JPH02225702A - 鉄道レールに沿って移動する部材の横断方向の位置決め方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、鉄道軌道のレールに沿って移動される部材、
かつ、とくにレールの非破壊検査に用いられる超音波変
換器用の支持部材を前記レールに対して横断方向に精密
に位置決めする方法および装置に関する。 鉄道軌道が受ける歪および動的な荷負荷は長円形割れ目
、水平亀裂、横断方向の亀裂または長さ方向亀裂、星状
割れ目などのようなレール内に内部欠陥を発生させる。 欠陥のあるレール部分を交換するために、非破壊方法に
よって現場または工場でこれらの欠陥を検出できること
が重要である。 現場または工場でレールの内部状態を非破壊的に検査す
るのに最もよ（用いられているのは、レールの超音波試
験である。この技法は、レールの頭部にエミッタ・レシ
ーバあるいはエミッタ・レシーバ変換器を接触させ、変
換器の向きを検出させる割れ目の形式に適合させること
から成る。 放出された超音波の受信されたエコーは通常、陰極線管
上で視認される。これらのエコーはさらにグラフ上にプ
ロットされて、検出された割れ目の形式の１つの位置決
定を可能にさせる。欠陥の解釈も、デジタル計算機によ
って行なうことができ、その印刷器は欠陥個所および性
格の直接の報告を提供する。 その場での検査の場合、変換器はレール上を転動する運
搬台上に取り付けられ、かつ水膜を介してレールと超音
波接触状態に維持される。また、レール上を転動する車
輪に装着された変換器を用いることができ、変換器と転
動表面との間の超音波接触が、例えば、米国特許第４．
１６５，６４８号に記載されているように車輪内に収納
された液体によって実現されている。 使用される変換器およびそれらの位置は、検知する欠陥
の特性によって決定される。この試験中、各変換器は試
験されている鉄道レールに対して常に正確に位置づけら
れていなければならないことが重要である。 ゼロを除く成る角度でレールの底部によって反射された
ビームで作用する変換器に対して、前記変換器のレール
長さ方向の間隔は、良好に受信されるようにレールの高
さの関数として定めなければならない。レールの比較的
肉厚のレール内芯部の欠陥を検知するのに用いられる変
換器に対しては、精密に実施されなければならないこと
はレールに対する横断方向の位置である。 成る既存の実例では、レールに対する横断方向の位置決
めは、レールの輪郭の横断方向幾何学的基準と考えられ
るレールの頭部の横側面に対して変換器を担持している
運搬台に強固に連結された機械的部分を、ジヤツキまた
はばねを作用して強制的に押接することによって実施さ
れている。 これらの実施方法は、レールの頭部の破壊によるレール
の横断方向の摩損またはレールの横幅の程度が相違する
ことと同様に、用いられるレールの形式が異なることに
よって、レールの頭部の幅が相違することに関連する重
要な欠点をもっている。従って変換器はその位置決めが
不良となって、良好な品質試験が保証できない。 成る実例では、変換器の横断および長さ方向の位置決め
に対して手操作による制御が用いられている。しかし、
これらの装置は、これらの制御がレールの頭部の目視観
測をもとにして実施されるのでその結果は近似的となら
ざるを得す、かつ試験車輌の所与の移動速度の点から実
施できない。 米国特許第４．０４４．．５９４号には１つの車輌内に
配設された唯一の変換器によるレール試験装置が開示さ
れているが、この装置はレール表面の不規則性に起因す
る車輌の横方向および角度変化を修正するために複雑な
調整システムを必要とする。このような装置は、比較的
早い速度では有効に作用できない。 公告されたヨーロッパ特許出願第０．１６０，５９１号
には、レール上を滑動しかつレールと超音波接触してい
る超音波変換器によってレールを試験する方法および装
置が開示され、この装置によれば、少くとも１つの変換
器の位置がレールの底部の下面によって反射された超音
波ビームの強度変化によって制御されている。この文書
によれば、鉄道軌道に対して前記変換器の横断方向位置
と同様に長さ方向位置の制御も可能である。 米国特許第４，２３５．１１２号には、レールに沿って
検出装置が移動するときレール上で自動的に中心合わせ
されるレール欠陥検出装置のセンサを含む横断方向に可
動な超音波変換器が開示されている。 このセンサは超音波エネルギを発生しかつ受承する変換
