JPH04128650A - レール探傷用自動走査装置 - Google Patents

レール探傷用自動走査装置

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JPH04128650A
JPH04128650A JP2251623A JP25162390A JPH04128650A JP H04128650 A JPH04128650 A JP H04128650A JP 2251623 A JP2251623 A JP 2251623A JP 25162390 A JP25162390 A JP 25162390A JP H04128650 A JPH04128650 A JP H04128650A
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隆 番匠谷
Takehisa Nanba
難波 丈久
Kenichi Takada
憲一 高田
Akiyoshi Kawagishi
川岸 明美
Takashi Kamigaki
上垣 隆
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、レール探傷用自動走査方法およびその装置
に関し、さらに詳しくは、レールの溶接継目部の頭部か
ら底部に至る全断面の内部欠陥を、超音波を利用して自
動的に探傷するレール探傷用自動走査方法およびその装
置に関する。
〔従来の技術〕
従来、レールの探傷は、(a)超音波を発生する探触子
が取り付けられた探傷器を走行させて走査する方法と、
(b)レールの溶接継目部の超音波探傷を手作業により
行なう方法とが行なわれていた。
前者の探傷方法では、探傷器に通常探触子と同じ数だけ
の探傷器が備えられ、レール頭部上面から行なわれた超
音波探傷のデータが連続して取り込まれ、データの演算
結果が記録紙に出力されている。なお、この場合、一定
レベルを超えた出力について特殊なマークを記録紙につ
けると同時に、レールのその地点に塗料を吹き付けるこ
とも行なわれている。
また、後者の手作業による探傷方法では、探傷結果の判
定は、超音波探傷器のブラウン管上のAスコープ像を観
察し、その波形の変換から欠陥を観察するという方法が
とられ、しかも、屈折角度の異なる探触子をいちいち切
り替えて観察することが行なわれていた。また、記録は
ブラウン管の観察波形をそのままプリントアウトするこ
とにより行なわれていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の探傷器による自動走査は、レールの頭部上面から
の超音波探傷であるため、探傷範囲はレールの頭部と腹
部とに限られ、一番大きな応力が作用するレールの底部
は探傷することができない上に、探触子と同じ数だけの
探傷器が必要になるため、装置の製作に要する費用が著
しく多額になるという不都合があった。
また、従来の手作業による探傷方法では、レールの底部
の探傷を行なうことはできるが、超音波探傷について、
探傷結果の判定に熟練者が必要になるだけでなく、測定
に個人差や誤差が生じ易くなり、その上、探傷作業に人
手と時間とがかかる不都合があった。
この発明は、上記従来の不都合に鑑みてなされたもので
、レールの底部を含めた溶接継目部の全断面を、1個の
探傷器を備えた割安な装置により、超音波探傷について
の熟練者がいない場合にも、客観的な探傷結果が少ない
人手によって能率良く得ることができるレール探傷用自
動走査方法およびその装置の提供を目的とするものであ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本願方法発明では、性能が
異なる複数個の超音波探触子を備えた走査装置をレール
の溶接継目部分にセットし、上記複数個の中から選択さ
れた超音波探触子をレールの頭部上面、頭部側面、底部
上面などにそれぞれ接触させた状態で設定された距離だ
け走査して探傷し、各超音波探触子から得られた探傷デ
ータをパーソナルコンピュータにより演算して、レール
の継目箇所の全断面について内部欠陥の状態を検査する
ことを特徴としてレール探傷用自動走査方法としたもの
である。
