レール継目板の締結ボルト脱落検出方法および脱落検出装置
【課題】
軌道検測車がレールのカーブに入ったときでもレール継目板の締結ボルト脱落を走行状態で検出することができるレール継目板の締結ボルト脱落検出方法および装置を提供することにある。
【解決手段】
この発明は、レール継目板の静止画を撮像するカメラの視野を、軌道検測車がレールのカーブを走行するときの軌道検測車の車体の上下変動によるレール継目板の映像の移動範囲をカバーする大きさとして静止画像を得て、軌道検測車の走行方向を検出するあるいは車体の傾きを検出する検出器からの信号、例えば、通り変位器からの信号に応じてレール継目板を含むエリア画像を切出すようにしているので、切出すエリア画像の範囲を制限しても通常の走行状態において軌道検測車がカーブに入ってもレール継目板の画像を得ることができる。
軌道検測車がレールのカーブに入ったときでもレール継目板の締結ボルト脱落を走行状態で検出することができるレール継目板の締結ボルト脱落検出方法および装置を提供することにある。
【解決手段】
この発明は、レール継目板の静止画を撮像するカメラの視野を、軌道検測車がレールのカーブを走行するときの軌道検測車の車体の上下変動によるレール継目板の映像の移動範囲をカバーする大きさとして静止画像を得て、軌道検測車の走行方向を検出するあるいは車体の傾きを検出する検出器からの信号、例えば、通り変位器からの信号に応じてレール継目板を含むエリア画像を切出すようにしているので、切出すエリア画像の範囲を制限しても通常の走行状態において軌道検測車がカーブに入ってもレール継目板の画像を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レール継目板の締結ボルト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、軌道検測車がレールのカーブに入ったときでもレール継目板の締結ボルト脱落を走行状態で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脱落検出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、レール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レール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、レーザ光をレール継目板の位置に照射してレール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）。
【０００３】
遊間があるレール継目部分は、車輌の車輪が落ち込むので、その分、振動が発生し易く、レール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レール継目板を締結し、かつ、レール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。
１本ボルト抜けがレール継目板に発生してもただそれだけで大きな問題には至らないが、レールの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。
そこで、出願人は、検測車の走行状態において画像処理によりレール継目板を撮像して締結ボルトの脱落検出をするレール継目板の締結ボルト脱落検出装置の発明を出願し、それがすでに公開されている（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００１−２８０９１８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７２６０６号公報
【特許文献３】特開２００６−２５０５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献３の技術は、レール継目板の締結ボルト脱落判定処理を行う際に、レール継目板の静止画の撮像範囲が固定されかつその静止画像において画像処理のエリアが固定的である関係で、検測車がレールのカーブを走行するときには、遠心力により車体が振られるとともに内側と外側のレールの高さが異なることで車体が内側に傾き、外側のレールで車体が高くなり、内側にレールで車体が低くなる。
その結果、それにより撮像される静止画像が上下にずれ、レール継目板の締結ボルトの画像の一部が画像処理エリアから外れる問題が生じることが発生している。
この場合には、レール継目板の締結ボルト脱落判定処理のために画像処理範囲を特定することが難しくなり、その画像処理を別途すると走行状態での検出が難しく、それに対処するために検測車上ではなく、別途の作業を余儀なくされている。
一方、撮像するレール継目板の静止画像の範囲を大きくして画像処理範囲を大きく採ると画像処理ロードが大きくなり、それが通常の走行状態におけるレール継目板の締結ボルトの脱落検出を難しくしている。
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、軌道検測車がレールのカーブに入ったときでもレール継目板の締結ボルト脱落を走行状態で検出することができるレール継目板の締結ボルト脱落検出方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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脱落検出装置の特徴は、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軌道検測車側からレール継目板に光を照射し、軌道検測車がレールのカーブを走行するときの軌道検測車の車体の上下変動によるレール継目板の映像の移動範囲をカバーする視野を有するカメラでレール継目板の静止画を軌道検測車から撮像し、軌道検測車の走行方向を検出するあるいは車体の傾きを検出する検出器からの信号に応じて静止画からレール継目板を含むエリア画像を切出し、このエリア画像におけるレール継目板のフランジの影の画像を基準として締結ボルトの差込み穴に相当する画像がエリア画像にあるか否かを検出するものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明にあっては、レール継目板の静止画を撮像するカメラの視野を、軌道検測車がレールのカーブを走行するときの軌道検測車の車体の上下変動によるレール継目板の映像の移動範囲をカバーする大きさとして静止画像を得て、軌道検測車の走行方向を検出するあるいは車体の傾きを検出する検出器からの信号、例えば、通り変位器からの信号に応じてレール継目板を含むエリア画像を切出すようにしているので、画像の範囲を制限して画像を切出しても通常の走行状態において軌道検測車がカーブに入っていてもレール継目板の画像を切出し画像として得ることができる。
その結果、レール継目板の締結ボルトの脱落検出をする画像処理範囲を小さくでき、画像処理ロードを低減でき、かつ、軌道検測車がレールのカーブに入ったときでもレール継目板の締結ボルトの脱落検出をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、この発明のレール継目板の締結ボルト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、通り検出器の説明図、図６（ａ）〜（ｃ）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（ａ）は、エリア切出しされた二値化画像の説明図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のエリア切出しされた二値化画像のＹ座標に対する明るさ特性の説明図、図８は、ボルト抜けを検出する処理画像に検出領域を設定する説明図、そして図９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。
図１（ａ）において、１０は、レール継目板の締結ボルト脱落検出装置５（以下締結ボルト脱落検出装置５）を搭載する検測車であり、１０ａは台車フレーム、１０ｂは車輪である。締結ボルト脱落検出装置５は、レール継目検出器６と、通り検出器２７、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の台車フレーム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。
【０００８】
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３ａ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３ａ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、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。
【０００９】
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、台車フレーム１０ａの下側に設置されてレール継目板１（以下継目板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で斜め上方からレール継目板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の台車フレーム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。
【００１０】
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に重な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、フランジ３ａの影（図６（ａ）の符号１５参照）に連続してボルト差込み穴３ｃがそのまま黒レベルとなって重なった画像部分（図６（ａ）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（ａ）の符号１５参照）と重なって黒の画素の塊（図７（ａ），図８（ａ）の符号１５と１６の画像参照）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にボルト抜け穴３ｃがあるか否かを高い信頼性をもって判定することができる。
