專(zhuān)利名稱：接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
電氣鐵道通過(guò)設(shè)置在頂棚上的作為集電裝置的受電弓與架線接觸而被供給電力。而且，在受電弓與架線之間發(fā)生稱作接觸力的力。如果該接觸カ的變動(dòng)變大，則受電弓從架線上脫線，并在受電弓與架線之間發(fā)生被稱為電弧的放電現(xiàn)象。在發(fā)生了該電弧的情況下，架線將磨損。另外，如果接觸カ過(guò)大，則成為架線磨損的原因。即，接觸力的變動(dòng)越小越好。因此，為了尋求脫線等的抑制方法或者進(jìn)行磨損診斷，想要測(cè)量接觸力的需求不斷升高。測(cè)量接觸力的方法有如下方法。
在下述專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了如下方法預(yù)先測(cè)量針對(duì)接觸力變動(dòng)的受電弓的頻率響應(yīng)函數(shù)，通過(guò)計(jì)算行駛中的受電弓的時(shí)間序列響應(yīng)和頻率響應(yīng)函數(shù)的重疊積分來(lái)得到接觸力。在下述專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了如下方法在受電弓上設(shè)置加速度計(jì)、應(yīng)變計(jì)等傳感器，通過(guò)測(cè)量受電弓的彈簧反作用力和慣性カ而得到接觸力。在下述專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了如下方法在受電弓的彈簧部分將LED等的光源兩個(gè)兩個(gè)地上下設(shè)置，通過(guò)對(duì)利用CXD照相機(jī)拍攝光源得到的圖像進(jìn)行處理而求出相對(duì)位移，通過(guò)求出彈簧的伸縮量來(lái)得到接觸力。在下述的專(zhuān)利文獻(xiàn)4中公開(kāi)了如下方法在受電弓的頂棚上設(shè)置線性傳感器照相機(jī)(以下，稱為線性傳感器)，拍攝受電弓的彈簧部分，對(duì)所拍攝的圖像進(jìn)行處理并求出相對(duì)位移，通過(guò)求出彈簧的伸縮量而得到接觸力。另外，在下述專(zhuān)利文獻(xiàn)4中，沒(méi)有公開(kāi)圖像處理的詳細(xì)內(nèi)容。在下述專(zhuān)利文獻(xiàn)5中公開(kāi)有如下方法對(duì)受電弓安裝易于反射光的區(qū)域和難以反射光的區(qū)域?yàn)榛y的標(biāo)記，通過(guò)設(shè)置于車(chē)輛的頂棚的線性傳感器垂直地拍攝標(biāo)記，通過(guò)圖案匹配來(lái)檢測(cè)標(biāo)記位置，從而測(cè)量受電弓的位移。在下述專(zhuān)利文獻(xiàn)5中，在時(shí)空?qǐng)D像中，通過(guò)進(jìn)行針對(duì)每單位時(shí)間沿高度方向掃描與花紋對(duì)應(yīng)的標(biāo)記圖案并通過(guò)捜索一致或一定程度以上近似的部位來(lái)進(jìn)行對(duì)照的圖案匹配，從而即使在白天也能夠與背景明確地區(qū)分。另外，隧道坑道ロ等背景的亮度急劇變化的情況下，也能連續(xù)地取得數(shù)據(jù)。另外，根據(jù)下述專(zhuān)利文獻(xiàn)5所公開(kāi)的方法能夠求得相對(duì)位移、彈簧的伸縮量?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)平11 - 194059號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2004 - 301591號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2001 - 235310號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4 :日本特開(kāi)2008 — 185457號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)5 :日本特開(kāi)2008 — 104312號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題但是，例如，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)2所公開(kāi)的在受電弓上設(shè)置傳感器類(lèi)的方法中，為了傳感器的安裝，需要電纜的布線、開(kāi)孔等特殊的精細(xì)加工。另外，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)3公開(kāi)的設(shè)置LED照明的方法中，也需要LED的安裝及其電源等，需要對(duì)受電弓實(shí)施特殊的精細(xì)加エ。關(guān)于這一點(diǎn)，因?yàn)樯鲜鰧?zhuān)利文獻(xiàn)4公開(kāi)的方法是使用了圖像處理的非接觸的接觸力測(cè)量方法，所以不需要對(duì)受電弓進(jìn)行特殊的精細(xì)加工，可以說(shuō)是比較通用的測(cè)量方法，不過(guò)在該方法中，為了求得彈簧的伸縮量分別需要彈簧的上下部分的位移，所以需要通過(guò)線性傳感器拍攝安裝于彈簧的上下的標(biāo)記。
