯式レール断面測定装置は、出願当初の請求項2に記載の如く、上記の第1の解決手段の携帯式レール断面測定装置であって、前記レールとそれに並走するレールとに亘る部材にてそれらの中間に支持される格納部を備え、前記送光装置と前記撮像装置とについてみれば、それらが一対だけ、すなわち各々が一台ずつ、前記格納部に組み込まれている、というものである。
【0014】
このような第2の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、搭載用のものに比べて光学系が少なくとも半減しているので、確実に小形軽量化がなされる。また、それらを収納した格納部は、軌道の内側に纏められ、検測車への取付部等も省かれているので、一層小形軽量化が進められる。なお、そのような格納部を支持する部材は棒材やパイプ等の軽くて細長いもので足りるので、携帯の妨げにはならない。また、画像データ処理等を担う断面信号処理装置も、マイクロプロセッサ等の小形化・高機能化が進んでいるので、これも携帯の妨げにはならない。
したがって、この発明によれば、光学的測定で精度の良い携帯式レール断面測定装置を確実に実現することができる。
【0015】
[第3の解決手段]
第3の解決手段の携帯式レール断面測定装置は、出願当初の請求項3に記載の如く、上記の第1,第2の解決手段の携帯式レール断面測定装置であって、前記断面信号処理装置が、前記既知情報に基づく処理に際し、前記第1平面部にできた前記スリット光の像に関する端点および直線を基準にして座標変換を行うようになっている、というものである。
【0016】
このような第3の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、座標変換の基準となる位置情報が端点と直線との組み合わせから得られるが、端点および直線は一本の直線に含まれることから、スリット光を映してその直線を提供する添具には曲折部との位置関係の確定している第1平面部が有れば足りるので、添具が割と単純なもので済む。
これにより、添具が容易に作れるばかりか軽くもなる。
したがって、この発明によれば、光学的測定で精度が良く而も携帯性にも優れた携帯式レール断面測定装置を実現することができる。
【0017】
[第4の解決手段]
第4の解決手段の携帯式レール断面測定装置は、出願当初の請求項4に記載の如く、上記の第1,第2の解決手段の携帯式レール断面測定装置であって、前記添具が、前記第1平面部の上辺から延びた第2平面部も形成されているものであり、前記断面信号処理装置が、前記既知情報に基づく処理に際し、前記第1平面部と前記第2平面部とにできた前記スリット光の像に関する双方の直線を基準にして座標変換を行うようになっている、というものである。
【0018】
このような第4の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、座標変換の基準となる位置情報が2本の直線の組み合わせから求められるが、スリット光の画像の場合には端点よりも直線の方が安定した情報が得られるので、座標変換の基準位置の確度が増す。そして、そのような基準に基づく画像処理によって、より正確なレール断面像が得られることとなる。
したがって、この発明によれば、光学的測定で一層精度の良い携帯式レール断面測定装置を実現することができる。
【0019】
[第5の解決手段]
第5の解決手段の携帯式レール断面測定装置は、出願当初の請求項5に記載の如く、上記の第1〜第4の解決手段の携帯式レール断面測定装置であって、前記添具を前記レールに着脱させる電磁石も備えたものである。
【0020】
このような第5の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、添具をレールに添えて電磁石を作動させれば手を離しても添具はレールに押し当てられた状態を維持し、その作動を停止させれば添具がレールから離脱する。また、摩耗や削正等にて生じた鉄粉等が例え付着したとしても、そのようなものも、電磁石の作動停止に伴って、電磁石等から自然に離れ落ちる。
これにより、添具を併用してもその取扱は面倒にならないで済み、例えば一人でも容易に測定しうることとなる。
したがって、この発明によれば、光学的測定で精度が良く而も作業の楽な携帯式レール断面測定装置を実現することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
このような解決手段で達成された本発明の携帯式レール断面測定装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の第1,第2実施例により説明する。
