JP2007132758A - レール探傷装置、レール探傷システムおよび超音波探傷用試験片 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波パルスをレールに放射して得られた反射エコーからレールの傷を探傷する際に、高度な技量を必要とせずに正確な探傷を行う技術を提供すること。
【解決手段】レール探傷装置１は、レール１００を探傷するための探触子２９，３０，３１，４３，５３と、探触子をレール１００の近傍に支持する支持部２０，４０，５０と、を備え、支持部２０，４０，５０は、レール１００に接触する探触子２９，３０，３１，４３，５３を、レール１００へほぼ一定の圧力にて押圧しながら移動させることが可能に構成されている。このことにより、超音波パルスをレール１００に放射して得られた反射エコーからレール１００の傷を探傷する際に、高度な技量を必要とせずに正確な探傷を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波パルスをレールに放射して得られた反射エコーからレールの傷を探傷する技術に関する。

従来より、鉄道などのレールに生じた傷を発見するためのレール探傷方法が知られている。このようなレール探傷方法では、超音波探傷装置にケーブルを介して接続された探触子を垂直にレールに当て、且つ一定速度にて走査させることで、レールの探傷を行っている（例えば、特許文献１参照。）。

上述の超音波探傷装置では、超音波探触子がレール上を接触して移動する際に、送信部から一定周期で出力する送信信号を超音波探触子に入力し、超音波探触子内部の振動子から超音波パルスがレール１に放射される。この超音波パルスがレール１の傷で反射し、この反射波が超音波探触子内の振動子で受信される。また、上述の超音波探傷装置では、超音波探触子内の振動子で受信された受信信号が受信部に入力され、ここで増幅などを行って、信号処理部に入力される。信号処理部では、ここに設けられたゲート回路によって所定のビーム路程範囲のみを検出範囲として選択し、さらに、アナログ信号をデジタル信号に変換し、受信信号ベルを判定レベルと比較して反射エコーを検出する。この検出した反射エコーデータと図示しない走行距離センサからの移動量データに基づいて、レールの傷の位置や、その重大性の判定を行い、この結果データをブラウン管（ＣＲＴ）などの表示部で画面表示している。また、記録部のメモリなどに記憶して保存し、さらに必要に応じて記録紙に印刷して出力している。
特開平０９−３０４３６４号公報（第３頁、図２、３）

しかし、上述のようなレール探傷方法においては、正確な探傷を行うためには、レールに対して探触子を常に垂直に当て、且つ一定速度にて走査させることが必要であり、高度な技量を必要としていた。また、２探触子判定方法においては、２つの探触子を同時に正確な位置へ調整しながら超音波エコーの状態を確認する必要があり、さらに高度な技量を必要としていた。

本発明は、このような不具合に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、超音波パルスをレールに放射して得られた反射エコーからレールの傷を探傷する際に、高度な技量を必要とせずに正確な探傷を行う技術を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた請求項１に係るレール探傷装置は、超音波パルスをレールに放射して得られた反射エコーから前記レールの傷を探傷するレール探傷装置であって、前記レールを探傷するための探触子と、前記探触子を前記レールへ接触する状態で支持可能な支持部と、を備え、前記支持部は、前記探触子を前記レールへほぼ一定の圧力にて押圧しながら移動させることが可能に構成されていることを特徴とする。

このように構成された本発明のレール探傷装置によれば、レールに接触する探触子を、レールへほぼ一定の圧力にて押圧しながら移動させることができるので、超音波パルスをレールに放射して得られた反射エコーからレールの傷を探傷する際に、高度な技量を必要とせずに正確な探傷を行うことができる。

なお、探触子の具体例としては、０度垂直探触子や、４５度斜角探触子、７０度斜角探触子などが挙げられる。
また、レール探傷装置が複数の探触子を備えるようにしてもよい。具体的には、上述の探触子が複数存在するとともに、上述の支持部が、複数の探触子それぞれを対応して複数存在することが考えられる。なおこの場合、複数の探触子の一つが０度垂直探触子であることが考えられる。また、複数の探触子の一つが４５度斜角探触子であることが考えられる。また、複数の探触子の一つが７０度斜角探触子であることが考えられる。このように構成すれば、レールに合った探傷子を用いてより正確な探傷を行うことができる。

