JP2013036770A - Method and apparatus for continuously detecting flaw of rail head part - Google Patents

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Hiroshi Sakamoto
博 坂本
Nobuyori Aoki
宣頼 青木
Mitsunobu Takigawa
光伸 瀧川
Masanobu Koseki
昌信 小関
Yosuke Ando
洋介 安藤
Yoshiaki Taniguchi
義明 谷口
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Inspection Technologies & Solution Co Ltd
Railway Technical Research Institute
East Japan Railway Co
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Inspection Technologies & Solution Co Ltd
Railway Technical Research Institute
East Japan Railway Co
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rail flaw detecting apparatus capable of accurately measuring the depth of a flaw in an inferior oblique direction and reducing the number of components, having a simple structure and capable of simplifying rail flaw detection work and shortening flaw detection time, and to provide a rail flaw detection method capable of accurately measuring the depth of the flaw in the inferior oblique direction, simplifying the rail flaw detection work and shortening the flaw detection time.SOLUTION: A transmitting phased array probe 50T configured by arraying a plurality of first ultrasonic vibrators and a receiving phased array probe 50R configured by arraying a plurality of second ultrasonic vibrators are arranged so as to put a belly part 100d of a rail 100 between them and either of the probes 50T, 50R is arranged while abutting on the lower surface of an upper neck part 100c of the rail forming a curved surface 101 or a head part 100a of the rail. An ultrasonic wave is applied from the transmitting phased array probe 50T to a wheel tread 100b of the rail 100, an echo of the ultrasonic wave is received by the receiving phased array probe 50R and a flaw of the rail 100 is detected from the echo.

Description

本願発明は、超音波パルスのエコーを用いてレールを探傷する方法及び装置に関し、特にレールの頭部の傷を正確に検査することができるレール探傷方法及び装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for flaw detection using an echo of an ultrasonic pulse, and more particularly to a rail flaw detection method and apparatus capable of accurately inspecting a flaw on a rail head.

レールは、鉄道車両の荷重を支持するとともに鉄道車両を走行方向に誘導する帯状の鋼製品であり、特殊な断面形状をしている。
図16は鉄道車両と鉄道車両を支持するレールの概念縦断面図である。
図16で示すように、レール100は頭部100aを具えている。この頭部100aは、踏面100bと、踏面100bに連続する2つの側面100eとを具えている。一方の側面100eと踏面100bには、鉄道車両の車輪200が直接接触する。
また、レール100は、頭部100aを支持する腹部100dを具えている。この腹部100dは、2つの側面100e間の幅(レール幅)より狭い幅を有している。
また、レール100は、頭部100aと腹部100dとを連結する上首部100cを具えている。この連結は各側面100e又は頭部100aの下面と、腹部100dとを連結している。また、上首部100cはレール100の表面がアール状に凹む曲面101を有している。
The rail is a strip-shaped steel product that supports the load of the railway vehicle and guides the railway vehicle in the traveling direction, and has a special cross-sectional shape.
FIG. 16 is a conceptual longitudinal cross-sectional view of a railcar and a rail that supports the railcar.
As shown in FIG. 16, the rail 100 includes a head 100a. The head 100a includes a tread surface 100b and two side surfaces 100e continuous to the tread surface 100b. The wheel 200 of the railway vehicle is in direct contact with the one side surface 100e and the tread surface 100b.
The rail 100 includes an abdomen 100d that supports the head 100a. The abdomen 100d has a width that is narrower than the width (rail width) between the two side surfaces 100e.
Moreover, the rail 100 is provided with the upper neck part 100c which connects the head part 100a and the abdominal part 100d. This connection connects each side surface 100e or the lower surface of the head portion 100a and the abdomen portion 100d. The upper neck portion 100c has a curved surface 101 in which the surface of the rail 100 is recessed in a round shape.

レール100の頭部100aは鉄道車両の車輪200の荷重を支持するから、頭部100aには傷(亀裂)が生じることがある。
図17(a)〜図17(c)は、レールに発生する傷(亀裂)の状況を示す図である。
特に、図17(a)はレールの概念斜視図であり、図17(b)は図17(a)のレールの概念側面図、図17(c)は図17(a)のレールの概念正面図である。
図17(a)〜図17(c)の破線で示すように、レール100に発生する傷には、頭部100aの踏面100bの起点F1から踏面100bに略平行に進む傷(単に「略平行に進む傷」という。)F2と、頭部100aの内部を鉛直方向下斜め方向に進む傷(単に「斜め下方向に進む傷」という。)F3がある。このうち、下斜め方向に進む傷F3は、略平行に進む傷F2から派生して発生するか、もしくは起点F1から発生する。また、略平行に進む傷F2及び斜め下方向に進む傷F3は、いずれも鉄道車両の車輪200の進行方向Aに延びるように発生する。
なお、図17(a)〜図17(c)では図16と同一部分を同一符号で図示している。
Since the head 100a of the rail 100 supports the load of the wheel 200 of the railway vehicle, the head 100a may be damaged (cracked).
FIG. 17A to FIG. 17C are views showing the state of scratches (cracks) occurring on the rail.
17A is a conceptual perspective view of the rail, FIG. 17B is a conceptual side view of the rail in FIG. 17A, and FIG. 17C is a conceptual front view of the rail in FIG. 17A. FIG.
As shown by the broken lines in FIGS. 17A to 17C, the scratches generated on the rail 100 are scratches (simply “substantially parallel”) that proceed substantially parallel to the tread surface 100b from the starting point F1 of the tread surface 100b of the head 100a. There are F2 and a flaw that progresses in the head 100a in an obliquely downward direction in the vertical direction (simply referred to as “scratch that proceeds in an obliquely downward direction”) F3. Among these, the flaw F3 progressing in the diagonally downward direction is derived from the flaw F2 progressing substantially in parallel or occurs from the starting point F1. Further, both the flaw F2 traveling substantially parallel and the flaw F3 traveling obliquely downward occur so as to extend in the traveling direction A of the wheel 200 of the railway vehicle.
In FIGS. 17A to 17C, the same parts as those in FIG. 16 are denoted by the same reference numerals.

略平行に進む傷F2は、その上方の踏面100bが黒ずんでくるので目視で発見できる。この略平行に進む傷F2の先端部の深さ(踏面100bからの深さ)を正確に測定するには、超音波探傷装置によって超音波をレール100に照射し、そのエコーからレール100の内部の略平行に進む傷F2の先端部を発見するようにしている。
たとえば、この超音波探傷装置には、探触子を踏面100bに当てて、頭部100aの内部に向けて斜め方向に超音波を照射し、そのエコーを、該探触子を介して検出するタイプのものがある(例えば、特許文献1参照)。
The flaw F2 traveling substantially in parallel can be detected visually because the upper tread surface 100b is darkened. In order to accurately measure the depth (the depth from the tread surface 100b) of the front end of the flaw F2 traveling substantially in parallel, an ultrasonic flaw detector irradiates the rail 100 with an ultrasonic wave, and the inside of the rail 100 is detected from the echo. The tip of the wound F2 that runs substantially in parallel is found.
For example, in this ultrasonic flaw detector, the probe is applied to the tread surface 100b, the ultrasonic wave is irradiated obliquely toward the inside of the head 100a, and the echo is detected via the probe. There are types (see, for example, Patent Document 1).

従来のレール探傷方法及び装置では、傷の面に対して斜めに超音波を照射させて傷の先端部(端部)のエコーを検出し、このエコーの最大値が得られるときのビーム路程と探触子の屈折角(超音波の照射角度など)から傷の深さを測定する端部エコー法が適用されることが多い。
この端部エコー法は、傷の先端部までの超音波の伝播時間から深さ(位置)を特定するので、傷の深さの測定には走査箇所が傷の先端部であることの識別が必要である。
そのためには、傷の面からのエコーの連続性(あるいは関連性)が重要である。
一方、走査において傷の面からのエコーが支配的になると、先端部のエコーがこれに埋もれてしまい捉えにくい場合がある。
In the conventional rail flaw detection method and apparatus, an ultrasonic wave is obliquely applied to the surface of the wound to detect an echo at the tip (end) of the wound, and the beam path when the maximum value of this echo is obtained In many cases, an edge echo method is used in which the depth of a flaw is measured from the refraction angle (such as the irradiation angle of ultrasonic waves) of a probe.
Since this end echo method specifies the depth (position) from the propagation time of ultrasonic waves to the tip of the wound, the measurement of the depth of the wound requires identification of the scanned portion as the tip of the wound. is necessary.
For that purpose, the continuity (or relevance) of echoes from the surface of the wound is important.
On the other hand, if the echo from the surface of the scratch becomes dominant during scanning, the echo at the tip may be buried in this and may be difficult to catch.

踏面100bに超音波の探触子を当てるタイプの従来の超音波探傷方法及び装置では、超音波が略平行に進む傷F2の断面で反射してしまって、下斜め方向に進む傷F3に達せず、そのため斜め下方向に進む傷F3の深さを測定できなかった。
なお、斜め下方向に進む傷F3の先端部の、踏面100bからの深さが約30mmに達すると、レール100が破断する可能性があるから、斜め下方向に進む傷F3の先端部の深さを正確に測定することは重要である。
In the conventional ultrasonic flaw detection method and apparatus of the type in which an ultrasonic probe is applied to the tread surface 100b, the ultrasonic wave is reflected by the cross section of the flaw F2 that travels substantially in parallel, and reaches the flaw F3 that proceeds in the diagonally downward direction. Therefore, the depth of the flaw F3 proceeding obliquely downward could not be measured.
In addition, since the rail 100 may break when the depth from the tread surface 100b of the front end portion of the flaw F3 progressing obliquely downward reaches about 30 mm, the depth of the front end portion of the flaw F3 proceeding diagonally downward is likely. It is important to measure the accuracy accurately.

また、探触子を踏面100bに当てるタイプの従来の超音波探傷方法及び装置では、踏面100bは図16で示したように常に鉄道車両の車輪200と接触しており、摩耗して形状が変化する。特に、カーブの部分では斜めに摩耗する。
踏面100bの摩耗が進むと、1つの探触子を用いて測定を行う一探触子法では探触子の位置がずれ、また、2つの探触子を用いて測定を行う二探触子法では超音波送信用の探触子と超音波受信用の探触子との位置関係がずれてしまう。そのため、一探触子法、二探触子法のいずれの方法であっても、略平行に進む傷F2、斜め下方向に進む傷3その他の傷の各先端部の深さの正確な測定ができなかった。
Further, in the conventional ultrasonic flaw detection method and apparatus of the type in which the probe is brought into contact with the tread surface 100b, the tread surface 100b is always in contact with the wheel 200 of the railway vehicle as shown in FIG. To do. In particular, the curve portion is worn obliquely.
As wear on the tread 100b progresses, the probe position shifts in one probe method in which measurement is performed using one probe, and two probes in which measurement is performed using two probes. In this method, the positional relationship between the probe for transmitting ultrasound and the probe for receiving ultrasound is shifted. Therefore, regardless of the one-probe method or the two-probe method, accurate measurement of the depth of the tip of each of the flaws F2 traveling in substantially parallel, the flaws proceeding diagonally downward 3 and other flaws. I could not.