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而且，在能夠從外部視覺(jué)辨認(rèn)彈簧的上下部分、且能夠通過(guò)線性傳感器拍攝彈簧的上下部分的以往的受電弓的情況下，上述專(zhuān)利文獻(xiàn)3，4所公開(kāi)的方法沒(méi)有問(wèn)題，能夠適用。但是，在無(wú)法直接拍攝舟體部分以及彈簧部分的結(jié)構(gòu)的受電弓中，不能從外部視覺(jué)辨認(rèn)彈簧的上下部分，不能通過(guò)線性傳感器拍攝彈簧的上下部分。因此，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)3、4所公開(kāi)的方法中，存在在無(wú)法直接拍攝舟體部分以及彈簧部分的構(gòu)造的受電弓中，不能進(jìn)行接觸カ的測(cè)量的問(wèn)題。根據(jù)以上情況，本發(fā)明的目的在于提供ー種接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置，即使在無(wú)法直接拍攝舟體部分以及彈簧部分的構(gòu)造的受電弓中，也能夠通過(guò)圖像處理來(lái)測(cè)量受電弓的接觸力。用于解決問(wèn)題的手段用于解決上述問(wèn)題的第I發(fā)明的接觸力測(cè)量方法，在經(jīng)由多個(gè)彈簧將舟體支撐在舟體支撐物上的構(gòu)造的受電弓的接觸力測(cè)量方法中，其特征在干，拍攝所述受電弓的圖像，合成所述多個(gè)彈簧而視為在所述受電弓的寬度方向的中央假想地存在合成彈簧，根據(jù)所述圖像計(jì)算所述受電弓的寬度方向的中央的相當(dāng)于所述舟體的位置與所述舟體支撐物部分的相對(duì)位移，通過(guò)求出該相對(duì)位移和假想的所述合成彈簧的自然長(zhǎng)度之差來(lái)計(jì)算假想的所述合成彈簧的伸縮量，對(duì)該伸縮量乘以假想的所述合成彈簧的彈簧常數(shù)而求出彈簧反作用力，根據(jù)所述圖像對(duì)相當(dāng)于所述舟體的位置的位移進(jìn)行ニ階微分而計(jì)算加速度，對(duì)該加速度乘以所述受電弓的等效質(zhì)量求出慣性カ，根據(jù)與所述圖像時(shí)刻同步的實(shí)際的車(chē)輛的行駛速度數(shù)據(jù)求出作用于所述舟體的升力，將所述彈簧反作用力、所述慣性力和所述升カ相加而求出接觸力。用于解決上述問(wèn)題的第2發(fā)明的接觸力測(cè)量方法，其特征在于，在第I發(fā)明的接觸カ測(cè)量方法中，在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的寬度方向的中央設(shè)置I個(gè)標(biāo)記， 在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的寬度方向的兩側(cè)分別設(shè)置I個(gè)、合計(jì)兩個(gè)標(biāo)記，在所述舟體支撐物上設(shè)置標(biāo)記，從所述圖像中檢測(cè)設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的3個(gè)標(biāo)記以及設(shè)置在所述舟體支撐物的標(biāo)記的位置。用于解決上述問(wèn)題的第3發(fā)明的接觸力測(cè)量方法，其特征在于，在第I發(fā)明的接觸カ測(cè)量方法中，在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的寬度方向的兩側(cè)分別設(shè)置I個(gè)、合計(jì)兩個(gè)標(biāo)記，在所述舟體支撐物上設(shè)置標(biāo)記，從所述圖像檢測(cè)設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的兩個(gè)標(biāo)記的平均位置以及設(shè)置 在所述舟體支撐物的標(biāo)記的位置。用于解決上述問(wèn)題的第4發(fā)明的接觸力測(cè)量方法，其特征在于，在第I發(fā)明的接觸カ測(cè)量方法中，在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的寬度方向的中央設(shè)置I個(gè)標(biāo)記，在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的寬度方向的ー側(cè)設(shè)置I個(gè)標(biāo)記， 在所述舟體支撐物上設(shè)置標(biāo)記，從所述圖像中檢測(cè)設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的兩個(gè)標(biāo)記以及設(shè)置在所述舟體支撐物的標(biāo)記的位置，根據(jù)相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的位置、和設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的寬度方向的ー側(cè)的標(biāo)記的位置，通過(guò)線性預(yù)測(cè)求出假想的標(biāo)記位置。用于解決上述問(wèn)題的第5發(fā)明的接觸力測(cè)量裝置，在經(jīng)由多個(gè)彈簧將舟體支撐在舟體支撐物上的構(gòu)造的受電弓的接觸力測(cè)量裝置中，其特征在于，具備拍攝單元，拍攝所述受電弓的圖像；以及接觸力計(jì)算單元，該接觸力計(jì)算單元合成所述多個(gè)彈簧而視為在所述受電弓的寬度方向的中央假想地存在合成彈簧，由所述圖像計(jì)算所述受電弓的寬度方向的中央的相當(dāng)于所述舟體的位置與所述舟體支撐物部分的相對(duì)位移，通過(guò)求出該相對(duì)位移和假想的所述合成彈簧的自然長(zhǎng)度之差來(lái)計(jì)算假想的所述合成彈簧的伸縮量，對(duì)該伸縮量乘以假想的所述合成彈簧的彈簧常數(shù)求出彈簧反作用力，由所述圖像對(duì)相當(dāng)于所述舟體的位置的位移進(jìn)行ニ階微分而計(jì)算加速度，對(duì)該加速度乘以所述受電弓的等效質(zhì)量求出慣性力，根據(jù)與所述圖像時(shí)刻同步的實(shí)際的車(chē)輛的行駛速度數(shù)據(jù)求出作用于所述受電弓的升力，將所述彈簧反作用力、所述慣性力和所述升カ相加而求出接觸力。用于解決上述問(wèn)題的第6發(fā)明的接觸力測(cè)量裝置，其特征在于，在第5發(fā)明的接觸力測(cè)量裝置中，