ところで、上述のようにレール探傷装置が複数の探触子を備える場合には、簡易データに基づき、適切な探触子を選択するようにすることが考えられる。具体的には、請求項３のように、検測車によってレールを探傷した結果を示す検測車の探傷データを記憶する記憶手段と、記憶手段が記憶する検測車の探傷データに基づき、複数の探触子のうち適切な探触子を選択する選択手段と、を備えることが考えられる。このように構成すれば、高度な技量を必要とせずに、適切な探触子を選択することで、より正確な探傷を行うことができる。

ところで、上述の探傷結果を利用者に報知するようにしてもよい。具体的には、請求項４のように、探触子からの出力信号を探傷結果として出力する出力手段と、出力手段によって出力された探傷結果を報知する報知手段と、を備えることが考えられる。このように構成すれば、利用者の利便性を向上させることができる。

また、上記課題を解決するためになされた請求項５に係るレール探傷システムは、 請求項１〜請求項４の何れかに記載のレール探傷装置と、前記レール探傷装置によるレールの探傷結果に基づいて各種処理を実行するセンタと、を備え、前記レール探傷装置と前記センタとの間でデータ通信可能に構成されているレール探傷システムであって、前記レール探傷装置は、前記探傷結果を前記センタに対して送信する送信手段を備え、前記センタは、前記レール探傷装置から送信された探傷結果に基づき、各種処理を実行する処理実行手段を備えることを特徴とする。

なお、上述の処理実行手段が実行する各種処理の具体例としては、例えばレールが鉄道用レールである場合には、一つ以上のレール探傷装置から送信された探傷結果を一元管理することや、探傷結果に基づき、レールを補修する計画を立案すること、などが挙げられる。

このように構成された本発明のレール探傷システムによれば、レール探傷装置から送信された探傷結果に基づき、センタで各種処理を実行することで、レール探傷装置による探傷結果を有効に活用することができる。

ところで、レール探傷装置を使用する際には、レールを模して形成された超音波探傷用試験片を用いて、レール探傷装置の探触子を調整しておくことが望ましい。
そこで、請求項６のように、超音波探傷用試験片については、レール探傷装置が取り付けられた際に、そのレール探傷装置が備える支持部によって支持されて移動する探触子との間の距離がほぼ等間隔となるよう形成されていることが考えられる。

このように形成された超音波探傷用試験片を用いて、レール探傷装置の探触子を予め調整しておくことで、超音波パルスをレールに放射して得られた反射エコーからレールの傷を判定する際に、高度な技量を必要とせずに正確な探傷を行うことができる。

また、超音波探傷用試験片については、アクリル樹脂にて形成されることが考えられる。このようにすれば、超音波探傷用試験片を軽量化することができ、作業現場などへ持ち運ぶ際に有利である。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
［第一実施形態］
図１は第一実施形態のレール探傷装置１の平面図である。また、図２は第一実施形態のレール探傷装置１の正面図であり、図３は第一実施形態のレール探傷装置１の側面図である。また、図４（ａ）は探傷計画処理を説明するためのフローチャートであり、図４（ｂ）は探触子選択アルゴリズムを示す説明図（１）である。また、図５は、探触子選択アルゴリズムを示す説明図（２）である。

なお、図１〜図３に示すように、このレール探傷装置１において、ベース１０に対して取手１５が配されている側を「上側」とし、取手１５に対してベース１０が配されている側を「下側」とする。また、レール探傷装置１において、固定ロック４１に対してエンコーダ６０および切り替えボックス７０が配されている側を「前側」とし、エンコーダ６０および切り替えボックス７０に対して固定ロック４１が配されている側を「後側」とする。また、レール探傷装置１において、左側支持部４０に対して右側支持部５０が配されている側を「右側」とし、右側支持部５０に対して左側支持部４０が配されている側を「左側」とする。

