特許 7008001 非接触式パンタグラフ接触力測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-12

(45)【発行日】2022-01-25

(54)【発明の名称】非接触式パンタグラフ接触力測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20220118BHJP

【ＦＩ】

G01L5/00 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018163089

(22)【出願日】2018-08-31

(65)【公開番号】P2020034499

(43)【公開日】2020-03-05

【審査請求日】2020-11-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(73)【特許権者】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】山本 大樹

(72)【発明者】

【氏名】渡部 勇介

(72)【発明者】

【氏名】小山 達弥

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２３５３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２３２２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１０４３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８１７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１２４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－３００１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１８０５１８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ５／００

Ｇ０１Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

架線と接触する舟体、及び、バネにより前記舟体を支持する支持部を備えるパンタグラフと、前記架線との接触力を測定する非接触式パンタグラフ接触力測定装置であって、
前記支持部の側面、及び、前記舟体の側面のうち前記支持部の側面の鉛直方向上方位置に配される、一対の第１マーカーと、
一対の前記第１マーカーを一括して撮影する第１撮影手段と、
前記第１撮影手段によって撮影された映像に基づき、一対の前記第１マーカーの各位置を検出し、検出した一対の前記第１マーカーの各位置、及び、車両の速度に基づき、前記接触力を求める接触力算出部とを備え、
前記接触力算出部は、
検出した一対の前記第１マーカーの各位置に基づき、前記バネの反力、前記バネの減衰力、及び慣性力を求め、
前記速度に基づき揚力を求め、
求めた前記反力、前記減衰力、前記慣性力、及び前記揚力の合力を、前記接触力として求める
ことを特徴とする非接触式パンタグラフ接触力測定装置。

【請求項2】

前記支持部は、前記舟体の枕木方向両端部に配され、
前記第１マーカーは、全ての前記支持部、及び、前記舟体の前記側面のうち全ての前記支持部の側面の鉛直方向上方位置に対して配される
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式パンタグラフ接触力測定装置。

【請求項3】

前記第１マーカーは、白線及び黒線が鉛直方向に交互に並ぶ縞模様であり、
前記接触力算出部は、前記第１マーカーの位置を鉛直方向の１ライン上において検出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の非接触式パンタグラフ接触力測定装置。

【請求項4】

前記接触力算出部は、
鉛直方向の１ライン上における前記第１マーカーに対応するテンプレート画像を用いたテンプレートマッチングを行い、
前記白線の鉛直方向端部を輝度値の微分値を計算することによって求め、
求められた前記白線の鉛直方向端部かつ枕木方向両端部における微分値を用いて、パラボラフィッティングを行い、前記第１マーカーの位置を検出する
ことを特徴とする請求項３に記載の非接触式パンタグラフ接触力測定装置。

【請求項5】

前記白線は、互いに鉛直方向の幅が異なる２本以上の線であり、
前記接触力算出部による前記輝度値の微分値の計算は、複数の前記白線のうち鉛直方向上端に配される白線の鉛直方向上端、または鉛直方向下端に配される白線の鉛直方向下端に対して行う
ことを特徴とする請求項４に記載の非接触式パンタグラフ接触力測定装置。

【請求項6】

前記舟体の前記側面のうち、枕木方向中央位置に配される第２マーカーと、
前記第２マーカーを撮影する第２撮影手段とをさらに備え、
前記接触力算出部は、
前記第２撮影手段によって撮影された映像に基づき、前記第２マーカーの位置を検出し、
検出した一対の前記第１マーカーの各位置に基づき求めた前記慣性力に代えて、検出した前記第２マーカーの位置に基づき、慣性力を求める
ことを特徴とする請求項１または２に記載の非接触式パンタグラフ接触力測定装置。

【請求項7】

前記第１マーカー及び前記第２マーカーは、それぞれ白線及び黒線が鉛直方向に交互に並ぶ縞模様であり、
前記接触力算出部は、前記第１マーカー及び前記第２マーカーの各位置を、鉛直方向の１ライン上において検出する
ことを特徴とする請求項６に記載の非接触式パンタグラフ接触力測定装置。

【請求項8】

前記接触力算出部は、
鉛直方向の１ライン上における前記第１マーカー及び前記第２マーカーにそれぞれ対応するテンプレート画像を用いたテンプレートマッチングを行い、
前記白線の鉛直方向端部を輝度値の微分値を計算することによって求め、
求められた前記白線の鉛直方向端部かつ枕木方向両端部における微分値を用いて、パラボラフィッティングを行い、前記第１マーカー及び前記第２マーカーの各位置を検出する
ことを特徴とする請求項７に記載の非接触式パンタグラフ接触力測定装置。