そこで、従来、頭部100aの2つの側面100e(図16)のうち一方に超音波送信用の探触子を当てるとともに他方に超音波受信用の探触子を当て、超音波送信用の探触子から照射され、そのエコーを、超音波受信用の探触子で検出するレールの探傷方法および装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Therefore, conventionally, an ultrasonic transmission probe is applied to one of the two side surfaces 100e (FIG. 16) of the head 100a, and an ultrasonic reception probe is applied to the other of the two side surfaces 100e. A rail flaw detection method and apparatus for irradiating a probe and detecting the echo with a probe for ultrasonic reception has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

また従来、斜め下方向の傷F3の深さを正確に検知するため、超音波送信用の探触子および超音波受信用の探触子をレール100の上首部100cに当てるとともに、超音波送信用の探触子から踏面100bに向けて超音波を照射させるレール探傷方法及び装置も提案されている(特許文献3参照)。   Conventionally, in order to accurately detect the depth of the flaw F3 in the obliquely downward direction, an ultrasonic transmission probe and an ultrasonic reception probe are applied to the upper neck portion 100c of the rail 100 and ultrasonic transmission is performed. A rail flaw detection method and apparatus for irradiating ultrasonic waves from a trusted probe toward the tread surface 100b has also been proposed (see Patent Document 3).

この従来のレール探傷装置では、レール100の長さ方向に移動可能なスライダと、該スライダを上方向に付勢する付勢機構と、スライダにレール100の長さ方向の軸を中心に回動可能に設けられた一対のアームと、 この各アームの先端に、それぞれレール100の長さ方向に移動可能に取り付けられた超音波送信用の探触子および超音波受信用の探触子と、各アームの先端に設けられ上首部100cに係合するレール係合部とを備えている。
各アームをレール100側に向けて回動させてレール係合部を上首部100cに係合させると、超音波送信用の探触子および超音波受信用の探触子をそれぞれ上首部100cに当てることができるので、 このとき超音波送信用の探触子から踏面100bに向けて超音波を照射させ、そのエコーからレール100を探傷する。
In this conventional rail flaw detector, a slider that can move in the length direction of the rail 100, a biasing mechanism that biases the slider in an upward direction, and the slider pivots about the lengthwise axis of the rail 100. A pair of arms provided in a possible manner, and an ultrasonic transmission probe and an ultrasonic reception probe attached to the tips of the arms so as to be movable in the length direction of the rail 100, respectively. And a rail engaging portion that is provided at the tip of each arm and engages with the upper neck portion 100c.
When each arm is rotated toward the rail 100 side and the rail engaging portion is engaged with the upper neck portion 100c, the ultrasonic transmission probe and the ultrasonic reception probe are respectively attached to the upper neck portion 100c. At this time, the ultrasonic wave is irradiated from the ultrasonic transmission probe toward the tread surface 100b, and the rail 100 is flawed from the echo.

この従来のレール探傷方法及び装置によると、レール100の上首部100cから踏面100bに向けて超音波を照射するので、超音波が略平行に進む傷F2の断面で反射して下斜め方向に進む傷F3に達しないおそれは可及的に防止される。そのため、斜め下方向に進む傷F3に超音波を照射でき、そのエコーを測定することによって、斜め下方向に進む傷F3の深さを測定することができる。
さらに、上首部100cは鉄道車両の車輪200との接触による摩耗が生じないので、略平行に進む傷F2、斜め下方向に進む傷3その他の傷の深さを正確に測定することができ、特に、レール強度・交換要否判定の最も重要なファクターである、斜め下方向に進む傷F3の先端部の深さ測定の基準面として適している。
According to this conventional rail flaw detection method and apparatus, since the ultrasonic wave is irradiated from the upper neck portion 100c of the rail 100 toward the tread surface 100b, the ultrasonic wave is reflected by the cross section of the flaw F2 that travels substantially parallel and proceeds in a diagonally downward direction. The possibility of not reaching the wound F3 is prevented as much as possible. Therefore, it is possible to irradiate the wound F3 traveling diagonally downward with ultrasonic waves, and by measuring the echo, the depth of the scratch F3 traveling diagonally downward can be measured.
Furthermore, since the upper neck portion 100c does not wear due to contact with the wheels 200 of the railway vehicle, it is possible to accurately measure the depth of the flaw F2 that advances substantially parallel, the flaw 3 that advances obliquely downward, and other flaws. In particular, it is suitable as a reference plane for measuring the depth of the tip of the flaw F3 that progresses diagonally downward, which is the most important factor for determining the rail strength and necessity of replacement.

この従来のレール探傷装置では、上首部100cは曲面101を有するため、超音波送信用の探触子の送信角度と超音波受信用の探探傷子が、それぞれこの曲面101に沿って回動できるように、曲面101のアールの中心を中心にして回動可能に支持する探触子回転機構が設けられている。
そのため、この従来のレール探傷装置では、この超音波送信用の探触子に連結する探触子回転機構と、この超音波受信用の探探傷子に連結する探触子回転機構とを設ける分、部品点数が多くなり構造が複雑になるという問題があった。
また、レール100の長さ方向のある位置での探傷には、超音波送信用の探触子の送信角度と超音波受信用の探探傷子の受信角度とを、それぞれ設定する必要がある。従来のレール探傷方法及び装置では、超音波送信用の探触子の送信角度を設定するため該探触子に連結する探触子回転機構を手作業で操作し、さらに超音波受信用の探触子の受信角度を設定するため該探触子に連結する探触子回転機構を手作業で操作していた。
そのため、従来のレール探傷方法及び装置では、レールの探傷作業が煩雑で、しかも下斜め方向に進む傷F3の先端部の深さの測定に長時間を要するという問題があった。
In this conventional rail flaw detector, since the upper neck portion 100c has the curved surface 101, the transmission angle of the ultrasonic transmission probe and the ultrasonic reception flaw detector can rotate along the curved surface 101, respectively. As described above, a probe rotating mechanism is provided which supports the curved surface 101 so as to be rotatable about the center of the radius.
For this reason, in this conventional rail flaw detector, a probe rotation mechanism connected to the ultrasonic transmission probe and a probe rotation mechanism connected to the ultrasonic reception probe are provided. There is a problem that the number of parts increases and the structure becomes complicated.
Further, for flaw detection at a certain position in the length direction of the rail 100, it is necessary to set the transmission angle of the ultrasonic transmission probe and the reception angle of the ultrasonic reception flaw detector, respectively. In the conventional rail flaw detection method and apparatus, in order to set the transmission angle of the ultrasonic transmission probe, the probe rotating mechanism connected to the probe is manually operated, and the ultrasonic reception probe is further operated. In order to set the receiving angle of the probe, the probe rotating mechanism connected to the probe is manually operated.
For this reason, the conventional rail flaw detection method and apparatus have a problem that the rail flaw detection work is complicated, and that it takes a long time to measure the depth of the front end of the flaw F3 that progresses in an obliquely downward direction.

特開平9−304364JP 9-304364 A 特開2000−9698JP2000-9698 特開2009−236808JP2009-236808

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、頭部の傷の深さを正確に測定でき、部品点数が少なくて構造が簡素で、しかもレールの探傷作業が簡単で、探傷時間を短縮できるレール探傷装置を提供することを目的とする。また、本発明は、頭部の傷の深さを正確に測定でき、しかもレールの探傷作業が簡単で、探傷時間を短縮できるレール探傷方法および装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and can accurately measure the depth of scratches on the head, has a small number of parts, has a simple structure, and has a simple rail flaw detection operation. An object of the present invention is to provide a rail flaw detector capable of reducing time. It is another object of the present invention to provide a rail flaw detection method and apparatus that can accurately measure the depth of flaws on the head, can easily perform rail flaw detection work, and can shorten the flaw detection time.

本願請求項1の発明のレール探傷装置は、第1の超音波振動子を複数配列し、超音波を照射する送信用のフェイズドアレイ探触子と、第2の超音波振動子を複数配列し、該送信用のフェイズドアレイ探触子からレールに照射された超音波のエコーを受信する、受信用のフェイズドアレイ探触子とを具え、前記送信用のフェイズドアレイ探触子と、前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、互いに前記レールの腹部を挟んで配置されるとともに、いずれも、曲面が形成されている前記レールの上首部又は前記レールの頭部の下面に当てて配置され、前記送信用のフェイズドアレイ探触子から前記レールの踏面に向けて超音波を照射させ、前記受信用フェイズドアレイ探触子で前記エコーを受信し、前記エコーから前記レールの傷の先端部の位置を測定することを特徴とする。
本願請求項2の発明は、本願請求項1に記載の発明のレール探傷装置において、前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子によってセクタ走査を実行して測定情報を得る測定情報取得手段と、前記測定情報に基づき端部エコー法により前記傷の先端部の位置を測定する測定手段とを具えたことを特徴とする。
本願請求項3の発明は、本願請求項2に記載の発明のレール探傷装置において、前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を固定するスライダと、該スライダを前記レールの長さ方向に移動させる駆動手段を具え、該駆動手段は、前記セクタ走査が行われているときに前記スライダを前記レールの長さ方向に移動することを特徴とする。
本願請求項4の発明は、本願請求項2または請求項3に記載の発明のレール探傷装置において、前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を固定するスライダと、該スライダを前記レールの長さ方向に移動させる駆動手段とを具え、該駆動手段による前記スライダの移動と同期して前記セクタ走査が行われることを特徴とする。
本願請求項5の発明は、本願請求項2または請求項3に記載のレール探傷装置において、前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を固定するスライダと、該スライダを前記レールの長さ方向に移動させる駆動手段を具え、該駆動手段による前記スライダの移動は、前記セクタ走査とは独立して行われることを特徴とする。
本願請求項6の発明は、本願請求項2に記載のレール探傷装置において、前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を固定するスライダと、該スライダを前記レールの長さ方向に移動させる駆動手段を具え、前記駆動手段は、前記セクタ走査の終了情報に基づき、前記スライダを移動することを特徴とする。
本願請求項7の発明は、本願請求項1〜6のいずれか一項に記載の発明のレール探傷装置において、送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、前記傷の進行方向に対し、同じ側に配置されるようにしたことを特徴とする。
本願請求項8の発明は、本願請求項1〜7のいずれか一項に記載のレール探傷装置において、前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、いずれも前記傷の進行方向後方に配置されることを特徴とする。
本願請求項9の発明は、本願請求項1〜7のいずれか一項に記載のレール探傷装置において、前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、いずれも前記傷の進行方向前方に配置されることを特徴とする。
In the rail flaw detector according to the first aspect of the present invention, a plurality of first ultrasonic transducers are arranged, and a plurality of phased array probes for transmission for irradiating ultrasonic waves and a plurality of second ultrasonic transducers are arranged. A receiving phased array probe for receiving an echo of the ultrasonic wave applied to the rail from the transmitting phased array probe, the transmitting phased array probe, and the receiving The phased array probe is arranged with the abdomen of the rail sandwiched between each other, and both are placed against the upper neck portion of the rail where the curved surface is formed or the lower surface of the head portion of the rail, Ultrasonic wave is irradiated from the phased array probe for transmission toward the tread of the rail, the echo is received by the phased array probe for reception, and the position of the tip of the flaw of the rail from the echo And measuring.
In the rail flaw detector according to the first aspect of the present invention, measurement information is obtained by performing sector scanning with the transmission phased array probe and the receiving phased array probe. And a measurement means for measuring the position of the tip of the wound by an end echo method based on the measurement information.
The invention of claim 3 of the present application is the rail flaw detector of the invention of claim 2 of the present application, in which the transmitting phased array probe and the receiving phased array probe are fixed, and the slider is fixed. Drive means for moving in the length direction of the rail is provided, and the drive means moves the slider in the length direction of the rail when the sector scanning is performed.
The invention of claim 4 of the present application is the rail flaw detector according to claim 2 or claim 3 of the present application, and a slider for fixing the phased array probe for transmission and the phased array probe for reception. Drive means for moving the slider in the length direction of the rail, and the sector scanning is performed in synchronization with the movement of the slider by the drive means.
The invention of claim 5 of the present application is the rail flaw detector according to claim 2 or claim 3, wherein the transmitting phased array probe and the receiving phased array probe are fixed, Drive means for moving the slider in the length direction of the rail is provided, and movement of the slider by the drive means is performed independently of the sector scanning.
The invention of claim 6 of the present application is the rail flaw detector according to claim 2 of the present application, wherein the transmitting phased array probe and the slider for fixing the receiving phased array probe are fixed to the rail. Driving means for moving the slider in the length direction, and the driving means moves the slider based on the end information of the sector scan.
The invention of claim 7 of the present application is the rail flaw detector according to any one of claims 1 to 6, wherein the phased array probe for transmission and the phased array probe for reception are It is characterized by being arranged on the same side with respect to the traveling direction of the wound.
The invention of claim 8 of the present application is the rail flaw detector according to any one of claims 1 to 7, wherein the transmitting phased array probe and the receiving phased array probe are both It arrange | positions behind the advancing direction of the said damage | wound, It is characterized by the above-mentioned.
The invention of claim 9 of the present application is the rail flaw detector according to any one of claims 1 to 7, wherein the transmitting phased array probe and the receiving phased array probe are both It is arrange | positioned ahead of the advancing direction of the said damage | wound, It is characterized by the above-mentioned.

