JP3616193B2 - 被検査体傷判定方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波レール探傷車におけるレール傷判定装置などに適用して鉄道レールの傷の判定を行う被検査体傷判定方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は従来の鉄道レールなどを超音波で探傷する計測状態を示す斜視図である。図5において、この例では、探傷対象のレール1に、超音波探傷装置2と接続されるケーブル3の先端に設けられた超音波探触子4を移動させてレール1の探傷を行っている。この際、一定周期で出力する送信信号が超音波探触子4内の振動子からの超音波パルスとして、レール1に放射される。この超音波パルスがレール1の傷などで反射し、この反射波が超音波探触子4の振動子で受信される。
【0003】
この受信信号を超音波探傷装置2でゲート回路を通じて抽出して、デジタル信号化処理を行う。さらに、受信信号レベルを判定レベルと比較してレール1における傷を検出し、この傷データと図示しない走行距離センサからの移動量に基づいたレール1の位置などをブラウン管(CRT)6などで画面表示している。また、探傷情報を記録装置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字して出力する。
【0004】
このようなレール探傷では、超音波探触子4が複数のチャネルによって、傷の発生部位と方向性を考慮した超音波を放射し、その反射エコーから探傷が行われる。複数のチャネルとして、重要なレールの傷に合わせ、例えば、レール1の頭部から底部にかけての水平裂に対しては垂直チャネル、また、腹部から底部についての横裂には、±45°チャネル、頭部横裂に対しては±70°チャネルといった複数の各チャネルから傷の発生部位と方向性を考慮した超音波を放射し、その反射エコーに注目した探傷が行われる。
【0005】
また、近時のレール探傷では、反射エコー処理の自動化が進展し、傷の自動判定も一部で行われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のレール探傷では、信頼性の高い自動判定が困難であった。例えば、反射エコーには本来のレール中の傷の他にボルト孔などの人工構造物からの反射エコーが発生する。さらに、超音波がレール傷までの最短経路でなく、レール側面などの反射経路によって発生する遅延エコーが存在するため、信頼性の高い自動判定が出来なかった。
【0007】
このため人工構造物からの反射エコー及び遅延エコーを識別し、信頼性が高いレール傷判定を行うために、反射エコーのBスコープ画像から判定を行うことが注目されつつある。例えば、ボルト孔は垂直チャネルと±45°チャネルによって、図6に示すBスコープ画像が得られることが判明しており、この画像からボルト孔の識別が可能である。
【0008】
しかし、Bスコープ画像のデータ量は膨大であり、超音波レール探傷車が高速走行すると、その実時間での判定処理が困難になる。また、既知の人工構造物であっても、例えば、超音波探触子とレールの音響結合状態によって、Bスコープ画像が変化してしまうことがあり、信頼性の高い自動判定が出来ないという欠点もある。
【0009】
本発明は、このような従来の問題点を解決するものであり、反射エコーのBスコープ画像から実時間の高速で人工構造物や遅延エコーを確実に識別して信頼性の高い傷判定を自動的に行うことを可能とする被検査体傷判定方法及び装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の被検査体傷判定方法は、複数チャネルの超音波パルスを被検査体に放射して得られた反射エコーのBスコープ画像から、被検査体の傷を判定するものであり、複数チャネルのチャネルごとのBスコープ画像上での連結領域を抽出し、次に、抽出した各連結領域について一つ又は複数の特徴量を算出し、さらに、算出した特徴量に基づいて被検査体における傷を判定している。
【0011】
また、本発明の被検査体傷判定方法は、各連結領域の特徴量としての重心を算出し、次に、この算出した各連結領域の重心を用いて被検査体中の人工構造物を識別している。
さらに、本発明の被検査体傷判定方法は、抽出した各連結領域中の、連結領域を構成する全ての反射エコーが、超音波パルルス放射後の最初の反射エコーでないこと条件として遅れエコーを識別している。
【0012】