【請求項9】

前記白線は、互いに鉛直方向の幅が異なる２本以上の線であり、
前記接触力算出部による前記輝度値の微分値の計算は、複数の前記白線のうち鉛直方向上端に配される白線の鉛直方向上端、または鉛直方向下端に配される白線の鉛直方向下端に対して行う
ことを特徴とする請求項８に記載の非接触式パンタグラフ接触力測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像処理を用いてパンタグラフの接触力を測定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

電気鉄道において、架線からパンタグラフを介して車両に電力を供給する方式が一般的である。架線とパンタグラフとの接触力は、架線の高さ変動や、車両及びパンタグラフの振動等によって変化する。この接触力の変動が大きくなると、パンタグラフが架線から離線してしまい、アークが発生してしまう虞がある。また、接触力が大きすぎると架線の摩耗が激しくなってしまう。

【0003】

したがって、架線とパンタグラフとの接触力の測定を行う技術が求められている。下記特許文献１～３は、このような技術を開示するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１‐２３２２７３号公報

【文献】特開２００９‐２４４０２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１，２は、パンタグラフの片側にしかカメラがないため、１列舟体のパンタグラフにしか適用することができない。

【0006】

本発明は、上記技術的課題に鑑み、舟体が２列であっても、さらに集電を行うパンタグラフが対象であっても、架線とパンタグラフとの接触力の測定を可能とする、非接触式パンタグラフ接触力測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための第１の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、
架線と接触する舟体、及び、バネにより前記舟体を支持する支持部を備えるパンタグラフと、前記架線との接触力を測定する非接触式パンタグラフ接触力測定装置であって、
前記支持部の側面、及び、前記舟体の側面のうち前記支持部の側面の鉛直方向上方位置に配される、一対の第１マーカーと、
一対の前記第１マーカーを一括して撮影する第１撮影手段と、
前記第１撮影手段によって撮影された映像に基づき、一対の前記第１マーカーの各位置を検出し、検出した一対の前記第１マーカーの各位置、及び、前記車両の速度に基づき、前記接触力を求める接触力算出部とを備える
ことを特徴とする。

【0008】

上記課題を解決するための第２の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、
上記第１の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置において、
前記支持部は、前記舟体の枕木方向両端部に配され、
前記第１マーカーは、全ての前記支持部、及び、前記舟体の前記側面のうち全ての前記支持部の側面の鉛直方向上方位置に対して配される
ことを特徴とする。

【0009】

上記課題を解決するための第３の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、
上記第１または２の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置において、
前記接触力算出部は、
検出した一対の前記第１マーカーの各位置に基づき、前記バネの反力、前記バネの減衰力、及び慣性力を求め、
前記速度に基づき揚力を求め、
求めた前記反力、前記減衰力、前記慣性力、及び前記揚力の合力を、前記接触力として求める
ことを特徴とする。

【0010】

上記課題を解決するための第４の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、
上記第１から３のいずれか１つの発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置において、
前記第１マーカーは、白線及び黒線が鉛直方向に交互に並ぶ縞模様であり、
前記接触力算出部は、前記第１マーカーの位置を鉛直方向の１ライン上において検出する
ことを特徴とする。

【0011】

上記課題を解決するための第５の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、
上記第４の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置において、
前記接触力算出部は、
鉛直方向の１ライン上における前記第１マーカーに対応するテンプレート画像を用いたテンプレートマッチングを行い、
前記白線の鉛直方向端部を輝度値の微分値を計算することによって求め、
求められた前記白線の鉛直方向端部かつ枕木方向両端部における微分値を用いて、パラボラフィッティングを行い、前記第１マーカーの位置を検出する
ことを特徴とする。

【0012】

上記課題を解決するための第６の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、
上記第５の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置において、
前記白線は、互いに鉛直方向の幅が異なる２本以上の線であり、
前記接触力算出部による前記輝度値の微分値の計算は、複数の前記白線のうち鉛直方向上端に配される白線の鉛直方向上端、または鉛直方向下端に配される白線の鉛直方向下端に対して行う
ことを特徴とする。