【００１１】
図６（ａ）〜（ｃ）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で撮影した静止画を説明の都合上、二値化した１画面分である。図６（ａ）は、検測車１０がレール上を直線的に走行している通常の走行状態の画像の説明図、図６（ｂ），（ｃ）は、検測車１０がカーブしたレール上を走行している画像の説明図である。
カーブでは遠心力により検測車１０の車体が振られるとともに内側と外側のレールの高さが異なることで内側に傾き外側のレールで車体が高くなり、内側にレールで車体が低くなる。そこで、撮影した静止画は、検測車１０がレール上を直線的に走行している通常の走行状態の静止画は、図６（ａ）に示すように継目板１の映像がＹ軸方向において視野のほぼ中央に位置している。Ｘ軸は検測車１０の走行方向である。
一方、検測車１０がカーブしたレール上を走行しているときには、継目板１の映像は、Ｙ軸方向において内側レール側は、車体が低くなるので図６（ｂ）に示すように上にシフトした映像となり、外側レール側は、車体が高くなるので図６（ｃ）に示すように下にシフトした映像となる。
【００１２】
検測車１０がカーブを走行するときにも継目板１の映像を確保できるように、検測車１０がレールのカーブを走行するときの検測車１０の車体の上下変動による継目板１の映像の移動範囲をカバーする視野が図６（ａ）〜（ｃ）に示すように継目板撮像カメラ７１に設定されている。
すなわち、先の特許文献３に対してＸ軸とＹ軸にそれぞれ２倍の距離を採り、全体で４倍の視野を持つようなレンズがカメラに組み込まれている。その結果、図６（ａ）〜（ｃ）の映像を得ることができる。軌道検測車１０がカーブを走行しているときでも継目板１の映像は、特別な例外を除いて通常のカーブ走行ではこの視野の中に継目板１の画像が必ず入る。
図７（ａ）に示す、その二値化画像１４ａ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１４ａとなる。１７ａは、明るい上側背景であり、１７ｂは、暗い下側側背景である。
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１４ａ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。
【００１３】
ところで、静止画の画素数は、６４０×４８０であるが、特許文献１の４倍のエリアの静止画となっているので、その分、各種のノイズが画像に乗ってくる。そのため、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。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、通り検出器２７の信号に応じて図６（ａ）〜（ｃ）における点線枠１９で示すようにＸ軸方向の中央を基準として６４０×２４０画素のエリア画像を切り出す。これにより、Ｙ軸方向の画素数が１／２となり、実質的にＹ軸方向が２倍となった静止画に対して特許文献１のものと同様な画像処理エリアとなる。Ｘ軸方向が特許文献１のものに対して２倍となっていてもボルト差込み穴を検索していく処理となるので処理ロードの増加は少なく、かつ、Ｘ軸方向の長さが２倍に拡大したことでボルト差込み穴の検出精度が大きくなる。
このとき切出される静止画像のエリアを二値化画像として示すのが図７（ａ）である。
なお、後述するが通り検出器２７の信号レベルが“０”のときには、Ｙ軸の中央値としてＹ＝１８０画素の位置を基準として６４０×２４０画素のエリア画像が切出される。これは、基準位置を継目板１の画像の中央より３５画素程度下にシフトした状態である。これにより基準となり切出し画像は、レールの頭部で切り取られた画像を得ることができる。
図７（ａ）は、切出し静止画像を二値化してものであり、この図において、画像処理でフランジ３ａの影の画像部分１５の位置（特にこれの下側の位置）を検出して、さらに６４０×８０画素のエリア（図８の点線枠１９ａ参照）を画像処理の対象と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。これによりボルト抜け穴検出を高速に行うことができる。その処理については後述する。
【００１４】
図３は、レール継目検出器の検出回路と通り検出器、そしてデータ処理装置の説明図であって、図２に示すレール継目検出器の検出回路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。
通り検出器２７は、図５に示すように、検出レバー２７ａの回動量に応じた電圧を発生する角度センサであって、検出レバー２７ａの回動中心がセンサ本体に回動可能に軸支され、台車フレーム１０ａの走行台車１０ｃに検出レバー２７ａの一端が枢支されている。そこで、検測車１０がカーブに入ると走行台車１０ｃに対して検測車１０の車体が外側に振られるので、これらの間にずれを生じる。そのずれに応じた信号が通り検出器２７から得られる。通り検出器２７の検出信号は、Ｄ／Ａ２５ｃを介してデータ処理装置８に入力される。
なお、通り検出器２７は、前後の走行台車１０ｃにそれぞれ２個づつ設けられている。検測車１０の通りの検出は、合計４個の通り検出器２７のうち非対称に配置された３個の通り検出器の信号を得て演算処理により算出される。ここでは、その通り検出器のうちの１個を走行方向の検出器として利用して直進状態か、車体が傾くカーブに入ったかについての信号をそのレベル値で得る。それに応じて検測車１０の車体の傾斜状態を検出できるからである。
【００１５】
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。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の幅をもってＸ方向（幅方向）に重複する形で各１枚の画像が撮像される。
さらに、４台の継目板撮像カメラ７１のシャッタが操作に対応するタイミングで通り検出器２７の信号が取得される。
【００１６】
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［Ｖ］である。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。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(ＢLa−ＢLb)mを採ると、パルス状の検出信号をレール継目位置検出信号として得ることができる。そのために、レール継目検出ための測定データ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がメモリ８２に記憶されている。
実際のレール継目位置検出信号は、このレール継目位置検出信号にスライスレベル（閾値）を設定して得ることになる。
【００１７】
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（ａ）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。同時にこのときの通り検出器２７の信号レベルをメモリに記憶する。
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Ｙ＝１８０画素の位置を基準として通り検出器２７の信号に応じて６４０×２４０画素のエリア画像を切出し、その後に切出したエリア画像を所定の閾値で二値化してメモリ８２の作業領域８２ｈに取り込み、作業領域８２ｈ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７（ａ）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７（ａ）のボルト差込み穴の画像部分１６が存在すべき範囲にそれがあるか否かを判定する。
【００１８】
前記処理を行うために、メモリ８２には、継目板画像採取プログラム８２ａと、エリア切出し・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、継目板ボルト穴画像正規化・エリア切出しプログラム８２ｄ、黒画素カウント処理プログラム８２ｅ、継目板ボルト穴候補検出プログラム８２ｆ、継目板ボルト穴判定プログラム８２ｇ等が格納され、作業領域８２ｈ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。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、このときの通り検出器２７の信号レベルをメモリに記憶し、エリア切出し・二値化処理プログラム８２ｂをコールする。
【００１９】
図５に示すように、通り検出器２７は、検測車１０の車体に対して走行台車１０ｃの左右に移動に応じて、例えば、走行台車１０ｃに対して車体が左外側に移動したときには正の電圧［ｍＶ］の検出信号を移動量に応じて発生し、走行台車１０ｃに対して車体が右外側に移動したときには負の電圧［ｍＶ］の検出信号を移動量に応じて発生し、直進走行のときには実質的に０［ｍＶ］の電圧を発生する。
車体は、左外側に移動したときには左側が高く、右側が低い傾きとなる。逆に右外側に車体が移動したときには右側が高く、左側が低い傾きとなる。
その結果、検測車１０が直進状態かカーブに入ったことにより、継目板１の映像が上下にシフトする図６（ａ）〜（ｃ）のような画像が採取される。
エリア切出し・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、まず通り検出器２７からの前記の信号レベルを取得し、その信号レベルに応じてＹ軸方向の切出し基準画素座標（中心画素座標）Ｙoを算出して６４０×４８０画素（ＶＧＡ）の静止画像から半分の６４０×２４０画素のエリア画像を切出してそれを二値化する。
Ｙo＝Ｋ・Ｖ＋１８０
ただし、Ｖは、通り検出器２７の検出電圧［ｍＶ］であり、係数Ｋは、電圧を数値に変換するデメンションを持ち、通りの左右の変位を上下方向の画素数変位に変換するものであって、例えば、Ｋ＝０．３／ｍＶである。