器の各側に配置された一対の超音波受信変換器を含む。 レールの底部の下面によって反射された超音波のビーム
により受信変換器によって提供された信号は、比較され
かつ信号間の差があればそれがレールに対するセンサの
横断方向位置を制御するのに用いられる。 ゆえに、米国特許第４．０４４，５９４号、同第４．２
３５゜１１２号およびヨーロッパ特許ＥＰ第０．１６０
，５９１号は、レールの底部の下面上の１つまたは２つ
の超音波ビームの反射を使用することを提案している。 これらの特許は、反射された超音波ビームの強度または
エネルギの測定を基礎としており、これは信頼性に欠け
る。事実、これら超音波反射ビームのエネルギは、例え
ば亀裂または末端きずのようなレールの内芯部およびそ
の底部にあられれた欠陥によって変更されかつ動揺され
る。さらに、レール底部の下面は、常に多かれ少なかれ
腐蝕されかつ錆びが生じ、腐蝕はさらに反射された超音
波ビームの強度変化を起こさせる。ゆえに、これらの既
存の装置は、レールの頭部に対する変換器の長さ方向ま
たは横断方向の最適位置を精密にかつ自動的に位置決め
することができないから、これらの方法によってレール
の超音波試験の結果は誤差を伴うことになる。 フランス特許出願第７，８１２，６６１号、ドイツ特許
ＤＨ−Ａ−３，２２７，１３０号およびフランス特許第
７，２３３．５１６号それぞれの文献から、チューブの
長さ方向溶接部の試験、または加工された加工物内の欠
陥の検出用の超音波式非破壊試験および装置を知ること
ができる。これらの装置はすべて、変換器の位置制御用
の反射された超音波の強度を用いる結果として上記の欠
点を受ける。さらにこれらの文献は変換器の位置制御用
として試験される部品の外側によって反射された超音波
ビームを用いている。 もちろん、これは、試験されるレールの上方転動表面は
不規則に摩損しかつ基準面としては使用できないから、
レールの試験には適用できない。 レール軌道に沿って移動される部材をレールに対して精
密に横断方向に位置づけるのに必要な他の可能な適用が
存在し、この部材は測定装置、試験装置または再整形装
置を担持している。 これらのすべての実例に対し、本発明は遭遇した課題へ
の解決をもたらす。 本発明による方法および装置は、レールの軸線に対して
レールに沿って移動される部材の位置決め、とくに横断
方向の位１決めの制御が反射された超音波ビームの強度
およびレールの内芯の欠陥あるいはレールの底部の下面
の腐蝕とは無関係に、既述の欠陥に解決手段を提供する
。 本発明の目的とする方法および装置は後述する特徴およ
び特許請求の範囲から自明である。 附図は、本発明による鉄道軌道のレールの試験変換器の
横断方向の位置決め方法および装置の実施例の図解を示
す。 レールの長さ方向軸線、以下におい′Ｃ縦軸線という、
に対して横方向に、前記レールの例えば超音波試験用変
換器を担持する前記レールに沿って移動される部材を位
置づける本願に係る方法は、し・−ルの試験用変換器を
担持する支持部材上に、レールの紺軸線に対する前記支
持部材の横方向位置の制御変換器を組み付けることを含
む。この制御変換器は２つの放出−受信変換器で構成さ
れ、これらの変換器は相互間で１つの角を形成しかつレ
ールの転動表面上を滑動するパッド内に配置されかつ例
えば水膜によってレールの該表面と超音波接触状態に設
定されている。これらの放出−受信変換器は、それぞれ
それらが反射されるレールの各継ぎ目板にほぼ垂直に、
間欠的な超音波またはパルス列のビームを放出する。こ
こにおいて、作業者はビームまたは超音波パルスそれぞ
れの進行時間、すなわち実際には対応する継ぎ目板への
各前記変換器の距離を測定するが、この場合、鋼材内で
の超音波の伝送速度は既知とする。 これらの超音波ビームはパルス列によって構成され、従
って支持部材がレールに沿って連続的に移動されると間
欠的に表われる。測定に際して、支持部材がレール上の
異なる位置に静止すると、これらのビームは唯一のパル
スを含むことになる。 さらに、これらのビームは、一般に各ビームのパルスが
同時に放出されるように同期されている。 次に、第１のビームの１つのパルスがそのエコーの受承
から離れる時間間隔が測定されかつ第２のビームの対応
するパルスとそのエコーの受承間の時間間隔に比較され
る。 次に、これらの距離間の差、すなわちこれら２つのビー