上記超音波探触子は超音波をレール探触面に対して両側
から入射させることが好ましい。
また、本願装置発明では、複数個の各種探触子がレール
の長手方向、横方向、高さ方向に移動可能に保持される
とともに、長手方向の軸に対して回転可能に保持され、
レールの溶接継目部のセンターから設定された位置に保
持される手段を備えた走査装置と、探触子の走査により
超音波探傷を行ない、データを収集、転送する超音波探
傷器と、使用する探触子に、超音波探傷器からの信号線
を切替えるチャンネル切替え器と、探傷に使用する探触
子、走査径路、走査速度、探傷感度等の探傷シーケンス
を登録し、インタフェースボードを介して、そのシーケ
ンスに従って、走査装置、超音波探傷器等を制御し、得
られた探傷データを演算して、B、Cスコープ像として
ディスプレイに表示するパーソナルコンピュータとから
、レール探傷用自動走査装置が構成されている。
〔作 用〕
方法発明においては、性能が異なる複数個の中から選択
した超音波探触子を、レールの頭部上面、頭部側面、底
部上面などにそれぞれ接触させた状態で走査して、レー
ルの溶接継目部分の全体について探傷データを得ること
ができるため、これらの探傷データをコンピュータで演
算処理することにより、レールの継目箇所の全断面につ
いて内部欠陥の状態が表示可能となる。
また、装置発明においては、複数個の探触子を備えた走
査装置をレールの溶接継目部のセンターに位置決めして
セットし、レールの長手方向、横方向、高さ方向に移動
可能で、長手方向の軸に対して回転可能な複数個の探触
子から選択された特定の探触子を、レールの頭部上面、
頭部側面、底部上面などに接触させてコンピュータに登
録されたシーケンスの内、選択されたシーケンスに従っ
てレールの溶接継目部分を走査させると、レールの各部
からの探傷データが超音波探傷器からコンピュータに入
力される。コンピュータは入力された各探傷データを演
算処理して、レールの継目箇所の全断面について内部欠
陥を誰にも理解し易いB、Cスコープ像としてディスプ
レイに表示する。
〔実施例〕
第1図は、レール探傷用自動走査方法に用いられる装置
の一実施例を示すものである。
レール探傷用自動走査方法は、次の手順によって行なわ
れる。
(1)複数個の超音波探触子1を備えた走査装置aを、
レールの溶接継目部分のセンターに位置決めしてレール
に固定する。
(2)  レールの頭部上面からの探傷においては、探
傷する深さに適した各超音波探触子1を順次選択してレ
ールの頭部に接触し、それぞれの超音波探触子1につい
て、設定された走査範囲を設定された走査速度で走査し
て探傷を行なう。
(3)  レールの頭部側面、底部上面についても、そ
れらの探傷に適する超音波探触子1を頭部側面と底部上
面とに接触させて走査し、それらの部分についての探傷
を行なう。
(4)走査によって得られたレールの頭部上面、頭部側
面、底部上面からの各探傷データをパーソナルコンピュ
ータCに入力して演算する。
(5)  コンピュータCにより演算された各探傷デー
タを、レールの継目箇所の全断面についてB。
Cスコープ像としてディスプレイdに表示する。
したがって、このレール探傷用自動走査方法によるとき
は、性能の異なる複数個の超音波探触子1を用いてレー
ルの頭部上面、頭部側面、底部上面などからレールの全
断面についての探傷データが容易に得られる。しかも、
得られた各探傷データは、コンピュータCによって自動
的に演算され、その演算結果は、B、 Cスコープ像と
してディスプレイdに表示されるため、超音波探傷を行
なう場合に、熟練者は不要になり、その場で、欠陥の正
確な判定を行なうことができる。
また、探傷作業の多くは自動的に行なわれるので、測定
結果に個人差や誤差が生じにくくなるだけでなく、少な
い人手によって作業を能率良く行なうことができる。
以上、上記方法発明を実施する装置の一実施例の詳細に
ついて、第1図ないし第11図を参照して説明する。
レール探傷用自動走査装置は、探傷性能の異なる複数個
の超音波探触子1と、探触子1の信号線を切替えるチャ
ンネル切替え器49とを備えた走査装置aと、探傷デー
タをディジタルで記憶できる超音波探傷器すと、探傷箇
所の位置データを記憶し、登録された探傷シーケンスに