【００２０】
画像メモリ８４に記憶されたエリア切出しされたそれぞれの６４０×２４０のエリア画像について所定の閾値で二値化して、図７（ａ）に示す上側背景あるいは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８２ｈに記憶する。
この場合の二値化処理の閾値は、レール３，４と垂直方向を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から切出された６４０×２４０画素のエリア画像に対して水平方向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８２ｈ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、６４０×２４０のエリア画像を二値化した図７（ａ）に示すような二値化画像１４ａ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７（ａ）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７（ａ）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７（ａ）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７（ａ）の二値化画像１４ａ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８２の４枚の静止画についてそれぞれ行い、二値化画像１４ａを４枚、作業領域８２ｈ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。
【００２１】
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、図７（ａ）に示すエリア画像についての二値化画像を作業領域８２ｈから読出して、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８２ｈ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（ｂ）である。
すなわち、図７（ｂ）は、図７（ａ）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（ｂ）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７（ａ）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（ｂ）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１４ａ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７（ａ）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、フランジ３ａの影の画像部分１５の画素幅Ｒと画像部分（基準線帯）１５の上側の線を基準線１５ａとしてこの基準線のＹ座標の画素位置Ｓとが決定される。これら画素位置Ｓの座標と画素幅Ｒとを作用領域８２ｈに記憶して継目板ボルト穴画像正規化・エリア切出しプログラム８２ｄをコールする。
【００２２】
継目板ボルト穴画像正規化・エリア切出しプログラム８２ｄは、これがＭＰＵ８１により実行されたときには、基準画素幅Ｇを基準帯幅１５の画素幅Ｒで割って、画像の大きさを正規に戻す倍率ｎを算出して、二値化画像１４ａをｎ倍にして規格化した二値化画像から点線枠１９（図６（ａ）〜（ｃ），図７（ａ）参照）の範囲で、Ｙ座標のＹ＝（Ｓ＋１０）画素からＹ＝（Ｓ＋９０）画素までの６４０×８０画素のエリアを画像処理の対象として切出して二値化画像１４ａの正規化画像を二値化画像１４ｂ（図８（ａ）参照）として作業領域８２ｈに記憶する。そして黒画素カウント処理プログラム８２ｅをコールする。
黒画素カウント処理プログラム８２ｅは、これがＭＰＵ８１により実行されたときには、作業領域８２ｈから正規化された二値化画像１４ｂ（図８（ａ）参照）を読出して、初期値としてｉ＝０，ｊ＝０とし、Ｙ座標の画素位置Ｓを基準として座標（ｉ，Ｓ＋ｊ）において座標（０，Ｓ）からｊを＋１づつ更新してｊ＝Ｍまで、各座標における黒画素の数をカウントしてこのカウント値Ｃiをメモリ８２の作用領域８２ｈに座標（０，Ｓ）とともにこれと対応して記憶する。次にｉを＋１インクリメントして同様に算出したカウント値Ｃiを座標（ｉ，Ｓ）とともに記憶し、ｊ＝Ｎまで黒画素の数のカウントを繰り返す。
これは、図７（ａ）の二値化画像１４ａを規格化した二値化画像１４ｂにおいて下側方向に黒画素の数をＹ座標Ｓの基準線上（上側基準線１５ａ）の各Ｘ座標に対応してカウントすることに当たる。そして、Ｘ座標値ｉがｉ＞Ｎになったときにカウント処理を終了する。
ただし、Ｍは、図８（ａ）の切出枠１９ａのＹ＝（Ｓ＋９０）の画素ラインである。また、Ｎは、差込み穴の検出範囲を超える値あるいはＸ方向の総画素数６４０である。
【００２３】
継目板ボルト穴候補検出プログラム８２ｆは、これがＭＰＵ８１により実行されたときには、作用領域８２ｈから規格化された正規化され切出された点線枠１９のエリア画像を読出して、この切出し画素において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。
６４０×８０画素のエリア（切出枠１９ａ）の二値化画像においてＸ座標の方向において連続して複数個の座標（ｉ，Ｓ＋ｊ）があってかつそれらのカウント値Ｃｉ（黒画素の数）が差込み穴に相当する画素数の範囲にあるか否を判定して穴判定候補か否かを検出する。
すなわち、図８（ａ）に示すように、ｉをＸ方向の＋１づつ更新してカウント値Ｃｉの値Ｐがｎ＜Ｐ＜ｎ＋ｐときでこれが例えば５画素以上Ｘ方向に連続しているときに穴判定候補と判定する。検出された穴候補の座標（ｉ，Ｓ＋ｊ）の座標値は、それぞれ作用領域８２ｈに穴候補座標として記憶されていく。
なお、ｎ，ｐは、それぞれ採取した二値化画像により統計的な処理で決定される。穴候補であるので、これらｎ，ｐは、穴であるらしいという確からしさとして選択される数値であればよい。
【００２４】
継目板ボルト穴判定プログラム８２ｇは、穴候補として記憶されたＸ方向で連続した複数個の座標（ｉ，Ｓ＋ｊ）において、図８（ｂ）に示すように、穴候補として記憶された座標（ｉ，Ｓ＋ｊ）のＸ座標の原点側（図面左側）の境界点からＸ座標において前後に±２０画素（総計４０画素）の座標データ（ｉ，Ｓ＋ｊ）を選択して下側基準線１５を基準として輪郭線１６ａを抽出し、基準線１５ｃから下の画像について画素中心Ｏを算出して、その中心Ｏを通る黒画素の幅Ｗと中心Ｏから外側までの黒画素幅Ｈとを算出して、これが所定の範囲Ｗa＜＝Ｗ＜＝Ｗb，Ｈa＜＝Ｈ＜＝Ｈbに入っているか否かを判定する。
なお、Ｗa，Ｗb，Ｈa，Ｈbは、実際の各測定結果の回帰値として決定された画素数であり、例えば、Ｗa＝１０，Ｗb＝１５，Ｈa＝４，Ｈb＝８である。
【００２５】
図９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１（ｂ）の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）。なお、(ＢLa−ＢLb)mは、移動平均値である。
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。
【００２６】
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）、次に通り検出器２７のレベル値の取得してメモリに記憶する（ステップ２０３ａ）。そして、ＭＰＵ８１がエリア切出し・二値化処理プログラム８２ｂをコールして実行して、通り検出器２７の値に応じた静止画の６４０×２４０画素のエリア切出し処理をする（ステップ２０３ｂ）。
【００２７】
この切出し処理は、通り検出器２７の信号の電圧値が０［ｍＶ］のときには左右の各２枚の静止画については、それぞれに図６（ａ）に示すようにＹo＝１８０画素を基準として６４０×２４０画素分の静止画の切出しを行う。
これに対して通り検出器２７の信号の電圧値が＋側のレベルのときには、そのレベルに応じて左側レールについての各２枚については、図６（ｂ）に示すように静止画のうち上側にシフトしたエリアから６４０×２４０画素の静止画の切出しを行い、右側レールについての各２枚については、図６（ｃ）に示すように静止画のうち下側にシフトしたエリアから６４０×２４０画素の静止画の切出しを行う。
逆に、通り検出器２７の信号の電圧値が−側のレベルのときには、そのレベルに応じて左側レールの各２枚については、図６（ｃ）に示すように静止画のうち下側にシフトしたエリアから６４０×２４０画素の切出しを行い、右側レールの各２枚については、図６（ｂ）に示すように静止画のうち上側にシフトしたエリアから６４０×２４０画素の切出しを行う。
６４０×２４０画素の切出した静止画に対して最小極小値ＬP＋αを閾値に二値化処理をして、図７（ａ）に示す二値化画像１４ａを４枚、作業領域８２ｈ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。
【００２８】
次に、ＭＰＵ８１が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１４ａ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、次にＭＰＵ８１が継目板ボルト穴画像正規化・エリア切出しプログラム８２ｄを実行して画素幅Ｒに従って倍率を算出して二値化画像１４ａを正規化し（ステップ２０７）、次に図８（ａ）の点線枠１９ａの処理エリアを切出して正規化した二値化画像１４ｂを得て（ステップ２０７ａ）、黒画素カウント処理プログラム８２ｅを実行して、切出された二値化画像１４ｂにおいてＸ座標をインクリメントしながら黒画素カウント処理をし、次に継目板ボルト穴候補検出プログラム８２ｆを実行して穴候補の検出をする（ステップ２０８）。