［レール探傷装置１の構成の説明］
図１〜図３に示すように、レール探傷装置１は、ベース１０、上側支持部２０、左側支持部４０、右側支持部５０、エンコーダ（距離計）６０、および切り替えボックス７０を備えている。

［ベース１０の構成の説明］
ベース１０は、断面が略コの字形状である金属製の長尺材であり、板状のベース本体１０ａの左右端から左翼部１０ｂおよび右翼部１０ｃがそれぞれ下方に延出する形状を有している。また、ベース１０のベース本体１０ａの前後端における左翼部１０ｂと右翼部１０ｃとの間には、レール探傷装置１をレール１００の上面に案内するための上面ローラ１１，１２が回転可能にそれぞれ取り付けられている。さらに、ベース１０のベース本体１０ａにおける前後端には、レール探傷装置１をレール１００の側面に案内するためのサイドローラ１３，１４が回転可能にそれぞれ取り付けられている。なお、サイドローラ１３，１４は、レール１００の左側と右側とを移動可能に構成されている。また、ベース１０のベース本体１０ａにおける上部には、レール探傷装置１を持ち運ぶための取手１５が取り付けられている。

このことにより、上述のように構成されたレール探傷装置１については、レール１００に接触する上面ローラ１１，１２およびサイドローラ１３，１４を介して、レール１００上を移動することができる。

［上側支持部２０の構成の説明］
ベース１０のベース本体１０ａにおける上部には、板状の上側支持部２０が、左右方向に移動可能に取り付けられている。具体的には、上側支持部２０は、図示しない付勢バネの付勢力に抗して幅方向調整ノブ２３，２４を上方へ移動させた際に、ベース１０のベース本体１０ａにおける上部に取り付けられたラック２１，２２から爪部２５，２６がそれぞれ離間することで、ラック２１，２２に沿って左右方向に移動可能となり、一方、幅方向調整ノブ２３，２４を下方へ移動させた際に、爪部２５，２６がラック２１，２２とそれぞれ噛み合って固定されるよう構成されている。

また、ベース本体１０ａの上部におけるラック２１，２２の近傍には、レール横方向目盛り２７，２８がそれぞれ配置されており、ベース本体１０ａに対する上側支持部２０の横方向の位置を容易に決めることができる。

また、上側支持部２０のほぼ中央部には、前方から順に、４５度斜角探触子２９、７０度斜角探触子３０および０度垂直探触子３１が取り付けられている。これら４５度斜角探触子２９、７０度斜角探触子３０および０度垂直探触子３１は、図示しない付勢バネによって下方へそれぞれ付勢され、レール１００の上面に押し付けられる。このことにより、レール１００の側面への４５度斜角探触子２９、７０度斜角探触子３０および０度垂直探触子３１の押し付け具合を一定とすることができる。

なお、上述の４５度斜角探触子２９、７０度斜角探触子３０および０度垂直探触子３１については公知技術に従っているので、ここではその詳細な説明は省略する。
［左側支持部４０および右側支持部５０の構成の説明］
ベース１０の左翼部１０ｂにおけるほぼ中央付近には、側面探触子開閉用蝶番１６を介して左側支持部４０が取り付けられており、左側支持部４０は、その先端部をベース１０の左翼部１０ｂへ接近させたり離間させたりすることができる。また、左側支持部４０の先端には固定ロック４１が取り付けられており、左側支持部４０は、固定ロック４１によってベース１０の左翼部１０ｂへ固定されることが可能である。

また、左側支持部４０のほぼ中央部には、スライド部材４２が上下方向に移動可能に取り付けられている。このスライド部材４２の下端付近には、２つの回転シュウ型斜角探触子４３が取り付けられている。また、スライド部材４２の上端付近には、シャフト４４が取り付けられている。なお、上述の回転シュウ型斜角探触子４３とは、２探頭部透過法を行う際に用いられる可変探触子である。