従って走査装置aの制御を行ない、さらに探傷データを
分析してB、  Cスコープ像として表示させるパーソ
ナルコンピュータ (以下、パソコンという) C1パ
ソコンCに接続されてB、 Cスコープ像を表示するデ
ィスプレイdとから、主として構成されている。
走査装置aは、第2図に示すように、同一水平面内でレ
ールと平行に配列された2個のL形部材2.2と、この
L形部材2.2の長さ方向両端部を直角に結合する前後
方向の側板3,3とにより本体フレームが構成されてい
る。側板3,3は、L形部材2.2の内側の左右下端部
と連結棒4゜4によって連結されており、各連結棒4,
4の中間部にそれぞれ2個ずつ摺動可能に結合された立
方体状のブロック5,5の上面に、額縁状に形成された
受は枠6が取り付けられている(第3図参照)。
7は一方のL形部材2の中間部に固定された垂直板で、
一方の側板3から外側に保持されたY軸パルスモータ8
と、垂直板7から受は枠6側に保持されたY軸エンコー
ダ9には、Y軸ボールネジ10の両端が結合されている
。受は枠6とY軸ボールネジ10とは、受は枠6に固定
されてY軸ボールネジ10と螺合するナツト部材11に
より結合されている。このため、ya氷ボールジ】0が
Y軸パルスモータ8によって左右いずれかの方向に回転
されたとき、Y軸ポールネジ10と螺合するナツト部材
11により、受は枠6は連結棒4゜4に沿ってレールの
長手方向に移動される。受は枠6のレールと直角な方向
の一方の枠部材には、その下面から突出する保持部材6
aにレールの側面と対向してマグネットセンサ等の近接
センサ53が設けられている。
受は枠6は、レールと直角な方向の2つの枠部材の同じ
高さ位置に、案内部材12.12が平行に保持されてお
り、これらの案内部材12.12に対し摺動可能に結合
された摺動体13.13の上面には、L形部材14が固
定されている。15は摺動体13.13とL形部材14
に保持された門型の垂直フレームで、この垂直フレーム
15の一方の垂直辺からレール方向と平行に外側に突出
する突出片15bは、案内部材12と平行なX軸ボール
ネジ16が螺合されているcXX氷ボールネジ16一端
は、受は枠6と垂直な垂直板17に保持されたX軸パル
スモータ18と結合され、他端は軸受19に回転自在に
保持されている。前記垂直板17には、X軸パルスモー
タ18の回転数を伝達ベルト20を介して検出するX軸
エンコーダ21が取り付けられている。このため、X軸
パルスモータ18によりX軸ボールネジ16が回転され
ると、突出片15bを介してX軸ボールネジ16と螺合
する門型の垂直フレーム15は、レールと直角な方向に
移動され、その移動量は、X軸エンコーダ21で検出さ
れる。
垂直フレーム15は、上辺がL形部材15aで結合され
、両方の垂直辺の下端には、上辺のL形部材15aと同
じ方向に折り曲げ辺15C,15Cが形成されている。
上辺のL形部材15aと、各垂直辺の下端の折り曲げ辺
15C,15Cとに、Z軸周スライドシャフト22.2
2が平行に設けられている。これらのスライドシャフト
22.22には、両端に直方体状のブロック24.24
を備えた垂直移動板23が上下方向に摺動可能に結合さ
れている。25は垂直、フレーム15の一端においてス
ライドシャフト22と平行に設けられたZ軸ボールネジ
で、このZ釉ボールネジ25は垂直移動板23に固定さ
れたナツト部材26と螺合し、下端を垂直フレーム15
の折り曲げ辺15cに回転自在に保持されるとともに、
上端を垂直フレーム15のL形部材15aから上方に保
持されたZ軸パルスモータ27と結合されている。Z軸
パルスモータ27を保持する受は台28には、Z軸パル
スモータ27の回転を伝達ベルト29を介して検出する
Z軸エンコーダ30が設けられている。
垂直移動板23の前面側に逆U字形の垂直枠31が固定
されており、この垂直枠31の下端開口部内には、同じ
く逆U字形をした回転保持部材32が、垂直枠31の外
側に取り付けられたθ軸用パルスモータ33により水平
なビン34を中心として回転可能に保持されている。垂
直枠31に取り付けられたθ軸用エンコーダ35は、伝
達ベルト36によりθ軸用パルスモータ33と連結され