在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的寬度方向的中央具備I個(gè)標(biāo)記；在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的寬度方向的兩側(cè)分別具有I個(gè)、合計(jì)兩個(gè)標(biāo)記；在所述舟體支撐物上具有標(biāo)記，所述接觸力計(jì)算單元從所述圖像中檢測(cè)設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的三個(gè)標(biāo)記以及設(shè)置在所述舟體支撐物的標(biāo)記的位置。用于解決上述問(wèn)題的第7發(fā)明的接觸力測(cè)量裝置，其特征在于，在第5發(fā)明的接觸力測(cè)量裝置中，在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的寬度方向的兩側(cè)分別具有I個(gè)、合計(jì)兩個(gè)標(biāo)記；
在所述舟體支撐物上具有標(biāo)記，所述接觸力計(jì)算單元從所述圖像中檢測(cè)設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的2個(gè)標(biāo)記的平均位置以及設(shè)置在所述舟體支撐物的標(biāo)記的位置。用于解決上述問(wèn)題的第8發(fā)明的接觸力測(cè)量裝置，其特征在于，在第5發(fā)明的接觸力測(cè)量裝置中，在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的寬度方向的中央具有I個(gè)標(biāo)記，在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的寬度方向的ー側(cè)具有I個(gè)標(biāo)記，在所述舟體支撐物上具有標(biāo)記，所述接觸力計(jì)算單元，從所述圖像中檢測(cè)設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的兩個(gè)標(biāo)記以及設(shè)置在所述舟體支撐物的標(biāo)記的位置，根據(jù)相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的位置、和設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的寬度方向的ー側(cè)的標(biāo)記的位置，通過(guò)線性預(yù)測(cè)求出假想的標(biāo)記位置。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供即使在無(wú)法直接拍攝舟體部分以及彈簧部分的構(gòu)造的受電弓中，也能通過(guò)圖像處理測(cè)量受電弓的接觸力的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置。


圖I是示出第I實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是示出第I實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法的處理程序的流程圖。圖3是示出第I實(shí)施例的假想的合成彈簧的例子的示意圖。圖4是示出第I實(shí)施例的標(biāo)記的貼裝位置的例子的示意圖。圖5是示出第2實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖6是示出第2實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法的處理的程序的流程圖。圖7是示出第2實(shí)施例的基于標(biāo)記位置的線性預(yù)測(cè)削減線性傳感器臺(tái)數(shù)的方法的例子的示意圖。圖8是示出第3實(shí)施例的接觸カ測(cè)量裝置的相對(duì)位移的例子的示意圖。
圖9是示出第3實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置的由弾性振動(dòng)造成的舟體的彎曲的例子的示意圖。圖10是示出無(wú)法直接拍攝舟體部分以及彈簧部分的受電弓的例子的示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明I :合成彈簧；2L :左側(cè)的上部標(biāo)記；2C :中央的上部標(biāo)記；2R :右側(cè)的上部標(biāo)記；3 下部標(biāo)記；4 :假想的標(biāo)記位置；5 :平均位置；10 :車(chē)輛；11L :左側(cè)的線性傳感器IlC :中央的線性傳感器；11R :右側(cè)的線性傳感器；12 :照明；13 :處理用PC ；100 :受電弓；101 :舟體；102 :彈簧；103 :蓋體；104 :舟體支撐物