ムの進行時間の差を計算し、これは変換器または変換器
支持部材の横方向位置決め装置用の制御信号をさらに敷
延するのに用いられる。 このようにして、この測定方法はこれらのビームのエネ
ルギまたは強さに関しては独立しており従って、レール
の底部の欠陥と同様にレールの内部欠陥に関しても無関
係であるから本発明の序文で述べられた既存のシステム
のすべての欠陥を無くすことができ、なお前記レールの
底部は超音波ビームはその欠陥によって反射の対象には
ならないからである。 変換器の横方向位置に関するこの制御方法は、さらにつ
ぎの利点を有している。 超音波信号またはビームは、鋼内でのそれらの進行長さ
が短かいので極めて僅かに減衰されるだけである。レー
ル頭部の厚さを通過するのみで従来の装置の場合のよう
に中心部まで含んだレールの全高は通過しない。 経験によれば、継ぎ目板は摩損や腐蝕を受けないから特
に改変された表面をもないことが明らかである。ゆえに
、これらの表面上での反射は良好な品質を提供しかつレ
ールのすべての点においてほぼ一定である。さらに、継
ぎ目板の傾斜は、レールの形式に係らず実質的に同一で
あるから、同一の制御変換器、すなわち相互間で成る角
度を形成する２つの放出−受信変換器が任意の形式のレ
ールに使用できる。 変換器の中心合わせはレールの対称軸線上で行なうこと
ができるが、また前記対称軸線と平行に延びる直線上で
ゼロでない１つの基準値を導入することによっても実施
できる。よってこれらの変換器はレールの対称面内に位
置させることができるばかりでなく、対称面と平行でこ
れから横方向に移動された平面内にも位置させることが
でき、これはレール頭部の成る区域の試験用として有効
、さらには必要であろう。 一差異を利用するこの測定方法は、超音波ビームの進行
時間の絶対値によって影響されず、従ってレール頭部の
摩損あるいは厚さとは無関係である。 −制御変換器によって放出された超音波ビームはわずか
に末広がり状となるから、レールの対称面と垂直、すな
わちレールの転動表面と平行な平面に対して継ぎ目仮に
よって形成された僅かな角度偏差はこの測定結果には影
響しない。 第１図ないし第３図は、上述の位置決め方法の原理を示
す。 第１図において、レールの頭部２の転動表面上を滑動す
る変換器の支持部材１が示されている。 この支持部材１は２つの放出−受信超音波変換器３．４
から成る制御変換器を担持し、これらの変換器は相互間
で実際上１８０°−αに等しい角を形成しており、ここ
にαは継ぎ目板５がレールの転動表面となす角をあられ
す。 この図形において、支持部材ｌ、従って制御変換器３，
４はレール２の軸線または対称面Ｔ上に中心を置いてい
るから、各変換器３，４のビームが進行する距離、すな
わち一方において距離ＡＢＡ、および他方においてＣＤ
Ｃは等しい、これらの距離を進むのに要する時間も等し
く、それらの差は存在しない。この場合に、もし支持部
材１の位置制御装置の基準値もゼロであれば、これらの
変換器は正しく位置決めされていることになる。 第２図は、レール２の転動表面と平行な支持部材Ｉの移
動値ｒｄ、の影響を示す。 距離ＡＢはＡ、Ｂ、となり、すなわちＧＢ、＋ＧＡ、＝
ＡＢ十〇Ａ、、また距離ＣＤはＣ，Ｄ、、すなわちＣＤ
−ＣＨとなり、ここにＧＡ、＝ＣＨ＝ｄ′Ｓｉｎαであ
る。 よって、一方のビームの往復運動距離はＡ　＋　Ｂ　ｔ
＋Ｂ＋Ａ、−２ＡＢ＋２　・ｄ−ｓｉｎα、また他方の
ビームに対してはＣＩＤ、＋ＤＩＣＩ＝２　ＣＤ−２・
ｄ−ｓｉｎαに等しい。 ２つの運動距離の差は、従って δ＝２ＡＢ＋２　ｄ　−５ｉｎｉｒ−（２ＣＤ−２・ｄ
１ｓｉｎα） しかるにＡＢ＝ＣＤであるからδ＝４　・ｄ　−５ｉｎ
α、これに伴なう時間差はΔｔ＝４・ｄ−ｓｉｎα／■
ここに■は鋼中での超音波の速度である。 この信号ΔＬが、この場合支持部材１の所望位置の関数
として定められた基準値と比較されて位置決め制御装置
の制御信号を発生する。 第３図は、左方への値「Ｘ」　（マイナス「Ｘ」）だけ
支持部材１が中心から移動された場合を示す。 この場合、Ｌ、はＬ！より小さく、その差δ＝Ｌ。 Ｌｘは負となりかつΔｔも負となる。従って、レールの
対称面Ｔの当該側に、支持部材１の軸線が信号ΔＬまた
はδの符号に従って位置されることが分かる。 この図において、さらに、厚さが減じたレール頭部の摩
耗量ｒＵ、１は、測定、従って支持部材１の位置決めま
たは心合わせには影響しない。事実、第１のビームの進