次にＭＰＵ８１が継目ボルト穴判定プログラム８２ｇを実行して穴候補に対してＸ座標の原点側（図面左側）の境界からＸ座標にして４０画素分の映像を選択して輪郭線を抽出する（ステップ２０９）。そして、輪郭線に基づいて穴候補の画素中心Ｏを算出して、その中心Ｏを通る黒画素の幅Ｗとその側までの黒画素幅Ｈとを算出して（ステップ２１０）、これが所定の範囲Ｗa＜＝Ｗ＜＝Ｗb，Ｈa＜＝Ｈ＜＝Ｈbに入っているか否かを判定する（ステップ２１１）。これにより穴候補がボルト差込み穴か否かを判定して所定の範囲のときには穴候補がボルト差込み穴となる。
この判定でＮＯのときには画素位置ＳをＳ＝Ｓ＋ｐにより前記の検出された穴候補の座標ｐ分にＸ座標を更新して（ステップ２１３）、Ｓ＞＝Ｎかを判定して継目板１のＸ座標の検査範囲の最大画素位置ＮあるいはＮ＝６４０を超えたか否かを判定し（ステップ２１５）、ＮＯのときにはステップ２０８に戻る。
【００２９】
ステップ２１１の判定でＹＥＳとなったときには、ボルト差込み穴検出として、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２１２）、次の検索開始の座標位置としてステップ２１３に移り、Ｘ座標の位置を更新して前記ステップ２１４の判定に入る。
ステップ２１４の判定でＹＥＳのときには、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。
ところで、この実施例では、上側の線を基準線としてそのＹ座標の画素位置Ｓとしているが、画素位置Ｓを画像部分（基準線帯）１５の下側としてここを基準線としてもよいことはもちろんである。この場合のステップ２０７ａにおける、規格化した二値化画像から点線枠１９（図８参照）の範囲の切出しは、Ｙ座標のＹ＝Ｓ画素からＹ＝（Ｓ＋８０）画素までの６４０×８０画素のエリアを画像処理の対象として切出すことになる。
【００３０】
ところで、実施例では、図７（ｂ）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（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について、画像メモリ８４の原静止画あるいは作用領域８２ｅに記憶された二値化静止画像から黒レベルの塊領域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。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上説明してきたが、実施例では、車体（検測車両）の走行方向に応じてレール継目の静止画の画像の切出し位置を所定の式に従ってリニアに上下変動しているが、なお、小さいカーブでは、検測車が直進状態の画像（図６（ａ）参照）からエリア切り出ししても継目板の二値化画像が得られボルト抜けは検出できるので、例えば、上側、真中、下側の３段階に切出し位置を選択するようにしてもよい。この場合には、通り検出器の信号を上側、真中、下側のいずれかの切出し範囲にあるか否かの範囲判定をするとよい。
また、実施例では、通り検出器を用いて車体（検測車両）の走行方向を検出するあるいは車体の傾きを検出しているが、例えば、車両の高さの変位を検出する変位検出器等のレールに対して車体の高さの変化を検出する検出器から検出信号を得て、これによりレールに対する車体の高さに応じてエリア画像を切出すようにしてもよい。
さらに、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、１台のカメラの視野が大きいので１台であってもよい。
なお、継目板が長い場合には、３台のカメラを設けてもよい。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。
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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１（ａ）は、この発明のレール継目板の締結ボルト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。
【図２】図２は、レール継目検出器の説明図である。
【図３】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。
【図４】図４は、レール継目検出器の検出波形の説明図である。
【図５】図５は、通り検出器の説明図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）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って、図６（ａ）は、検測車１０が直線的にレール上を走行している通常の走行状態の画像の説明図、図６（ｂ），（ｃ）は、検測車１０がカーブしたレール上を走行している画像の説明図である。
【図７】図７（ａ）は、エリア切出しされた二値化画像の説明図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のエリア切出しされた二値化画像のＹ座標に対する明るさ特性の説明図である。
【図８】図８は、ボルト抜けを検出する処理画像の説明図である。
【図９】図９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。
【符号の説明】
【００３３】
１…レール継目板、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、１０ａ…台車フレーム、
１０ｂ…車輪、１０ｃ…走行台車、
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（Ｄ／Ａ）、
２４…距離パルス発生回路、２７…通り検出器、
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…エリア切出し・二値化処理プログラム、
８２ｃ…影画像上の基準線検出プログラム、
８２ｄ…継目板ボルト穴画像正規化・エリア切出しプログラム、
８２ｅ…黒画素カウント処理プログラム、
８２ｆ…継目板ボルト穴候補検出プログラム、
８２ｇ…継目板ボルト穴判定プログラム、
８２ｈ…作業領域８２、
８３…インタフェース、８４…画像メモリ、８５…バス。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レール継目板の締結ボルト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、軌道検測車がレールのカーブに入ったときでもレール継目板の締結ボルト脱落を走行状態で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脱落検出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、レール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レール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、レーザ光をレール継目板の位置に照射してレール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）。
【０００３】
遊間があるレール継目部分は、車輌の車輪が落ち込むので、その分、振動が発生し易く、レール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レール継目板を締結し、かつ、レール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。
１本ボルト抜けがレール継目板に発生してもただそれだけで大きな問題には至らないが、レールの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。
そこで、出願人は、検測車の走行状態において画像処理によりレール継目板を撮像して締結ボルトの脱落検出をするレール継目板の締結ボルト脱落検出装置の発明を出願し、それがすでに公開されている（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００１−２８０９１８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７２６０６号公報
【特許文献３】特開２００６−２５０５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献３の技術は、レール継目板の締結ボルト脱落判定処理を行う際に、レール継目板の静止画の撮像範囲が固定されかつその静止画像において画像処理のエリアが固定的である関係で、検測車がレールのカーブを走行するときには、遠心力により車体が振られるとともに内側と外側のレールの高さが異なることで車体が内側に傾き、外側のレールで車体が高くなり、内側にレールで車体が低くなる。
その結果、それにより撮像される静止画像が上下にずれ、レール継目板の締結ボルトの画像の一部が画像処理エリアから外れる問題が生じることが発生している。
この場合には、レール継目板の締結ボルト脱落判定処理のために画像処理範囲を特定することが難しくなり、その画像処理を別途すると走行状態での検出が難しく、それに対処するために検測車上ではなく、別途の作業を余儀なくされている。
一方、撮像するレール継目板の静止画像の範囲を大きくして画像処理範囲を大きく採ると画像処理ロードが大きくなり、それが通常の走行状態におけるレール継目板の締結ボルトの脱落検出を難しくしている。