【0013】

上記課題を解決するための第７の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、
上記第１または２の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置において、
前記舟体の前記側面のうち、枕木方向中央位置に配される第２マーカーと、
前記第２マーカーを撮影する第２撮影手段とをさらに備え、
前記接触力算出部は、
前記第２撮影手段によって撮影された映像に基づき、前記第２マーカーの位置を検出し、
検出した前記第２マーカーの位置に基づき、慣性力を求め、
検出した一対の前記第１マーカーの各位置に基づき、前記バネの反力、及び前記バネの減衰力を求め、
前記速度に基づき揚力を求め、
求めた前記反力、前記減衰力、前記慣性力、及び前記揚力の合力を、前記接触力として求める
ことを特徴とする。

【0014】

上記課題を解決するための第８の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、
上記第７の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置において、
前記第１マーカー及び前記第２マーカーは、それぞれ白線及び黒線が鉛直方向に交互に並ぶ縞模様であり、
前記接触力算出部は、前記第１マーカー及び前記第２マーカーの各位置を、鉛直方向の１ライン上において検出する
ことを特徴とする。

【0015】

上記課題を解決するための第９の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、
上記第８の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置において、
鉛直方向の１ライン上における前記第１マーカー及び前記第２マーカーにそれぞれ対応するテンプレート画像を用いたテンプレートマッチングを行い、
前記白線の鉛直方向端部を輝度値の微分値を計算することによって求め、
求められた前記白線の鉛直方向端部かつ枕木方向両端部における微分値を用いて、パラボラフィッティングを行い、前記第１マーカー及び前記第２マーカーの各位置を検出する
ことを特徴とする。

【0016】

上記課題を解決するための第１０の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、
上記第９の発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置において、
前記白線は、互いに鉛直方向の幅が異なる２本以上の線であり、
前記接触力算出部による前記輝度値の微分値の計算は、複数の前記白線のうち鉛直方向上端に配される白線の鉛直方向上端、または鉛直方向下端に配される白線の鉛直方向下端に対して行う
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置によれば、舟体が２列であっても、さらに集電を行うパンタグラフが対象であっても、架線とパンタグラフとの接触力の測定を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施例１に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置の構成を説明する概略図である。

【図2】本発明の実施例１における接触力算出部の構成を説明する概略図である。

【図3】本発明の実施例１における接触力算出部の動作を説明するフローチャートである。

【図4】本発明の実施例１におけるラインセンサカメラで撮影されるマーカーの画像例を示す模式図である。

【図5】本発明の実施例１におけるテンプレート画像の一例を示す図である。

【図6】本発明の実施例１におけるエッジ検出を説明するイメージ図である。

【図7】本発明の実施例１におけるパンタグラフに作用する力のモデル図である。

【図8】本発明の実施例２に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置の構成を説明する概略図である。

【図9】本発明の実施例２における接触力算出部の構成を説明する概略図である。

【図10】本発明の実施例３に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置の構成を説明する概略図である。

【図11】本発明の実施例３における接触力算出部の構成を説明する概略図である。

【図12】本発明の実施例３におけるエリアセンサカメラによる撮影の一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置について、実施例にて図面を用いて説明する。

【0020】

［実施例１］
まず、本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置を説明する概略図である。なお、図１中の破線枠Ｐ内は、なびき側から見たパンタグラフ近傍の図である。

【0021】

図１に示すように、架線１に接触するパンタグラフ２は、車両の屋根上３ａに固定された枠組４、及び、枠組４に支持され、枕木方向に延伸し架線１に接触する２本の舟体５，６を備えている。なお、舟体５，６は、互いに車両進行方向に並ぶようにして平行に配されている。

【0022】

枠組４の鉛直方向上端には、各舟体５，６の枕木方向両端部をそれぞれ支持する、計４つの支持部７～１０が形成されている。また、各支持部７～１０の内部には、それぞれ鉛直方向に延伸する内部バネ７ａ～１０ａが設けられている。

【0023】

すなわち、舟体５の枕木方向両端部は、支持部７，８の内部バネ７ａ，８ａによって支持され、船体６の枕木方向両端部は、支持部９，１０の内部バネ９ａ，１０ａによって支持されている。

【0024】

本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、上述の架線１とパンタグラフ２との接触力を求めるものであり、図１に示すように、主たる構成として、マーカー１１Ａ～１４Ａ，１１Ｂ～１４Ｂ（第１マーカー）、ラインセンサカメラ１５～１８、及び接触力算出部２３を備えている。