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的接觸力測(cè)量方法的方式進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施例I以下，對(duì)本發(fā)明的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置的第I實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置中，其特征在于，為了在無(wú)法直接拍攝舟體部分以及彈簧部分的構(gòu)造的受電弓中也能測(cè)量接觸力，使用受電弓的中央的相對(duì)位移和3點(diǎn)的加速度以非接觸的方式測(cè)量受電弓的接觸力。圖10是示出無(wú)法直接拍攝舟體部分以及彈簧部分的受電弓的例子的示意圖。如圖10所示，在通過(guò)蓋體103保護(hù)受電弓100的舟體101部分和彈簧102部分的構(gòu)造的受電弓100中，舟體101上端和蓋體103上端被連結(jié)，對(duì)蓋體103上端施カ時(shí)，舟體101也與蓋體103聯(lián)動(dòng)地位移。但是，因?yàn)橹垠w支撐物104與蓋體103不直接地連結(jié)，與蓋體103的聯(lián)動(dòng)性低，所以即使簡(jiǎn)單地在蓋體103表面的隱藏有彈簧102的位置貼裝標(biāo)記，因?yàn)闃?biāo)記與蓋體103 —起發(fā)生位移，所以無(wú)法測(cè)量彈簧102的伸縮量。因此，在本實(shí)施例的接觸カ測(cè)量方法中，如圖3所示，通過(guò)合成左右的彈簧102，視為合成彈簧I假想地處于舟體101的寬度方向的中央。而且，如圖4所示，在蓋體103的中央部的上部(相當(dāng)于舟體101的位置)安裝中央的上部標(biāo)記2C，并在中央的上部標(biāo)記2C的寬度方向的兩側(cè)分別安裝左側(cè)的上部標(biāo)記2L和右側(cè)的上部標(biāo)記2R。另外，在蓋體103的中央部分下部的舟體支撐物104部分安裝下部標(biāo)記3。然后，求出蓋體103的中央部的上部(相當(dāng)于舟體101的位置)與舟體支撐物104的中央部分的相對(duì)位移，計(jì)算假想的合成彈簧I的伸縮量。在此，相對(duì)位移為圖4中以箭頭D不出的中央的上部標(biāo)記2C的位置與下部標(biāo)記3的位置之差。通過(guò)求出假想的合成彈簧I未伸縮狀態(tài)的位移(自然長(zhǎng)度)與相對(duì)位移之差，能夠求出假想的合成彈簧I的伸縮量。然后，對(duì)所求得的假想的合成彈簧I的伸縮量乘以合成彈簧常數(shù)，從而求出彈簧反作用力。另外，在本實(shí)施例中，以通過(guò)左右的兩個(gè)彈簧102來(lái)支撐舟體101的構(gòu)造的受電弓100為例進(jìn)行了說(shuō)明，但是在通過(guò)更多的彈簧102來(lái)支撐舟體101的構(gòu)造的受電弓100中也同樣地能夠求出假想的合成彈簧I的伸縮量。另外，在本實(shí)施例中，以無(wú)法直接拍攝舟體101部分以及彈簧102部分的構(gòu)造的受電弓為例進(jìn)行了說(shuō)明，但是在能夠直接拍攝舟體101部分以及彈簧102部分的構(gòu)造的以往的受電弓中也能夠應(yīng)用本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置。圖I是示出本實(shí)施例的接觸カ測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖I所示，在本實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置中，在車(chē)輛10上設(shè)置有3臺(tái)線性傳感器11L、11C、11R，并在其附近設(shè)置照明12。如圖1、4所示，在受電弓100的蓋體103表面部分的不易反射光的黑色材質(zhì)上，安裝易于反射光的白色材質(zhì)而作為上部標(biāo)記2L、2C、2R以及下部標(biāo)記3，對(duì)上部標(biāo)記2L、2C、2R以及下部標(biāo)記3照射照明12。利用中央的線性傳感器IlC拍攝中央的上部標(biāo)記2C以及下部標(biāo)記3，利用左側(cè)的線性傳感器IlL拍攝左側(cè)的上部標(biāo)記2L，利用右側(cè)的線性傳感器IlR拍攝右側(cè)的上部標(biāo)記2R。利用線性傳感器11L、11C、I IR拍攝的圖像保存于設(shè)置在車(chē)輛10內(nèi)的處理用PC13。
通過(guò)對(duì)利用中央的線性傳感器IlC拍攝的圖像進(jìn)行處理，而檢測(cè)受電弓100的中央部分的中央的上部標(biāo)記2C和下部標(biāo)記3的位置。根據(jù)中央的上部標(biāo)記2C和下部標(biāo)記3的位置計(jì)算相對(duì)位移，通過(guò)求出該相對(duì)位移與假想的合成彈簧I的自然長(zhǎng)度之差而計(jì)算出假想的合成彈簧I的伸縮量。通過(guò)對(duì)假想的合成彈簧I的伸縮量乘以合成彈簧常數(shù)而求出彈簧反作用力。另外，在處理用PC13中通過(guò)對(duì)利用線性傳感器11L、IlCUlR拍攝的圖像進(jìn)行處理，檢測(cè)受電弓100的上部標(biāo)記2L、2C、2R的位置。通過(guò)對(duì)上部標(biāo)記2L、2C、2R的位移進(jìn)行ニ階微分而計(jì)算加速度，對(duì)該加速度乘以受電弓100的等效質(zhì)量，從而求得慣性力。另外，實(shí)際上，作用于舟體101的升力會(huì)影響接觸力測(cè)量結(jié)果，所以通過(guò)下述式(I)求出升力Faer。。[式I]lcLplrlS Cl)上述式(I)中，4表示舟體的升力系數(shù)，P表示空氣密度，V表示行駛速度，S表示舟體的代表面積。另外，關(guān)于行駛速度V，根據(jù)與圖像數(shù)據(jù)時(shí)刻同步的實(shí)際的車(chē)輛10的行駛數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算。另外，關(guān)于其它的參數(shù)，能夠?qū)嶒?yàn)性地求得。最后，將通過(guò)上述方法求得的彈簧反作用力、慣性カ和升力相加而求出受電弓100的接觸力。接下來(lái)，對(duì)本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法的處理程序進(jìn)行說(shuō)明。圖2是示出本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法的處理程序的流程圖。