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、軌道検測車がレールのカーブに入ったときでもレール継目板の締結ボルト脱落を走行状態で検出することができるレール継目板の締結ボルト脱落検出方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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脱落検出装置の特徴は、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軌道検測車側からレール継目板に光を照射し、軌道検測車がレールのカーブを走行するときの軌道検測車の車体の上下変動によるレール継目板の映像の移動範囲をカバーする視野を有するカメラでレール継目板の静止画を軌道検測車から撮像し、軌道検測車の走行方向を検出するあるいは車体の傾きを検出する検出器からの信号に応じて静止画からレール継目板を含むエリア画像を切出し、このエリア画像におけるレール継目板のフランジの影の画像を基準として締結ボルトの差込み穴に相当する画像がエリア画像にあるか否かを検出するものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明にあっては、レール継目板の静止画を撮像するカメラの視野を、軌道検測車がレールのカーブを走行するときの軌道検測車の車体の上下変動によるレール継目板の映像の移動範囲をカバーする大きさとして静止画像を得て、軌道検測車の走行方向を検出するあるいは車体の傾きを検出する検出器からの信号、例えば、通り変位器からの信号に応じてレール継目板を含むエリア画像を切出すようにしているので、画像の範囲を制限して画像を切出しても通常の走行状態において軌道検測車がカーブに入っていてもレール継目板の画像を切出し画像として得ることができる。
その結果、レール継目板の締結ボルトの脱落検出をする画像処理範囲を小さくでき、画像処理ロードを低減でき、かつ、軌道検測車がレールのカーブに入ったときでもレール継目板の締結ボルトの脱落検出をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、この発明のレール継目板の締結ボルト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、通り検出器の説明図、図６（ａ）〜（ｃ）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（ａ）は、エリア切出しされた二値化画像の説明図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のエリア切出しされた二値化画像のＹ座標に対する明るさ特性の説明図、図８は、ボルト抜けを検出する処理画像に検出領域を設定する説明図、そして図９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。
図１（ａ）において、１０は、レール継目板の締結ボルト脱落検出装置５（以下締結ボルト脱落検出装置５）を搭載する検測車であり、１０ａは台車フレーム、１０ｂは車輪である。締結ボルト脱落検出装置５は、レール継目検出器６と、通り検出器２７、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の台車フレーム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。
【０００８】
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３ａ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３ａ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、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。
【０００９】
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、台車フレーム１０ａの下側に設置されてレール継目板１（以下継目板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で斜め上方からレール継目板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の台車フレーム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。
【００１０】
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に重な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、フランジ３ａの影（図６（ａ）の符号１５参照）に連続してボルト差込み穴３ｃがそのまま黒レベルとなって重なった画像部分（図６（ａ）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（ａ）の符号１５参照）と重なって黒の画素の塊（図７（ａ），図８（ａ）の符号１５と１６の画像参照）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にボルト抜け穴３ｃがあるか否かを高い信頼性をもって判定することができる。
【００１１】
図６（ａ）〜（ｃ）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で撮影した静止画を説明の都合上、二値化した１画面分である。図６（ａ）は、検測車１０がレール上を直線的に走行している通常の走行状態の画像の説明図、図６（ｂ），（ｃ）は、検測車１０がカーブしたレール上を走行している画像の説明図である。
カーブでは遠心力により検測車１０の車体が振られるとともに内側と外側のレールの高さが異なることで内側に傾き外側のレールで車体が高くなり、内側にレールで車体が低くなる。そこで、撮影した静止画は、検測車１０がレール上を直線的に走行している通常の走行状態の静止画は、図６（ａ）に示すように継目板１の映像がＹ軸方向において視野のほぼ中央に位置している。Ｘ軸は検測車１０の走行方向である。
一方、検測車１０がカーブしたレール上を走行しているときには、継目板１の映像は、Ｙ軸方向において内側レール側は、車体が低くなるので図６（ｂ）に示すように上にシフトした映像となり、外側レール側は、車体が高くなるので図６（ｃ）に示すように下にシフトした映像となる。
【００１２】
検測車１０がカーブを走行するときにも継目板１の映像を確保できるように、検測車１０がレールのカーブを走行するときの検測車１０の車体の上下変動による継目板１の映像の移動範囲をカバーする視野が図６（ａ）〜（ｃ）に示すように継目板撮像カメラ７１に設定されている。
すなわち、先の特許文献３に対してＸ軸とＹ軸にそれぞれ２倍の距離を採り、全体で４倍の視野を持つようなレンズがカメラに組み込まれている。その結果、図６（ａ）〜（ｃ）の映像を得ることができる。軌道検測車１０がカーブを走行しているときでも継目板１の映像は、特別な例外を除いて通常のカーブ走行ではこの視野の中に継目板１の画像が必ず入る。
図７（ａ）に示す、その二値化画像１４ａ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１４ａとなる。１７ａは、明るい上側背景であり、１７ｂは、暗い下側側背景である。
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１４ａ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。
【００１３】
ところで、静止画の画素数は、６４０×４８０であるが、特許文献１の４倍のエリアの静止画となっているので、その分、各種のノイズが画像に乗ってくる。そのため、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。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、通り検出器２７の信号に応じて図６（ａ）〜（ｃ）における点線枠１９で示すようにＸ軸方向の中央を基準として６４０×２４０画素のエリア画像を切り出す。これにより、Ｙ軸方向の画素数が１／２となり、実質的にＹ軸方向が２倍となった静止画に対して特許文献１のものと同様な画像処理エリアとなる。Ｘ軸方向が特許文献１のものに対して２倍となっていてもボルト差込み穴を検索していく処理となるので処理ロードの増加は少なく、かつ、Ｘ軸方向の長さが２倍に拡大したことでボルト差込み穴の検出精度が大きくなる。
このとき切出される静止画像のエリアを二値化画像として示すのが図７（ａ）である。
なお、後述するが通り検出器２７の信号レベルが“０”のときには、Ｙ軸の中央値としてＹ＝１８０画素の位置を基準として６４０×２４０画素のエリア画像が切出される。これは、基準位置を継目板１の画像の中央より３５画素程度下にシフトした状態である。これにより基準となり切出し画像は、レールの頭部で切り取られた画像を得ることができる。
図７（ａ）は、切出し静止画像を二値化してものであり、この図において、画像処理でフランジ３ａの影の画像部分１５の位置（特にこれの下側の位置）を検出して、さらに６４０×８０画素のエリア（図８の点線枠１９ａ参照）を画像処理の対象と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。これによりボルト抜け穴検出を高速に行うことができる。その処理については後述する。
【００１４】
図３は、レール継目検出器の検出回路と通り検出器、そしてデータ処理装置の説明図であって、図２に示すレール継目検出器の検出回路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。
通り検出器２７は、図５に示すように、検出レバー２７ａの回動量に応じた電圧を発生する角度センサであって、検出レバー２７ａの回動中心がセンサ本体に回動可能に軸支され、台車フレーム１０ａの走行台車１０ｃに検出レバー２７ａの一端が枢支されている。そこで、検測車１０がカーブに入ると走行台車１０ｃに対して検測車１０の車体が外側に振られるので、これらの間にずれを生じる。そのずれに応じた信号が通り検出器２７から得られる。通り検出器２７の検出信号は、Ｄ／Ａ２５ｃを介してデータ処理装置８に入力される。