また、本発明の被検査体傷判定装置は、複数チャネルの超音波パルスを被検査体に放射して得られた反射エコーのBスコープ画像から被検査体の傷を判定するものであり、多チャネル超音波送受信部が複数チャネルの超音波パルスを被検査体に放射し、かつ、受信した受信データを出力している。また、連結領域抽出処理部が多チャネル超音波送受信部の受信データから複数チャネルのチャネルごとのBスコープ画像上での連結領域を抽出する。さらに、特徴量算出処理部が連結領域抽出処理部が抽出した各連結領域について一つ又は複数の特徴量を算出する。そして、判定処理部が特徴量算出処理部で算出した特徴量に基づいて被検査体の傷を判定する。
【0013】
さらに、本発明の被検査体傷判定装置は、被検査体傷判定装置に人工構造物識別処理部を設けており、この人工構造物識別処理部が、特徴量算出処理部で算出された各連結領域の重心に基づいて人工構造物を識別している。
また、本発明の被検査体傷判定装置は、被検査体傷判定装置に遅延エコー識別処理部を設けており、この遅延エコー識別処理部によって、連結領域抽出処理部で抽出された各連結領域中の連結領域を構成する反射エコーが、超音波パルス放射後の最初の反射エコーでないこと条件として、遅れエコーを識別している。
【0014】
さらに、本発明の被検査体傷判定方法及び装置は、被検査体をレールとするものである。
また、本発明の被検査体傷判定方法及び装置が、超音波レール探傷車におけるレール傷判定装置に適用される。
このような本発明の被検査体傷判定方法及び装置では、複数の各チャネルの反射エコーのBスコープ画像上での一つの連結領域が一つの反射源に対応している。したがって、複数の各チャネルごとにBスコープ画像上での連結領域を抽出し、この抽出した各連結領域について、一つ又は複数の特徴量を算出して、膨大な画像パターンデータから反射源ごとの、いくつかの特徴量にデータが大幅に圧縮される。この特徴量を用いて、その後のデータ処理を行うことによって、高速での傷判定が可能になる。
【0015】
また、本発明の被検査体傷判定方法及び装置では、Bスコープ画像上での連結領域の大きさが探触子と被検査体との音響結合状態で変化するが、この連結領域の重心は、その影響を受け難く、各連結領域の重心に注目することによって、被検査体の人工構造物が確実に識別される。
さらに、本発明の被検査体傷判定方法及び装置では、遅れエコーの前にみ、最短経路の反射エコーが存在することから、連結領域を構成する全てのエコーが、超音波パルス放射後の最初のエコーでないことを条件として、確実に遅れエコーが識別される。この結果、反射エコーのBスコープ画像から人工構造物や遅延エコーを実時間の高速で確実に識別され、傷判定が自動化され、かつ、高信頼性が得られる。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の被検査体傷判定方法及び装置の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の被検査体傷判定装置の実施形態の構成を示すブロック図である。図1において、この被検査体傷判定装置は、高速走行する超音波レール探傷車に搭載されるものであり、検査対象のレール10を多チャネル超音波探触器11が接触して移動するようになっている。この多チャネル超音波探触器11は垂直チャネルの超音波探触子11a、±45°チャネルの超音波探触子11b,11cで構成されている。
【0017】
さらに、この多チャネル超音波探触器11に超音波を放射し、かつ、多チャネル超音波探触器11で受信した反射エコーの反射信号を増幅し、さらに、デジタル信号化等の処理を行う多チャネル超音波探傷装置12を有している。この多チャネル超音波探傷装置12は多チャネルの超音波信号を送出する図示しない送信部及び多チャネルの反射エコーの反射信号を増幅してデジタル信号化の受信処理を行う受信部とから構成されている。
【0018】
さらに、この被検査体傷判定装置は、多チャネル超音波探傷装置12が出力する受信データからBスコープ画像を生成し、人工構造物や遅延エコーを識別して、自動的に高信頼が得られる傷判定を高速に行うための傷判定処理装置13を有している。
図2は図1中に示す傷判定処理装置13の詳細な構成を示すブロック図である。図2において、この傷判定処理装置13は、この装置の各部を制御するCPU21と、このCPU21の演算処理で生成されたBスコープ画像データを記憶する画像メモリ22と、制御プログラムを記憶するROM23と、ワーキング用のRAM24とが設けられている。
【0019】