さらに、左側支持部４０の上部には、高さ調整ピン４５が前後方向に移動可能に取り付けられており、高さ調整ピン４５は、その先端部を、シャフト４４の側部に形成された３つの係合穴（図示省略）の何れかに挿入することで、左側支持部４０に対するスライド部材４２、回転シュウ型斜角探触子４３およびシャフト４４の位置を三段階で容易に決めることができる。また、左側支持部４０におけるスライド部材４２の近傍には、レール高さ目盛り４６が取り付けられており、左側支持部４０に対するスライド部材４２の位置を容易に知ることができる。

また、回転シュウ型斜角探触子４３は、左側支持部４０の先端がベース１０の左翼部１０ｂへ固定ロック４１によって固定されている際に、図示しない付勢バネの付勢力によってレール１００の側面に押し付けられる。このことにより、レール１００の側面への回転シュウ型斜角探触子４３の押し付け具合を一定とすることができる。なお、上述の回転シュウ型斜角探触子４３については公知技術に従っているので、ここではその詳細な説明は省略する。

ベース１０の右翼部１０ｃにおけるほぼ中央付近には、側面探触子開閉用蝶番１７を介して右側支持部５０が取り付けられており、右側支持部５０は、その先端部をベース１０の右翼部１０ｃへ接近させたり離間させたりすることができる。また、右側支持部５０の先端には固定ロック５１が取り付けられており、右側支持部５０は、固定ロック５１によってベース１０の右翼部１０ｃへ固定されることが可能である。

また、右側支持部５０のほぼ中央部には、スライド部材５２が上下方向に移動可能に取り付けられている。このスライド部材５２の下端付近には、２つの回転シュウ型斜角探触子５３が取り付けられている。また、スライド部材５２の上端付近には、シャフト５４が取り付けられている。なお、上述の回転シュウ型斜角探触子５３とは、２探頭部透過法を行う際に用いられる可変探触子である。

さらに、右側支持部５０の上部には、高さ調整ピン５５が前後方向に移動可能に取り付けられており、高さ調整ピン５５は、その先端部を、シャフト５４の側部に形成された３つの係合穴（図示省略）の何れかに挿入することで、右側支持部５０に対するスライド部材５２、回転シュウ型斜角探触子５３およびシャフト５４の位置を三段階で容易に決めることができる。また、右側支持部５０におけるスライド部材５２の近傍には、レール高さ目盛り（図示省略）が取り付けられており、右側支持部５０に対するスライド部材５２の位置を容易に知ることができる。

また、回転シュウ型斜角探触子５３は、右側支持部５０の先端がベース１０の右翼部１０ｃへ固定ロック５１によって固定されている際に、図示しない付勢バネの付勢力によってレール１００の側面に押し付けられる。このことにより、レール１００の側面への回転シュウ型斜角探触子５３の押し付け具合を一定とすることができる。

なお、上述の回転シュウ型斜角探触子５３については公知技術に従っているので、ここではその詳細な説明は省略する。
［エンコーダ６０および切り替えボックス７０の構成の説明］
エンコーダ６０は、レール１００上面からの距離を測定する機能を有する。また、エンコーダ６０は、測定したレール１００上面からの距離を出力信号として外部へ送信する機能を有する。

切り替えボックス７０は、電気回路によって構成され、スイッチ操作などによって上述の各種探触子を電気的に切替える機能を有する。また、切り替えボックス７０は、各種探触子からの出力信号を探傷結果として出力する機能を有する。なお、切り替えボックス７０は出力手段に該当する。

［効果］
（１）このように第一実施形態のレール探傷装置１によれば、レール１００に接触する各種探触子を、レール１００へほぼ一定の圧力にて押圧しながら移動させることが可能であるので、超音波パルスをレール１００に放射して得られた反射エコーからレール１００の傷を探傷する際に、高度な技量を必要とせずに正確な探傷を行うことができる。