なお、通り検出器２７は、前後の走行台車１０ｃにそれぞれ２個づつ設けられている。検測車１０の通りの検出は、合計４個の通り検出器２７のうち非対称に配置された３個の通り検出器の信号を得て演算処理により算出される。ここでは、その通り検出器のうちの１個を走行方向の検出器として利用して直進状態か、車体が傾くカーブに入ったかについての信号をそのレベル値で得る。それに応じて検測車１０の車体の傾斜状態を検出できるからである。
【００１５】
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。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の幅をもってＸ方向（幅方向）に重複する形で各１枚の画像が撮像される。
さらに、４台の継目板撮像カメラ７１のシャッタが操作に対応するタイミングで通り検出器２７の信号が取得される。
【００１６】
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［Ｖ］である。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。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(ＢLa−ＢLb)mを採ると、パルス状の検出信号をレール継目位置検出信号として得ることができる。そのために、レール継目検出ための測定データ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がメモリ８２に記憶されている。
実際のレール継目位置検出信号は、このレール継目位置検出信号にスライスレベル（閾値）を設定して得ることになる。
【００１７】
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（ａ）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。同時にこのときの通り検出器２７の信号レベルをメモリに記憶する。
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Ｙ＝１８０画素の位置を基準として通り検出器２７の信号に応じて６４０×２４０画素のエリア画像を切出し、その後に切出したエリア画像を所定の閾値で二値化してメモリ８２の作業領域８２ｈに取り込み、作業領域８２ｈ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７（ａ）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７（ａ）のボルト差込み穴の画像部分１６が存在すべき範囲にそれがあるか否かを判定する。
【００１８】
前記処理を行うために、メモリ８２には、継目板画像採取プログラム８２ａと、エリア切出し・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、継目板ボルト穴画像正規化・エリア切出しプログラム８２ｄ、黒画素カウント処理プログラム８２ｅ、継目板ボルト穴候補検出プログラム８２ｆ、継目板ボルト穴判定プログラム８２ｇ等が格納され、作業領域８２ｈ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。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、このときの通り検出器２７の信号レベルをメモリに記憶し、エリア切出し・二値化処理プログラム８２ｂをコールする。
【００１９】
図５に示すように、通り検出器２７は、検測車１０の車体に対して走行台車１０ｃの左右に移動に応じて、例えば、走行台車１０ｃに対して車体が左外側に移動したときには正の電圧［ｍＶ］の検出信号を移動量に応じて発生し、走行台車１０ｃに対して車体が右外側に移動したときには負の電圧［ｍＶ］の検出信号を移動量に応じて発生し、直進走行のときには実質的に０［ｍＶ］の電圧を発生する。
車体は、左外側に移動したときには左側が高く、右側が低い傾きとなる。逆に右外側に車体が移動したときには右側が高く、左側が低い傾きとなる。
その結果、検測車１０が直進状態かカーブに入ったことにより、継目板１の映像が上下にシフトする図６（ａ）〜（ｃ）のような画像が採取される。
エリア切出し・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、まず通り検出器２７からの前記の信号レベルを取得し、その信号レベルに応じてＹ軸方向の切出し基準画素座標（中心画素座標）Ｙoを算出して６４０×４８０画素（ＶＧＡ）の静止画像から半分の６４０×２４０画素のエリア画像を切出してそれを二値化する。
Ｙo＝Ｋ・Ｖ＋１８０
ただし、Ｖは、通り検出器２７の検出電圧［ｍＶ］であり、係数Ｋは、電圧を数値に変換するデメンションを持ち、通りの左右の変位を上下方向の画素数変位に変換するものであって、例えば、Ｋ＝０．３／ｍＶである。
【００２０】
画像メモリ８４に記憶されたエリア切出しされたそれぞれの６４０×２４０のエリア画像について所定の閾値で二値化して、図７（ａ）に示す上側背景あるいは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８２ｈに記憶する。
この場合の二値化処理の閾値は、レール３，４と垂直方向を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から切出された６４０×２４０画素のエリア画像に対して水平方向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８２ｈ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、６４０×２４０のエリア画像を二値化した図７（ａ）に示すような二値化画像１４ａ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７（ａ）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７（ａ）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７（ａ）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７（ａ）の二値化画像１４ａ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８２の４枚の静止画についてそれぞれ行い、二値化画像１４ａを４枚、作業領域８２ｈ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。
【００２１】
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、図７（ａ）に示すエリア画像についての二値化画像を作業領域８２ｈから読出して、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８２ｈ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（ｂ）である。
すなわち、図７（ｂ）は、図７（ａ）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（ｂ）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７（ａ）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（ｂ）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１４ａ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７（ａ）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、フランジ３ａの影の画像部分１５の画素幅Ｒと画像部分（基準線帯）１５の上側の線を基準線１５ａとしてこの基準線のＹ座標の画素位置Ｓとが決定される。これら画素位置Ｓの座標と画素幅Ｒとを作用領域８２ｈに記憶して継目板ボルト穴画像正規化・エリア切出しプログラム８２ｄをコールする。
【００２２】
継目板ボルト穴画像正規化・エリア切出しプログラム８２ｄは、これがＭＰＵ８１により実行されたときには、基準画素幅Ｇを基準帯幅１５の画素幅Ｒで割って、画像の大きさを正規に戻す倍率ｎを算出して、二値化画像１４ａをｎ倍にして規格化した二値化画像から点線枠１９（図６（ａ）〜（ｃ），図７（ａ）参照）の範囲で、Ｙ座標のＹ＝（Ｓ＋１０）画素からＹ＝（Ｓ＋９０）画素までの６４０×８０画素のエリアを画像処理の対象として切出して二値化画像１４ａの正規化画像を二値化画像１４ｂ（図８（ａ）参照）として作業領域８２ｈに記憶する。そして黒画素カウント処理プログラム８２ｅをコールする。
黒画素カウント処理プログラム８２ｅは、これがＭＰＵ８１により実行されたときには、作業領域８２ｈから正規化された二値化画像１４ｂ（図８（ａ）参照）を読出して、初期値としてｉ＝０，ｊ＝０とし、Ｙ座標の画素位置Ｓを基準として座標（ｉ，Ｓ＋ｊ）において座標（０，Ｓ）からｊを＋１づつ更新してｊ＝Ｍまで、各座標における黒画素の数をカウントしてこのカウント値Ｃiをメモリ８２の作用領域８２ｈに座標（０，Ｓ）とともにこれと対応して記憶する。次にｉを＋１インクリメントして同様に算出したカウント値Ｃiを座標（ｉ，Ｓ）とともに記憶し、ｊ＝Ｎまで黒画素の数のカウントを繰り返す。
これは、図７（ａ）の二値化画像１４ａを規格化した二値化画像１４ｂにおいて下側方向に黒画素の数をＹ座標Ｓの基準線上（上側基準線１５ａ）の各Ｘ座標に対応してカウントすることに当たる。そして、Ｘ座標値ｉがｉ＞Ｎになったときにカウント処理を終了する。
ただし、Ｍは、図８（ａ）の切出枠１９ａのＹ＝（Ｓ＋９０）の画素ラインである。また、Ｎは、差込み穴の検出範囲を超える値あるいはＸ方向の総画素数６４０である。
【００２３】
継目板ボルト穴候補検出プログラム８２ｆは、これがＭＰＵ８１により実行されたときには、作用領域８２ｈから規格化された正規化され切出された点線枠１９のエリア画像を読出して、この切出し画素において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。