、θ軸用パルスモータ33によって回転される回転保持
部材32の回転角度を検出する。
回転保持部材32の逆U字形内には、複数個、例えば5
個の探触子ホルダ37が配設され、これらの各探触子ホ
ルダ37は、それぞれ両端を探触子ホルダ37と回転保
持部材32に固定された固定部材38とに枢着された一
対の連結アーム3939の中間部に、プランジャー41
の先端部を枢着されたエアーシリンダ40により、上下
方向へのわずかな移動調整ができるように取り付けられ
ている。各探触子ホルダ37は、対向する一方の側面3
7a、37aを軸42.42により連結アーム39.3
9に回転自在に保持されるとともに、一方の側面37a
、37aと直角をなす他方の一対の側面37b、37b
内に、それぞれ探査性能の異なる超音波探触子lが軸4
3.43により回転自在に保持されていて、探傷面に密
着し得る構成となっている。探触子1としては、例えば
、表層部欠陥検出用に分割型の2MH270°の斜角探
触子が、中距離用に標準型の2MHz70”の斜角探触
子が、遠距離用に標準型の2MH245゜の斜角探触子
などが用いられる。
各エアーシリンダ40の作動は、前記垂直フレーム15
の上辺のL形部材15aに取り付けられた複数個、例え
ば5個のシリンダバルブ44の開閉により、第1図に示
すエアーコンプレッサeからの圧空の供給の切替えによ
って行なわれる。前記り形部材15aの上面には、シリ
ンダバルブ44の他に、探触子1と同数の接触媒質供給
バルブ45が設けられていて、これらの供給バルブ45
の開閉を切替えることにより、第1図に示す接触媒質供
給装置fから供給される水、油、グリセリンなどの音響
伝達用の媒質を、探傷を開始しようとする探触子1とレ
ールの探傷部との間に供給する。
第2図において、Y軸パルスモータ8が取り付けられた
側板3の外側には、平行に突出された一対の垂直板46
.46に、走査装置aをレールの底面の幅方向両端にセ
ットする係合用脚部47゜47が設けられている他、ド
ライバーおよび配線用中継ボックス48や使用する探触
子1を選択するチャンネル切替え器49が設けられてい
る。50は前記中継ボックス48に接続されたリモコン
である。また、前後方向の側板3,3を結合している連
結部材51の上側には、横U字形をしたフレキシブルな
ケーブルベア52,52が設けられていて、各探触子]
がX、 Y、  Z軸方向に移動されるとともに、θ軸
方向に回転されたときにも、コードの引き出し、収納が
無理なく行なえるようになっている。
この他、レールの溶接継目部に対してレールにセットさ
れる走査装置aと、この走査装置aに設けられた接触子
1との位置関係を規定するため、レールの溶接面から一
定の距離のところのレール側面に探傷基準点にするため
の近接センサ53のターゲットになるマグネット等が設
けられており、このマグネット等を走査装置aに設けた
前記マグネットセンサ等の近接センサ53で検出するこ
とにより、探傷測定時の位置関係をいつも一定に保って
、繰り返し測定されるデータの経時的変化を追求できる
ようになっている。なお、探傷データを解析、処理する
に当っては、各探触子の入射点と走査装置aの基準点と
の距離を測定し、このバラツキをパソコンC内で補正し
、入射点が基準点に対してソフト的にそろうようにされ
る。
次に、上記構成の装置を用いて行なう自動探傷作業の操
作手順について説明する。
探傷に先立ち、線側、上下別、左右側、管理番号、キロ
程、探傷年月日などの登録項目を前もって登録しておく
現場での探傷作業の操作手順は、次のようになる。
(1)装置の各電源のスイッチをオンする。
(2)  システムを立ち上げ、パソコンCを初期化し
て、探傷の対象となるレール形状の登録を行なう。
(3)走査装置aを探傷個所のレールの継目部分に、基
準点を一致させてセットし、リモコン50に設けられた
「クランプ」キーを押して走査装置aを下降し、レール
にクランプする。
(4)先に登録したレールについての管理番号を表示さ
せ、これから探傷する継目の番号に該当するものを選択
する。
(5)探傷の準備ができると、その後の制御を走査装置
aのリモコン50に渡すため、パソコンCに設けられた
「探傷部」のキーを押す。この操作により、リモコン5