図1〜図3に示した第1実施例は、上述した第1〜第3の解決手段を具現化したものであり、図4〜図6に示した第2実施例は、上述した第1,第2,第4,第5の解決手段を具現化したものである。
【0022】
【第1実施例】
本発明の携帯式レール断面測定装置の第1実施例としてのレール断面摩耗測定装置について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図1は、光学系等の構造を示す斜視図であり、(a)が全体図、(b)が光学系の部分図である。また、図2は、その信号処理系等のブロック図であり、図3(a)は添具等の側面図である。
【0023】
このレール断面摩耗測定装置は、光学部10(光学系)や信号処理部30(信号処理系)に加えて図示しないバッテリーも格納した格納箱4(格納部)と、併用される添具2(位置合わせの基準部材)とを具えたものである。光学部10は、光切断法によりレール画像を撮るために、送光装置11や撮像装置14を具えている。信号処理部30は、撮ったレール画像に所定の画像処理を施して所望の測定を行うために、断面信号処理装置40に加えて、それと光学部10とのインターフェイス等も具えている。
【0024】
格納箱4には(図1(a)参照)、これを鉄道の軌道において並走する左右一対の走行レール1,1zの中間すなわち軌道から見て内側に支持するために、しかも3点で安定に支持するために、細長い筒状体等からなる3本の支持腕4a,4b,4c(支持部材)の基端部が取着されている。それらの支持腕4a,4b,4cは、測定対象のレール1と並走レール1zとに亘るよう分かれて延びているが、支持腕4a,4bの先端は下向きに曲がっており、支持腕4cは真っ直ぐ延びている。そして、支持腕4a,4bを測定対象のレール1上に乗せるとともに、反対向きに延びた支持腕4cをレール1z上に乗せると、支持腕4a,4b,4cは何れもほぼ水平になり、格納箱4の大部分がその上に来る。また、格納箱4は、レール1,1zの中間においてレール1寄りに位置する。それから、その支持腕4a,4bの先端曲折部をレール1の外側に押し当てると、支持腕4cがレール1z上を滑って格納箱4も移動して、レール1と格納箱4との相対位置関係が確定するようになっている。
【0025】
格納箱4には(図1(b)参照)、送光装置11と撮像装置14とが格納されているが、何れも一台ずつ、すなわち送光装置11が一台だけ撮像装置14も一台だけ組み込まれている。スリット光12を照射するための送光装置11には、小形でエネルギー消費も少ない半導体レーザを利用したものが採用される。例えばレーザラインマーカ等が用いられる。また、そのスリット像13を撮る撮像装置14には、やはり小形でエネルギー消費も少ないCCDカメラが好んで用いられる。そして、レール1と格納箱4との相対位置関係が確定した状態では、送光装置11によるスリット光12の照射がレール1に対してその内側の斜め上からレール1を切断するかの如く行われ、撮像装置14によるスリット像13の撮像が、送光装置11の照射とは異なる向きであるがやはりレール1の内側の斜め上から行われるようになっている。
【0026】
添具2は(図1,図3参照)、丈夫で比較的軽いアルミニウム材等を加工して作られた板状体である。その下辺部分には曲折部2aが形成され、その上部は平板に形成されていて、その上部平板のうち曲折部2aの折り曲げられた方の面は、平坦な第1平面部2bとなっている。曲折部2aは平面部2bの下半分と共に内側部分の形状がレール1の外側顎1a及びその近傍部分に対応した形状となっていて、曲折部2aを外側顎1aの直ぐ下のレールあご下に当てるとともに、平面部2bを外側顎1aの直ぐ上のレール頭部側面に当てて、外側顎1aの方へ押すと、曲折部2aや平面部2bが外側顎1aの上下にピッタリ添って、レール1の頭頂面1bや摩耗角部1cと添具2の平面部2bとの相対位置が確定するとともに、平面部2bが頭頂面1bより上方へ既知の角度で延びるようになっている。また、その状態で平面部2bの上辺2cが既知の距離で外側顎1aと平行になるようにもなっている。
【0027】
信号処理部30は(図2参照)、汎用のマイクロプロセッサシステムや画像処理に適したデジタルシグナルプロセッサ等からなる断面信号処理装置40に加えて、それに撮像装置14から画像データを取り込むためのインターフェイス32や、断面信号処理装置40の制御に従って送光装置11を駆動するインターフェイス33等が、単一の電子回路基板に又はバスライン等で結ばれた複数の電子回路基板に纏められたものである。
【0028】