本願請求項10の発明のレール探傷方法は、第1の超音波振動子を複数配列した送信用のフェイズドアレイ探触子から超音波をレールに照射させ、該超音波のエコーを、第2の超音波振動子を複数配列した受信用のフェイズドアレイ探触子で受信して前記レールを探傷する方法であって、前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、互いに前記レールの腹部を挟んで配置されるとともに、いずれも、曲面が形成されている前記レールの上首部又は前記レールの頭部の下面に当てて配置される配置ステップと、該配置の後、前記送信用のフェイズドアレイ探触子が、前記レールの踏面に向けて超音波を照射する照射ステップと、該超音波のエコーを前記受信用のフェイズドアレイ探触子が受信する受信ステップと、該受信した情報に基づき前記レールの傷の先端部の位置を測定する測定ステップとを具えることを特徴とする。
本願請求項11の発明のレール探傷方法は、本願請求項10に記載のレール探傷方法において、前記照射ステップ及び前記受信ステップでは、それぞれ前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子によってセクタ走査が実行され、これにより測定情報が得られ、前記測定ステップでは、前記測定情報に基づき端部エコー法により前記レールの傷の先端部の位置が測定されることを特徴とする。
本願請求項12の発明のレール探傷方法は、本願請求項11に記載のレール探傷方法において、前記セクタ走査が行われているときに前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子は前記レールの長さ方向に移動することを特徴とする。
本願請求項13の発明のレール探傷方法は、本願請求項11又は請求項12に記載のレール探傷方法において、前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を固定するスライダの移動と同期して前記セクタ走査が行われることを特徴とする。
本願請求項14の発明のレール探傷方法は、本願請求項11又は請求項12に記載のレール探傷方法において、前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を固定するスライダの移動は、前記セクタ走査とは独立して行われることを特徴とする。
本願請求項15の発明のレール探傷方法は、本願請求項11に記載のレール探傷方法において、前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を、前記セクタ走査の終了情報に基づき、前記レールの長さ方向に移動させることを具えたことを特徴とする。
本願請求項16の発明のレール探傷方法は、本願請求項10〜15のいずれか一項に記載のレール探傷方法において、前記配置ステップでは、前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、前記傷の進行方向に対し、同じ側に配置されることを特徴とする。
本願請求項17の発明のレール探傷方法は、本願請求項10〜16のいずれか一項に記載のレール探傷方法において、前記配置ステップでは、前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、いずれも前記傷の進行方向後方に配置されることを特徴とする。
本願請求項18の発明のレール探傷方法は、本願請求項10〜16のいずれか一項に記載のレール探傷方法の前記配置ステップにおいて、前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、いずれも前記傷の進行方向前方に配置されることを特徴とする。
According to the rail flaw detection method of the invention of claim 10 of the present application, a rail is irradiated with ultrasonic waves from a transmission phased array probe in which a plurality of first ultrasonic transducers are arranged, A method of detecting a rail by receiving with a phased array probe for reception in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged, wherein the phased array probe for transmission and the phased array probe for reception include And an arrangement step of placing the rail against the upper neck of the rail or the lower surface of the head of the rail, both of which are arranged with the abdomen of the rail interposed therebetween, and after the arrangement An irradiating step in which the transmitting phased array probe emits ultrasonic waves toward the tread surface of the rail; and a receiving step in which the receiving phased array probe receives echoes of the ultrasonic waves. It characterized in that it comprises the flop, and a measurement step of measuring the position of the distal end portion of the wound of the rail on the basis of the received information.
The rail flaw detection method according to claim 11 of the present application is the rail flaw detection method according to claim 10, wherein in the irradiation step and the reception step, the transmission phased array probe and the reception phased array, respectively. Sector scanning is performed by a probe, thereby obtaining measurement information, and in the measurement step, the position of the tip of the rail flaw is measured by an end echo method based on the measurement information. To do.
The rail flaw detection method according to claim 12 of the present application is the rail flaw detection method according to claim 11, wherein the transmitting phased array probe and the receiving phased array are used when the sector scan is performed. The probe moves in the length direction of the rail.
A rail flaw detection method according to a thirteenth aspect of the present invention is the rail flaw detection method according to the eleventh or twelfth aspect of the present invention, wherein the transmission phased array probe and the reception phased array probe are fixed. The sector scan is performed in synchronization with the movement of the slider.
A rail flaw detection method according to a fourteenth aspect of the present invention is the rail flaw detection method according to claim 11 or 12, wherein the transmission phased array probe and the reception phased array probe are fixed. The slider is moved independently of the sector scanning.
A rail flaw detection method according to a fifteenth aspect of the present invention is the rail flaw detection method according to the eleventh aspect of the present invention, in which the transmission phased array probe and the reception phased array probe are moved to the end of the sector scan. It is characterized in that it is moved in the length direction of the rail based on the information.
The rail flaw detection method according to the present invention of claim 16 is the rail flaw detection method according to any one of claims 10 to 15, wherein, in the placement step, the transmission phased array probe and the reception flaw detection method are used. The phased array probe is arranged on the same side with respect to the traveling direction of the scratch.
The rail flaw detection method according to claim 17 of the present application is the rail flaw detection method according to any one of claims 10 to 16, wherein in the placement step, the transmission phased array probe and the reception flaw detection method are used. All of the phased array probes are arranged behind the wound in the traveling direction.
The rail flaw detection method of the present invention of claim 18 is the transmission flawed array probe and the reception phased in the arrangement step of the rail flaw detection method according to any one of claims 10 to 16. All of the array probes are arranged in front of the wound in the traveling direction.

本発明のレール探傷方法及び装置では、レールの上首部の曲面又は頭部の下面に送信用のフェイズドアレイ探触子および受信用のフェイズドアレイ探触子を当てて、送信用のフェイズドアレイ探触子から踏面に向けて超音波を照射させるので、略平行に進む傷、下斜め方向に進む傷その他の傷に超音波を照射でき、そのエコーを測定することによって、該傷の先端部の深さを測定することができる。
さらに、レールの頭部の下面又は上首部は、鉄道車両の車輪との摩擦が起こらず摩耗しないので、略平行に進む傷、斜め下方向に進む傷その他の傷の深さを正確に測定することができ、特に、レール強度・交換要否判定の最も重要なファクターである、斜め下方向に進む傷の先端部の深さ測定の基準面として適している。
また、本願発明のレール探傷装置では、従来のように、送信用のフェイズドアレイ探触子に連結する探触子回転機構および受信用のフェイズドアレイ探触子に連結する探触子回転機構を設けない分、部品点数が少なくなり、構造が簡素になる。
また、本願発明のレール探傷方法及び装置では、送信用のフェイズドアレイ探触子に連結する探触子回転機構が不要となるので、レールのある地点での探傷の際、送信用のフェイズドアレイ探触子の送信角度を設定するための手作業での操作が不要となり、さらに受信用のフェイズドアレイ探触子に連結する探触子回転機構も不要となるので、レールのある地点での探傷の際、受信用のフェイズドアレイ探触子の受信角度を設定するための手作業での操作も不要となる。そのため、このレール探傷方法及び装置では、レールの探傷作業が簡単で、しかも下斜め方向に進む傷などの傷の先端部の深さの測定(探傷時間)を従来に比べ短時間で行うこと、すなわち探傷時間の短縮ができる。
なお、本発明のレール探傷方法及び装置では、二探触子V走査方法、かつ、後方探傷が適している。
二探触子V走査方法が適しているのは、ノイズエコーが低く傷のエコーの識別性が高いためである。また、後方探傷が適しているのは、下斜め方向に進む傷の面からのエコーと傷の先端部のエコーとの連続性をみることができ、その傷の先端部の深さ(位置)を正確に特定しやすいからである。なお、下斜め方向に進む傷の面からのエコーが支配的になって該傷の先端部のエコーがこれに埋もれてしまい捉えにくい場合には、前方探傷を行うことが好ましい。
In the rail flaw detection method and apparatus of the present invention, a phased array probe for transmission and a phased array probe for reception are applied to the curved surface of the upper neck of the rail or the lower surface of the head, and the phased array probe for transmission is transmitted. Since ultrasonic waves are irradiated from the child toward the tread, ultrasonic waves can be applied to wounds that travel in a substantially parallel manner, scratches that progress in a diagonally downward direction, and other scratches. Can be measured.
Furthermore, since the lower surface or upper neck of the head of the rail does not wear due to friction with the wheels of the railway vehicle, it accurately measures the depth of scratches traveling in parallel, scratches traveling downward in the diagonal direction, and other scratches. In particular, it is suitable as a reference plane for measuring the depth of the tip of a flaw that progresses obliquely downward, which is the most important factor in determining the strength of rails and whether or not replacement is necessary.
In the rail flaw detector according to the present invention, as in the prior art, a probe rotation mechanism connected to the phased array probe for transmission and a probe rotation mechanism connected to the phased array probe for reception are provided. As a result, the number of parts is reduced and the structure is simplified.
Further, in the rail flaw detection method and apparatus according to the present invention, a probe rotating mechanism connected to the transmission phased array probe is not required. Therefore, when flaw detection is performed at a point on the rail, the phased array probe for transmission is used. Manual operation to set the transmitter's transmission angle is not required, and a probe rotation mechanism connected to the phased array probe for reception is also unnecessary, so that flaw detection at a point with a rail is not necessary. At this time, a manual operation for setting the reception angle of the phased array probe for reception is also unnecessary. Therefore, in this rail flaw detection method and apparatus, the flaw detection work of the rail is easy, and the depth measurement (flaw detection time) of the front end of a flaw such as a flaw that progresses in a diagonally downward direction can be performed in a shorter time than before. That is, the flaw detection time can be shortened.
In the rail flaw detection method and apparatus according to the present invention, the two-probe V scanning method and the rear flaw detection are suitable.
The two-probe V-scanning method is suitable because the noise echo is low and the discrimination of the echo of the scratch is high. In addition, the back flaw detection is suitable because the continuity of the echo from the surface of the wound traveling diagonally downward and the echo at the tip of the wound can be seen, and the depth (position) of the tip of the wound. This is because it is easy to accurately identify. In addition, when the echo from the surface of the wound progressing in the diagonally downward direction becomes dominant and the echo at the tip of the wound is buried in this and is difficult to catch, it is preferable to perform forward flaw detection.