６４０×８０画素のエリア（切出枠１９ａ）の二値化画像においてＸ座標の方向において連続して複数個の座標（ｉ，Ｓ＋ｊ）があってかつそれらのカウント値Ｃｉ（黒画素の数）が差込み穴に相当する画素数の範囲にあるか否を判定して穴判定候補か否かを検出する。
すなわち、図８（ａ）に示すように、ｉをＸ方向の＋１づつ更新してカウント値Ｃｉの値Ｐがｎ＜Ｐ＜ｎ＋ｐときでこれが例えば５画素以上Ｘ方向に連続しているときに穴判定候補と判定する。検出された穴候補の座標（ｉ，Ｓ＋ｊ）の座標値は、それぞれ作用領域８２ｈに穴候補座標として記憶されていく。
なお、ｎ，ｐは、それぞれ採取した二値化画像により統計的な処理で決定される。穴候補であるので、これらｎ，ｐは、穴であるらしいという確からしさとして選択される数値であればよい。
【００２４】
継目板ボルト穴判定プログラム８２ｇは、穴候補として記憶されたＸ方向で連続した複数個の座標（ｉ，Ｓ＋ｊ）において、図８（ｂ）に示すように、穴候補として記憶された座標（ｉ，Ｓ＋ｊ）のＸ座標の原点側（図面左側）の境界点からＸ座標において前後に±２０画素（総計４０画素）の座標データ（ｉ，Ｓ＋ｊ）を選択して下側基準線１５を基準として輪郭線１６ａを抽出し、基準線１５ｃから下の画像について画素中心Ｏを算出して、その中心Ｏを通る黒画素の幅Ｗと中心Ｏから外側までの黒画素幅Ｈとを算出して、これが所定の範囲Ｗa＜＝Ｗ＜＝Ｗb，Ｈa＜＝Ｈ＜＝Ｈbに入っているか否かを判定する。
なお、Ｗa，Ｗb，Ｈa，Ｈbは、実際の各測定結果の回帰値として決定された画素数であり、例えば、Ｗa＝１０，Ｗb＝１５，Ｈa＝４，Ｈb＝８である。
【００２５】
図９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１（ｂ）の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）。なお、(ＢLa−ＢLb)mは、移動平均値である。
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。
【００２６】
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）、次に通り検出器２７のレベル値の取得してメモリに記憶する（ステップ２０３ａ）。そして、ＭＰＵ８１がエリア切出し・二値化処理プログラム８２ｂをコールして実行して、通り検出器２７の値に応じた静止画の６４０×２４０画素のエリア切出し処理をする（ステップ２０３ｂ）。
【００２７】
この切出し処理は、通り検出器２７の信号の電圧値が０［ｍＶ］のときには左右の各２枚の静止画については、それぞれに図６（ａ）に示すようにＹo＝１８０画素を基準として６４０×２４０画素分の静止画の切出しを行う。
これに対して通り検出器２７の信号の電圧値が＋側のレベルのときには、そのレベルに応じて左側レールについての各２枚については、図６（ｂ）に示すように静止画のうち上側にシフトしたエリアから６４０×２４０画素の静止画の切出しを行い、右側レールについての各２枚については、図６（ｃ）に示すように静止画のうち下側にシフトしたエリアから６４０×２４０画素の静止画の切出しを行う。
逆に、通り検出器２７の信号の電圧値が−側のレベルのときには、そのレベルに応じて左側レールの各２枚については、図６（ｃ）に示すように静止画のうち下側にシフトしたエリアから６４０×２４０画素の切出しを行い、右側レールの各２枚については、図６（ｂ）に示すように静止画のうち上側にシフトしたエリアから６４０×２４０画素の切出しを行う。
６４０×２４０画素の切出した静止画に対して最小極小値ＬP＋αを閾値に二値化処理をして、図７（ａ）に示す二値化画像１４ａを４枚、作業領域８２ｈ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。
【００２８】
次に、ＭＰＵ８１が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１４ａ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、次にＭＰＵ８１が継目板ボルト穴画像正規化・エリア切出しプログラム８２ｄを実行して画素幅Ｒに従って倍率を算出して二値化画像１４ａを正規化し（ステップ２０７）、次に図８（ａ）の点線枠１９ａの処理エリアを切出して正規化した二値化画像１４ｂを得て（ステップ２０７ａ）、黒画素カウント処理プログラム８２ｅを実行して、切出された二値化画像１４ｂにおいてＸ座標をインクリメントしながら黒画素カウント処理をし、次に継目板ボルト穴候補検出プログラム８２ｆを実行して穴候補の検出をする（ステップ２０８）。
次にＭＰＵ８１が継目ボルト穴判定プログラム８２ｇを実行して穴候補に対してＸ座標の原点側（図面左側）の境界からＸ座標にして４０画素分の映像を選択して輪郭線を抽出する（ステップ２０９）。そして、輪郭線に基づいて穴候補の画素中心Ｏを算出して、その中心Ｏを通る黒画素の幅Ｗとその側までの黒画素幅Ｈとを算出して（ステップ２１０）、これが所定の範囲Ｗa＜＝Ｗ＜＝Ｗb，Ｈa＜＝Ｈ＜＝Ｈbに入っているか否かを判定する（ステップ２１１）。これにより穴候補がボルト差込み穴か否かを判定して所定の範囲のときには穴候補がボルト差込み穴となる。
この判定でＮＯのときには画素位置ＳをＳ＝Ｓ＋ｐにより前記の検出された穴候補の座標ｐ分にＸ座標を更新して（ステップ２１３）、Ｓ＞＝Ｎかを判定して継目板１のＸ座標の検査範囲の最大画素位置ＮあるいはＮ＝６４０を超えたか否かを判定し（ステップ２１５）、ＮＯのときにはステップ２０８に戻る。
【００２９】
ステップ２１１の判定でＹＥＳとなったときには、ボルト差込み穴検出として、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２１２）、次の検索開始の座標位置としてステップ２１３に移り、Ｘ座標の位置を更新して前記ステップ２１４の判定に入る。
ステップ２１４の判定でＹＥＳのときには、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。
ところで、この実施例では、上側の線を基準線としてそのＹ座標の画素位置Ｓとしているが、画素位置Ｓを画像部分（基準線帯）１５の下側としてここを基準線としてもよいことはもちろんである。この場合のステップ２０７ａにおける、規格化した二値化画像から点線枠１９（図８参照）の範囲の切出しは、Ｙ座標のＹ＝Ｓ画素からＹ＝（Ｓ＋８０）画素までの６４０×８０画素のエリアを画像処理の対象として切出すことになる。
【００３０】
ところで、実施例では、図７（ｂ）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（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について、画像メモリ８４の原静止画あるいは作用領域８２ｅに記憶された二値化静止画像から黒レベルの塊領域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。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上説明してきたが、実施例では、車体（検測車両）の走行方向に応じてレール継目の静止画の画像の切出し位置を所定の式に従ってリニアに上下変動しているが、なお、小さいカーブでは、検測車が直進状態の画像（図６（ａ）参照）からエリア切り出ししても継目板の二値化画像が得られボルト抜けは検出できるので、例えば、上側、真中、下側の３段階に切出し位置を選択するようにしてもよい。この場合には、通り検出器の信号を上側、真中、下側のいずれかの切出し範囲にあるか否かの範囲判定をするとよい。
また、実施例では、通り検出器を用いて車体（検測車両）の走行方向を検出するあるいは車体の傾きを検出しているが、例えば、車両の高さの変位を検出する変位検出器等のレールに対して車体の高さの変化を検出する検出器から検出信号を得て、これによりレールに対する車体の高さに応じてエリア画像を切出すようにしてもよい。
さらに、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、１台のカメラの視野が大きいので１台であってもよい。
なお、継目板が長い場合には、３台のカメラを設けてもよい。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。
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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１（ａ）は、この発明のレール継目板の締結ボルト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。
【図２】図２は、レール継目検出器の説明図である。
【図３】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。
【図４】図４は、レール継目検出器の検出波形の説明図である。
【図５】図５は、通り検出器の説明図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）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って、図６（ａ）は、検測車１０が直線的にレール上を走行している通常の走行状態の画像の説明図、図６（ｂ），（ｃ）は、検測車１０がカーブしたレール上を走行している画像の説明図である。
【図７】図７（ａ）は、エリア切出しされた二値化画像の説明図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のエリア切出しされた二値化画像のＹ座標に対する明るさ特性の説明図である。
【図８】図８は、ボルト抜けを検出する処理画像の説明図である。
【図９】図９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。
【符号の説明】
【００３３】