断面信号処理装置40は、インターフェイス32を介して撮像装置14から取り込んだ1枚のレール画像41aに加えてもう1枚のレール断面像41bも保持するフレームメモリ41と、レール画像41aに施す画像処理等の処理内容を規定したプログラムを保持するプログラムメモリ42と、演算中に値の変更される基準点データ43aなどを保持するRAM43と、固定値の座標変換パラメータ44aや測定基準データ44bを保持するROM44とを具えている。
【0029】
フレームメモリ41において、レール画像41aは、各画素ごとに数ビットのメモリが割り付けられて、多値のレール画像となっている。これに対し、レール断面像41bは、各画素ごとに1ビットのメモリが割り付けられて、二値のレール断面像となっている。いずれも、摩耗角部1cを含むレール1の内側半分に加えて、添具2の平面部2bにおける上辺2c側のスリット像13を表す必要があるので、フレームメモリ41にはそれに足りる十分な記憶容量を持ったものが採用される。
【0030】
RAM43の基準点データ43aには、カメラ座標系で点位置を規定するデータ領域と、傾きと切片などの直線を規定するデータ領域とが割り付けられる。ROM44の座標変換パラメータ44aには、レール画像41aからレール断面像41bを求める際に座標変換を行うときに必要となるパラメータのうち固定的な値を保持するデータ領域が、割り付けられている。ROM44の測定基準データ44bには、摩耗量を計るべき箇所を示す幾本かの基準線と、少なくともこれらの基準線上においては摩耗の無い状態のレール断面像とを規定するデータ領域が、割り付けられている(特願平10−312773号も参照)。
【0031】
座標変換パラメータ44aは、特願平10−312773号や特願平10−343222号等で詳述したように、カメラ基準座標系でのレール画像41aをレール基準座標系でのレール断面像41bに変換するために用いられ、光学部10とレール1との位置関係に基づいて固定的に定まるが、レール1の好ましい基準点である外側顎1aの位置情報が添具2の添着によって添具2の平面部2b及び上辺2cに転写されているので、この場合、光学部10と添具2との相対的な位置関係に基づいて固定的に定まるものとなっている。具体的には、送光装置11及び撮像装置14と添具2の平面部2b及び上辺2cとの位置関係に基づいて幾何学的に定められている。
【0032】
断面信号処理装置40のプログラムメモリ42には、予め決められた測定手順に従って送光装置11及び撮像装置14を作動させるとともに以下の各ルーチンを適切なタイミングで起動するために、順序制御ルーチン31がインストールされ、レール画像41aにおける基準の端点および基準の直線を選定するために、基準選定ルーチン42aがインストールされ、レール画像41aからレール断面像41bを得るために、正規化ルーチン42bがインストールされ、レール断面像41bからレール摩耗量Mを算出するために、摩耗量算出ルーチン42cがインストールされている。
【0033】
そのうち、基準選定ルーチン42aは、スリット像13を撮像装置14で撮った画像データがフレームメモリ41に入力されると、そのレール画像41aから、正規化ルーチン42bによる座標変換に必要な基準点データ43aを求めるのであるが(特願平10−312773号等における顎方向抽出処理や,顎陰点抽出処理,顎点算出処理等も参照)、その際、必要な精度を確保するために、レール画像41aには含まれない外側顎1aに代わる基準点として、スリット像13のうち添具2の上辺2cに対応している端点を抽出するとともに、それを補足する基準線として、スリット像13のうち添具2の平面部2bに対応している縦の直線も抽出するようになっている。
【0034】
正規化ルーチン42bは、(特願平10−312773号や特願平10−343222号等のものと同様にして、)レール画像41aに対して、先ず所定の平滑化および二値化さらに細線化の処理を行い、それから座標変換パラメータ44aを用いた座標変換処理も行ってレール断面像41bを生成する。その際、基準点データ43aも併せて参照することにより、レール断面像41bにおけるスリット像13のうち添具2の上辺2c部分に対応する基準点および平面部2b部分に対応する基準縦線を、測定基準データ44bのレール断面像において該当する点および縦線に、一致させる。このルーチン42bはそのような画像処理を行うようになっている。
【0035】
摩耗量算出ルーチン42cは、レール断面像41bを対象にして、測定基準データ44bによって現される各基準線に沿って(図2の該当個所の矢印線を参照)、レール断面像41bと、摩耗の無い状態のレール断面像との差を算出する。そして、レールが摩耗して減る方向が正になるように符号を調整して、その差を摩耗量Mとする。これで得られた摩耗量Mは、格納箱4上面等の図示しない液晶表示部や、格納箱4に格納された又は別体に設けられた記憶装置・記録装置などへ、出力されるようになっている。