図1(a)〜(d)は、本発明の第一実施例のレール探傷装置及びレールの探傷方法を示す要部概念斜視図であって、特に二探触子V走査法で、かつ後方探傷でのレール探傷装置及びレールの探傷方法の様子を示す図である。1 (a) to 1 (d) are conceptual perspective views showing a main part of a rail flaw detector and a rail flaw detection method according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the mode of the rail flaw detection apparatus in a flaw detection, and the rail flaw detection method. 図2は、図1のレール探傷装置の要部概念正面図である。FIG. 2 is a conceptual front view of a main part of the rail flaw detector shown in FIG. 図3(a)及び(b)は、図1のレール探傷装置及びレール探傷方法での、レール及びレール探傷装置の配置関係を示す図である。FIGS. 3A and 3B are views showing the arrangement relationship between the rail and the rail flaw detector in the rail flaw detector and the rail flaw detection method of FIG. 図4は、図2の要部拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a main part of FIG. 図5は、図1のレール探傷装置の構成(ハードウェア)の構成を示す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing a configuration (hardware) of the rail flaw detector shown in FIG. 図6は、図1のレール探傷装置の機能ブロック図である。6 is a functional block diagram of the rail flaw detector shown in FIG. 図7は、図2のスライダの概念拡大斜視図である。FIG. 7 is a conceptual enlarged perspective view of the slider of FIG. 図8は図7のスライダを一部分解した様子を示すスライダの要部概念斜視図である。FIG. 8 is a conceptual perspective view of the main part of the slider showing a state in which the slider of FIG. 7 is partially disassembled. 図9は、図1のレール探傷装置の要部概念断面図である。FIG. 9 is a conceptual cross-sectional view of a main part of the rail flaw detector shown in FIG. 図10(a)及び図10(b)は情報取得手段でのセクタ走査の処理を示す概念図である。FIGS. 10A and 10B are conceptual diagrams showing the sector scanning process in the information acquisition means. 図11は、図2の要部拡大図であり、セクタ走査での超音波の送信範囲及びエコー(反射する超音波)の受信範囲を示している。FIG. 11 is an enlarged view of the main part of FIG. 2 and shows the transmission range of ultrasonic waves and the reception range of echoes (reflected ultrasonic waves) in sector scanning. 図12(a)は、第一実施例、第二実施例及び第四実施例の各レール探傷方法及び装置での、スライダの移動距離(横軸)とスライダの移動速度(縦軸)との関係を示す図であり、図12(b)は第一及び第二実施例、図12(c)は第四実施例の各レール探傷方法および装置において、図3(a)のスライダを用いてレールに対しセクタ走査が行われた様子を示すレールの概念平面図である。FIG. 12 (a) shows the slider moving distance (horizontal axis) and slider moving speed (vertical axis) in each rail flaw detection method and apparatus of the first embodiment, the second embodiment, and the fourth embodiment. FIG. 12 (b) shows the relationship between the first and second embodiments, and FIG. 12 (c) shows the rail flaw detection method and apparatus of the fourth embodiment, using the slider shown in FIG. 3 (a). It is a conceptual top view of a rail which shows a mode that the sector scan was performed with respect to the rail. 図13(a)〜(d)は、第二実施例のレール探傷装置及びレールの探傷方法を示す要部概念斜視図であって、特に二探触子V走査法で、かつ前方探傷でのレール探傷装置及びレールの探傷方法の様子を示す図である。FIGS. 13A to 13D are conceptual perspective views showing a main part of the rail flaw detector and the rail flaw detection method according to the second embodiment, particularly in the two probe V scanning method and in the front flaw detection. It is a figure which shows the mode of a rail flaw detector and a rail flaw detection method. 図14(a)及び(b)は、第二実施例のレール探傷装置及びレール探傷方法での、レール及びレール探傷装置の配置関係を示す図である。FIGS. 14A and 14B are views showing the arrangement relationship between the rail and the rail flaw detector in the rail flaw detector and the rail flaw detection method of the second embodiment. 図15(a)は、第三実施例のレール探傷方法及び装置での、スライダの移動距離(横軸)とスライダの移動速度(縦軸)との関係を示す図であり、図15(b)は、図15(a)のスライダを用いてレールに対しセクタ走査が行われた様子を示すレールの概念平面図である。FIG. 15A is a diagram showing the relationship between the slider moving distance (horizontal axis) and the slider moving speed (vertical axis) in the rail flaw detection method and apparatus according to the third embodiment. ) Is a conceptual plan view of a rail showing a state in which sector scanning is performed on the rail using the slider of FIG. 図16は、鉄道車両と鉄道車両を支持するレールの概念断面図である。FIG. 16 is a conceptual cross-sectional view of a railcar and a rail that supports the railcar. 図17(a)〜(c)は、レールに発生する傷(亀裂)の状況を示す図である。FIGS. 17A to 17C are views showing the state of scratches (cracks) generated on the rail.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1(a)〜図1(d)は、本発明の第一実施例のレール探傷方法及び装置を示す要部概念斜視図であって、特に二探触子V走査法で、かつ後方探傷でのレール探傷方法及び装置の様子を示す図である。このうち図1(a)はレール100の探傷前の様子を示す図である。
図1(a)で示すように、レール探傷装置1は、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと、受信用のフェイズドアレイ探触子50Rとを具えている。なお、図1(a)〜図1(d)では、レール100の正面側からの様子を示している。
1 (a) to 1 (d) are conceptual perspective views showing a main part of a rail flaw detection method and apparatus according to a first embodiment of the present invention, and particularly a two-probe V scanning method and a rear flaw detection. It is a figure which shows the mode of the rail flaw detection method and apparatus in FIG. Among these, FIG. 1A is a diagram showing a state of the rail 100 before flaw detection.
As shown in FIG. 1A, the rail flaw detector 1 includes a phased array probe 50T for transmission and a phased array probe 50R for reception. 1A to 1D show a state from the front side of the rail 100. FIG.

図2は、図1のレール探傷装置の要部概念正面図である。
図2で示すように、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと、受信用のフェイズドアレイ探触子50Rは、互いにレール100の腹部100dを挟んで配置されるとともに、いずれも上首部100cの曲面101または頭部100aの下面に当てて配置されている。 なお、図2〜図15(a)及び図15(b)では、図1、図16及び図17(a)〜(c)と同一部分を同一符号で図示している。
FIG. 2 is a conceptual front view of a main part of the rail flaw detector shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are arranged with the abdomen 100d of the rail 100 interposed therebetween, and both are curved surfaces of the upper neck 100c. 101 or the lower surface of the head 100a. 2 to 15A and 15B, the same parts as those in FIGS. 1, 16 and 17A to 17C are indicated by the same reference numerals.

図3(a)及び(b)は、図1のレール探傷装置及びレール探傷方法での、レール及びレール探傷装置の配置関係を示す図である。特に図3(a)はレール及びレール探傷装置の概念平面図(図の左部分)とその概念背面図(図の右部分)を示し、図3(b)はレール及びレール探傷装置の概念右側面図(図の左部分)と概念正面図(図の右部分)を示している。
レール探傷装置1は、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rが、略平行に進む傷F2又は斜め下方向に進む傷F3その他の傷(以下、「傷」という。)の進行方向に対し同じ側に配置されている。
その一例であるレール探傷装置1では、図3(a)及び(b)に示すように、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rがいずれも斜め下方向に進むF3の進行方向後方に配置されている。
FIGS. 3A and 3B are views showing the arrangement relationship between the rail and the rail flaw detector in the rail flaw detector and the rail flaw detection method of FIG. 3A shows a conceptual plan view of the rail and rail flaw detector (left part of the figure) and a conceptual rear view thereof (right part of the figure), and FIG. 3B shows a conceptual right side of the rail and rail flaw detector. A plane view (left part of the figure) and a conceptual front view (right part of the figure) are shown.
In the rail flaw detector 1, the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R have a flaw F2 that advances substantially in parallel, or a flaw F3 that advances diagonally downward (hereinafter referred to as “scratch”). It is arranged on the same side with respect to the direction of travel.
In the rail flaw detector 1 as an example, as shown in FIGS. 3A and 3B, both the transmission phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are obliquely downward. It is arranged behind the forward direction of F3.

なお、このように送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを、傷の進行方向後方に配置し、後述するように傷の進行方向後方から傷の進行方向前方に向かって斜め上に踏面100bに向けて傷を探傷・走査する方法を後方探傷という。
また、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを、互いにレール100の腹部100dを挟んで配置するとともに、いずれも傷の進行方向に対し同じ側に配置して走査する方法を、二探触子V走査方法という。
The transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are arranged in the rearward direction of the wound as described below, and as will be described later, the rearward direction of the wound in the forward direction of the wound. A method for flaw detection / scanning toward the tread surface 100b obliquely upward toward the back is referred to as rear flaw detection.
In addition, the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are arranged with the abdomen 100d of the rail 100 sandwiched between each other, and both are arranged on the same side with respect to the traveling direction of the wound. The scanning method is called a double probe V scanning method.

このレール探傷装置1では、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tからレール100の踏面100bに向けて超音波を照射させ(送信させ)、受信用フェイズドアレイ探触子50Rでそのエコーを受信し、そのエコーからレール100を探傷して傷の先端部Faの位置を測定する。この測定される位置には、傷の先端部Faの、踏面100bからの深さMが含まれる。   In this rail flaw detector 1, ultrasonic waves are irradiated (transmitted) from the transmitting phased array probe 50T toward the tread surface 100b of the rail 100, and the echo is received by the receiving phased array probe 50R. The rail 100 is flawed from the echo and the position of the front end Fa of the flaw is measured. This measured position includes the depth M from the tread 100b of the front end portion Fa of the wound.