また、傷判定処理装置13には、多チャネル超音波探傷装置12が出力する受信データを取り込むI/O回路25、画面表示を制御するCRTコントローラ26及び記憶媒体との間で記憶データの送受信を行うI/O回路27が設けられている。また、デバイスを接続するためのデバイスアダプタ28、各部が接続されるバスライン29及び座標入力操作を行うためのマウス30が設けられている。
【0020】
さらに、機能選択などの入力操作を行うためのキーボード31、処理データをI/O回路27を通じて記憶し、かつ、記憶データを送出する外部記憶装置32及び処理データを画面表示するCRTモニタ33が設けられている。
図3はCPU21による傷判定処理の機能を示すブロック図である。図3において、この傷判定処理機能は、Bスコープ画像を生成するBスコープ画像生成処理部40、連結領域の抽出を処理する連結領域抽出処理部41及び特徴量の算出を処理する特徴量算出処理部42を有している。
【0021】
また、傷判定処理の機能には、遅延エコーの識別を処理する遅延エコー識別処理部44、人工構造物、例えば、ボルト孔などの識別を処理する人工構造物識別処理部45及び図1中のレール10の傷を判定する傷判定部46及び判定結果を表示するための出力表示処理部47を有している。
この実施形態の構成における動作について説明する。
【0022】
図1において、この被検査体傷判定装置は、高速走行する超音波レール探傷車に搭載されており、多チャネル超音波探触器11からレール10の傷の発生部位と方向性を考慮した超音波を放射する。すなわち、レール10の頭部から底部にかけての水平裂に対しては垂直チャネルの超音波探触子11aから超音波を放射し、また、腹部から底部についての横裂には、±45°チャネルの超音波探触子11b,11cから超音波を放射し、その反射エコーを受信する。
【0023】
この多チャネル超音波探触器11には、多チャネル超音波探傷装置12の送信部から超音波が入力される。かつ、受信部が多チャネル超音波探触器11で受信した反射エコーの反射信号を増幅し、さらに、デジタル信号化等の処理を行い、この受信データが傷判定処理装置13に入力される。
図2に示す傷判定処理装置13ではCPU21がI/O回路25及びバスライン29を通じて受信データを取り込み、ROM23から読みだした制御プログラムに基づいて、図3に示した傷判定処理の機能ブロックによるデータ処理が行われる。すなわち、多チャネル超音波探傷装置12から取り込んだ受信データから、反射エコーのBスコープ画像を生成し、このBスコープ画像から人工構造物や遅延エコーが識別され、この後に自動的に信頼性が高い傷判定を行う。このデータ処理は高速に実時間で行われる。
【0024】
この場合の処理データがワーキング用のRAM24に一時的に記憶して行われ、また、この処理データがCRTモニタ33に画面表示される。さらに、処理データがI/O回路27を通じて外部記憶装置32に記憶される。この処理の指示操作がデバイスアダプタ28に接続されるマウス30及びキーボード31で行われる。
【0025】
図4は傷判定処理の動作の処理手順を示す流れ図である。図1から図4において、傷判定処理装置13ではステップS10によって、Bスコープ画像生成処理部40がBスコープ画像生成処理を行う。このBスコープ画像生成処理では、図1に示すように垂直チャネル及び±45°チャネルの複数チャネルによる超音波パルスを検査対象のレール10に放射し、この放射によって得られた各チャネルの反射エコーのBスコープ画像を生成する処理を行う。
【0026】
このBスコープ画像は、レール10の長手方向における超音波パルスの入射位置と、ビーム路程(伝播時間)とを縦横とし、反射エコーが存在する位置の画素値を一定の値(例えば、「1」)又は、反射エコーの強度に応じた値とし、さらに、反射エコーが存在しない位置の画素値を、例えば、「0」としたものである。このようなBスコープ画像をそのまま用いても良いが、理解し易いようにレール10の長手方向の位置を横軸、レール10の表面からの深さを縦軸とするBスコープ画像に変換する。図1で示したように多チャネル超音波探触器11を垂直チャネルの超音波探触子11a、±45°チャネルの超音波探触子11b,11cで構成して、垂直チャネル及び±45°チャネルの三つのBスコープ画像を重ね合わせると、レール10のボルト孔が、従前の図6に示した画像として得られる。
【0027】
この変換はレール10の長手方向の位置をx、レール10の表面からの深さをy、超音波パルスのレール10の長手方向における入射位置をp、ビーム路程をq、超音波パルスの入射角をθとすると、次式(1)(2)で表される。