（２）また、第一実施形態のレール探傷装置１によれば、複数の探触子を備えるので、レール１００に合った探傷子を用いてより正確な探傷を行うことができる。
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような様々な態様にて実施することが可能である。

（１）レール探傷装置１と外部のセンタとの間でデータ通信可能に構成し、レール探傷装置１による探傷結果をそのセンタに送信するようにしてもよい。つまり、センタでは、送信された探傷結果を保存しておき、各種処理を実行するのである。なお、センタが実行する各種処理の具体例としては、例えば、一つ以上のレール探傷装置１から送信された探傷結果を一元管理することや、探傷結果に基づき、レール１００を補修する計画を立案すること、などが挙げられる。このようにすれば、レール探傷装置１から送信された探傷結果に基づき、センタで各種処理を実行することで、レール探傷装置１による探傷結果を有効に活用することができる。

（２）また、レール探傷装置１が表示部を備え、各種探触子を表示部と接続し、各種探触子からの出力信号を、表示部でＡスコープやＢスコープにて表示するようにしてもよい。なお、外部の表示部と各種探触子を接続してもよい。このようにすれば、利用者の利便性を向上させることができる。

（３）上記第一実施形態のレール探傷装置１では、切り替えボックス７０が、スイッチ操作などによって上述の各種探触子を電気的に切替えるように構成されているが、これには限られず、切り替えボックス７０が、検測車による探傷データに基づき、レール探傷に使用する探触子を選択するようにしてもよい。具体的には、図４（ａ）に例示するように、外部のセンタが、検測車による探傷データを取得し、その取得した探傷データに基づいて探傷計画の作成および編集を行う。そして、作成および編集を行った探傷計画を示すデータをレール探傷装置１（図４の自動探傷器に相当）の切り替えボックス７０に送信する。一方、切り替えボックス７０では、取得した探傷計画データに基づき、レール探傷に使用する探触子を次のように選択する（図４（ｂ）参照）。

（イ）０度垂直探触子を使用していた箇所では０度垂直探触子および２探頭部透過法を選択する。
（ロ）４０度斜角探触子を使用していた箇所では４５度斜角探触子を選択する。

（ハ）７０度斜角探触子を使用していた箇所では７０度斜角探触子を選択する。
（ニ）５４度斜角探触子を使用していた箇所では０度垂直探触子を選択する。
なおこの場合、外部のセンタは記憶手段に該当し、切り替えボックス７０は選択手段に該当する。

また、上述の外部のセンタが行う処理を切り替えボックス７０が行うように構成してもよい。一例を挙げると、切り替えボックス７０が、検測車がレール１００を探傷した検測車の探傷データを記憶しており、この検測車の探傷データを基づき、複数の探触子のうち適切な探触子を選択するといった具合である。なおこの場合、切り替えボックス７０は記憶手段および選択手段に該当する。

このようにすれば、高度な技量を必要とせずに、適切な探触子を選択することで、より正確な探傷を行うことができる。
（４）また、切り替えボックス７０が、「コード番号」と「傷の種類」と「選択する探触子」とを関連付けた「探触子選択表」（図５参照）を記憶し、その探触子選択表を参照して、上述の探傷計画データに基づき、レール１００の傷の種類から探触子を選択するようにしてもよい。一例を挙げると、レール１００の傷の種類が「ボルト穴」である場合には、傷ではないと判断して「選択する探触子」を「無し」とし、また、レール１００の傷の種類が「ボルト穴クラック」である場合には、「選択する探触子」を「０度垂直探触子」および「４５度斜角探触子」とするといった具合である。

このようにすれば、高度な技量を必要とせずに、適切な探触子を選択することで、より正確な探傷を行うことができる。
（５）また、上述のレール探傷装置１を使用する際には、レール１００を模して形成された超音波探傷用試験片を用いて、レール探傷装置１の探触子を調整しておくことが望ましい。そこで、上述の超音波探傷用試験片については、レール探傷装置１が取り付けられた際に、移動する各種探触子との間の距離がほぼ等間隔となるよう、レール１００に模して形成することが考えられる。