図4は、図2の要部概念図である。
図4で示すように、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tは、第1の超音波振動子T−nが複数配列された探触子である。なお、nは2以上の任意の自然数である。
また、受信用のフェイズドアレイ探触子50Rは、第2の超音波振動子R−nが複数配列された探触子である。なお、nは2以上の任意の自然数である。
各第1の超音波振動子T−n(T−1、T−2、…、T−n−1、T−n)と各第2の超音波振動子R−n(R−1、T−2、…、R−n−1、R−n)は、その各構造は互いに同じであり、これら各超音波振動子T−n、R−nには図示せぬパルサーレシーバーが接続されている。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a main part of FIG.
As shown in FIG. 4, the phased array probe 50T for transmission is a probe in which a plurality of first ultrasonic transducers Tn are arranged. Note that n is an arbitrary natural number of 2 or more.
The receiving phased array probe 50R is a probe in which a plurality of second ultrasonic transducers Rn are arranged. Note that n is an arbitrary natural number of 2 or more.
Each first ultrasonic transducer Tn (T-1, T-2, ..., Tn-1, Tn) and each second ultrasonic transducer Rn (R-1, T) -2, ..., Rn-1, Rn) have the same structure, and a pulser receiver (not shown) is connected to each ultrasonic transducer Tn, Rn. Yes.

図4で示すように、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rは、いずれも筐体51と、筐体51の、レール100側に設けられた探傷シュー52を具えている。
送信用のフェイズドアレイ探触子50Tの筐体51は各第1の超音波振動子T−nを収容し、受信用のフェイズドアレイ探触子50Rの筐体51は各第2の超音波振動子R−nを収容している。
また、探傷シュー52は、レール100の上首部100cに形成された曲面101の曲率半径に沿う部分、若しくはややその曲率半径より小さい曲率半径で形成された部分、または頭部の下面に沿う部分を有する凸状部材である。また、探傷シュー52は、超音波伝播速度を有する材質で製作されている。
なお、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tの探傷シュー52および受信用のフェイズドアレイ探触子50Rの探傷シュー52は、いずれも上首部100cの曲面101又は頭部100aの下面と、グリセリン又は水等の媒質を介して接触する。
As shown in FIG. 4, the transmission phased array probe 50T and the reception phased array probe 50R are both a casing 51 and a flaw detection shoe 52 provided on the rail 100 side of the casing 51. It has.
The casing 51 of the phased array probe 50T for transmission accommodates each first ultrasonic transducer T-n, and the casing 51 of the phased array probe 50R for reception has each second ultrasonic vibration. The child RN is accommodated.
Further, the flaw detection shoe 52 has a portion along the curvature radius of the curved surface 101 formed on the upper neck portion 100c of the rail 100, a portion formed with a curvature radius slightly smaller than the curvature radius, or a portion along the lower surface of the head. It is a convex member. The flaw detection shoe 52 is made of a material having an ultrasonic wave propagation speed.
The flaw detection shoe 52 of the transmission phased array probe 50T and the flaw detection shoe 52 of the reception phased array probe 50R are both the curved surface 101 of the upper neck portion 100c or the lower surface of the head portion 100a and glycerin or water. Contact through a medium such as

図5は、図1のレール探傷装置の構成(ハードウェア)の構成を示す概念図である。
また図6は、図1のレール探傷装置の機能ブロック図である。
図5で示すように、レール探傷装置1では、上述した送信用の超音波アレイ探触子50T及び受信用の超音波アレイ探触子50Rに加え、スライダ10と、エンコーダ(スライダ位置検出手段)35と、モーションコントロールドライブユニット110と、コンピュータ120と、超音波探傷器130と、図示せぬ検出器を具えている。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a configuration (hardware) of the rail flaw detector shown in FIG.
FIG. 6 is a functional block diagram of the rail flaw detector shown in FIG.
As shown in FIG. 5, in the rail flaw detector 1, in addition to the transmission ultrasonic array probe 50T and the reception ultrasonic array probe 50R described above, a slider 10 and an encoder (slider position detection means) are provided. 35, a motion control drive unit 110, a computer 120, an ultrasonic flaw detector 130, and a detector (not shown).

このうちのスライダ10は、図6で示すように、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rをレール100の長さ方向に移動自在にする移動手段として機能する。このスライダ10は、図2で示すように、レール100の踏面100bの上に配置されるローラ12を具えている。   Among these, as shown in FIG. 6, the slider 10 functions as a moving means for allowing the transmitting phased array probe 50 </ b> T and the receiving phased array probe 50 </ b> R to move in the length direction of the rail 100. . As shown in FIG. 2, the slider 10 includes a roller 12 disposed on the tread surface 100 b of the rail 100.

図7は図2のスライダの概念拡大斜視図であり、図8は図7のスライダを一部分解した様子を示すスライダの要部概念斜視図である。
図7及び図8で示すように、スライダ10は、さらに、ローラ12を回転自在にするローラ支承部材13と、該ローラ支承部材13とともにレール100の長さ方向に移動するスライダ本体14とを具えている。
このうち、ローラ支承部材13は、図8で示すようにローラ12を回転自在に支承する軸13aを具えた枠状の部材である。この軸13aにはプーリ13bが設けられ、このプーリ13bには図示せぬモータが連結されている。また、ローラ支承部材13にはスライダ本体14に向け突出するガイド軸13cが設けられている。
7 is a conceptual enlarged perspective view of the slider of FIG. 2, and FIG. 8 is a conceptual perspective view of a main part of the slider showing a state in which the slider of FIG. 7 is partially disassembled.
As shown in FIGS. 7 and 8, the slider 10 further includes a roller support member 13 that makes the roller 12 rotatable, and a slider body 14 that moves in the length direction of the rail 100 together with the roller support member 13. It is.
Among these, the roller support member 13 is a frame-like member provided with a shaft 13a for rotatably supporting the roller 12, as shown in FIG. The shaft 13a is provided with a pulley 13b, and a motor (not shown) is connected to the pulley 13b. The roller support member 13 is provided with a guide shaft 13 c that protrudes toward the slider body 14.

また、スライダ本体14は、図2で示すように、ローラ支承部材13をスライダ本体14に対し、踏面100bに垂直な方向、いいかえると上下方向に移動自在に支承する枠体である。このスライダ本体14には、ローラ支承部材13のガイド軸13c(図8)を案内するガイド溝14aと、ローラ支承部材13へ向け突出する2つの軸14b(図8)が設けられている。   Further, as shown in FIG. 2, the slider main body 14 is a frame that supports the roller support member 13 so as to be movable with respect to the slider main body 14 in a direction perpendicular to the tread surface 100b, in other words, in a vertical direction. The slider body 14 is provided with a guide groove 14a for guiding the guide shaft 13c (FIG. 8) of the roller support member 13 and two shafts 14b (FIG. 8) protruding toward the roller support member 13.

また、スライダ本体14には固定部材17が固定される。この固定部材17は、レール100の頭部100aの両側に配置される。
各固定部材17は、スライダ本体14に固定される固定部17aと、固定部17aにいずれも固定される探触子固定部17bと係合ローラ支承部17cを具えている。
このうち、固定部17aは、固定部17aの孔19(図8)とスライダ本体14の孔(図示しない)に螺合するねじ20によってスライダ本体14に固定される。
また、各固定部材17のうち一方の固定部材17の探触子固定部17bには、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tが固定され、他方の固定部材17の探触子固定部17bには、受信用のフェイズドアレイ探触子50Rが固定されている。
また、係合ローラ支承部17cは、各探触子固定部17bに対しレール100の長さ方向の両側に配置されている。各係合ローラ支承部17cは係合ローラ18を回動自在に支承する軸であり、この軸を中心に係合ローラ18は回動する。また、この係合ローラ18は凹部を形成する2つの面18aを具えている。
A fixing member 17 is fixed to the slider body 14. The fixing members 17 are arranged on both sides of the head 100a of the rail 100.
Each fixing member 17 includes a fixing portion 17a fixed to the slider body 14, a probe fixing portion 17b fixed to the fixing portion 17a, and an engaging roller support portion 17c.
Among these, the fixing portion 17a is fixed to the slider main body 14 by a screw 20 that is screwed into a hole 19 (FIG. 8) of the fixing portion 17a and a hole (not shown) of the slider main body 14.
Further, the phased array probe 50T for transmission is fixed to the probe fixing portion 17b of one fixing member 17 among the fixing members 17, and the probe fixing portion 17b of the other fixing member 17 is fixed to the probe fixing portion 17b of the other fixing member 17. The phased array probe 50R for reception is fixed.
Further, the engagement roller support portions 17c are arranged on both sides in the length direction of the rail 100 with respect to each probe fixing portion 17b. Each engagement roller support portion 17c is a shaft that rotatably supports the engagement roller 18, and the engagement roller 18 rotates about this shaft. The engaging roller 18 has two surfaces 18a that form a recess.

また、図8で示すように、スライド本体14は付勢手段15によって踏面100bから離れる上方向に向け付勢されている。この付勢手段15は、その略中央が、ローラ支承部13のガイド軸13cに連結する板ばねからなり、この板ばねの両端はスライド本体14の各軸14bにそれぞれ連結される。   Further, as shown in FIG. 8, the slide main body 14 is urged upward by the urging means 15 away from the tread surface 100b. The urging means 15 has a plate spring connected to the guide shaft 13c of the roller support portion 13 at its substantially center, and both ends of the plate spring are connected to the shafts 14b of the slide main body 14, respectively.

固定部材17のスライド本体14に対する固定が取り外されたスライダ10を用意し、そのスライダ10のローラ12を踏面100b上に配置するとともに、スライド本体14に対し各固定部材17を固定すると、図2で示すようにスライダ10をレール100に取り付けることができる。   When the slider 10 from which the fixing member 17 is fixed to the slide body 14 is prepared, the roller 12 of the slider 10 is arranged on the tread surface 100b, and each fixing member 17 is fixed to the slide body 14, FIG. The slider 10 can be attached to the rail 100 as shown.

レール100に取り付けられたスライダ10では、図2で示すように送信用のフェイズドアレイ探触子50T及び受信用のフェイズドアレイ探触子50Rは、いずれもその各探傷シュー52が上記媒質を介し上首部100cの曲面101又は頭部100aの下面に係合する。
また、この係合が行われているとき、送信用のフェイズドアレイ探触子50T及び受信用のフェイズドアレイ探触子50Rは付勢手段15(図8)によって上方向に付勢されている。
図9は、図1のレール探傷装置の要部概念断面図である。なお、図9では、レール及びレール探傷装置の断面を示す斜線の図示を省略している。
また、レール100に取り付けられたスライダでは、図9で示すように、係合ローラ18の2つの面18aのうちの一方がレール100の側面101eの下部と接触し、他方が上首部100cの曲面101又は頭部100aの下面に接触する。
また、この接触がおこなわれているとき、係合ローラ18は付勢手段15(図8)によって上方向に付勢されている。
In the slider 10 attached to the rail 100, as shown in FIG. 2, each of the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R has its flaw detection shoe 52 above the medium. Engage with the curved surface 101 of the neck 100c or the lower surface of the head 100a.
Further, when this engagement is performed, the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are urged upward by the urging means 15 (FIG. 8).
FIG. 9 is a conceptual cross-sectional view of a main part of the rail flaw detector shown in FIG. In addition, in FIG. 9, the diagonal line which shows the cross section of a rail and a rail flaw detector is abbreviate | omitted.
In the slider attached to the rail 100, as shown in FIG. 9, one of the two surfaces 18a of the engagement roller 18 contacts the lower portion of the side surface 101e of the rail 100, and the other is a curved surface of the upper neck portion 100c. 101 or the lower surface of the head 100a.
When this contact is made, the engagement roller 18 is urged upward by the urging means 15 (FIG. 8).