0に設けられた「探傷部」のランプが点灯する。
〔6)リモコン50に設けられた「探傷Jキーを押して
探傷シーケンスに従って、探触子1を設定された走査速
度で走査範囲を走査する。この場合、探触子1の選択に
先立ち、Y軸パルスモータ8を作動させてレールの基準
点の位置を検出させる。
その後、探傷シーケンスに従って例えば、レールの頭部
上面の探傷に適する探触子1を選択し、X軸パルスモー
タ18、Yllllパルスモータ8、およびZ軸パルス
モータ27をそれぞれ回転するとともに、エアーシリン
ダ40を作動して、探触子1をレールの頭部上面に接触
させる(第9図参照)。
そして、選択された探触子1に対応する接触媒質供給バ
ルブ45を開いて、レールと探触子1との接触面に接触
媒質供給装置fから接触媒質を供給する。次に、Y軸パ
ルスモータ8を作動させて走査を行なわせる。
(7)1走査分の探傷終了の信号を受けると、超音波探
触器すの探傷データを読み込み、その後、チャンネル切
替え信号を出してレールの頭部側面や底部上面の探傷に
適する探触子1.1を順次選択し、第10図と第11図
に示すように、探触子1.1をレールの頭部側面や底部
上面に接触させて、これらの部分をレールの頭部上面の
場合と同様に探傷する。
探触子1をレールの頭部側面や底部上面に接触させる場
合、X軸パルスモータ18、Y軸パルスモータ8、Z軸
パルスモータ27によって探触子1をx、 y、  z
軸方向に移動する他、θ軸用パルスモーク33によって
探触子1をレールの長手方向に回転して行なわれる。
なお、上記探傷においては、探触子1に1探法だけでな
く、分割型の2探法に適するものも含めているので、レ
ール表面直下の3mm程度より探傷が可能になる。また
、探触子1は、レールの探傷面に対して超音波を両側か
ら入射するように配置しているので、方向性を持ったレ
ールの欠陥の検出に対して有効となる。
(8)  レールの各部につし)で自動探傷で得られた
データは、その場で、パソコンCによって解析され、B
、Cスコープ像としてディスプレイdに表示される。こ
の場合、Bスコープ像は、ブラウン管上に探触子1の試
験体上における位置と伝搬時間とを、直角座標にとった
形で表示するものであるから、溶接部のレール断面図上
に欠陥が表示される。これに対し、Cスコープ像は、試
験体上における探触子1の位置をブラウン管面上、また
は記録紙上に示し、その時のエコー高さを濃淡またはデ
ィジタルで表示したものであるから、放射線透過写真の
ような平面図上に欠陥が記録される。
(9)1つの継目箇所でのレールの探傷が終ると、リモ
コン50に設けられた「リフト」キーを押してクランプ
を解除し、走査装置aをレールの継目部分からばずして
次の探傷箇所にセットし、前記(3)〜(9〕の操作を
繰り返す。
なお、ディスプレイdに表示されたB、  Cスコープ
像は、必要があれば、第1図に示すビデオプリンタgに
よりハードコピーをとることができる。
また、探傷データはフロッピーディスクに記録巳、後に
、事務所のパソコンでさらに詳細な管理を行なうことも
可能となる。
〔発明の効果〕
本願発明は、上述の通り構成されているので、次に記載
する効果を奏する。
(1)  請求項1のレール探傷用自動走査方法におい
ては、性能の異なる複数個の超音波探触子を用いてレー
ルの頭部上面、頭部側面、底部上面などからレール継目
部の全断面についての探傷データが容易に得られる。し
かも、得られた各探傷データは、パソコンによって自動
的に演算され、その演算結果は、その場でB、 Cスコ
ープ像としてディスプレイに表示されるため、超音波探
傷を行なう場合に、熟練者は不要になり、探傷現場で欠
陥の正確な判定を行なうことができる。
また、探傷作業の多くは自動的に行なわれるので、測定
結果に個人差や誤差が生じにくくなるだけでなく、少な
い人手によって作業を能率良く行なうことができる。
(2)請求項2のレール探傷用自動走査方法においては
、超音波探触子からの超音波は、レール探傷面に対して
両側から入射されるので、方向性を持ったレール継目部
の欠陥を確実に検出することができる。
(3)請求項3のレール探傷用自動走査装置においては
、次の作用効果が得られる。