行量はＢ　Ｂ　ｔの２倍だけ、また第２のビーム進行量
はＤＤ、０２倍だけ減少される。ＢＢ、とＤＤ、は等し
いから、これらのビームの進行距離、および進行時間は
不変のままである。 第７図は、時間の関数として、トランジューサ３．４に
よって放出されたパルスＥｉ、Ｅ２、および距離り、と
Ｌ２の長さによって左右される時間ｔ、および

【、それ
ぞれ経過後のこれらパルスのエコーＲ，，Ｒ，を示す線
図である。 この図から、エコーＲのエネルギまたは強さは放出され
たパルスの１つよりもその振幅は小さいが、これらのエ
ネルギレベルには全く制約されない時間１．．１アの測
定には影響しない。 第６図は、レール２の頭部の軸線に関して支持部材１の
制御および位置決め装置のブロック線図を示す。 支持部材１はレール２と超音波接触している制御変換器
３，４を担持している。 長さＬｌおよびＬｔは、変換器３，４によって放出され
かつ受信された超音波の進行距離の１／２をあられす。 時間基準Ｂと組み合わされたこの放出−受信制御変換器
３．４は、パルスＥ＝、Ｅｔと変換器３゜４のこれらの
パルスのエコーＲ，，Ｒ，の受信とを区分する時間ｔ＋
、ｔｚを決定できる。これらの時間１，１．は比較器６
内で比較されてΔｆ、＝ｔ。 ｔ２の信号を発する。この信号Δｔは加算器７を介して
基準信号Ｘに加算されて、支持部材ｌの位置決め用の制
御信号（Ｘ＋Δｔ）を送出する。この制御信号（Ｘ＋Δ
ｔ）の絶対値比較器８内のしきい値Ｓと比較されて、制
御信号の絶対値がもし、特定の作用状態、レールの状況
、測定速度および例えば支持部材１の移動に対する機械
的および液圧回路の共振などの関数として予め定めたし
きい値より大きければ、その場合にのみ調節信号Ｑを送
出する。このｉＡ節信号Ｑは、増幅器９によって増幅さ
れ、その出力がサーボバルブ１０を制御して、一方にお
いて支持部材１に固着されかつ他方において、レール上
を転動しかつ支持部材１を運搬する運搬台１８に担持さ
れたフレーム１７と固着された複動ジヤツキ１１を制御
する。 さらに、表示器ｌ・１に接続された線形移動量センサ１
３は、支持部材】のこれを担持するフレーム１７に対す
る横方向位置を調査することができる。これにより、作
用の開始に際して変換器の急速な心出しを許しかつ変換
器の接触が無くなったのち、作用中の再心出しを有利に
する。ビデオスクリーン１５は調整ループとその種々の
要素の良好な作用を追従させる。 第４図および第５図は、本発明による作業場における敷
設レールまたはレール本体の超音波試験変換器の精密位
置決め装置の一特定実施例の概設図を示す。支持部材１
は、上述のように相互間で所定角度を形成している２つ
のエミッタ・レシーバ変換器から成る制御変換器３，４
、およびレールの試験変換器１４．１５を担持している
。この支持部材ｌは、レール２の対称面Ｔと垂直方向に
沿って配置されかつ２つの複動ジヤノキ１９２０によっ
て案内運搬台１８に対する高さが移動できるフレーム１
７に取り付けられたロッド１６上を滑動可能に取り付け
られている。案内運搬台１８にはレール２上を転動する
フランジ付きローラ２１が具備されている。 サーボバルブ１０によって制御される線形移動量センサ
１３を含むジヤノキ１１は、支持部材１をロッド１６に
沿って移動させることができる。 運搬台１８に固着されたケーシング２２は、電子部品お
よび第６図について述べられた装置への圧力流体の供給
手段を収容し、調査スクリーンＩ５および表示器１４は
、運搬台１８が鉄道軌条に沿って牽引される鉄道車輌の
駆動室内に配設されている。 もちろん、このような装置の機械的実施手段としての多
数の変更態様が本発明の特許請求の範囲および精神なら
びに上述の調整方法から逸脱せずに実現できる。 とくに、支持部材１は、レールの長さ方向および横方向
輪郭を測定する機械的探知手段、再輪郭形成工具、ある
いはレールに対して運搬台を横方向に精密に位置づける
べく正しく作用させるその他の要素を１す持することが
できる。 前述のように、本発明はレール再生工場におけると同様
に、敷設された軌道上においても用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レールの対称軸線上に中心を置く制御変換器
、 第２図は、制御変換器のレール頭部の軸線に対する横移
動量ｒｄ」の影響、 第３図は、レール頭部の軸線に対し左方への値「Ｘ」を
