特開 2023-76304 検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023076304

(43)【公開日】2023-06-01

(54)【発明の名称】検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20230525BHJP

【ＦＩ】

G01N21/88 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021189652

(22)【出願日】2021-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】593206986

【氏名又は名称】株式会社関ヶ原製作所

(71)【出願人】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】吉田 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】北嶋 隆

(72)【発明者】

【氏名】栗原 篤孝

(72)【発明者】

【氏名】坂 直樹

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA90

2G051AB07

2G051BB20

2G051CA03

2G051CA04

2G051EB05

2G051EC05

2G051ED22

(57)【要約】

【課題】検査対象の形状の特徴点に基づいて複数の座標情報を合成し、連続的にレールの摩耗を検査することができる検査装置を提供することである。
【解決手段】検査装置１０は、摩耗の検査対象にパターン画像の画像光を投射する投射部１１と、画像光が投射された検査対象を撮像して第１画像を生成し、パターン画像の画像光が投射されていない検査対象を撮像して第２画像を生成する撮像部１２と、第１画像からノイズを除去する第１ノイズ除去部１１１と、第１画像を位相情報に変換する位相変換部１１２と、パターン画像の位相情報以外の位相情報をノイズとして除去する第２ノイズ除去部１１３と、位相情報に基づいて位相の変化量を取得する変化量取得部１１４と、変化量を座標情報に変換する座標変換部１１５と、座標情報に基づいて検査対象の形状の特徴点を特定する特徴点特定部１１６と、特徴点に基づいて複数の座標情報を合成する合成部１１７と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

摩耗の検査対象にパターン画像の画像光を投射する投射部と、
前記パターン画像の画像光が投射された前記検査対象を撮像して第１画像を生成し、前記パターン画像の画像光が投射されていない前記検査対象を撮像して第２画像を生成する撮像部と、
前記第１画像と、前記第２画像とに基づいて、前記第１画像からノイズを除去する第１ノイズ除去部と、
前記第１ノイズ除去部によりノイズが除去された前記第１画像を位相情報に変換する位相変換部と、
前記位相情報から、前記パターン画像の位相情報以外の位相情報をノイズとして除去する第２ノイズ除去部と、
前記第２ノイズ除去部によりノイズが除去された前記位相情報に基づいて、位相の変化量を取得する変化量取得部と、
前記変化量を、前記撮像部を原点とした座標情報に変換する座標変換部と、
前記座標情報に基づいて、前記検査対象の形状の特徴点を特定する特徴点特定部と、
前記特徴点に基づいて、複数の前記座標情報を合成する合成部と、
を備えることを特徴とする検査装置。

【請求項2】

ユーザの操作を受け付ける受付部と、
前記ユーザの操作により指示された前記検査対象の範囲に存在する前記摩耗の形状を示す形状情報を出力する出力部を更に備える、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項3】

前記形状情報は、前記摩耗の形状を示す統計値である、
請求項２に記載の検査装置。

【請求項4】

前記形状情報は、前記摩耗の形状を示す三次元データである、
請求項２又は３に記載の検査装置。

【請求項5】

前記パターン画像は、前記検査対象の延伸方向と平行な方向の縞模様のパターンを示す第１パターン画像、又は前記延伸方向と直交する方向の縞模様のパターンを示す第２パターン画像である、
請求項１から４のうちいずれか一項に記載の検査装置。

【請求項6】

前記撮像部は、前記縞模様の幅がそれぞれ異なる複数の前記第１パターン画像、又は前記縞模様の幅がそれぞれ異なる複数の前記第２パターン画像を用いて、複数の前記第１画像を生成し、
前記第１ノイズ除去部は、前記第１画像に示される画角と一致、又は略一致する画角の前記第２画像に基づいて、前記第１画像からノイズを除去し、
前記座標変換部は、画角が一致、又は略一致する複数の前記第１画像に基づく複数の前記位相情報毎に、前記座標情報を変換する、
請求項５に記載の検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、鉄道軌道に用いられるレールに生じる波状摩耗等の摩耗を検査する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１５５５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示の波状摩耗検査装置では、敷設されたレールのうち、一部の摩耗を検査することができても、連続的にレールの摩耗を検査することが困難であった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成する検査装置は、摩耗の検査対象にパターン画像の画像光を投射する投射部と、前記パターン画像の画像光が投射された前記検査対象を撮像して第１画像を生成し、前記パターン画像の画像光が投射されていない前記検査対象を撮像して第２画像を生成する撮像部と、前記第１画像と、前記第２画像とに基づいて、前記第１画像からノイズを除去する第１ノイズ除去部と、前記第１ノイズ除去部によりノイズが除去された前記第１画像を位相情報に変換する位相変換部と、前記位相情報から、前記パターン画像の位相情報以外の位相情報をノイズとして除去する第２ノイズ除去部と、前記第２ノイズ除去部によりノイズが除去された前記位相情報に基づいて、位相の変化量を取得する変化量取得部と、前記変化量を、前記撮像部を原点とした座標情報に変換する座標変換部と、前記座標情報に基づいて、前記検査対象の形状の特徴点を特定する特徴点特定部と、前記特徴点に基づいて、複数の前記座標情報を合成する合成部と、を備えることを特徴とする。