【0036】
この第1実施例の携帯式レール断面摩耗測定装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図1は、測定状態を示す斜視図であり、(a)が装置全体の設置状態を示し、(b)が送光および撮像の状態を示す。また、図2は、信号処理手順の概要を示す。さらに、図3(a)は、添具の装着状態を示し、図3(b)は、撮像装置で撮った画像についての一例であり、図3(c)は、それから求めたレール断面像である。
【0037】
先ず(図1(a)参照)、送光装置11及び撮像装置14を格納した格納箱4を摩耗の無いレール1,1zの中間に運び込んで、その支持腕4a,4bをレール1上に乗せるとともに、支持腕4cをレール1z上に乗せ、その状態で格納箱4か支持腕4cを1z側に引いて又は支持腕4a,4b等をレール1zの方へ押して、支持腕4a,4bの曲がった先端をレール1の頭部外側面に接触させておく。それから、レール1に対し軌道の外側から支持腕4a,4bの間のところへ添具2を押し当てる。その際(図3(a)参照)、レール1の外側顎1aの上下のところに曲折部2aおよび平面部2bがピッタリ接するようにする。また、他に人手が無いようなときには、添具2に曲折部2a等の裏から適当な永久磁石20も添えて、レール1に添具2を一時的に固定しておく。
【0038】
そして、その状態でレール1と添具2とを撮像装置14で撮影し、そのモニタ画像等に基づいて座標変換パラメータ44a等の値を確定する。また、それらの値や、レール1の種類に基づき予め判明している測定基準データ44bの値などをROM44に書き込み、そのROM44を信号処理部30に装着する。それから、その信号処理部30も格納箱4に格納するとともに、光学部10等と信号処理部30とを適宜のケーブル等で信号送受可能に接続する。
こうして、一組のレール断面摩耗測定装置について、レール1に関するセットアップも済んで、測定の準備が調う。
【0039】
次に、現場で使用中のレール1や削正後のレール1等を実際に測定するには、組をなす格納箱4と添具2とを現場へ持ち運び、測定対象のレール1に対して、格納箱4及び添具2を上述したのと同様にセットする(図1(a)参照)。そして、図示しないスタートボタン等を操作すると、信号処理部30の順序制御ルーチン31が起動され、その処理によって、自動測定が行われる。すなわち、順序制御ルーチン31の制御の下(図2参照)、送光装置11からレール1に向けてスリット光12が照射されるとともに、それに同期してレール1及び添具2上のスリット像13が撮像装置14によって撮影されて(図1(b)参照)、その画像データがフレームメモリ41に取り込まれる。こうして、1枚のレール画像41aが得られる(図3(b)参照)。その画像には、スリット像13のうちレール1の頭頂面1bにおけるものの他、添具2の平面部2bや上辺2cにおけるものも写っている
【0040】
そして、断面信号処理装置40では、基準選定ルーチン42aと正規化ルーチン42bと摩耗量算出ルーチン42cとがその順に実行される。具体的には、レール画像41aから、基準選定ルーチン42aによって、基準点と基準縦線とが選出され、それに基づいて基準点データ43aが決定される。さらに、正規化ルーチン42bによって、平滑化と二値化と細線化の処理が施され、それから、座標変換パラメータ44aを用いた座標変換処理が行われて、1枚のレール断面像41bが生成される。その際、基準点データ43aに基づいて基準点及び基準縦線すなわち添具2の上辺2c及び平面部2b上のスリット像13に対応する部分が、ROM44の測定基準データ44bのレール断面像の該当部分と一致するように、画像位置の調整も行われる(図3(c)参照)。それから、摩耗量算出ルーチン42cによって、レール断面像41bと測定基準データ44bとからレール摩耗量Mが算出される。
【0041】
こうして、添具2についての既知情報に基づいて撮像装置の画像データからレール断面像が求められるとともにその処理に際しては第1平面部2bにできたスリット光12の像13に関する端点および直線を基準にして座標変換が行われるので、携帯性獲得のため小形軽量化すべく送光装置11および撮像装置14が一対だけになっていても、的確なレール断面像が得られて、摩耗量Mなど所望の測定結果も精度の良いものとなる。
【0042】
【第2実施例】
本発明の携帯式レール断面測定装置の第2実施例としてのレール断面摩耗測定装置について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図4は、光学系等の構造を示す斜視図であり、(a)が全体図、(b)が光学系の部分図である。また、図5は、その信号処理系等のブロック図であり、図6(a)は添具等の側面図である。