x=p+q・sinθ …(1)
y=q・cosθ …(2)
次にステップS11によって、連結領域抽出処理部41が連結領域抽出処理を行う。この連結領域抽出処理では、垂直チャネル及び±45°チャネルの反射エコーをBスコープ画像上から連結領域を抽出する処理を行う。すなわち、Bスコープ画像上で相互に連結関係を有する反射エコーの画素の集合を一つの連結領域として抽出する。これは、例えば、ラベリングと呼称される画像処理手法を用いて行うことが出来る。このラベリングは、例えば、「コンピュータ画像処理入門」(田村監修 総研出版 1985年)に記載があり、連結領域ごとにラベル (番号)を割りつける処理を行うものである。
【0028】
なお、連結条件は、反射エコーありの画素が隣接している場合の他に、例えば、反射エコーありの画素間に存在する反射エコーなしの画素が所定数以下であるとを条件としても良い。この場合、反射エコーが多少欠落していても一つの連結領域とみなすことが出来る。
さらに、ステップS12によって、特徴量算出処理部42が特徴量算出処理を行う。この特徴量算出処理は、連結領域抽出処理で抽出された各連結領域の特徴量を算出する処理であり、この特徴量としては、重心の他に、例えば、大きさ (画素数)、長さ(端点間距離)等が考えられる。
【0029】
なお、重心はモーメント特徴として定義されるが、簡易的に連結領域の両端点の中心としての算出も可能である。
次に、ステップS13によって、遅延エコー識別処理部44が遅れエコーの識別処理を行う。この遅れエコーの識別処理は、連結領域抽出処理で抽出された各連結領域のうち、連結領域を構成する全ての画素が、超音波パルス放射後2番目以降の反射エコーの画素であることを条件として、遅れエコーを識別する処理である。各画素が超音波パルス放射後の最初のエコーであるか否かは、例えば、Bスコープ画像上での各画素から短いビーム路程方向に反射エコーありの画素が存在するか否かを調べれば良い。
【0030】
また、ステップS14によって、人工構造物識別処理部45が人工構造物の識別処理を行う。この人工構造物の識別処理は、特徴量算出処理で算出された各連結領域の重心に基づいて人工構造物の識別を行う。この処理ではレール10の人工構造物としてボルト孔を想定し、以下、このボルト孔の識別について説明する。垂直チャネル及び±45°チャネルの三つのBスコープ画像を重ね合わせると、レール10のボルト孔が、従前の図6に示した画像として得られることが判明している。すなわち、三つのチャネルのボルト孔を反射源とする連結領域の位置関係は決まっており、さらに、ボルト孔はレール10の腹部に存在することも判明している。そこで、次の条件によってボルト孔の識別が可能になる。
【0031】
この条件は「垂直チャネルの連結領域の重心が、レール10の腹部に相当する所定の縦軸上位置(レール10の表面からの深さ)であり、かつ、その重心位置に対して、所定位置の範囲内を重心位置とする+45°チャネルの連結領域、及び、−45°チャネルの連結領域が共に存在する」である。
なお、他の人工構造物として、ボルト孔より小さいボンド孔、メイハン孔も同様にして、その識別が可能である。
【0032】
さらに、ステップS15によって、傷判定部46が図1に示すレール10における傷の判定処理を行う。この傷の判定では、遅れエコーや人工構造物であると識別されなかった垂直チャネル及び±45°チャネルの連結領域に対して、レール10における傷を判定するものである。例えば、まず、垂直チャネルの場合、水平裂、±45°チャネルの場合は横裂として判定する。そして、連結領域の重心の縦軸上の位置(レール10の表面からの深さ)によって、発生部位の頭部、腹部、底部を識別する。さらに、連結領域の長さによって、傷の軽重を判定する。ステップS16によって、出力表示処理部47が、図2に示すCRTモニタ33で判定した傷を画面表示する処理を行う。
【0033】
なお、この実施形態では被検査体としてレール10をもって説明し、かつ、超音波レール探傷車に適用して説明したが、同様に傷を高速で判別すべき、他の被検査体にも適用できる。その作用効果も同様である。