【0006】

かかる構成によれば、検査装置は、検査対象の形状の特徴点に基づいて複数の座標情報を合成し、連続的にレールの摩耗を検査することができる。
上記検査装置において、ユーザの操作を受け付ける受付部と、前記ユーザの操作により指示された前記検査対象の範囲に存在する前記摩耗の形状を示す形状情報を出力する出力部を更に備えてもよい。

【0007】

かかる構成によれば、ユーザは、連続的に検査されたレールの摩耗に係る情報のうち、指定した検査範囲の情報を参照することができる。
上記検査装置において、前記形状情報は、前記摩耗の形状を示す統計値であってもよい。

【0008】

かかる構成によれば、ユーザは、指定した検査範囲の摩耗の形状を示す統計値を参照することができる。
上記検査装置において、前記形状情報は、前記摩耗の形状を示す三次元データであってもよい。

【0009】

かかる構成によれば、ユーザは、指定した検査範囲の摩耗の形状を示す三次元データを参照することができる。
上記検査装置において、前記パターン画像は、前記検査対象の延伸方向と平行な方向の縞模様のパターンを示す第１パターン画像、又は前記延伸方向と直交する方向の縞模様のパターンを示す第２パターン画像であってもよい。

【0010】

かかる構成によれば、レールの摩耗をより精度よく検査することができる。
上記検査装置において、前記撮像部は、前記縞模様の幅の一部、又は全部がそれぞれ異なる複数の前記第１パターン画像、又は前記縞模様の幅がそれぞれ異なる複数の前記第２パターン画像を用いて、複数の前記第１画像を生成し、前記第１ノイズ除去部は、前記第１画像に示される画角と一致、又は略一致する画角の前記第２画像に基づいて、前記第１画像からノイズを除去し、前記座標変換部は、画角が一致、又は略一致する複数の前記第１画像に基づく複数の前記位相情報毎に、前記座標情報を変換してもよい。

【0011】

かかる構成によれば、レールの摩耗を効率よく検査することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、検査装置は、検査対象の形状の特徴点に基づいて複数の座標情報を合成し、連続的にレールの摩耗を検査することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】検査システムの構成の一例を示す図である。

【図2】検査装置の構成の一例を示す図である。

【図3】第１パターン画像の一例を示す図である。

【図4】第２パターン画像の一例を示す図である。

【図5】第１画像と、第２画像との撮像タイミングの説明に用いられる図である。

【図6】座標情報の一例を示す図である。

【図7】座標情報の合成処理の説明に用いられる図である。

【図8】結果画像の一例を示す図である。

【図9】検査装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【図10】結果画像の他の例を示す図である。

【図11】結果画像の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜実施形態＞
［全体構成］
以下、図面を参照し、検査装置を具体化した実施形態について説明する。図１に示すように、検査システム１は、レールＬ１に生じる摩耗を検査する検査装置１０と、検査装置１０をレールＬ１上において走行させるための駆動台車２０と、不図示のレール頭部削正装置とを備える。駆動台車２０には、例えば、検査者Ｕ１が乗車する。検査者Ｕ１は、駆動台車２０を操作し、検査システム１にレールＬ１を走行させる。

【0015】

以降の説明において、水平方向のある一方向をＸとし、他方の方向をＹとし、Ｘ－Ｙの水平方向に対して直交する鉛直方向をＺとして説明する。Ｘ軸方向とは、例えば、レールＬ１の延伸方向であって、＋Ｘ軸方向は、検査システム１の前進方向であり、－Ｘ軸方向は、検査システム１の後進方向である。Ｙ軸方向とは、例えば、レールＬ１の幅方向であって、＋Ｙ軸方向は、検査システム１の右方向であり、－Ｙ軸方向は、検査システム１の左方向である。

【0016】

レール頭部削正装置は、レールＬ１の頭部と接する砥石を有する。検査システム１がレールＬ１を走行することにより、砥石がレールＬ１の頭部に生じる摩耗を削正する。なお、レール頭部削正装置は、レールＬ１の頭部に対する砥石の接触角度が一定であってもよく、レールＬ１の頭部に対する砥石の接触角度が変更可能であって、接触角度を変更するための構造（アジャストボルトや送りねじ機構など）を有していてもよい。また、レール頭部削正装置は、砥石が電動モータによって駆動されてもよい。

【0017】

本実施形態において、検査装置１０は、レール頭部削正装置により削正される前のレールＬ１について、レールＬ１に生じる摩耗を検査する。つまり、検査システム１において、検査装置１０は、レール頭部削正装置よりも進行方向前方に設けられる。検査装置１０は、投射部１１と、撮像部１２とを備える。検査装置１０は、投射部１１が画像光を投射した状態、又は画像光を投射していない状態において、撮像部１２がレールＬ１を撮像し、生成した画像に基づいて、レールＬ１の摩耗を検査する。レールＬ１は、「検査対象」の一例である。以下、検査装置１０の詳細について説明する。

【0018】

［検査装置１０の構成］
図２に示すように、検査装置１０は、投射部１１と、撮像部１２と、受付部１３と、表示部１４と、制御部１００と、記憶部２００とを備える。

【0019】

投射部１１は、例えば、画像の投射を行うプロジェクターにより実現される。投射部１１は、後述するパターン画像の画像光をレールＬ１に投射する。
撮像部１２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の固体撮像素子を利用したデジタルカメラにより実現される。