如圖2所示，首先，在步驟PlO中，將利用線性傳感器11L、11C、11R拍攝的圖像保存到設(shè)置于車(chē)輛10內(nèi)的處理用PC13。接著，在步驟Pll中，使用通過(guò)處理用PC13預(yù)先取得的上部標(biāo)記2L、2C、2R以及下部標(biāo)記3的模板進(jìn)行圖案匹配，從而從所保存的圖像中檢測(cè)安裝于受電弓100的上部標(biāo)記2L、2C、2R以及下部標(biāo)記3的位置。接著，在步驟P12中，通過(guò)處理用PC13計(jì)算受電弓100的中央部分的相對(duì)位移，求出該相對(duì)位移與假想的合成彈簧I的自然長(zhǎng)度之差，從而計(jì)算出假想的合成彈簧I的伸縮量。對(duì)該伸縮量乘以假想的合成彈簧I的彈簧常數(shù)，求出彈簧反作用力。接著，在步驟P13中，通過(guò)處理用PC13對(duì)上部標(biāo)記2L、2C、2R的位移進(jìn)行ニ階微分，計(jì)算加速度。對(duì)該加速度乘以受電弓100的等效質(zhì)量，求出慣性力。
接著，在步驟P14中，通過(guò)處理用PC13根據(jù)與圖像數(shù)據(jù)時(shí)刻同步的實(shí)際的車(chē)輛10的行駛速度數(shù)據(jù)求出升力。最后，在步驟P15中，通過(guò)處理用PC13將在上述在步驟P12 在步驟P14中求得的彈簧反作用力、慣性カ和升力相加而求出受電弓100的接觸力。以上是本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法的處理程序。如以上的那樣，根據(jù)本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置，即使在無(wú)法直接拍攝舟體101部分以及彈簧102部分的構(gòu)造的受電弓100中，也能高精度地測(cè)量受電弓100的接觸力。另外，根據(jù)本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置，因?yàn)閷?duì)利用線性傳感器11L、11C、11R拍攝的圖像進(jìn)行處理而以非接觸方式求出接觸力，所以不需要如上述專(zhuān)利文獻(xiàn)2、3所公開(kāi)的方法那樣為了在受電弓100設(shè)置傳感器類(lèi)、LED照明而進(jìn)行電纜的布線、開(kāi)孔等特殊的精細(xì)加工。 另外，根據(jù)本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置，通過(guò)使用線性傳感器11L、11C、11R，能夠以高空間分辨率和時(shí)間分辨率來(lái)測(cè)量受電弓100的接觸力。實(shí)施例2以下，對(duì)本發(fā)明的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置的第2實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖5是示出本實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖5所示，本實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置是與第I實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置大致相同的結(jié)構(gòu)，但與第I實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置的不同點(diǎn)在于，對(duì)于左右的上部標(biāo)記2L、2R中的一方的左側(cè)的上部標(biāo)記2L的位置，利用另一方的右側(cè)的上部標(biāo)記2R的位置和中央的上部標(biāo)記2C的位置，通過(guò)線性預(yù)測(cè)求出作為假想的標(biāo)記位置4，并求出受電弓100的接觸力，從而削減左側(cè)的線性傳感器11しS卩，本實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置刪去了圖I示出的3臺(tái)線性傳感器11L、11C、11R中的左右的線性傳感器IlLUlR的某I臺(tái)。另外，在本實(shí)施例中，以刪去了左側(cè)的線性傳感器IlL的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。而且，在本實(shí)施例中，如圖7所示，求出將通過(guò)連結(jié)右側(cè)的上部標(biāo)記2R的位置和中央的上部標(biāo)記2C的位置而得到的線段S延長(zhǎng)了標(biāo)記間隔L的點(diǎn)，作為存在另ー個(gè)標(biāo)記的假想的標(biāo)記位置4。由此，即使在刪去左側(cè)的線性傳感器IlL的情況下，也能通過(guò)使用假想的標(biāo)記位置4來(lái)求得受電弓100的上部分的3點(diǎn)的位移。接著，對(duì)本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法的處理的程序進(jìn)行說(shuō)明。圖6是示出本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法的處理的程序的流程圖。如圖6所示，首先，在步驟P20中，將利用線性傳感器IlCUlR拍攝的圖像保存到設(shè)置于車(chē)輛10內(nèi)的處理用PC13。接著，在步驟P21中，使用通過(guò)處理用PC13預(yù)先取得的上部標(biāo)記2C、2R以及下部標(biāo)記3的模板進(jìn)行圖案匹配，從而從所保存的圖像中檢測(cè)安裝于受電弓100的上部標(biāo)記2C、2R以及下部標(biāo)記3的位置。