このようにすれば、上述の超音波探傷用試験片を用いて、レール探傷装置１の各種探触子を予め調整しておくことで、超音波パルスをレール１００に放射して得られた反射エコーからレール１００の傷を探傷する際に、高度な技量を必要とせずに正確な探傷を行うことができる。

（６）また、上述の超音波探傷用試験片については、アクリル樹脂にて形成されることが考えられる。このようにすれば、超音波探傷用試験片を軽量化することができ、作業現場などへ持ち運ぶ際に有利である。

第一実施形態のレール探傷装置の平面図である。 第一実施形態のレール探傷装置の正面図である。 第一実施形態のレール探傷装置の側面図である。 （ａ）は探傷計画処理を説明するためのフローチャートであり、（ｂ）は探触子選択アルゴリズムを示す説明図（１）である。 探触子選択アルゴリズムを示す説明図（２）である。

符号の説明

１…レール探傷装置、１０…ベース、１０ａ…ベース本体、１０ｂ…左翼部、１０ｃ…右翼部、１１，１２…上面ローラ、１３，１４…サイドローラ、１５…取手、１６，１７…側面探触子開閉用蝶番、２０…上側支持部、２１，２２…ラック、２３，２４…幅方向調整ノブ、２５，２６…爪部、２７，２８…レール横方向目盛り、２９…４５度斜角探触子、３０…７０度斜角探触子、３１…０度垂直探触子、４０…左側支持部、４１，５１…固定ロック、４２，５２…スライド部材、４３，５３…回転シュウ型斜角探触子、４４，５４…シャフト、４５，５５…高さ調整ピン、４６…レール高さ目盛り、５０…右側支持部、６０…エンコーダ、７０…切り替えボックス、１００…レール

Claims (6)

1. 超音波パルスをレールに放射して得られた反射エコーから前記レールの傷を探傷するレール探傷装置であって、
   前記レールを探傷するための探触子と、
   前記探触子を前記レールへ接触する状態で支持可能な支持部と、
   を備え、
   前記支持部は、前記探触子を前記レールへほぼ一定の圧力にて押圧しながら移動させることが可能に構成されていることを特徴とするレール探傷装置。
2. 請求項１に記載のレール探傷装置において、
   前記探触子は複数存在するとともに、
   前記支持部は、前記複数の探触子それぞれを対応して複数存在すること
   を特徴とするレール探傷装置。
3. 請求項２に記載のレール探傷装置において、
   検測車によって前記レールを探傷した結果を示す検測車の探傷データを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段が記憶する前記検測車の探傷データに基づき、前記複数の探触子のうち適切な探触子を選択する選択手段と、
   を備えることを特徴とするレール探傷装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れかに記載のレール探傷装置において、
   前記探触子からの出力信号を探傷結果として出力する出力手段と、
   前記出力手段によって出力された前記探傷結果を報知する報知手段と、
   を備えることを特徴とするレール探傷装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れかに記載のレール探傷装置と、前記レール探傷装置によるレールの探傷結果に基づいて各種処理を実行するセンタと、を備え、前記レール探傷装置と前記センタとの間でデータ通信可能に構成されているレール探傷システムであって、
   前記レール探傷装置は、
   前記探傷結果を前記センタに対して送信する送信手段を備え、
   前記センタは、
   前記レール探傷装置から送信された前記探傷結果に基づき、各種処理を実行する処理実行手段を備えること
   を特徴とするレール探傷システム。
6. 請求項１〜請求項４の何れかに記載のレール探傷装置が取り付けられた際に、前記レール探傷装置が備える前記支持部によって支持されて移動する前記探触子との間の距離がほぼ等間隔となるよう、前記レールを模してアクリル樹脂にて形成された超音波探傷用試験片。

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