レール100に取り付けられたスライダ10では、図示せぬモータの駆動により軸13aを介しローラ12が回転すると、スライダ本体14がローラ支承部13とともにレール100の長さ方向に沿って移動し、これにより送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rがレール100の長さ方向に沿って移動する。
このスライダ10の移動に伴い係合ローラ18が回動する。この係合ローラ18が回動している場合にも、付勢手段15(図8)の付勢力によって、2つの面18aのうちの一方がレール100の側面101eの下部と接触し、他方が上首部100cの曲面101又は頭部100aの下面に接触する状態が維持される。そのため、この係合ローラ18によって、スライダ10はより可及的にレール長手方向に沿って案内される。
In the slider 10 attached to the rail 100, when the roller 12 rotates through the shaft 13a by driving a motor (not shown), the slider body 14 moves along the length direction of the rail 100 together with the roller support portion 13, thereby The transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R move along the length direction of the rail 100.
As the slider 10 moves, the engaging roller 18 rotates. Even when the engagement roller 18 is rotating, one of the two surfaces 18a contacts the lower part of the side surface 101e of the rail 100 by the urging force of the urging means 15 (FIG. 8), and the other is The state of contacting the curved surface 101 of the upper neck portion 100c or the lower surface of the head portion 100a is maintained. Therefore, the slider 10 is guided by the engagement roller 18 along the longitudinal direction of the rail as much as possible.

また、係合ローラ18が接触する上首部100cの曲面101又は頭部100aの下面は、鉄道車両の車輪200との接触による摩耗が生じないので、スライダ本体14は係合ローラ18を介しレール100に対し確実に位置決めされ、フェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rとの位置関係がずれて傷の先端部Faの深さの正確な測定が妨げられることはない。   Further, since the curved surface 101 of the upper neck portion 100c or the lower surface of the head portion 100a with which the engagement roller 18 contacts does not wear due to contact with the wheel 200 of the railway vehicle, the slider main body 14 passes through the engagement roller 18 and the rail 100. Therefore, the positional relationship between the phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R is not shifted, and accurate measurement of the depth of the front end Fa of the wound is not hindered.

なお、未使用のレール100(初期状態)が使用されて踏面100bが摩耗すると、ローラ12およびローラ支承部13はそれらの初期状態の位置から下方に移動する一方、固定部材17およびスライド本体14は付勢手段15の付勢力によって初期状態の位置を保持する。そのため、送信用のフェイズドアレイ探触子50T及び受信用のフェイズドアレイ探触子50Rが上首部100c又は頭部100aの下面に係合した状態は維持され、また係合ローラ18aの2つの面18aが、レール100の側面101eの下部と、上首部100cの曲面101又は頭部100aの下面に接触した状態が維持される。
上記図示せぬ検出器は、ローラ支承部材13が初期状態の位置から、スライド本体14に対し上下方向に移動した位置までの移動距離を検出する手段である。検出した移動距離は、レール100の磨耗量である。傷の先端部Faの深さ(位置)を測定する場合に、踏面100bからの傷の先端部Faの深さM(後述)にこの摩耗量をさらに加算すると、初期状態のレール100の踏面100bからの傷の深さを、より正確に測定することができる。
When the unused rail 100 (initial state) is used and the tread surface 100b is worn, the roller 12 and the roller support portion 13 move downward from their initial state positions, while the fixing member 17 and the slide body 14 are The initial position is held by the urging force of the urging means 15. Therefore, the state where the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are engaged with the lower surface of the upper neck 100c or the head 100a is maintained, and the two surfaces 18a of the engaging roller 18a are maintained. However, the state which contacted the lower part of the side surface 101e of the rail 100, the curved surface 101 of the upper neck part 100c, or the lower surface of the head part 100a is maintained.
The detector (not shown) is a means for detecting the movement distance from the initial position of the roller support member 13 to the position where the roller support member 14 is moved in the vertical direction with respect to the slide body 14. The detected moving distance is the amount of wear of the rail 100. When the depth (position) of the front end Fa of the wound is measured, if this amount of wear is further added to the depth M (described later) of the front end Fa of the wound from the tread 100b, the tread 100b of the rail 100 in the initial state is added. It is possible to measure the depth of scratches from the surface more accurately.

また、エンコーダ35(図5及び図6)はスライダ10に連結され、スライダ10の位置を検出するスライダ位置検出手段である。エンコーダ35で検出したスライダ10の位置情報は、コンピュータ120の移動距離測定手段121に送信される。なお、スライダ10の位置(移動距離K)の基準は、レール100の正面D(図3(a)参照)である。   The encoder 35 (FIGS. 5 and 6) is a slider position detecting unit that is connected to the slider 10 and detects the position of the slider 10. The position information of the slider 10 detected by the encoder 35 is transmitted to the moving distance measuring unit 121 of the computer 120. In addition, the reference | standard of the position (movement distance K) of the slider 10 is the front D of the rail 100 (refer Fig.3 (a)).

また、本発明のレール探傷装置1では、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを、上首部100cの曲面101のアールに沿うように軸を中心に回転させる探触子回転機構(先行技術文献3参照)は設けられていない。   In the rail flaw detector 1 of the present invention, the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are rotated about the axis so as to follow the radius of the curved surface 101 of the upper neck portion 100c. A probe rotation mechanism (see Prior Art Document 3) is not provided.

また、図5のモーションコントロールドライブユニット110は、超音波の送信と受信についての制御を行う装置である。
このモーションコントールドライブユニット110は、図6で示すように、送信用のフェイズドアレイ探触子50T及び受信用のフェイズドアレイ探触子50Rによりセクタ走査(扇状走査)を実行して、傷に関し、エコーの測定情報を得る測定情報取得手段111を具えている。
Further, the motion control drive unit 110 in FIG. 5 is a device that controls transmission and reception of ultrasonic waves.
As shown in FIG. 6, the motion control drive unit 110 performs sector scanning (fan-shaped scanning) by the phased array probe 50T for transmission and the phased array probe 50R for reception, and the echo is detected with respect to the scratches. Measurement information acquisition means 111 for obtaining measurement information is provided.

この測定情報取得手段111は、遅延時間制御手段112aと、印加電圧発生手段112bと、受信信号処理手段113aと、受信信号合成手段113bを具えている。   The measurement information acquisition unit 111 includes a delay time control unit 112a, an applied voltage generation unit 112b, a reception signal processing unit 113a, and a reception signal synthesis unit 113b.

図10(a)は情報取得手段でのセクタ走査の処理を示す概念図で、特にセクタ走査での遅延時間制御手段での時間遅延(図の下段)、印加電圧発生手段での電圧発生(図の中段)、及びこの電圧によって発生する各振動子の超音波を合成した超音波Stの様子(図の上段)を示している。
図10(a)で示すように、遅延時間制御手段112aは、各第1の超音波振動子T−1、T−2、…、T−n−1、T−nに対し電圧の印加を行わせる駆動信号St−nを印加電圧手段112bに送信するとともに、その各駆動信号T−nの送信について遅延制御を行う。この遅延制御は、たとえば第一の超音波振動子T−1、T−2、…、T−n−1、T−nの一端に配置された第一の超音波振動子T−1から順次、各駆動信号T−nの送信を遅延させるものである。
駆動信号St−nを受信した印加電圧発生手段112bは、駆動信号St−nを受信した順に、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tの各第1の超音波振動子に電圧を印加してパルス形式の超音波を発生させる。
このように各第一の超音波振動子T−1、T−2、…、T−n−1、T−nからパルス形式の超音波が発生すると、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tでは、この各パルス形式の超音波が合成されることによって、各第一の超音波振動子T−1、T−2、…、T−n−1、T−nの配置表面に対し傾斜をもつ超音波Stが照射されることとなる。
また、第一の超音波振動子T−1、T−2、…、T−n−1、T−nに対する遅延の時間の長短により、照射される合成の超音波Stの、各第一の超音波振動子T−1、T−2、…、T−n−1、T−nの表面に対する傾斜の角度は変更され、これにより扇状に走査(セクタ走査)の照射作業が行われる。
FIG. 10A is a conceptual diagram showing the sector scanning process in the information acquisition means. In particular, the time delay in the delay time control means in the sector scan (lower part of the figure), the voltage generation in the applied voltage generation means (see FIG. Middle stage) and the state of the ultrasonic wave St (the upper stage in the figure) obtained by synthesizing the ultrasonic waves of the respective transducers generated by this voltage.
As shown in FIG. 10A, the delay time control means 112a applies a voltage to each of the first ultrasonic transducers T-1, T-2, ..., Tn-1, Tn. The drive signal St-n to be performed is transmitted to the applied voltage means 112b, and the delay control is performed for the transmission of each drive signal T-n. For example, the delay control is performed sequentially from the first ultrasonic transducer T-1 disposed at one end of the first ultrasonic transducers T-1, T-2, ..., Tn-1, Tn. The transmission of each drive signal T-n is delayed.
The applied voltage generation means 112b that has received the drive signal St-n applies a voltage to each of the first ultrasonic transducers of the phased array probe 50T for transmission in the order in which the drive signal St-n is received. Generate a form of ultrasound.
When pulse-type ultrasonic waves are generated from the first ultrasonic transducers T-1, T-2,..., Tn-1, Tn in this way, the phased array probe 50T for transmission uses By combining the ultrasonic waves of the respective pulse formats, there is an inclination with respect to the arrangement surface of the first ultrasonic transducers T-1, T-2, ..., Tn-1, Tn. The ultrasonic wave St is irradiated.
In addition, the first ultrasonic transducers T-1, T-2,... The angle of inclination with respect to the surfaces of the ultrasonic transducers T-1, T-2,..., Tn-1, and Tn is changed, and thereby, a fan-shaped scanning (sector scanning) irradiation operation is performed.