【0043】
この携帯式レール断面測定装置が上述した第1実施例のものと相違するのは、添具2に代えて添具3が併用されるようになった点と、支持腕4a,4bが支持腕4aに一体化された点と、永久磁石20に代えて電磁石21が採用された点と、信号処理部30が一部改造されている点である。
【0044】
添具3には(図4,図6(a)参照)、添具2の曲折部2a及び平面部2bと同様の曲折部3a及び第1平面部3bが形成されているのに加えて、平面部3bの上辺から軌道外側へ延びた第2平面部3cも形成されている。また、平面部3bの裏面には、レール1の頭頂面1bより少し高い位置のところに、支持腕4aを架けるための支持腕係止部3dも設けられている。電磁石21も、曲折部3aの裏面形状等に適合するように曲げた芯棒22等を介して、添具3の裏面に取り付けられており、信号処理部30から延びた挿抜自在なケーブル等を介して駆動されたときだけ添具3をレール1に添着させるようになっている。
【0045】
また、格納箱4の支持腕4aはU字状に形成されていて(図4(a)参照)、その中央部分すなわち格納箱4から見て最も遠い部分が添具3の支持腕係止部3dに架けられると(図6(a)参照)、その部分が添具3の裏面にピッタリ添うようになっている。
【0046】
さらに、信号処理部30には、電磁石21の駆動回路も含んだインターフェイス34が追加され、これを介して測定時や手動操作時等に電磁石21への通電を制御するように、断面信号処理装置40の順序制御ルーチン31も改造されている。また、断面信号処理装置40に関しては、基準選定ルーチン42aが、レール画像41aから基準点データ43aを求める際に、スリット像13のうち添具3の平面部3bにおける縦の直線を基準線として抽出するとともに、スリット像13のうち添具3の平面部3cにおける横の直線ももう一つの基準線として抽出するようになっている。それに加えて、正規化ルーチン42bが、それら縦線と横線の双方を基準にして座標変換パラメータ44aを用いた座標変換等を行うようになっている。
【0047】
この第2実施例の携帯式レール断面摩耗測定装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図4は、測定状態を示す斜視図であり、(a)が装置全体の設置状態を示し、(b)が送光および撮像の状態を示す。また、図5は、信号処理手順の概要を示す。さらに、図6(a)は、添具の装着状態を示し、図6(b)は、撮像装置で撮った画像についての一例であり、図6(c)は、それから求めたレール断面像である。
【0048】
この場合、測定の準備や現場での測定に際して格納箱4や添具3をセットするするには(図4(a),図6(a)参照)、第1実施例にて述べたの概ね同様にすれば良いが、支持腕4aの先端はレール1に直接乗せるのでなく添具3の支持腕係止部3dに架けておく。そして、添具3をレール1の外側顎1aのところへ押し当てると、添具3の位置決めと格納箱4の位置決めとが同時になされる。それから、電磁石21を作動させて、その位置決め状態を維持させる。
この状態では、支持腕4aがレール1の頭頂面1bから上へ離れて添具3によって支持されることから、格納箱4とレール1との相対的な位置関係が、頭頂面1bに依存することなく外側顎1aに対して一意に定まるので、摩耗の影響を受けないで済む。
【0049】
そして、測定を開始すると、上述したのとほぼ同様にして光学部10によるスリット光12の照射と撮像装置14によるその撮像が行われ(図4(b)参照)、その画像データが断面信号処理装置40に取り込まれる(図5参照)。そのレール画像41aには、スリット像13のうちレール1の頭頂面1bにおけるものの他、添具3の平面部3b及び平面部3cにおけるものも写っている(図6(c)参照)。それから、断面信号処理装置40では(図5参照)、上述したように基準選定ルーチン42aと正規化ルーチン42bと摩耗量算出ルーチン42cとがその順に実行される。そのとき、基準点データ43aの決定に際してはレール画像41aから基準選定ルーチン42aによって基準横線(3b)および基準縦線(3c)が選出される。また、座標変換に際してもそれらの直線を基準とした処理が行われる(図6(d)参照)。
【0050】
こうして、添具3についての既知情報に基づいて撮像装置の画像データからレール断面像が求められるとともにその処理に際しては第1平面部3b及び第2平面部3cにできたスリット光12の像13に関する直線であって傾きの異なる2本線を基準にして座標変換等が行われる。そして、そのような直線からは、端点よりも安定した情報が得られるので、この例のレール断面摩耗測定装置にあっても、上述した第1実施例のものと比べても更に的確なレール断面像が得られて、摩耗量Mなど所望の測定結果も一層精度の良いものとなる。