【0020】

受付部１３は、検査装置１０のユーザの操作を受け付ける。受付部１３は、例えば、タッチパネル、キーボード、及びマウス等により実現される。
表示部１４は、例えば、ディスプレイ等により実現され、制御部１００の制御に基づいて各種画像を表示する。なお、受付部１３と、表示部１４とは、一体に構成され、タッチパネルの機能を有したディスプレイ等により実現されてもよい。表示部１４は、「出力部」の一例である。

【0021】

制御部１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予め記憶部２００に記憶されてもよい。

【0022】

記憶部２００は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより実現される。記憶部２００には、例えば、上述したプログラムに加えて、一以上の第１パターン画像ＩＭ１を含む第１パターン画像情報２０１と、一以上の第２パターン画像ＩＭ２を含む第２パターン画像情報２０２とが記憶される。

【0023】

［第１パターン画像ＩＭ１について］
図３には、第１パターン画像ＩＭ１の一例として、第１パターン画像ＩＭ１－１と、第１パターン画像ＩＭ１－２とが示される。第１パターン画像ＩＭ１は、レールＬ１の延伸方向であるＸ軸方向と平行な方向の縞模様のパターンを示す画像である。図３に示すように、第１パターン画像ＩＭ１－１の縞模様の幅は、第１パターン画像ＩＭ１－２の縞模様の幅に比して広い幅である。本実施形態の一例では、第１パターン画像情報２０１は、第１パターン画像ＩＭ１－１と、第１パターン画像ＩＭ１－２との、二つの第１パターン画像ＩＭ１を含む情報である。

【0024】

［第２パターン画像ＩＭ２について］
図４には、第２パターン画像ＩＭ２の一例として、第２パターン画像ＩＭ２－１と、第２パターン画像ＩＭ２－２とが示される。第２パターン画像ＩＭ２は、レールＬ１の延伸方向と直交するＹ軸方向の縞模様のパターンを示す画像である。図４に示すように、第２パターン画像ＩＭ２－１の縞模様の幅は、第２パターン画像ＩＭ２－２の縞模様の幅に比して広い幅である。本実施形態の一例では、第２パターン画像情報２０２は、第２パターン画像ＩＭ２－１と、第２パターン画像ＩＭ２－２との、二つの第２パターン画像ＩＭ２を含む情報である。

【0025】

［第１画像Ｐ１，第２画像Ｐ２について］
投射部１１と、撮像部１２との動作は同期しており、撮像部１２は、投射部１１により第１パターン画像ＩＭ１、又は第２パターン画像ＩＭ２の画像光が投射された状態のレールＬ１を撮像し、第１画像Ｐ１を生成する。また、撮像部１２は、投射部１１によりパターン画像の画像光が投射されていない状態のレールＬ１を撮像し、第２画像Ｐ２を生成する。

【0026】

図５に示す一例では、撮像部１２は、投射部１１により第１パターン画像ＩＭ１－１の画像光が投射されたレールＬ１を撮像し、第１画像Ｐ１－１を生成する。撮像部１２は、投射部１１により第１パターン画像ＩＭ１－２の画像光が投射されたレールＬ１を撮像し、第１画像Ｐ１－２を生成する。撮像部１２は、投射部１１により第２パターン画像ＩＭ２－１の画像光が投射されたレールＬ１を撮像し、第１画像Ｐ１－３を生成する。撮像部１２は、投射部１１により第２パターン画像ＩＭ２－２の画像光が投射されたレールＬ１を撮像し、第１画像Ｐ１－４を生成する。また、撮像部１２は、投射部１１によりパターン画像の画像光が投射されていない状態のレールＬ１を撮像し、第２画像Ｐ２－１，Ｐ２－２を生成する。

【0027】

本実施形態では、投射部１１と、撮像部１２とが動作し、第１画像Ｐ１－１，Ｐ１－２，第２画像Ｐ２－１，第１画像Ｐ１－３，Ｐ１－４，第２画像Ｐ２－２の順に画像が生成されるものとする。図５では、説明の便宜上、第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に示される画角は、Ｙ軸方向にオフセットして表している。ただし、実際には、第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に示される画角は、検査システム１がレールＬ１を走行することに伴い、多少ずれが生じるものの、基本的には、Ｙ軸方向において、一致、又は略一致する。また、投射部１１によるパターン画像の画像光の投射と、撮像部１２によるレールＬ１の撮像、及び第１画像Ｐ１，第２画像Ｐ２の生成は、検査システム１の走行と同時に行われる。このため、第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に示される画角は、Ｘ軸方向にオフセットする。一方で、投射部１１によるパターン画像の画像光の投射と、撮像部１２によるレールＬ１の撮像、及び第１画像Ｐ１，第２画像Ｐ２の生成は、検査システム１の走行速度に比して十分に速い速度で行われる。したがって、本実施形態では、第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に示される画角は、Ｘ軸方向において、一致、又は略一致する。

【0028】

また、投射部１１によるパターン画像の画像光の投射と、撮像部１２によるレールＬ１の撮像、及び第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４，第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２の生成は、連続して、又は所定の時間間隔によって、繰り返し実行される。

【0029】

［制御部１００の構成］
図２に戻り、制御部１００は、例えば、第１ノイズ除去部１１１と、位相変換部１１２と、第２ノイズ除去部１１３と、変化量取得部１１４と、座標変換部１１５と、特徴点特定部１１６と、合成部１１７と、表示制御部１１８とを備える。