【0025】

図１の破線円Ｑ内の図は、一例としてマーカー１３Ａの拡大図を表している。マーカー１１Ａ～１４Ａは、この拡大図に示すとおり、黒の背景に白線が２本配されている模様、換言すれば、白線及び黒線が交互に並ぶ縞模様であり、各支持部７～１０の側面Ａに対し、それぞれ、白黒の縞模様が鉛直方向に並ぶようにして設けられている。

【0026】

マーカー１１Ｂ～１４Ｂは、舟体５，６における各側面のうち、各側面Ａの鉛直方向上方位置Ｂに対し、それぞれ、マーカー１１Ａ～１４Ａと同じく白線及び黒線からなる縞模様が鉛直方向に交互に並ぶようにして設けられている。なお、マーカー１１Ａとマーカー１１Ｂ、マーカー１２Ａとマーカー１２Ｂ、マーカー１３Ａとマーカー１３Ｂ、マーカー１４Ａとマーカー１４Ｂが、それぞれ対応した位置に配され、上下一対のマーカーとなっている。

【0027】

なお、２本の上記白線は、鉛直方向の幅が互いに異なり、鉛直下側の直線の方が鉛直方向上側の直線よりも幅広となっている。

【0028】

また、なびき側の舟体５の枕木方向両端部に配された支持部７，８においては、側面Ａは、なびき側の側面とし、位置Ｂは、舟体５のなびき側の側面における側面Ａの鉛直方向上方位置とする。

【0029】

さらに、反なびき側の舟体６の枕木方向両端部に配された支持部９，１０においては、側面Ａは、反なびき側の側面とし、位置Ｂは、舟体６の反なびき側の側面における側面Ａの鉛直方向上方位置とする。

【0030】

これにより、各マーカーの向く角度が、後述するラインセンサカメラ１５～１８による撮影を考慮した際に最適な角度となり、撮影が簡便となる。

【0031】

ラインセンサカメラ１５は、支持部７の側面Ａ及びその鉛直方向上方位置Ｂにそれぞれ設けられたマーカー１１Ａ，１１Ｂを、一括して撮影可能に、車両の屋根上３ａに（上向きに傾けて）固定されている。なお、ここでの撮影とは、鉛直方向の１ラインを撮影することを指す（以降のラインセンサカメラも全て同様）。

【0032】

そして、ラインセンサカメラ１６～１８においても同様に、各支持部８～１０の側面Ａ及びその鉛直方向上方位置Ｂにそれぞれ設けられたマーカー１２Ａ～１４Ａ，１２Ｂ～１４Ｂを、それぞれ一括して撮影可能に、車両の屋根上３ａに固定されている。

【0033】

すなわち、本実施例では、上述のようにして設けられたラインセンサカメラ１５～１８によって、パンタグラフ２の全可動域に配されたマーカー１１Ａ～１４Ａ，１１Ｂ～１４Ｂを撮影する。

【0034】

また、照明１９は、マーカー１１Ａ，１１Ｂを一括して照らし、照明２０～２２においても同様に、それぞれマーカー１２Ａ～１４Ａ，１２Ｂ～１４Ｂを一括して照らすものである。これら照明１９～２２は、後述する輝度値の測定精度を向上させるためのものである。

【0035】

ただし、例えば１つの照明によって舟体５の枕木方向両端部に配されるマーカー１１Ａ，１２Ａ，１１Ｂ，１２Ｂを同時に照らす等の工夫により、照明の個数を変更することが可能である。

【0036】

図２は、接触力算出部２３の構成を説明するブロック図である。接触力算出部２３は、ラインセンサカメラ１５～１８によって撮影された映像に基づき、上下一対のマーカーの各位置を（鉛直方向の１ライン上において）検出し、検出した各マーカーの位置、及び、車両３の速度に基づき、架線１とパンタグラフ２との接触力を求めるものである。図２に示すように、接触力算出部２３は、処理部２４、検出部２５、及び計算部２６を備えている。

【0037】

処理部２４には、ラインセンサカメラ１５～１８によって撮影したマーカー１１Ａ～１４Ａ，１１Ｂ～１４Ｂの映像、車両３の速度信号、及び、後述するマーカー変位が入力される。そして、処理部２４は、上記映像に基づき画像データを作成するとともに、上記速度信号に基づき車両３の速度（車両速度）［ｍ／ｓ］を求める。