移動された制御変換器、 第４図は、本発明による変換器位置決め装置を具備した
変換器の搬送移動台の横側面図、第５図は、第４図の線
Ａ−Ａに沿った断面図、第６図は、本発明による制御装
置の構成ブロツク図、および 第７図は、制御変換器の送出パルスｒＥ、および受承パ
ルス「Ｒ」を時間「ｔ」の関数とし７て示した線図であ
る。 図中の符号：　　　１・・・変換器支持部材、２・・・
レール頭部、　　３，４・・・制御変換器、５・・・継
ぎ目板、　　６・・・比較器、７・・・加算器、　　　
　８・・・比較器、９・・・増幅器、　　　１０・・・
サーボ弁、１１・・・複動ジヤツキ、　　１３・・・線
形移動量センサ、１４・・・表示器、　　　１５・・・
ビデオスクリーン、１６・・・ロッド、　　　１７・・
・フレーム、１８・・・案内運搬台、１９．２０・・・
複動ジヤツキ、２１・・・ローラ、　　　２２・・・ケ
ーシング、Ａ−Ａ・・・対称軸線、ａ・・・エネルギレ
ベル、を示ス。 代理人　弁理士（８１０７）　　佐々木　清　隆（ほか
３名） ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、　５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉄道軌道のレールの対称面に対して前記レールの横
   断方向に沿って配置された部材の位置決め方法であって
   、 前記レールの頭部を通ってレールの継目板と実質的に垂
   直な２つの超音波ビームを放出し、前記継目板によって
   反射されたこれらのビームのエコーを受信し、 前記２つの超音波ビームの発信とそれぞれのビームに対
   するそのエコーを受信との間の時間差の関数として調整
   信号を形成し、かつ 前記調整信号を前記部材の横断方向の位置決めの制御信
   号を敷延するのに用いることを特徴とする鉄道軌道レー
   ルの横断方向に沿って移動する部材の位置決め方法。 ２、２つのビームの発信とそれらのビームのエコーとの
   間の時間差に比例する信号を基準値と比較して制御信号
   を形成することを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、制御信号が、調整信号または基準値とのその比較値
   が予め定めたしきい値より大きい場合にのみ送出される
   ことを特徴とする請求項１または２記載の方法。 ４、レールの対称面上に中心合わせするために、少くと
   も１つの超音波試験変換器が該レールに用いられること
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の
   方法。 ５、各超音波ビームがパルス列から成ることを特徴とす
   る請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。 ６、超音波パルス列が同期されていることを特徴とする
   請求項５記載の方法。 ７、レールの長さ方向軸線に対し横断方向に移動可能な
   支持部材を具備されたレール上を転動しかつレールと超
   音波接触する制御変換器を担持している案内運搬台を含
   み、 支持部材のレールに対して横断方向に支持部材を移動す
   る装置を含み；および 制御変換器がレールと超音波接触している相互間に１つ
   の角度を形成している２つのエミッタ・レシーバ変換器
   を含み、レールの頭部を通ってそれらのエコーが反射さ
   れる継目板に対して実質的に垂直な放射ビームが前記エ
   ミッタ・レシーバ変換器によって受信され； これと同時に２つの超音波ビームの受信からビームの放
   出を区分する進行時間差の関数である信号に応答して支
   持部材の移動装置を制御する調整ループを具備している
   ことを特徴とする鉄道軌道のレールの対称面に対して該
   レールの横断方向に沿って配置された部材の位置決め装
   置。 ８、支持部材がレールを試験するための超音波変換器を
   担持していることを特徴とする請求項７記載の装置。 ９、調整ループが、基準値を導入する加算器に給送する
   進行時間差（Δｔ）に対応する信号を送出しかつ制御信
   号〔ｆ（ｘ）＋Δｔ〕を送出する比較器を含むことを特
   徴とする請求項７または８記載の装置。 １０、調整ループが、制御信号が予め定めたしきい値よ
   りも小さい限り、制御信号を取り消す別の抑止装置を含
   むことを特徴とする請求項９記載の装置。