【0030】

第１ノイズ除去部１１１は、撮像部１２が生成した第１画像Ｐ１と、第２画像Ｐ２とに基づいて、第１画像Ｐ１からノイズを除去する。第１ノイズ除去部１１１は、例えば、第１画像Ｐ１の情報から第２画像Ｐ２の情報をノイズとして除去する背景ノイズ処理を実行する。詳しくは、第１ノイズ除去部１１１は、第１画像Ｐ１に示される画角と、一致、又は略一致した画角を示す第２画像Ｐ２を用いて背景ノイズ処理を実行する。この一例では、第１ノイズ除去部１１１は、第１画像Ｐ１－１の情報、及び第１画像Ｐ１－２の情報から、それぞれ第２画像Ｐ２－１の情報をノイズとして除去する。また、第１ノイズ除去部１１１は、第１画像Ｐ１－３の情報、及び第１画像Ｐ１－４の情報から、それぞれ第２画像Ｐ２－２の情報をノイズとして除去する。

【0031】

位相変換部１１２は、第１ノイズ除去部１１１によりノイズが除去された第１画像Ｐ１を位相情報に変換する。位相情報は、例えば、背景ノイズ処理が実行された第１画像Ｐ１をフーリエ変換した結果を示す情報である。位相変換部１１２は、第１画像Ｐ１が複数存在する場合、第１画像Ｐ１をそれぞれ位相情報に変換する。この一例では、位相変換部１１２は、変換処理を行い、第１画像Ｐ１－１に係る位相情報ＰＨ１、第１画像Ｐ１－２に係る位相情報ＰＨ２、第１画像Ｐ１－３に係る位相情報ＰＨ３、及び第１画像Ｐ１－４に係る位相情報ＰＨ４を生成する。

【0032】

第２ノイズ除去部１１３は、位相情報ＰＨから、パターン画像の位相情報以外の位相情報をノイズとして除去する。パターン画像の位相情報は、例えば、パターン画像をフーリエ変換した結果を示す情報である。パターン画像の位相情報は、予め記憶部２００に記憶されていてもよく、第２ノイズ除去部１１３が逐次取得してもよい。以下、パターン画像の位相情報が、予め記憶部２００に記憶されているものとする。第２ノイズ除去部１１３は、例えば、位相情報ＰＨに示される各周波数領域の情報のうち、パターン画像の位相情報が示す周波数領域以外の周波数領域の情報を、ノイズとして除去する。

【0033】

第２ノイズ除去部１１３は、各位相情報ＰＨについて対応するパターン画像の位相情報を用いて、位相情報ＰＨからノイズを除去する処理を行う。詳しくは、第２ノイズ除去部１１３は、第１画像Ｐ１－１の位相情報ＰＨ１から第１パターン画像ＩＭ１－１の位相情報以外の位相情報をノイズとして除去する。第２ノイズ除去部１１３は、第１画像Ｐ１－２の位相情報ＰＨ２から第１パターン画像ＩＭ１－２の位相情報以外の位相情報をノイズとして除去する。第２ノイズ除去部１１３は、第１画像Ｐ１－３の位相情報ＰＨ３から第２パターン画像ＩＭ２－１の位相情報以外の位相情報をノイズとして除去する。第２ノイズ除去部１１３は、第１画像Ｐ１－４の位相情報ＰＨ４から第２パターン画像ＩＭ２－２の位相情報以外の位相情報をノイズとして除去する。

【0034】

変化量取得部１１４は、第２ノイズ除去部１１３によりノイズが除去された位相情報ＰＨに基づいて、位相の変化量を取得する。一般に、投射部１１が、パターン画像が持つ位相特性を極端に歪めて画像光を投射しない限り、撮像部１２により生成された第１画像Ｐ１に基づく位相情報ＰＨの位相は、画像上の距離に対して直線的に変換する。したがって、変化量取得部１１４は、位相情報ＰＨが示す位相が直線的に変化していない場合、レールＬ１の摩耗による歪みを表していると言える。変化量取得部１１４は、位相特性の直線的な変化から乖離した値を、位相の変化量として取得する。変化量取得部１１４は、位相情報ＰＨが複数存在する場合、位相情報ＰＨのそれぞれについて、変化量を取得する。この一例では、変化量取得部１１４は、位相情報ＰＨ１～位相情報ＰＨ４のそれぞれについて、位相の変化量を取得する。

【0035】

座標変換部１１５は、変化量取得部１１４により取得された変化量を、撮像部１２を原点とした座標情報に変換する。上述したように、第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に示される画角は、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向において、一致、又は略一致する。したがって、レールＬ１を撮像し、第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２を生成したタイミングにおいて、撮像部１２の位置は、一致、又は略一致する。ここで、第１画像Ｐ１に示される平面の座標は、撮像部１２を原点としたＸ－Ｙ座標系で表すことができる。また、座標変換部１１５は、変化量取得部１１４により取得された変化量を参照することにより、位相の変化量が０である座標を、Ｚ軸の原点と定義することで、第１画像Ｐ１に示されるＸ－Ｙ平面の座標に、Ｚ軸方向の情報を付加することができる。これにより、座標変換部１１５は、変化量取得部１１４が取得した変化量を、座標情報に変換することができる。座標情報は、レールＬ１の表面の各部の座標を示している。このため、レールＬ１の形状は、座標変換部１１５により変換された座標情報により示される。