【0038】

検出部２５には、処理部２４から上記画像データが入力される。そして検出部２５は、入力された上記画像データに基づき、マーカー変位（マーカー位置）［ｍｍ］を求める。

【0039】

計算部２６には、処理部２４から上記マーカー変位及び上記車両速度が入力される。また、計算部２６は、入力された上記マーカー変位及び上記車両速度に基づき、架線１とパンタグラフ２（すなわち舟体５，６）との接触力［Ｎ］を求める。

【0040】

以上が本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置の構成の説明である。以下では、接触力算出部２３の動作について、図３のフローチャートを用いて詳述する。

【0041】

ステップＳ１では、処理部２４によって、ラインセンサカメラ１５～１８から映像を受け取る。

【0042】

ここで、ラインセンサカメラ１５によって撮影される上下一対のマーカー１１Ａ，１１Ｂの画像例を図４に示す（他のラインセンサカメラ１６～１８によって撮影される上下一対のマーカー１２Ａ～１４Ａ，１２Ｂ～１４Ｂの画像も同じような形状となる）。

【0043】

図４は、ラインセンサカメラによる鉛直方向の１ライン分のスキャン画像を、縦方向に時系列で一定数並べた画像となっている。つまり、図４の横軸は、ラインセンサカメラ１５で撮影したマーカー１１Ａ，１１Ｂの鉛直方向の幅を、横向きにしたものであり、縦軸は時間となっている。

【0044】

ステップＳ２では、検出部２５によって、処理部２４から入力された画像に基づき、各上下一対のマーカー位置の検出を行う。すなわち、ラインセンサカメラ１５で撮影したマーカー１１Ａ，１１Ｂの位置、ラインセンサカメラ１６で撮影したマーカー１２Ａ，１２Ｂの位置、ラインセンサカメラ１７で撮影したマーカー１３Ａ，１３Ｂの位置、ラインセンサカメラ１８で撮影したマーカー１４Ａ，１４Ｂの位置を、それぞれ検出する。

【0045】

また、この検出には、テンプレートマッチングによる大まかな位置の検出、及び、エッジ検出とサブピクセル推定による高精度な位置の検出の２段階で行う。

【0046】

まず、テンプレートマッチングによる大まかな位置の検出は、図５に一例を示すように、予め用意しておいた鉛直方向の１ライン上におけるマーカーに対応するテンプレート画像１１ＡＡとのマッチングを、実際のラインセンサカメラの撮影による各ライン（単位時間当たりの画像）に対して行う。

【0047】

なお、図５に示すテンプレート画像１１ＡＡは、上下一対のマーカー１１Ａ，１１Ｂのうち、一方のマーカー（例えば１１Ａ）に対応するものであって、マーカーごとに対応するテンプレート画像とのマッチングを行う必要がある（勿論、全マーカーを同一の模様とすることで、一つのテンプレート画像のみを用いて各マーカーとのマッチングを行ってもよい）。

【0048】

上記テンプレート画像と実際のラインセンサカメラの撮影による画像との類似度計算には、正規化相互相関の１種であるＺＮＣＣを使用する。

【0049】

上記テンプレートマッチングにより、大まかにマーカーを検出した後、図６にグレースケールで示すように、検出された各マーカーにおける２本の白線のうち、鉛直方向下側の白線の鉛直方向下端をエッジ検出により求める。このエッジ検出は、輝度値の微分値を計算するものである。

【0050】

その後に行われるサブピクセル推定は、このエッジ検出により求められたエッジ（鉛直方向下端）位置の左右２ピクセルの微分値の情報を用いて、パラボラフィッティング(２次曲線の頂点の探索)を行うことで、詳細なマーカー位置を検出する。

【0051】

ステップＳ３では、計算部２６によって、図７に示すパンタグラフに作用する力のモデルに基づき、下記計算式（１）～（５）を用いて、パンタグラフ２と架線１との接触力Ｆ
_cを求める。なお、Ｆ_bは内部バネ（７ａ～１０ａ）のバネ反力、Ｆ_dは内部バネ（７ａ～１０ａ）の減衰力、Ｆ_ineは慣性力、Ｆ_aeroは揚力、Ｎはラインセンサカメラの数（本実施例では１５～１８の計４つ）、Ｋは内部バネ（７ａ～１０ａ）のバネ係数、Ｃ_dは減衰係数、Ｍは等価質量、Ｃ_Lは揚力係数、ｘ_uは上側のマーカー（１１Ｂ～１４Ｂ）位置、ｘ_lは下側のマーカー（１１Ａ～１４Ａ）位置、Ｖは車両３の車両速度を表している。