接著，在步驟P22中，在通過(guò)處理用PC13進(jìn)行圖案匹配后，通過(guò)線性預(yù)測(cè)求得假想的標(biāo)記位置4。這一點(diǎn)與第I實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法不同。接著，在步驟P23中，通過(guò)處理用PC13來(lái)計(jì)算受電弓100的中央部分的相對(duì)位移，并求得該相對(duì)位移與假想的合成彈簧I的自然長(zhǎng)度之差，從而計(jì)算出假想的合成彈簧I的伸縮量。對(duì)該伸縮量乘以假想的合成彈簧I的彈簧常數(shù)而求出彈簧反作用力。接著，在步驟P24中，通過(guò)處理用PC13對(duì)上部標(biāo)記2C、2R和標(biāo)記的假想位置4的位移進(jìn)行ニ階微分，計(jì)算出加速度。對(duì)該加速度乘以受電弓100的等效質(zhì)量而求出慣性力。接著，在步驟P25中，通過(guò)處理用PC13根據(jù)與圖像數(shù)據(jù)時(shí)刻同步的實(shí)際的車(chē)輛10的行駛速度數(shù)據(jù)求出升力。最后，在步驟P26中，通過(guò)處理用PC13將在上述在步驟P23 步驟P25中求出的彈簧反作用力、慣性カ和升力相加而求出受電弓100的接觸力。以上是本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法的處理的程序。如以上說(shuō)明的那樣，根據(jù)本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置，除了 第I實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置所獲得的效果之外，根據(jù)右側(cè)的上部標(biāo)記2R的位置與中央的上部標(biāo)記2C的位置求出假想的標(biāo)記位置4并求出受電弓100的接觸力，從而與第I實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置相比能夠削減左側(cè)的線性傳感器11し另外，根據(jù)本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置，因?yàn)槟軌驈牡贗實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置削減左側(cè)的上部標(biāo)記2L，所以不需要用于從圖像檢測(cè)出左側(cè)的上部標(biāo)記2L的位置的圖案匹配，能夠減少圖案匹配的次數(shù)，因此與第I實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法相比還能夠使處理高速化。實(shí)施例3以下，對(duì)本發(fā)明的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置的第3實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖9示出本實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置中的由弾性振動(dòng)引起的舟體的彎曲的例子的示意圖。如圖9所示，在無(wú)法忽視舟體101的彈性振動(dòng)的影響的頻率范圍，舟體101將發(fā)生彎曲，不能根據(jù)蓋體103的中央的上部標(biāo)記2C的位置準(zhǔn)確地測(cè)量舟體101的位移，所以需要將左側(cè)的上部標(biāo)記2L和右側(cè)的上部標(biāo)記2R的平均位置5作為合成彈簧I的上部的位置。因此，本實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置是與第I實(shí)施例的接觸力測(cè)量裝置大致相同的結(jié)構(gòu)，但是設(shè)為根據(jù)左側(cè)的上部標(biāo)記2L與右側(cè)的上部標(biāo)記2R的平均位置5、和下部標(biāo)記3的位置來(lái)計(jì)算相對(duì)位移。另外，在本實(shí)施例中，對(duì)設(shè)置有中央的上部標(biāo)記2C的情況進(jìn)行說(shuō)明，但也可以省略中央的上部標(biāo)記2C。圖8是示出本實(shí)施例的接觸カ測(cè)量裝置的相對(duì)位移的例子的示意圖。如圖8所示，在本實(shí)施例中，將通過(guò)左側(cè)的上部標(biāo)記2L和右側(cè)的上部標(biāo)記2R的平均位置5求得的合成彈簧I的上部的位置、通過(guò)下部標(biāo)記3的位置求得的合成彈簧I的下部的位置之差作為相對(duì)位移而求出。在此，相對(duì)位移是圖8、9中以箭頭D示出的左側(cè)的上部標(biāo)記2L和右側(cè)的上部標(biāo)記2R的平均位置5與下部標(biāo)記3的位置之差。接著，對(duì)本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法的處理的程序進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施例的接觸カ測(cè)量方法的處理的程序與第I實(shí)施例的接觸カ測(cè)量方法的處理的程序大致相同，但是步驟Plf 13的處理的內(nèi)容不同。在本實(shí)施例中，在圖2所示的步驟Pll中，使用通過(guò)處理用PC13預(yù)先取得的左側(cè)的上部標(biāo)記2L、右側(cè)的上部標(biāo)記2R以及下部標(biāo)記3的模板進(jìn)行圖案匹配，從而從所保存的圖像中檢測(cè)安裝于受電弓100的左側(cè)的上部標(biāo)記2L、右側(cè)的上部標(biāo)記2R以及下部標(biāo)記3的位置。