【0036】

特徴点特定部１１６は、座標情報に基づいて、レールＬ１の形状の特徴点を特定する。特徴点特定部１１６は、例えば、座標情報に示されるＺ軸方向の座標が、プラスの値をとるＸ－Ｙ平面の範囲（つまり、凸部の範囲）を特定する。そして、特徴点特定部１１６は、特定したＸ－Ｙ平面の範囲における凸部の形状を、レールＬ１の形状の特徴点として特定する。また、特徴点特定部１１６は、例えば、座標情報に示されるＺ軸方向の座標が、マイナスの値をとるＸ－Ｙ平面の範囲（つまり、凹部の範囲）を特定する。そして、特徴点特定部１１６は、特定したＸ－Ｙ平面の範囲における凹部の形状を、レールＬ１の形状の特徴点として特定する。

【0037】

図６には、座標情報が示す各座標を三次元点群データとして表した、三次元データが示されている。つまり、この三次元データは、レールの形状を示している。図６に示す三次元データは、座標変換部１１５が、第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に対応する情報に基づいて変換した座標情報ＤＴ１に基づくものである。この一例では、三次元データは、座標情報ＤＴ１に基づくレールＬ１の形状であって、左側から示したレールＬ１の形状を表している。特徴点特定部１１６は、座標情報ＤＴ１に基づいて、座標情報ＤＴ１に示されるレールＬ１の形状のうち、＋Ｘ軸方向の端部に、レールＬ１の形状の特徴点ＰＴ１を特定する。

【0038】

合成部１１７は、特徴点ＰＴに基づいて、複数の座標情報を合成する。詳しくは、合成部１１７は、複数の座標情報に示される特徴点ＰＴのうち、相間が強い特徴点ＰＴを同一の特徴点ＰＴとして、複数の座標情報を合成する。

【0039】

以降の説明において、第１タイミングにおいて生成された第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に基づいて座標変換部１１５が変換した座標情報を、座標情報ＤＴ１とする。また、第２タイミングにおいて生成された第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に基づいて座標変換部１１５が変換した座標情報を、座標情報ＤＴ２とする。また、第３タイミングにおいて生成された第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に基づいて座標変換部１１５が変換した座標情報を、座標情報ＤＴ３とする。合成部１１７は、座標情報ＤＴ１～ＤＴ３の複数の座標情報ＤＴを合成する。

【0040】

第１タイミング、第２タイミング、及び第３タイミングは、記載の順序によって経時的に生じる。また、第１タイミングにおいて生成される第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に画角の一部と、第２タイミングにおいて生成される第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に画角の一部とは、少なくとも一部が重畳する。また、第２タイミングにおいて生成される第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に画角の一部と、第３タイミングにおいて生成される第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２に画角の一部とは、少なくとも一部が重畳する。

【0041】

合成部１１７は、複数の座標情報ＤＴについて、経時的に連続した座標情報ＤＴ同士を合成する。この一例では、合成部１１７は、座標情報ＤＴ１と、座標情報ＤＴ２とを合成し、座標情報ＤＴ１と、座標情報ＤＴ２とを合成した座標情報ＤＴと、座標情報ＤＴ３とを合成する。合成部１１７は、例えば、二つの座標情報ＤＴについて、各座標情報ＤＴに示される凹部や凸部の形状を示す特徴点ＰＴを、ＸＹＺ軸方向に移動させたり、回転させたりすることにより、その形状の相関が一番強くなる位置を特定する。合成部１１７は、特定した位置において、特徴点ＰＴが重なるように、二つの座標情報ＤＴのうち、基準とする座標情報ＤＴの座標に合わせて、他方の座標情報ＤＴの座標を調整し、二つの座標情報ＤＴを合成する。

【0042】

図７には、座標情報ＤＴ１、座標情報ＤＴ２、及び座標情報ＤＴ３に基づく三次元データが示されている。上述したように、特徴点特定部１１６は、座標情報ＤＴ１に基づいて、座標情報ＤＴ１に示されるレールＬ１のうち、＋Ｘ軸方向の端部に、特徴点ＰＴ１を特定する。また、特徴点特定部１１６は、座標情報ＤＴ２に基づいて、座標情報ＤＴ２に示されるレールＬ１の形状のうち、－Ｘ軸方向の端部に、特徴点ＰＴ２を特定し、＋Ｘ軸方向の端部に、特徴点ＰＴ３を特定する。また、特徴点特定部１１６は、座標情報ＤＴ３に基づいて、座標情報ＤＴ３に示されるレールＬ１の形状のうち、－Ｘ方向の端部に特徴点ＰＴ４を特定する。

【0043】

合成部１１７は、座標情報ＤＴ１に示される特徴点ＰＴ１と、座標情報ＤＴ２に示される特徴点ＰＴ２とが、相間が強い特徴点ＰＴであると特定する。そして、合成部１１７は、特徴点ＰＴ１の形状と、特徴点ＰＴ２の形状との相関が一番強くなる位置を特定する。合成部１１７は、特定した位置において、特徴点ＰＴ１，ＰＴ２が重なるように、座標情報ＤＴ１が示す座標に合わせて、座標情報ＤＴ２が示す座標を調整し、座標情報ＤＴ１と、座標情報ＤＴ２とを合成する。また、合成部１１７は、座標情報ＤＴ２に示される特徴点ＰＴ３と、座標情報ＤＴ３に示される特徴点ＰＴ４とが、相間が強い特徴点ＰＴであると特定する。そして、合成部１１７は、特徴点ＰＴ３の形状と、特徴点ＰＴ４の形状との相関が一番強くなる位置を特定する。合成部１１７は、特定した位置において、特徴点ＰＴ３，ＰＴ４が重なるように、調整後の座標情報ＤＴ２が示す座標に合わせて、座標情報ＤＴ３が示す座標を調整し、座標情報ＤＴ２と、座標情報ＤＴ３とを合成する。