１…レール継目板、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、１０ａ…台車フレーム、
１０ｂ…車輪、１０ｃ…走行台車、
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（Ｄ／Ａ）、
２４…距離パルス発生回路、２７…通り検出器、
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…エリア切出し・二値化処理プログラム、
８２ｃ…影画像上の基準線検出プログラム、
８２ｄ…継目板ボルト穴画像正規化・エリア切出しプログラム、
８２ｅ…黒画素カウント処理プログラム、
８２ｆ…継目板ボルト穴候補検出プログラム、
８２ｇ…継目板ボルト穴判定プログラム、
８２ｈ…作業領域８２、
８３…インタフェース、８４…画像メモリ、８５…バス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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軌道検測車において検出するレール継目板の締結ボルト脱落検出方法において、
前記レール継目板のフランジの影が前記レール継目板に落ちる角度で前記軌道検測車側から前記レール継目板に光を照射し、前記軌道検測車がレールのカーブを走行するときの前記軌道検測車の車体の上下変動による前記レール継目板の映像の移動範囲をカバーする視野を有するカメラで前記レール継目板の静止画を前記軌道検測車から撮像し、前記軌道検測車の走行方向を検出するあるいは前記車体の傾きを検出する検出器からの信号に応じて前記静止画から前記レール継目板を含むエリア画像を切出し、このエリア画像における前記レール継目板のフランジの影の画像を基準として前記締結ボルトの差込み穴に相当する画像が前記エリア画像にあるか否かを検出するレール継目板の締結ボルト脱落検出方法。
【請求項２】
前記カメラによるレール継目板の静止画の撮像は、前記レールに対応して前記軌道検測車に設けられた非接触型の継目検出器により前記レール継目の検出に応じて行われ、前記締結ボルトの差込み穴に相当する画像が前記エリア画像にあるか否かの検出は、前記エリア画像を二値化した画像において前記フランジの影の画像を基準とした所定の範囲で行われる請求項１記載のレール継目板の締結ボルト脱落検出方法。
【請求項３】
前記照明光学系は、前記軌道検測車に搭載され、前記レールに対して５０°〜７０°のうちの選択された角度で前記レールの内側から前記フランジの影を作る光りを前記継目板に照射するものであり、前記所定の範囲は、前記フランジの影の画像の上側あるいは下側の画像ラインを基準とした範囲である請求項２記載のレール継目板の締結ボルト脱落検出方法。
【請求項４】
前記車体の傾きを検出する検出器は、前記レールに対して車体の高さの変化に応じた検出信号を発生する検出器である請求項１記載のレール継目板の締結ボルト脱落検出方法。
【請求項５】
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軌道検測車におけるレール継目板の締結ボルト脱落検出装置において、
前記軌道検測車の走行方向を検出するあるいは車体の傾きを検出する第１の検出器と、
前記軌道検測車に設けられ前記レール継目板のフランジの影が前記レール継目板に落ちる角度で前記レール継目板を照射する照射光学系と、
前記軌道検測車において前記継目検出器に対して前記軌道検測車の走行方向に対して後方に設けられ前記レール継目板の静止画を撮像しかつ前記軌道検測車がレールのカーブを走行するときの前記軌道検測車の車体の上下変動による前記レール継目板の映像の移動範囲をカバーする視野を有するカメラと、
前記第１の検出器からの信号に応じて前記静止画から前記レール継目板を含むエリア画像を切出し、このエリア画像における前記レール継目板のフランジの影の画像を基準として前記締結ボルトの差込み穴に相当する画像が前記エリア画像にあるか否かを検出するデータ処理手段とを備えるレール継目板の締結ボルト脱落検出装置。
【請求項６】
さらに、前記レールに対応して前記軌道検測車に設けられ前記レール継目を検出する非接触型の第２の検出器と、この第２の検出器の検出信号に応じて前記カメラが前記レール継目に対応する位置に来たタイミングで前記カメラのシャッタを切って前記カメラから前記静止画を採取する制御手段とを有し、
前記データ処理手段は、前記締結ボルトの差込み穴に相当する画像が前記エリア画像にあるか否かの検出を、前記エリア画像を二値化した画像において前記フランジの影の画像を基準とした所定の範囲で行う請求項５記載のレール継目板の締結ボルト脱落検出装置。
【請求項７】
前記照明光学系は、前記軌道検測車に搭載され、前記レールに対して５０°〜７０°のうちの選択された角度で前記レールの内側から前記フランジの影を作る光りを前記継目板に照射するものであり、前記所定の範囲は、前記フランジの影の画像の上側あるいは下側の画像ラインを基準とした範囲である請求項６記載のレール継目板の締結ボルト脱落検出装置。
【請求項８】
前記車体の傾きを検出する検出器は、前記レールに対して車体の高さの変化に応じた検出信号を発生する検出器である請求項５記載のレール継目板の締結ボルト脱落検出装置。
【請求項１】
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軌道検測車において検出するレール継目板の締結ボルト脱落検出方法において、
前記レール継目板のフランジの影が前記レール継目板に落ちる角度で前記軌道検測車側から前記レール継目板に光を照射し、前記軌道検測車がレールのカーブを走行するときの前記軌道検測車の車体の上下変動による前記レール継目板の映像の移動範囲をカバーする視野を有するカメラで前記レール継目板の静止画を前記軌道検測車から撮像し、前記軌道検測車の走行方向を検出するあるいは前記車体の傾きを検出する検出器からの信号に応じて前記静止画から前記レール継目板を含むエリア画像を切出し、このエリア画像における前記レール継目板のフランジの影の画像を基準として前記締結ボルトの差込み穴に相当する画像が前記エリア画像にあるか否かを検出するレール継目板の締結ボルト脱落検出方法。
【請求項２】
前記カメラによるレール継目板の静止画の撮像は、前記レールに対応して前記軌道検測車に設けられた非接触型の継目検出器により前記レール継目の検出に応じて行われ、前記締結ボルトの差込み穴に相当する画像が前記エリア画像にあるか否かの検出は、前記エリア画像を二値化した画像において前記フランジの影の画像を基準とした所定の範囲で行われる請求項１記載のレール継目板の締結ボルト脱落検出方法。
【請求項３】
前記照明光学系は、前記軌道検測車に搭載され、前記レールに対して５０°〜７０°のうちの選択された角度で前記レールの内側から前記フランジの影を作る光りを前記継目板に照射するものであり、前記所定の範囲は、前記フランジの影の画像の上側あるいは下側の画像ラインを基準とした範囲である請求項２記載のレール継目板の締結ボルト脱落検出方法。
【請求項４】
前記車体の傾きを検出する検出器は、前記レールに対して車体の高さの変化に応じた検出信号を発生する検出器である請求項１記載のレール継目板の締結ボルト脱落検出方法。
【請求項５】
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軌道検測車におけるレール継目板の締結ボルト脱落検出装置において、
前記軌道検測車の走行方向を検出するあるいは車体の傾きを検出する第１の検出器と、
前記軌道検測車に設けられ前記レール継目板のフランジの影が前記レール継目板に落ちる角度で前記レール継目板を照射する照射光学系と、
前記軌道検測車において前記継目検出器に対して前記軌道検測車の走行方向に対して後方に設けられ前記レール継目板の静止画を撮像しかつ前記軌道検測車がレールのカーブを走行するときの前記軌道検測車の車体の上下変動による前記レール継目板の映像の移動範囲をカバーする視野を有するカメラと、
前記第１の検出器からの信号に応じて前記静止画から前記レール継目板を含むエリア画像を切出し、このエリア画像における前記レール継目板のフランジの影の画像を基準として前記締結ボルトの差込み穴に相当する画像が前記エリア画像にあるか否かを検出するデータ処理手段とを備えるレール継目板の締結ボルト脱落検出装置。
【請求項６】
さらに、前記レールに対応して前記軌道検測車に設けられ前記レール継目を検出する非接触型の第２の検出器と、この第２の検出器の検出信号に応じて前記カメラが前記レール継目に対応する位置に来たタイミングで前記カメラのシャッタを切って前記カメラから前記静止画を採取する制御手段とを有し、
前記データ処理手段は、前記締結ボルトの差込み穴に相当する画像が前記エリア画像にあるか否かの検出を、前記エリア画像を二値化した画像において前記フランジの影の画像を基準とした所定の範囲で行う請求項５記載のレール継目板の締結ボルト脱落検出装置。
【請求項７】
前記照明光学系は、前記軌道検測車に搭載され、前記レールに対して５０°〜７０°のうちの選択された角度で前記レールの内側から前記フランジの影を作る光りを前記継目板に照射するものであり、前記所定の範囲は、前記フランジの影の画像の上側あるいは下側の画像ラインを基準とした範囲である請求項６記載のレール継目板の締結ボルト脱落検出装置。
【請求項８】
前記車体の傾きを検出する検出器は、前記レールに対して車体の高さの変化に応じた検出信号を発生する検出器である請求項５記載のレール継目板の締結ボルト脱落検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１８４７６３（Ｐ２００８−１８４７６３Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７４２１（Ｐ２００７−１７４２１）
【出願日】平成１９年１月２９日（２００７．１．２９）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２９日（２００７．１．２９）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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