接著，在步驟P12中，通過(guò)處理用PC13利用左側(cè)的上部標(biāo)記2L和右側(cè)的上部標(biāo)記2R的平均位置5以及下部標(biāo)記3的位置計(jì)算受電弓100的中央部分的相對(duì)位移，求出該相對(duì)位移與假想的合成彈簧I的自然長(zhǎng)度之差，從而計(jì)算出假想的合成彈簧I的伸縮量。對(duì)該伸縮量乘以假想的合成彈簧I的彈簧常數(shù)，求出彈簧反作用力。接著，在步驟P13中，通過(guò)處理用PC13對(duì)上部標(biāo)記2L、2R的位移、左側(cè)的上部標(biāo)記2L與右側(cè)的上部標(biāo)記2R的平均位置5的位移進(jìn)行ニ階微分，計(jì)算出加速度。對(duì)該加速度乘以受電弓100的等效質(zhì)量，求出慣性力。另外，在本實(shí)施例中，以設(shè)置有中央的上部標(biāo)記2C的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以省略中央的上部標(biāo)記2C。另外，也可以設(shè)為在舟體101的彈性振動(dòng)的影響能夠忽視的振動(dòng)頻率范圍、即舟體101未彎曲的情況下實(shí)施第I實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法，而在舟體101彈性振動(dòng)的影響無(wú)法忽視的振動(dòng)頻率范圍、即舟體101彎曲的情況下實(shí)施本實(shí)施例的接觸カ測(cè)量方法。 如以上說(shuō)明的那樣，根據(jù)本實(shí)施例的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置，在無(wú)法直接拍攝舟體101部分以及彈簧102部分的構(gòu)造的受電弓100中，即使在舟體101的彈性振動(dòng)的影響無(wú)法忽視的振動(dòng)頻率范圍中舟體101彎曲了的情況下，也能高精度地測(cè)量受電弓100的接觸力。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明能夠利用于使用圖像處理來(lái)測(cè)量受電弓的接觸力的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置，特別是能夠利用于在無(wú)法直接拍攝舟體部分以及彈簧部分的構(gòu)造的受電弓中，不使用彈簧伸縮量而計(jì)量接觸力的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置。
權(quán)利要求
1.ー種接觸力測(cè)量方法，是經(jīng)由多個(gè)彈簧將舟體支撐在舟體支撐物上的構(gòu)造的受電弓的接觸力測(cè)量方法，其特征在干， 拍攝所述受電弓的圖像， 合成所述多個(gè)彈簧而視為在所述受電弓的寬度方向的中央假想地存在合成彈簧，根據(jù)所述圖像計(jì)算所述受電弓的寬度方向的中央的相當(dāng)于所述舟體的位置與所述舟體支撐物部分的相對(duì)位移，通過(guò)求出該相對(duì)位移和假想的所述合成彈簧的自然長(zhǎng)度之差來(lái)計(jì)算假想的所述合成彈簧的伸縮量，對(duì)該伸縮量乘以假想的所述合成彈簧的彈簧常數(shù)而求出彈簧反作用力， 根據(jù)所述圖像對(duì)相當(dāng)于所述舟體的位置的位移進(jìn)行ニ階微分而計(jì)算加速度，對(duì)該加速度乘以所述受電弓的等效質(zhì)量求出慣性力， 根據(jù)與所述圖像時(shí)刻同步的實(shí)際的車(chē)輛的行駛速度數(shù)據(jù)求出作用于所述舟體的升力， 將所述彈簧反作用力、所述慣性力和所述升カ相加而求出接觸力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸力測(cè)量方法，其特征在干， 在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的寬度方向的中央設(shè)置I個(gè)標(biāo)記， 在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的寬度方向的兩側(cè)分別設(shè)置I個(gè)、合計(jì)兩個(gè)標(biāo)記， 在所述舟體支撐物上設(shè)置標(biāo)記， 從所述圖像中檢測(cè)設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的3個(gè)標(biāo)記以及設(shè)置在所述舟體支撐物的標(biāo)記的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸力測(cè)量方法，其特征在干， 在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的寬度方向的兩側(cè)分別設(shè)置I個(gè)、合計(jì)兩個(gè)標(biāo)記， 在所述舟體支撐物上設(shè)置標(biāo)記， 從所述圖像中檢測(cè)設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的兩個(gè)標(biāo)記的平均位置以及設(shè)置在所述舟體支撐物的標(biāo)記的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接觸力測(cè)量方法，其特征在干， 在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的寬度方向的中央設(shè)置I個(gè)標(biāo)記， 在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的寬度方向的一側(cè)設(shè)置I個(gè)標(biāo)記， 在所述舟體支撐物上設(shè)置標(biāo)記， 從所述圖像中檢測(cè)設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的兩個(gè)標(biāo)記以及設(shè)置在所述舟體支撐物的標(biāo)記的位置， 根據(jù)相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的位置、和設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的寬度方向的ー側(cè)的標(biāo)記的位置，通過(guò)線性預(yù)測(cè)求出假想的標(biāo)記位置。