【0044】

［検査結果の出力について］
検査システム１のユーザは、検査装置１０によるレールＬ１の摩耗の検査結果を参照するため、受付部１３を操作する。ユーザは、例えば、検査装置１０によってレールＬ１の摩耗の検査が行われた検査対象の範囲のうち、検査結果を参照したい範囲を指定する。範囲の指定は、例えば、検査開始位置を起点とした距離の指定により行われてもよく、起点からの営業キロの指定により行われてもよい。

【0045】

表示制御部１１８は、受付部１３により受け付けたユーザの操作に基づいて、指定された検査対象の範囲に存在する摩耗の形状を示す形状情報を表示部１４に表示させる。形状情報は、例えば、摩耗の形状を示す統計値である。摩耗の形状を示す統計値は、例えば、摩耗によりレールＬ１に生じた凸部、又は凹部のＺ軸方向の最大値、最小値、及び平均値等である。また、摩耗の形状を示す統計値には、繰り返し存在する摩耗（つまり、波状摩耗）の繰り返しの長さが含まれる。

【0046】

表示制御部１１８は、例えば、合成部１１７により合成した複数の座標情報ＤＴと、検査装置１０による検査対象の範囲とを対応付ける。表示制御部１１８は、例えば、合成済みの座標情報ＤＴが示す座標のうち、原点の座標を検査対象範囲の開始位置の座標とし、原点からＸ軸方向に最も遠い座標を検査対象範囲の終了位置の座標としてもよい。表示制御部１１８は、合成済みの座標情報ＤＴと、ユーザにより指定された検査対象の範囲と、特徴点特定部１１６の特定結果とに基づいて、ユーザにより指定された検査対象の範囲に存在する特徴点ＰＴを特定する。表示部１４は、特定した特徴点ＰＴの座標情報ＤＴを参照し、摩耗の形状を示す統計値を抽出する。

【0047】

図８に示すように、表示制御部１１８は、ユーザにより指定された検査対象の範囲に係る摩耗の形状を示す統計値の一覧を示す結果画像ＲＴ１を表示部１４に表示させる。
［動作フロー］
以下、図９を参照し、検査装置１０の動作について説明する。図９に示すフローチャートは、検査装置１０がレールＬ１に生じる摩耗の検査をする際に実行される。

【0048】

まず、投射部１１は、パターン画像の画像光をレールＬ１に投射する（ステップＳ１００）。次に、撮像部１２は、投射部１１によりパターン画像が投射されているレールＬ１を撮像し、第１画像Ｐ１を生成する（ステップＳ１０２）。次に、投射部１１は、パターン画像の画像光のレールＬ１への投射を停止する（ステップＳ１０４）。次に、撮像部１２は、レールＬ１にパターン画像が投射されていないレールＬ１を撮像し、第２画像Ｐ２を生成する（ステップＳ１０６）。

【0049】

次に、第１ノイズ除去部１１１は、撮像部１２が生成した第１画像Ｐ１と、第２画像Ｐ２とに基づいて、第１画像Ｐ１からノイズを除去する（ステップＳ１０８）。詳しくは、第１ノイズ除去部１１１は、第１画像Ｐ１の情報から第２画像Ｐ２の情報をノイズとして除去する背景ノイズ処理を実行する。第１ノイズ除去部１１１は、複数のパターン画像を用いて複数の第１画像Ｐ１が生成された場合、各第１画像Ｐ１について、第１画像Ｐ１に示す画角と一致、又は略一致する画角を示す第２画像Ｐ２を用いて、背景ノイズ処理を実行する。次に、位相変換部１１２は、第１ノイズ除去部１１１によりノイズが除去された第１画像Ｐ１を位相情報ＰＨに変換する（ステップＳ１１０）。位相変換部１１２は、複数のパターン画像を用いて複数の第１画像Ｐ１が生成された場合、複数の第１画像Ｐ１について、それぞれ位相情報ＰＨを生成する。

【0050】

次に、第２ノイズ除去部１１３は、位相情報ＰＨから、パターン画像の位相情報以外の位相情報をノイズとして除去する（ステップＳ１１２）。第２ノイズ除去部１１３は、複数の位相情報ＰＨが生成された場合、複数の位相情報ＰＨのそれぞれについて、対応するパターン画像の位相情報を用いてノイズを除去する。次に、変化量取得部１１４は、第２ノイズ除去部１１３によりノイズが除去された位相情報ＰＨに基づいて、位相の変化量を取得する（ステップＳ１１４）。変化量取得部１１４は、位相情報ＰＨが示す位相が画像上の距離に対して直線的に変化していない場合、レールＬ１の摩耗による歪みを表したものとして、位相特性の直線的な変化から乖離した値を、位相の変化量として取得する。変化量取得部１１４は、複数の位相情報ＰＨが生成された場合、複数の位相情報ＰＨについて、それぞれ変化量を取得する。