このように、この実施形態では多チャネル超音波探傷装置12が出力する受信データから反射エコーのBスコープ画像を生成し、このBスコープ画像からレール10の人工構造物や遅延エコーが実時間に等しい高速で確実に識別され、その傷判定が自動的かつ高信頼性をもって可能になる。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の被検査体傷判定方法及び装置によれば、複数チャネルのチャネルごとのBスコープ画像上での連結領域について一つ又は複数の特徴量を算出し、この算出した特徴量に基づいて前記被検査体の傷を判定しているため、実時間の高速な処理が可能であり、かつ人工構造物や遅延エコーを確実に識別できるようになり、自動的かつ信頼性が高い傷判定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の被検査体傷判定装置の実施形態の構成を示すブロック図
【図2】図1の傷判定処理装置の詳細な構成を示すブロック図
【図3】図1に示す傷判定処理装置内のCPUによる傷判定処理の機能ブロック図
【図4】実施形態にあって傷判定処理の動作の処理手順を示す流れ図
【図5】従来の鉄道レールなどを超音波で探傷する計測状態を示す斜視図
【図6】従来例のBスコープ画像を示す図
【符号の説明】
10:レール
11:多チャネル超音波探触器
11a〜11c:超音波探触子
12:多チャネル超音波探傷装置
13:傷判定処理装置
21:CPU
22:画像メモリ
23:ROM
24:RAM
25,27:I/O
26:CRTコントローラ
28:デバイスアダプタ
29:バスライン
30:マウス
31:キーボード
32:外部記憶装置
33:CRTモニタ
40:Bスコープ画像生成処理部
41:連結領域抽出処理部
42:特徴量算出処理部
43:フアィル
44:遅延エコー識別処理部
45:人工構造物識別処理部
46:傷判定部
47:出力表示処理部
Claims (10)
- 複数チャネルの超音波パルスを被検査体に放射して得られた反射エコーのBスコープ画像から、前記被検査体の傷を判定する被検査体傷判定方法に於いて、
前記複数チャネルのチャネルごとのBスコープ画像上での連結領域を抽出し、次に、抽出した各連結領域について一つ又は複数の特徴量を算出し、さらに、算出した特徴量に基づいて前記被検査体における傷を判定することを特徴とする被検査体傷判定方法。 - 前記請求項1記載の被検査体傷判定方法に於いて、
各連結領域の特徴量としての重心を算出し、次に、この算出した各連結領域の重心を用いて前記被検査体中の人工構造物を識別することを特徴とする被検査体傷判定方法。 - 前記請求項1又は2記載の被検査体傷判定方法に於いて、
抽出した各連結領域中の、連結領域を構成する全ての反射エコーが、超音波パルス放射後の最初の反射エコーでないことを条件として遅れエコーを識別することを特徴とする被検査体傷判定方法。 - 複数チャネルの超音波パルスを被検査体に放射して得られた反射エコーのBスコープ画像から前記被検査体の傷を判定する被検査体傷判定装置に於いて、
複数チャネルの超音波パルスを被検査体に放射し、かつ、受信した受信データを出力する多チャネル超音波送受信部と、
前記多チャネル超音波送受信部の受信データから前記複数チャネルのチャネルごとのBスコープ画像上での連結領域を抽出する連結領域抽出処理部と、
前記連結領域抽出処理部が抽出した各連結領域について一つ又は複数の特徴量を算出する特徴量算出処理部と、
前記特徴量算出処理部で算出した特徴量に基づいて前記被検査体の傷を判定する判定処理部と、
を備えることを特徴とする被検査体傷判定装置。 - 前記請求項4記載の被検査体傷判定装置に人工構造物識別処理部を設け、この人工構造物識別処理部が、前記特徴量算出処理部で算出された各連結領域の重心に基づいて人工構造物を識別することを特徴とする被検査体傷判定装置。
- 前記請求項4記載の被検査体傷判定装置に遅延エコー識別処理部を設け、この遅延エコー識別処理部によって、前記連結領域抽出処理部で抽出された各連結領域中の連結領域を構成する反射エコーが、超音波パルス放射後の最初の反射エコーでないことを条件として、遅れエコーを識別することを特徴とする被検査体傷判定装置。
- 前記請求項1乃至3の何れかに記載の被検査体傷判定方法に於いて、被検査体がレールであることを特徴とする被検査体傷判定方法。
- 前記請求項1乃至3の何れかに記載の被検査体傷判定方法に於いて、超音波レール探傷車におけるレール傷判定装置に適用されることを特徴とする被検査体傷判定方法。
- 前記請求項4乃至6の何れかに記載の被検査体傷判定装置に於いて、被検査体がレールであることを特徴とする被検査体傷判定装置。
- 前記請求項4乃至6の何れかに記載の被検査体傷判定装置に於いて、超音波レール探傷車におけるレール傷判定装置に適用されることを特徴とする被検査体傷判定装置。
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