5.ー種接觸力測(cè)量裝置，是經(jīng)由多個(gè)彈簧將舟體支撐在舟體支撐物上的構(gòu)造的受電弓的接觸力測(cè)量裝置，其特征在于，具備 拍攝單元，拍攝所述受電弓的圖像；以及 接觸力計(jì)算單元，該接觸力計(jì)算單元合成所述多個(gè)彈簧而視為在所述受電弓的寬度方向的中央假想地存在合成彈簧，由所述圖像計(jì)算所述受電弓的寬度方向的中央的相當(dāng)于所述舟體的位置與所述舟體支撐物部分的相對(duì)位移，通過(guò)求出該相對(duì)位移和假想的所述合成彈簧的自然長(zhǎng)度之差來(lái)計(jì)算假想的所述合成彈簧的伸縮量，對(duì)該伸縮量乘以假想的所述合成彈簧的彈簧常數(shù)求出彈簧反作用力， 由所述圖像對(duì)相當(dāng)于所述舟體的位置的位移進(jìn)行ニ階微分而計(jì)算加速度，對(duì)該加速度乘以所述受電弓的等效質(zhì)量求出慣性力， 根據(jù)與所述圖像時(shí)刻同步的實(shí)際的車(chē)輛的行駛速度數(shù)據(jù)求出作用于所述受電弓的升力， 將所述彈簧反作用力、所述慣性力和所述升カ相加而求出接觸力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接觸力測(cè)量裝置，其特征在干， 在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的寬度方向的中央具備I個(gè)標(biāo)記； 在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的寬度方向的兩側(cè)分別具有I個(gè)、合計(jì)兩個(gè)標(biāo)記； 在所述舟體支撐物上具有標(biāo)記， 所述接觸力計(jì)算單元從所述圖像中檢測(cè)設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的三個(gè)標(biāo)記以及設(shè)置在所述舟體支撐物的標(biāo)記的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接觸力測(cè)量裝置，其特征在干， 在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的寬度方向的兩側(cè)分別具有I個(gè)、合計(jì)兩個(gè)標(biāo)記； 在所述舟體支撐物上具有標(biāo)記， 所述接觸力計(jì)算單元從所述圖像中檢測(cè)設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的兩個(gè)標(biāo)記的平均位置以及設(shè)置在所述舟體支撐物的標(biāo)記的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接觸力測(cè)量裝置，其特征在干， 在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的寬度方向的中央具有I個(gè)標(biāo)記， 在所述受電弓的相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的寬度方向的ー側(cè)具有I個(gè)標(biāo)記， 在所述舟體支撐物上具有標(biāo)記， 所述接觸力計(jì)算單元， 從所述圖像中檢測(cè)設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的兩個(gè)標(biāo)記以及設(shè)置在所述舟體支撐物的標(biāo)記的位置， 根據(jù)相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的位置、和設(shè)置在相當(dāng)于所述舟體的位置的所述中央的標(biāo)記的寬度方向的ー側(cè)的標(biāo)記的位置，通過(guò)線性預(yù)測(cè)求出假想的標(biāo)記位置。
全文摘要
為了提供一種在無(wú)法直接拍攝舟體部分以及彈簧部分的構(gòu)造的受電弓中也能夠通過(guò)圖像處理測(cè)量受電弓的接觸力的接觸力測(cè)量方法以及接觸力測(cè)量裝置，拍攝受電弓(100)的圖像，合成多個(gè)彈簧(102)而視為在受電弓(100)的寬度方向的中央假想地存在合成彈簧(1)，根據(jù)圖像來(lái)計(jì)算受電弓(100)的寬度方向的中央的相當(dāng)于舟體(101)的位置與舟體支撐物(104)部分的相對(duì)位移，通過(guò)求出該相對(duì)位移與假想的合成彈簧(1)的自然長(zhǎng)度之差而計(jì)算出假想的合成彈簧(1)的伸縮量，對(duì)該伸縮量乘以假想的合成彈簧(1)的彈簧常數(shù)而求出彈簧反作用力，根據(jù)與所述圖像時(shí)刻同步的實(shí)際的車(chē)輛的行駛速度數(shù)據(jù)求出作用于舟體的升力，將彈簧反作用力、慣性力以及升力相加而求出接觸力。
文檔編號(hào)G01L5/00GK102869968SQ20118002169
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者松原一隆, 藤澤貴雅, 池田充 申請(qǐng)人:株式會(huì)社明電舍, 公益財(cái)團(tuán)法人鐵道綜合技術(shù)研究所