【0051】

次に、座標変換部１１５は、変化量取得部１１４により取得された変化量を、撮像部１２を原点とした座標情報に変換する（ステップＳ１１６）。座標変換部１１５は、撮像部１２を原点とした第１画像Ｐ１に示される平面の座標を、Ｘ－Ｙ座標系で表しつつ、位相の変化量が０である座標を、Ｚ軸の原点と定義して、変化量を座標情報に変換する。次に、特徴点特定部１１６は、座標情報に基づいて、レールＬ１の形状の特徴点ＰＴを特定する（ステップＳ１１８）。特徴点特定部１１６は、特定した凸部、又は凹部の形状を、レールＬ１の形状の特徴点ＰＴとして特定する。

【0052】

次に、合成部１１７は、特徴点ＰＴに基づいて、複数の座標情報を合成する（ステップＳ１２０）。合成部１１７は、複数の座標情報ＤＴについて、経時的に連続した座標情報ＤＴ同士を合成する。合成部１１７は、複数の座標情報に示される特徴点ＰＴのうち、相間が強い特徴点ＰＴを同一の特徴点ＰＴとして、複数の座標情報を合成する。次に、表示制御部１１８は、受付部１３により受け付けたユーザの操作に基づいて、指定された検査対象の範囲に存在する摩耗の形状を示す統計値を表示部１４に表示させる（ステップＳ１２２）。表示制御部１１８は、例えば、ユーザにより指定された検査対象の範囲に係る摩耗の形状を示す統計値の一覧を示す結果画像ＲＴ１を表示部１４に表示させる。

【0053】

［実施形態の効果］
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）合成部１１７は、レールＬ１の形状が示された複数の座標情報ＤＴを合成する。これにより、検査装置１０は、レールＬ１の形状の特徴点ＰＴに基づいて複数の座標情報ＤＴを合成し、連続的にレールＬ１の摩耗を検査することができる。

【0054】

（２）表示部１４は、ユーザの操作により指示されたレールＬ１の範囲に存在する摩耗の形状を示す形状情報を示す結果画像ＲＴ１を表示する。形状情報は、例えば、摩耗の形状を示す統計値である。これにより、ユーザは、連続的に検査されたレールＬ１の摩耗に係る情報のうち、指定した検査範囲の統計値を参照することができる。

【0055】

（３）パターン画像は、レールＬ１の延伸方向と平行な方向の縞模様のパターンを示す第１パターン画像ＩＭ１、又は延伸方向と直交する方向の縞模様のパターンを示す第２パターン画像ＩＭ２である。ここで、変化量取得部１１４は、一方向の縞模様のみのパターン画像に基づく位相情報ＰＨに比して、複数の方向の縞模様のパターン画像に基づく位相情報ＰＨを用いたほうが、精度よく変化量を取得できる。変化量取得部１１４は、レールＬ１の延伸方向と平行な方向の縞模様の第１パターン画像ＩＭ１に基づく位相情報ＰＨと、レールＬ１のレールＬ１の延伸方向と平行な方向の縞模様の第２パターン画像ＩＭ２に基づく位相情報ＰＨとを用いて、レールＬ１の摩耗をより精度よく検査することができる。

【0056】

（４）撮像部１２は、縞模様の幅がそれぞれ異なる複数の第１パターン画像ＩＭ１、又は縞模様の幅がそれぞれ異なる複数の第２パターン画像ＩＭ２を用いて、複数の第１画像Ｐ１を生成する。第１ノイズ除去部１１１は、第１画像Ｐ１に示される画角と一致、又は略一致する画角の第１画像Ｐ１に基づいて、第１画像Ｐ１からノイズを除去する。座標変換部１１５は、画角が一致、又は略一致する複数の第１画像Ｐ１に基づく複数の位相情報ＰＨ毎に、座標情報を変換する。

【0057】

ここで、変化量取得部１１４が、縞模様が一様なパターン画像を用いて変位量を取得する場合、複数の第１画像Ｐ１を用いることが求められる。これは、位相変換部１１２が、フーリエ変換により、第１画像Ｐ１に示される検査対象の位相情報ＰＨを網羅的に取得するために、当該パターン画像の投射位置を少しずつ変更しながら撮像し、生成した複数の第１画像Ｐ１を用いることが求められるためである。一方、縞模様の幅の一部、又は全部がそれぞれ異なるパターン画像を用いる場合には、縞模様が一様なパターン画像を用いる場合に比して、少ない数の第１画像Ｐ１によって検査対象の位相情報ＰＨを網羅的に取得することができる。これは、位相変換部１１２が、第１画像Ｐ１に示される検査対象の位相情報ＰＨを網羅的に取得する際、幅の異なるパターン画像を用いることにより、フーリエ変換を効率的に行うことができるためである。少ない数の第１画像Ｐ１を用いる場合、位相変換部１１２による位相情報ＰＨの変換処理、第２ノイズ除去部１１３のノイズ除去処理、及び変化量取得部１１４の変化量取得処理の回数を、少なくすることができる。かかる構成によれば、検査装置１０は、縞模様が一様なパターン画像を用いる場合に比して、レールＬ１の摩耗を効率よく検査することができる。

【0058】

上記各実施形態は以下のように変更してもよい。なお、上記実施形態および以下の各別例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせてもよい。
〇図１０に示すように、表示制御部１１８は、ユーザの操作により指示されたレールＬ１の範囲を示す第２画像Ｐ２と、結果画像ＲＴ１とを併せて示した結果画像ＲＴ２を表示部１４に表示させてもよい。かかる構成によれば、ユーザは、摩耗の形状を示す統計値と、ユーザの操作により指示されたレールＬ１の範囲の第２画像Ｐ２の様子とを併せて確認することができる。