a、探触子の制御系は、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向
、およびθ軸方向の4軸であるため、レールの形状や継
目の形状が異なる探傷においても、探触子や側板を交換
しなくても、ソフトを交換するだけで各探触子をレール
の各部に接触させて探傷することができる。このため、
将来レールの種類や溶接方法が増えても、これらに合わ
せて装置を作る必要はなく、シーケンスを変更するだけ
で容易に対応できるというすぐれた実用的効果を奏する
b、探傷作業の多くは自動的に行なわれ、探傷データの
演算結果は、ディスプレイにB、 Cスコープ像として
表示されるため、超音波探傷の熟練者を確保する必要が
なくなり、レール継目部の全断面の探傷を、レールに装
置を設置するだけで、きわめて容易にかつ己速に、しか
も精度良く行なうことができる。また、レールの継目部
の全断面を探傷するのに超音波探触器は1個でよいため
、装置の製作に要する費用を比較的安価に抑えることが
できる。
C0継目部から一定の距離のところに張り付けられたマ
グネット等を走査装置に設けられた近接センサにより検
出し、探傷位置の較正を行なうことができるため、常に
同一位置でのデータ収集が可能となる。このたt1同一
条件で得られた探傷データを過去の履歴と比較すること
により、欠陥に対する評価が可能になるという効果を奏
する。また、探傷データをデータ管理システムに手入力
する手間が省け、入力ミスも防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の装置全体を示す斜視図、第2図は走
査装置を拡大して示した斜視図、第3図から第5図は第
2図の要部を分解して示したそれぞれの斜視図、第6図
は第5図の正面図、第7図および第8図は探触子の取り
付は状態を示す平面図と側面図、第9図から第11図は
レールの頭部上面、頭部側面、および底部上面の探傷時
の状態を示す要部縦断面図である。 1・・・超音波探触子   訃・・Y軸パルスモータ1
訃・・X軸パルスモータ 27・・・Z軸パルスモータ 33・・・θ軸用パルスモータ 47・・・係合用脚部   53・・・近接センサa・
・・走査装置     b・・・超音波探触器C・・・
パーソナルコンピュータ (パソコン)d・・・ディス
プレイ 出願人  近畿日本鉄道株式会社

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)性能が異なる複数個の超音波探触子を備えた走査
    装置をレールの溶接継目部分にセットし、上記複数個の
    中から選択された超音波探触子をレールの頭部上面、頭
    部側面、底部上面などにそれぞれ接触させた状態で設定
    された距離だけ走査して探傷し、各超音波探触子から得
    られた探傷データをパーソナルコンピュータにより演算
    して、レールの継目箇所の全断面について内部欠陥の状
    態を検査することを特徴とするレール探傷用自動走査方
    法。
  2. (2)超音波探触子は超音波をレール探傷面に対して両
    側から入射させる特許請求の範囲第1項記載のレール探
    傷用自動走査方法。
  3. (3)複数個の各種探触子がレールの長手方向、横方向
    、高さ方向に移動可能に保持されるとともに、長手方向
    の軸に対して回転可能に保持され、レールの溶接継目部
    のセンターから設定された位置に保持される手段を備え
    た走査装置と、 探触子の走査により超音波探傷を行ない、データを収集
    、転送する超音波探傷器と、 使用する探触子に、超音波探傷器からの信号線を切替え
    るチャンネル切替え器と、 探傷に使用する探触子、走査径路、走査速度、探傷感度
    等の探傷シーケンスを登録し、インタフェースボードを
    介して、そのシーケンスに従って、走査装置、超音波探
    傷器等を制御し、得られた探傷データを演算して、B、
    Cスコープ像としてディスプレイに表示するパーソナル
    コンピュータとからなることを特徴とする レール探傷用自動走査装置。
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