図10(b)は情報取得手段でのセクタ走査の処理を示す概念図で、特にセクタ走査で受信されたエコーSrの様子(図の上段)、受信信号処理手段でのエコーSrを各第2の超音波振動子の受信波の分割(図の中段)、受信信号処理手段での時間的遅延に対する補正(図の下段)を示している。
図10(b)で示すように、受信信号処理手段113aは、受信用のフェイズドアレイ探触子50Rから照射された超音波が傷などで反射された超音波、すなわちエコーSr(図10(b))を受信する。
このエコーSrは、各第2の超音波振動子で受信すべき受信信号が合成された受信信号である。また、このエコーSrは、遅延時間制御手段112aによって時間的に遅延制御された超音波Stのエコーである。
そこで、受信信号処理手段113aは、このエコーSrを、第2の超音波振動子R−1、R−2、…、R−n−1、R−nで各パルス形式の超音波に分割するとともに、この各超音波Pr−nを、補正信号Sr−nを用いて時間的遅延を解消する補正を行う。補正された第2の超音波振動子の各超音波(受信信号)は、受信信号合成手段113bに送信される。
受信信号合成手段113b(図6)は、補正された各第2の超音波振動子の超音波Pr−n(受信信号)を受信し、この各受信信号を合成する。この合成された信号は、エコーの発生位置に関する測定情報である。受信信号合成手段113bは、この測定情報を取得し、取得された測定情報は、コンピュータ120の測定手段122に記憶手段123を介し送信される。
FIG. 10B is a conceptual diagram showing the sector scanning process in the information acquisition means. In particular, the state of the echo Sr received in the sector scanning (the upper part of the figure) and the echo Sr in the received signal processing means are shown in the second graph. The figure shows the division of the received wave of the ultrasonic transducer (middle part of the figure) and the correction for the time delay in the received signal processing means (lower part of the figure).
As shown in FIG. 10 (b), the reception signal processing means 113a is configured to receive the ultrasonic wave reflected from the scratch or the like, that is, the echo Sr (FIG. 10 (b)) from the reception phased array probe 50R. )).
The echo Sr is a reception signal in which reception signals to be received by the second ultrasonic transducers are synthesized. The echo Sr is an echo of the ultrasonic wave St that is time-delayed by the delay time control unit 112a.
Therefore, the reception signal processing means 113a divides the echo Sr into ultrasonic waves of each pulse format by the second ultrasonic transducers R-1, R-2,..., Rn-1, Rn. At the same time, each ultrasonic wave Pr-n is corrected by using the correction signal Sr-n to eliminate the time delay. Each ultrasonic wave (reception signal) of the corrected second ultrasonic transducer is transmitted to the reception signal synthesis unit 113b.
The reception signal synthesizing unit 113b (FIG. 6) receives the corrected ultrasonic wave Pr-n (reception signal) of each second ultrasonic transducer and synthesizes each reception signal. This synthesized signal is measurement information regarding the position where the echo is generated. The reception signal combining unit 113b acquires this measurement information, and the acquired measurement information is transmitted to the measurement unit 122 of the computer 120 via the storage unit 123.

図11は、図2の要部拡大図であり、セクタ走査における送信用フェイズドアレイ探触子の照射範囲(送信範囲)W1、セクタ走査における受信用のフェイズドアレイ探触子の受信範囲W2を図示している。
図11で示すように、上首部100cの曲面101又は頭部100aの下面に送信用フェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rとを配置すると、超音波の照射範囲W1と受信範囲W2とが互いに重なる範囲と、超音波の照射範囲W1と受信範囲W2とが重ならない範囲とが形成される。このうち重なる範囲がエコーの検出範囲である。
仮に、送信用と受信用を兼ねた1つのフェイズドアレイ探触子を上首部100cの曲面101又は頭部100aの下面に配置してレール100に対しセクタ走査行った場合、従来の一つの超音波振動素子からなる探触子での走査に比べて、膨大な測定情報を得ることができるので、より正確な傷の先端部Faの位置検出ができるかもしれない。
しかし、膨大な測定情報を得ることができるため、傷の先端部Faの深さ(位置)の測定に時間を要することとなる。
これに対し、本願発明の実施例のレール探傷方法及び装置1では、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを、互いにレール100の腹部100dを挟んで配置するとともに、いずれも上首部100cの曲面101または頭部100aの下面に当てて配置している。そのため、送信用と受信用を兼ねた1つのフェイズドアレイ探触子を用いたセクタ走査を行う場合に比べてエコーの検出範囲が狭くなり、しかも、レール100に発生する傷は、ほとんどこのエコーの検出範囲内に発生するので、エコーの検出範囲内に通常存在する傷を、短時間にかつ確実に検出できる。
なお、レール100内の照射範囲W1と受信範囲W2とが互いに重ならない範囲には、レール100の傷はほとんど発生しない。
なお、図11の符号Oaは照射範囲W1の基準点を概念的に図示したものであり、符号Obは受信範囲の基準点を概念的に図示したものである。
FIG. 11 is an enlarged view of the main part of FIG. 2, showing the irradiation range (transmission range) W1 of the phased array probe for transmission in sector scanning and the reception range W2 of the phased array probe for reception in sector scanning. Show.
As shown in FIG. 11, when the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are arranged on the curved surface 101 of the upper neck 100c or the lower surface of the head 100a, the ultrasonic irradiation range W1 A range where the reception range W2 overlaps with each other and a range where the ultrasonic irradiation range W1 and the reception range W2 do not overlap are formed. The overlapping range is the echo detection range.
If one phased array probe serving both for transmission and reception is arranged on the curved surface 101 of the upper neck 100c or the lower surface of the head 100a and sector scanning is performed on the rail 100, one conventional ultrasonic wave is used. Compared to scanning with a probe made of a vibration element, a large amount of measurement information can be obtained, so that the position of the front end Fa of the flaw may be more accurately detected.
However, since enormous amount of measurement information can be obtained, it takes time to measure the depth (position) of the front end Fa of the wound.
In contrast, in the rail flaw detection method and apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are arranged with the abdomen 100d of the rail 100 interposed therebetween. In addition, both are disposed so as to contact the curved surface 101 of the upper neck portion 100c or the lower surface of the head portion 100a. For this reason, the detection range of the echo is narrower than that in the case of performing sector scanning using one phased array probe that serves both for transmission and reception, and the scratches generated on the rail 100 are hardly affected by this echo. Since it occurs within the detection range, a flaw that normally exists within the detection range of the echo can be reliably detected in a short time.
Note that scars on the rail 100 hardly occur in the range where the irradiation range W1 and the reception range W2 in the rail 100 do not overlap each other.
In addition, the code | symbol Oa of FIG. 11 conceptually illustrated the reference point of the irradiation range W1, and the code | symbol Ob conceptually illustrated the reference point of the receiving range.

また、図6に示すコンピュータ120は、移動距離測定手段121、測定手段122、記憶手段123と、走査指示手段124と、駆動手段125を具えている。   The computer 120 shown in FIG. 6 includes a moving distance measuring unit 121, a measuring unit 122, a storage unit 123, a scanning instruction unit 124, and a driving unit 125.

このうち、移動距離測定手段121は、エンコーダ35からのスライダ10の位置情報を受信し、スライダ10の初期位置からの移動距離Kを連続して算出する。
この受信及び算出は、スライダ10がレール100の長さ方向に移動を開始してから、移動距離Kがレール長さLに達するまで連続して行われる(0≦K≦L)。また、移動距離測定手段121は、スライダ10がレール100の長さ方向に移動を開始してからの経過時間を測定し、この測定は、スライダ10の移動距離Kがレール長さLに達するまで連続して行われる。
Among these, the movement distance measuring means 121 receives the position information of the slider 10 from the encoder 35 and continuously calculates the movement distance K from the initial position of the slider 10.
This reception and calculation are continuously performed after the slider 10 starts moving in the length direction of the rail 100 until the moving distance K reaches the rail length L (0 ≦ K ≦ L). Further, the moving distance measuring means 121 measures the elapsed time after the slider 10 starts moving in the length direction of the rail 100, and this measurement is performed until the moving distance K of the slider 10 reaches the rail length L. It is done continuously.

測定手段122は、受信信号合成手段113bによって測定されたエコーの発生位置に関する測定情報、及び超音波探傷器130から入力された測定条件(たとえば照射角度(送信角度)α1、受信角度α2)その他の記憶手段123で記憶された情報を受信する。
なお、上記したエコーの発生位置に関する測定情報とは、具体的には、照射した超音波又はそのエコーの各ビーム路程に関する情報であり、さらにより具体的には、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tでの超音波の照射時刻(送信時刻)及びエコーの受信時刻、受信用のフェイズドアレイ探触子50Rでのエコーの受信時刻などである。
測定手段122は、上記したエコーの発生位置に関する測定情報および超音波探傷器130から入力された測定条件(たとえば送信角度α1、受信角度α2)などから、端部エコー法により傷の先端部の深さ(位置)Mを求める。なお、端部エコー法は従前の技術である。
The measurement means 122 measures the measurement information related to the echo generation position measured by the reception signal synthesis means 113b, the measurement conditions (for example, the irradiation angle (transmission angle) α1, the reception angle α2) input from the ultrasonic flaw detector 130, and the like. The information stored in the storage unit 123 is received.
The measurement information related to the echo generation position is specifically information related to the irradiated ultrasonic wave or each beam path of the echo, and more specifically, a phased array probe for transmission. These are the irradiation time (transmission time) of ultrasonic waves at 50T, the reception time of echoes, the reception time of echoes by the phased array probe 50R for reception, and the like.
The measuring means 122 determines the depth of the tip of the wound by the end echo method from the measurement information on the echo occurrence position and the measurement conditions (for example, transmission angle α1, reception angle α2) input from the ultrasonic flaw detector 130. Find (position) M. The end echo method is a conventional technique.

記憶手段123は、端部エコー法の演算式等を記憶する。
また記憶手段123は、超音波探傷器130の入力手段131(後述)から送出された駆動信号(駆動手段125のスライダ駆動指示信号およびスライダ停止指示信号、走査指示信号)、超音波の送信角度α1、受信角度α2、受信した超音波のエコー等を記録(記憶)する。
また、記憶手段123は、受信信号合成手段113bからのエコーの発生位置に関する測定情報、測定手段122により測定されたレール100の傷の深さM(M≧0)、および移動情報測定手段121から送信されたスライダ10の移動距離情報を記憶する。
また、記憶手段123に記憶された情報は、適宜、測定手段122と、走査指示手段124、駆動手段125、超音波探傷器130又はモーションコントロールドライブユニット110などからの要求信号により読みだされる。
The storage unit 123 stores an arithmetic expression of the end echo method and the like.
The storage means 123 also includes a drive signal (slider drive instruction signal, slider stop instruction signal, and scan instruction signal of the drive means 125) sent from an input means 131 (described later) of the ultrasonic flaw detector 130, and an ultrasonic transmission angle α1. The reception angle α2, the echo of the received ultrasonic wave, etc. are recorded (stored).
In addition, the storage unit 123 receives the measurement information on the echo generation position from the reception signal synthesis unit 113b, the depth M of the rail 100 (M ≧ 0) measured by the measurement unit 122, and the movement information measurement unit 121. The transmitted movement distance information of the slider 10 is stored.
Further, the information stored in the storage unit 123 is appropriately read by a request signal from the measurement unit 122, the scanning instruction unit 124, the driving unit 125, the ultrasonic flaw detector 130, the motion control drive unit 110, or the like.