【0059】

〇検査システム１が、一度の走行において、削正と、検査とを同時に行う場合について説明したが、これに限られない。検査システム１は、削正と、検査とを別々に行ってもよい。例えば、検査システム１は、削正に係る走行と、検査に係る走行とを別々に行う。また、検査装置１０は、レール頭部削正装置により削正された後のレールＬ１について、レールＬ１に生じる摩耗を検査してもよい。

【0060】

〇投射部１１がレールＬ１に投射するパターン画像が、それぞれ、第１パターン画像ＩＭ１－１，ＩＭ１－２と、第２パターン画像ＩＭ２－１，ＩＭ２－２との二つずつである場合について説明したが、これに限られない。投射部１１がレールＬ１に投射するパターン画像は、一つであってもよく、二つより多い数であってもよい。また、パターン画像は、レールＬ１の延伸方向であるＸ軸方向と平行な方向の縞模様と、レールＬ１の延伸方向と直交するＹ軸方向の縞模様とに限られず、他の方向の縞模様を示すものであってもよい。また、パターン画像に示される縞模様の幅は、一様であってもよく、一部が異なるものであってもよい。この場合、縞模様の幅は、位相変換部１１２によるフーリエ変換の効率が良いように、一部が好適に変更されてもよい。

【0061】

〇検査システム１の走行の速度によって、第１画像Ｐ１－１～Ｐ１－４、及び第２画像Ｐ２－１～Ｐ２－２の画角が一致しない場合、撮像部１２は、第１画像Ｐ１毎に、第１画像Ｐ１に対応する画角の第２画像Ｐ２を生成してもよい。これにより、第１ノイズ除去部１１１は、適切に第１画像Ｐ１の背景ノイズを除去する処理を行うことができる。

【0062】

〇検査システム１が走行する環境によって、第１画像Ｐ１に背景ノイズが含まれない場合、又は背景ノイズが少ない場合、撮像部１２は、第２画像Ｐ２を撮像、及び生成しなくてもよい。この場合、制御部１００は、第１ノイズ除去部１１１を備えていなくてもよい。

【0063】

〇検査装置１０は、複数の撮像部１２を備え、一方の撮像部１２がレールＬ１を右側面上方から撮像し、他方の撮像部１２がレールＬ１を左側面上方から撮像してもよい。この場合、制御部１００は、右側面上方から撮像し、生成した画像と、左側面上方から撮像し、生成した画像とを合成し、合成した画像を第１画像Ｐ１として以降の処理を実行する。図１１に示すように、検査装置１０は、レールＬ１の表面に生じた摩耗の形状の他、レールＬ１の側面に生じた摩耗の形状についても検査することができる。また、検査システム１は、右側レール検査用の検査装置１０と、左側レール検査用の検査装置１０との、二つの検査装置１０を備えていてもよい。

【0064】

〇表示制御部１１８は、受付部１３により受け付けたユーザの操作に基づいて、指定された検査対象の範囲に存在する摩耗の形状を示す三次元データを形状情報として表示部１４に表示させてもよい。この場合、表示制御部１１８は、座標情報ＤＴに基づいて、ユーザにより指定された検査対象の範囲のレールＬ１の形状を表す三次元データを生成し、表示部１４に表示させる。かかる構成によれば、ユーザは、指定した検査範囲の摩耗の形状を示す三次元データを参照し、簡便に摩耗の形状を把握することができる。

【0065】

〇検査装置１０は、表示部１４に代えて（或いは、加えて）、通信部を出力部として備えてもよい。この場合、通信部は、検査装置１０とネットワークを介して接続される機器と、情報を送受信する。また、検査装置１０が通信部を備える場合、制御部１００は、通信部の通信を制御する通信制御部を備える。通信制御部は、通信部の各種通信を制御する。かかる構成によれば、ユーザは、検査装置１０とネットワークを介して接続される機器を介して、検査装置１０の検査結果を参照することができる。

【符号の説明】

【0066】

１…検査システム、１０…検査装置、１１…投射部、１２…撮像部、１３…受付部、１４…表示部、２０…駆動台車、１００…制御部、１１１…第１ノイズ除去部、１１２…位相変換部、１１３…第２ノイズ除去部、１１４…変化量取得部、１１５…座標変換部、１１６…特徴点特定部、１１７…合成部、１１８…表示制御部、２００…記憶部、２０１…第１パターン画像情報、２０２…第２パターン画像情報、ＤＴ，ＤＴ１，ＤＴ２，ＤＴ３…座標情報、ＩＭ１，ＩＭ１－１，ＩＭ１－２…第１パターン画像、ＩＭ２，ＩＭ２－１，ＩＭ２－２…第２パターン画像、Ｌ１…レール、Ｐ１，Ｐ１－１，Ｐ１－２，Ｐ１－３，Ｐ１－４…第１画像、Ｐ２，Ｐ２－１，Ｐ２－２…第２画像、ＰＨ，ＰＨ１，ＰＨ２，ＰＨ３，ＰＨ４…位相情報、ＰＴ，ＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ３，ＰＴ４…特徴点、ＲＴ１，ＲＴ２…結果画像。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】