【0051】
【その他】
なお、上記の各実施例では、添具2,3をレール1に着脱させるのに永久磁石や電磁石を用いたが、添着手段は、磁石に限られるものでなく、適宜な他の部材たとえばバネやゴム等の弾性体を用いても良い。また、それらは、添具2,3とは分離して別体になっていても良く、添具2,3に組み込まれて一体化されていても良く、例えば添具2の曲折部2a等を磁化させるのも良い。さらに、添着手段は、必須で無い。人手が足りれば、あるいは添具2,3のところで信号処理部30のスタートボタン操作等が可能なように操作部材等の配設がなされていれば、人手で添具2,3をレール1に押し当てながら測定を行うようにしても良い。添具2,3とレール1との接触状態についても、レール1の外側顎1aその点そのものは第2実施例の如く接触していても第1実施例の如くしていなくても良く、外側顎1aを含んだ顎部すなわち外側顎1aを上下から挟むその近傍部分などとの安定した接触状態が得られるようになっていれば良い。
【0052】
また、上記の各実施例では、添具2,3が格納箱4と別体に形成されていたが、軽量化が進めば支持腕4a等を介して一体化するようにしても良い。あるいは、逆に更なる分離を図っても良い。例えば、支持腕4c等が格納箱4に着脱されるようにしても良い。さらに、断面信号処理装置40にノート形パソコン等の携帯容易な汎用コンピュータを採用するとともに、それを格納箱4から分離して両者を活線挿抜可能なケーブル等で必要に応じて通信可能に接続するようにしても良い。
【0053】
さらに、上記実施例では、正規化ルーチン42bにより平滑化・二値化・細線化の処理の後に座標変換処理を行うようにしたが、これに限らず、座標変換の処理を先に済ませた後に平滑化・二値化・細線化の処理を行うようにしても良い。また、上記実施例では、レール断面摩耗を測定する場合を説明したが、測定する物理量は、摩耗量に限らず、レール断面像から得られるものであれば、どのようなものでも良い。
摩耗量の正負も、実施例の場合に限られず、レールが摩耗して減る方向が負になるようにしても良い。
【0054】
また、スリット光源の種類も、レーザに限らず、フラッシュランプや、ランプにシャッターを付加したものでも良く、外乱光の影響を排除するために光度を適宜な周波数で変調するようにしても良い。
また、ROM44に代えて、EEPROMやフラッシュメモリを用いることも可能であり、あるいはバッテリバックアップ付きのRAMを採用しても良い。
【0055】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の第1の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、取扱の楽な添具を併用してレールの外側顎の位置情報がレールより上にも転写されるようにしたことにより、スリット光の照射やその撮像をレールの内外双方から行わなくても所望のレール断面像が求まるので、光学的測定で精度の良い携帯式レール断面測定装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【0056】
また、本発明の第2の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、光学系等の機材を削減したうえで軌道の内側に纏めるようにしたことにより、光学的測定で精度の良い携帯式レール断面測定装置を確実に実現することができたという有利な効果を奏する。
【0057】
さらに、本発明の第3の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、端点と直線とを基準にしたことにより、添具が容易に作れて軽くもなり、その結果、光学的測定で精度が良く而も携帯性にも優れた携帯式レール断面測定装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【0058】
また、本発明の第4の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、座標変換の基準位置が複数の直線から得られるようにしたことにより、光学的測定で一層精度の良い携帯式レール断面測定装置を実現することができたという有利な効果を奏する。
【0059】