【0052】

ここで、バネ反力Ｆ_b、バネの減衰力Ｆ_d、及び慣性力Ｆ_ineは、各内部バネ７ａ～１０ａに対応するマーカー１１Ａ～１４Ａ，１１Ｂ～１４Ｂの位置に基づき計算した値の合力になる。揚力Ｆ_aeroは車両速度Ｖにより決定する力である。

【0053】

そして、バネ反力Ｆ_b、バネの減衰力Ｆ_d、慣性力Ｆ_ine、及び揚力Ｆ_aeroの合力を、接触力Ｆ_cとして求める。

【0054】

【数1】

以上が接触力算出部２３の動作説明である。

【0055】

ただし、本実施例では、各マーカーの白線の数を２本とし、上記ステップＳ２のエッジ検出により、各マーカーにおける鉛直方向下側の白線の鉛直方向下端を求めるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各マーカーにおける白線の数は２本以上あればよく、さらに、この複数の白線のうち、鉛直方向上端の白線の鉛直方向上端または下端に配される白線の鉛直方向下端に対して、エッジ検出を行うことで、本実施例での説明と同等の結果となる。

【0056】

本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、カメラを用いて画像解析により、パンタグラフの接触力の測定を行うため、保守車両を用いた夜間等の停電時間帯の運用だけでなく、通常の営業車両にも適用することが可能である。

【0057】

また、パンタグラフのなびき側と反なびき側の両方にカメラを設置することで、新幹線などの高速鉄道で使用されている１列の舟体のパンタグラフだけでなく、一般的な車両で多く採用されている２列舟体のパンタグラフにも適用可能である。

【0058】

さらに、２列舟体のパンタグラフでは内部バネの数が１列舟体に比べて多く測定箇所が多いため、各測定位置における誤差が全体の接触力に大きな影響を与える。そのような場合でも、バネの減衰力を画像処理により求め、接触力の算出式に加えることでより高精度な接触力の測定が可能である。

【0059】

［実施例２］
本実施例は、実施例１に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置の構成に加え、さらにマーカーを増設することで、パンタグラフに１次の振動モードが発生する場合にも対応可能としたものである。以下、実施例１と重複する部分は極力省略し、実施例１との相違点を中心に説明する。

【0060】

本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置の構成について、図８を用いて説明する。図８は、本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置を説明する概略図である（図中の破線枠Ｐ内は、なびき側から見たパンタグラフ近傍の図である）。

【0061】

図８に示すように、本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、実施例１に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置の構成に加え、マーカー３１，３２、ラインセンサカメラ３３，３４、照明３５，３６を備えている。

【0062】

マーカー３１，３２は、実施例１のマーカー１１Ａ～１４Ａ，１１Ｂ～１４Ｂと同様の模様であり、舟体５，６の外側の側面における枕木方向中央位置Ｃ、すなわち、なびき側の舟体５であればなびき側を向く側面における枕木方向中央位置Ｃ、反なびき側の舟体６であれば反なびき側を向く側面における枕木方向中央位置Ｃに、それぞれ設けられている。

【0063】

ラインセンサカメラ３３，３４は、それぞれ、マーカー３１，３２を撮影可能に車両の屋根上３ａに（上向きに傾けて）固定されている。また、照明３５，３６は、それぞれマーカー３１，３２を照らすものである。ただし、実施例１で説明したごとく、マーカー３１，３２（及びその他のマーカー）を照らし、輝度値の測定精度を向上させることができれば、照明の個数はいくつであってもよい。

【0064】

また、図９は接触力算出部３７の構成を説明するブロック図である。接触力算出部３７は、図９に示すように、処理部３８、検出部３９、及び計算部４０を備えている。

【0065】

処理部３８は、実施例１のステップＳ１において、ラインセンサカメラ１５～１８、及びラインセンサカメラ３３，３４から映像を受け取る。

【0066】

検出部３９は、実施例１のステップＳ２において、処理部３８から入力された画像に基づき、（舟体５，６の枕木方向両端部の位置にある）上下一対のマーカー位置の検出を行うとともに、枕木方向中央位置Ｃのマーカー３１，３２の位置の検出も行う。なお、マーカー３１，３２の位置の検出も、実施例１で説明したステップＳ２と同様に行う。