また、本発明の第5の解決手段の携帯式レール断面測定装置にあっては、添具の着脱を電磁石で行うようにしたことにより、添具を併用してもその取扱は面倒にならないで済むので、光学的測定で精度が良く而も作業の楽な携帯式レール断面測定装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の携帯式レール断面測定装置の第1実施例としてのレール断面摩耗測定装置について、光学系等の構造および測定状態を示す斜視図であり、(a)が全体図、(b)が光学系の部分図である。
【図2】 その信号処理系等のブロック図である。
【図3】 (a)が添具等の側面図、(b)が撮像装置で撮った画像についての一例、(c)がそれから求めたレール断面像である。
【図4】 本発明の携帯式レール断面測定装置の第1実施例としてのレール断面摩耗測定装置について、光学系等の構造および測定状態を示す斜視図であり、(a)が全体図、(b)が光学系の部分図である。
【図5】 その信号処理系等のブロック図である。
【図6】 (a)が添具等の側面図、(b)が撮像装置で撮った画像についての一例、(c)がそれから求めたレール断面像である。
【符号の説明】
1 レール(走行レール)
1a 外側顎(レールの顎、あご、潜在的な基準点)
1b 頭頂面(レールの踏面)
1c 摩耗角部(レールの内側上隅、最も摩耗の激しい部分)
1z レール(並走レール)
2 添具(着脱自在な添着式の位置合わせ用基準部材)
2a 曲折部(レール顎部対応形状部)
2b 平面部(第1平面部)
2c 上辺
3 添具(着脱自在な添着式の位置合わせ用基準部材)
3a 曲折部(レール顎部対応形状部)
3b 平面部(第1平面部)
3c 平面部(第2平面部)
3d 支持腕係止部
4 格納箱(格納部)
4a,4b,4c 支持腕(並走レール間に亘る支持部材)
10 光学部(レール断面摩耗測定装置、レール断面測定装置の光学系)
11 送光装置(レーザ発光部、スリット光源、光切断線の照射手段)
12 スリット光(光切断線)
13 スリット像(レール表面における光切断線の映像)
14 撮像装置(CCDカメラ、撮像手段)
20 永久磁石(添具を添着させる手段)
21 電磁石(添具を添着させる手段)
22 芯棒(磁路延長部材、磁路形成部材)
30 信号処理部(レール断面摩耗測定装置、レール断面測定装置の処理系)
31 順序制御ルーチン(メインプログラム)
32,33,34 インターフェイス(I/F、駆動回路)
40 断面信号処理装置(データ処理手段)
41 フレームメモリ(画像データ記憶手段)
41a レール画像(座標変換前の画像)
41b レール断面像(座標変換後の画像)
42 プログラムメモリ
42a 基準選定ルーチン(座標変換前処理)
42b 正規化ルーチン(座標変換処理)
42c 摩耗量算出ルーチン(座標変換後処理)
43 RAM(書換データ保持手段)
43a 基準点データ(端点情報、直線情報)
44 ROM(EEPROM、固定的データ保持手段)
44a 座標変換パラメータ(添具についての既知情報)
44b 測定基準データ(基準画像に基づく測定情報)
Claims (5)
- 測定対象のレールの顎部に対応した曲折部とそこから上方に延びた第1平面部とが形成されている添具と、スリット光を照射する送光装置と、その像を撮る撮像装置と、前記添具についての既知情報に基づいて前記撮像装置の画像データからレール断面像を求める断面信号処理装置とを備えている携帯式レール断面測定装置。
- 前記レールとそれに並走するレールとに亘る部材にてそれらの中間に支持される格納部に、前記送光装置と前記撮像装置とが一対だけ組み込まれていることを特徴とする請求項1記載の携帯式レール断面測定装置。
- 前記断面信号処理装置が、前記既知情報に基づく処理に際し、前記第1平面部にできた前記スリット光の像に関する端点および直線を基準にして座標変換を行うものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された携帯式レール断面測定装置。
- 前記添具が、前記第1平面部の上辺から延びた第2平面部も形成されているものであり、前記断面信号処理装置が、前記既知情報に基づく処理に際し、前記第1平面部と前記第2平面部とにできた前記スリット光の像に関する双方の直線を基準にして座標変換を行うものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された携帯式レール断面測定装置。
- 前記添具を前記レールに着脱させる電磁石を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載された携帯式レール断面測定装置。
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