【0067】

計算部４０は、実施例１のステップＳ３において、慣性力Ｆ_ineを、ラインセンサカメラ３３，３４によって撮影した枕木方向中央位置Ｃのマーカー３１，３２の位置に基づき計算した値の合力として求め（計算式（４）のｘ_uがマーカー３１，３２の位置となる）たうえで、計算式（１）～（５）に基づきＦ_cを求める。

【0068】

すなわち、通常は舟体５，６が全体的に（鉛直方向上下に）振動するところ、１次の振動モードが発生すると、主に枕木方向中央部分が（鉛直方向上下に）振動することになる。本実施例の接触力算出部３７によれば、慣性力を枕木方向中央位置のマーカーに基づき求めることで、１次の振動モードが発生した場合でも、接触力の測定を可能とするものである。

【0069】

このようにして、本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、実施例１に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置に加え、さらに、パンタグラフに１次の振動モードが発生する場合にも測定可能となる。

【0070】

［実施例３］
本実施例は、実施例１に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置のうち、ラインセンサカメラをエリアセンサカメラに変更したものである。以下、実施例１と重複する部分は極力省略し、実施例１との相違点を中心に説明する。

【0071】

本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置を説明する概略図である（図中の破線枠Ｐ内は、なびき側から見たパンタグラフ近傍の図である）。

【0072】

図１０に示すように、本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、実施例１に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置の構成のうち、４台のラインセンサカメラ１９～２２に代えて、２台のエリアセンサカメラ４１，４２を設けている。

【0073】

エリアセンサカメラ４１は、マーカー１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂを撮影範囲に収めるように、車両の屋根上３ａの舟体５のなびき側に（上向きに傾けて）固定されている。エリアセンサカメラ４２は、マーカー１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂを撮影範囲に収めるように、車両の屋根上３ａの舟体６の反なびき側に（上向きに傾けて）固定されている。これにより、エリアセンサカメラ４１，４２は、パンタグラフ２の全可動域に配された全マーカーを撮影できるようになる。

【0074】

図１１は、接触力算出部４３の構成を説明するブロック図である。接触力算出部４３は、図１１に示すように、処理部４４、検出部２５、及び計算部２６を備えている。

【0075】

図１２は、エリアセンサカメラによる撮影の一例を示す概略図である。図１２ではエリアセンサカメラ４２のみを示しているが、エリアセンサカメラ４１も舟体５に対して同様である。

【0076】

処理部４４は、エリアセンサカメラ４１，４２で撮影した画像から各マーカーの位置に対応したラインのみを抽出する（すなわち、各マーカーの位置を鉛直方向の１ライン上において検出する）。

【0077】

そして、それを時系列に並べることで、内部バネの位置毎にマーカー画像を作成する。これにより、実施例１におけるラインセンサカメラ１５～１８で撮影した画像（図４参照）と同等の画像を得ることができる。

【0078】

したがって、検出部２５及び計算部２６においては、実施例１と同様の動作を行うことで、架線１とパンタグラフ２との接触力を求めることができる。

【0079】

本実施例に係る非接触式パンタグラフ接触力測定装置は、上述の構成とすることで、エリアセンサカメラを用いた場合であっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。なお、当然のことながら、本実施例は実施例２にも適用可能である。

【産業上の利用可能性】

【0080】

本発明は、画像処理を用いてパンタグラフの接触力を測定する非接触式パンタグラフ接触力測定装置として好適である。

【符号の説明】

【0081】

１ 架線
２ パンタグラフ
３ 車両
３ａ （車両の）屋根上
４ 枠組
５，６ 舟体
７～１０ 支持部
７ａ～１０ａ 内部バネ
１１Ａ～１４Ａ，１１Ｂ～１４Ｂ マーカー（第１マーカー）
１１ＡＡ テンプレート画像
１５～１８，３３，３４ ラインセンサカメラ
１９～２２ 照明
２３，３７，４３ 接触力算出部
２４，３８，４４ 処理部
２５，３９ 検出部
２６，４０ 計算部
３１，３２ マーカー（第２マーカー）
３５，３６ 照明
４１，４２ エリアセンサカメラ
Ａ （支持部における）側面
Ｂ （舟体の側面における）位置
Ｃ （舟体の側面における）枕木方向中央位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】