走査指示手段124は、超音波探傷器130の入力手段131(後述)から送出された走査指示信号に基づき、フェイズドアレイ探触子50Tおよび受信用のフェイズドアレイ探触子50Rにより、セクタ走査を行わせる。
より具体的には、走査指示手段124は、入力信号131からの走査指示信号を記憶手段123を介して受信すると、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tによる超音波の照射指示(送信指示)を行うとともに受信用のフェイズドアレイ探触子50Rによるエコーの受信指示を送信する。
なお、上記送信指示は記憶手段123を介し遅延時間制御手段112aに対して送信される。また、上記受信指示は記憶手段123を介し受信信号処理手段113aに対して送信される。
超音波の送信指示を受信した遅延時間制御手段112aにより、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tは超音波の照射を行い、またエコーの受信指示を受信した受信信号処理手段113aにより、受信用のフェイズドアレイ探触子50Rはエコーを受信し、これにより上述したセクタ走査が行われる。
The scanning instruction means 124 performs sector scanning by the phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R based on a scanning instruction signal sent from the input means 131 (described later) of the ultrasonic flaw detector 130. Make it.
More specifically, when the scanning instruction unit 124 receives the scanning instruction signal from the input signal 131 via the storage unit 123, the scanning instruction unit 124 issues an ultrasonic irradiation instruction (transmission instruction) by the transmission phased array probe 50T. At the same time, an echo reception instruction is transmitted by the phased array probe 50R for reception.
The transmission instruction is transmitted to the delay time control unit 112a via the storage unit 123. The reception instruction is transmitted to the reception signal processing unit 113a via the storage unit 123.
The phased array probe 50T for transmission irradiates the ultrasonic wave by the delay time control unit 112a that has received the ultrasonic transmission instruction, and the reception signal processing unit 113a that has received the echo reception instruction receives the ultrasonic wave. The phased array probe 50R receives the echo and thereby performs the sector scan described above.

駆動手段125は、スライダ10をレール100の長さ方向に移動させる手段である。
図12(a)は、第一実施例、第二実施例及び第四実施例の各レール探傷方法及び装置での、スライダの移動距離(横軸)とスライダの移動速度(縦軸)との関係を示す図である。
駆動手段125は、スライダ10の上記モータに、スライダ駆動指示信号を送信し、図12(a)で示すように、スライダ駆動指示信号を受信した上記モータは、スライダ10をある一定の速度に達するまで加速する。スライダ10がある一定の速度に達した状態が、ある一定時間継続した後、駆動手段125は、スライダ停止指示信号を送出する。このスライダ停止信号を受信したスライダ10の上記モータは減速して最終的に停止する。
The driving unit 125 is a unit that moves the slider 10 in the length direction of the rail 100.
FIG. 12 (a) shows the slider moving distance (horizontal axis) and slider moving speed (vertical axis) in each rail flaw detection method and apparatus of the first embodiment, the second embodiment, and the fourth embodiment. It is a figure which shows a relationship.
The driving means 125 transmits a slider drive instruction signal to the motor of the slider 10, and the motor that has received the slider drive instruction signal reaches the slider 10 at a certain speed as shown in FIG. Accelerate to. After the state where the slider 10 reaches a certain speed continues for a certain time, the driving means 125 sends a slider stop instruction signal. Upon receiving this slider stop signal, the motor of the slider 10 decelerates and finally stops.

図12(b)は、第一実施例及び第二実施例のレール探傷方法および装置において、図3(a)のスライダ10を用いてレール100に対しセクタ走査が行われた様子を示すレールの概念平面図である。
図12(a)および図12(b)のセクタ走査の走査ラインB(破線)で示すように、この駆動手段125は、超音波の照射(送信)及びエコーの受信によるセクタ走査が行われているときに、スライダ10をレール100の長さ方向に移動する。
FIG. 12B is a rail diagram showing a state in which sector scanning is performed on the rail 100 using the slider 10 of FIG. 3A in the rail flaw detection method and apparatus of the first and second embodiments. It is a conceptual top view.
As shown by the scanning line B (broken line) of sector scanning in FIGS. 12A and 12B, the driving unit 125 performs sector scanning by ultrasonic wave irradiation (transmission) and echo reception. When moving, the slider 10 is moved in the length direction of the rail 100.

また、図12(a)および図12(b)で示すように、セクタ走査はスライダ10の移動距離Kが初期位置(移動距離K=0)からレール長さLに達するまで連続して行われる。
また、セクタ走査は、駆動手段125によるスライダ10の移動と同期して行われる。
たとえば、図12(a)および図12(b)の走査ラインBで示すように、セクタ走査は、スライダ10の移動速度の高低にかかわらず、スライダ10の移動距離Kが、ある一定距離に達するごとに、レール100の幅方向にセクタ走査が1回行われる。これによりセクタ走査は、レール100に対しレール100の長さ方向に可及的に均一に行われる。
なお、走査指示手段124は、スライダ10の移動距離Kの移動距離情報を、移動距離測定手段121から記憶手段123を介して受信する。
なお、セクタ走査が行われていないときは、駆動手段125は、スライダ停止指示信号を図示せぬモータに送信し、これによりスライダ10のレール100の長さ方向の移動を停止させる。
Further, as shown in FIGS. 12A and 12B, sector scanning is continuously performed until the moving distance K of the slider 10 reaches the rail length L from the initial position (moving distance K = 0). .
The sector scan is performed in synchronization with the movement of the slider 10 by the driving means 125.
For example, as shown by scanning line B in FIGS. 12A and 12B, in sector scanning, the moving distance K of the slider 10 reaches a certain fixed distance regardless of the moving speed of the slider 10. Each time, sector scanning is performed once in the width direction of the rail 100. Thus, sector scanning is performed as uniformly as possible in the length direction of the rail 100 with respect to the rail 100.
The scanning instruction unit 124 receives the movement distance information of the movement distance K of the slider 10 from the movement distance measurement unit 121 via the storage unit 123.
When sector scanning is not performed, the driving unit 125 transmits a slider stop instruction signal to a motor (not shown), thereby stopping the movement of the slider 10 in the length direction of the rail 100.

また、図6の超音波探傷器120は、入力手段131と、表示手段132を具えている。
このうち、入力手段131には、駆動手段125のスライダ駆動指示信号およびスライダ停止指示信号、走査指示信号、超音波の照射角度α1、エコーの受信角度α2、受信した超音波のエコー等が入力される。
また、表示手段132には、記憶手段123から読み出された情報、たとえば測定手段122から測定された深さMの測定情報、移動情報測定手段121からのスライダ10の位置情報、走査指示手段124の駆動情報などを表示する。なお、表示手段132は、超音波探傷器130ではなく、コンピュータ120に設けるようにしてもよい。
Further, the ultrasonic flaw detector 120 of FIG. 6 includes an input unit 131 and a display unit 132.
Among these, the input means 131 receives the slider drive instruction signal and slider stop instruction signal of the drive means 125, the scanning instruction signal, the ultrasonic irradiation angle α1, the echo reception angle α2, the received ultrasonic echo, and the like. The
The display unit 132 also includes information read from the storage unit 123, for example, measurement information of the depth M measured from the measurement unit 122, position information of the slider 10 from the movement information measurement unit 121, and scanning instruction unit 124. The driving information of the is displayed. The display means 132 may be provided in the computer 120 instead of the ultrasonic flaw detector 130.

次に、このレール探傷装置1において、レールを探傷する方法について説明するとともに、レール探傷装置1の詳細な構造について併せて説明する。   Next, in this rail flaw detector 1, a method for flaw detection on the rail will be described, and a detailed structure of the rail flaw detector 1 will also be described.

まず、図1(a)、図3(a)及び図3(b)に示す、検査対象となるレール100の頭部100aの下面または上首部100cとを清掃し、付着していた泥や油、錆を除去しておく。   First, the lower surface or upper neck portion 100c of the head 100a of the rail 100 to be inspected shown in FIGS. 1 (a), 3 (a), and 3 (b) is cleaned, and mud or oil adhered thereto. Remove rust.

次に、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tから超音波をレール100に照射(送信)させ、該超音波のエコーを受信用のフェイズドアレイ探触子50Rで受信してレール100を探傷する。
具体的には、まず、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを配置する(配置ステップ)。
この配置では、スライダ10をレール100に取り付ける。この取付方法については上述したとおりである。
また、この配置では、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rが、互いにレール100の腹部100dを挟んで配置され、いずれも上首部100cの曲面101又は頭部100aの下面に当てて配置されるようにする。
すると、図2で示すように送信用のフェイズドアレイ探触子50T及び受信用のフェイズドアレイ探触子50Rは、それぞれ、その各探傷シュー52が上記媒質を介し上首部100cの曲面101又は頭部100aの下面に係合し、また図9で示すように、係合ローラ18の2つの面18aのうちの一方がレール100の側面101eの下部と接触し、他方が上首部100cの曲面101又は頭部100aの下面に接触する。
Next, an ultrasonic wave is irradiated (transmitted) to the rail 100 from the phased array probe 50T for transmission, and the echo of the ultrasonic wave is received by the phased array probe 50R for reception to detect the rail 100.
Specifically, first, a phased array probe for transmission 50T and a phased array probe for reception 50R are arranged (arrangement step).
In this arrangement, the slider 10 is attached to the rail 100. This attachment method is as described above.
Further, in this arrangement, the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are arranged with the abdomen 100d of the rail 100 sandwiched between them, both of which are the curved surface 101 or the head of the upper neck 100c. It is arranged so as to contact the lower surface of 100a.
Then, as shown in FIG. 2, in the phased array probe 50T for transmission and the phased array probe 50R for reception, each flaw detection shoe 52 has the curved surface 101 or head of the upper neck portion 100c through the medium. As shown in FIG. 9, one of the two surfaces 18a of the engagement roller 18 is in contact with the lower portion of the side surface 101e of the rail 100, and the other is the curved surface 101 of the upper neck portion 100c. It contacts the lower surface of the head 100a.

また、この配置ステップでは、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rは下斜め方向に進む傷F3の進行方向(レール長さ方向に沿って鉄道車両の進行方向でもある)に対し、同じ側に配置される。その配置として、たとえば、図1(a)、図3(a)及び図3(b)で示すように、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rが、いずれも下斜め方向に進む傷F3の進行方向後方に配置されるようにする。   Further, in this arrangement step, the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are traveling in the direction of the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction (the traveling direction of the railway vehicle along the rail length direction). Are arranged on the same side. As the arrangement, for example, as shown in FIG. 1A, FIG. 3A, and FIG. 3B, a transmitting phased array probe 50T and a receiving phased array probe 50R are Is also arranged behind the wound F3 traveling in the diagonally downward direction.

この送信用のフェイズドアレイ探触子50T及び送信用のフェイズドアレイ探触子50Rが配置された後、超音波探傷器130の入力手段131からのスライダ駆動指示信号により、駆動手段125は、スライダ10がレール100の基準面である正面D(図3(a))、すなわち初期位置にあるときから(K=0)、移動距離Kがレール100の長さLに達するまで連続してスライダ10の上記モータを駆動する。   After the transmission phased array probe 50T and the transmission phased array probe 50R are arranged, the drive unit 125 is controlled by the slider drive instruction signal from the input unit 131 of the ultrasonic flaw detector 130. Is the reference plane of the rail 100 (FIG. 3A), that is, from the initial position (K = 0) until the moving distance K reaches the length L of the rail 100, the slider 10 The motor is driven.

また、送信用のフェイズドアレイ探触子50T及び送信用のフェイズドアレイ探触子50Rが配置された後、入力手段131から、スライダ駆動指示信号と同時に送信される走査指示信号により、図1(b)の超音波U1で示すように、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tが、下斜め方向に進む傷F3の進行方向後方から該進行方向前方に向かって斜め上にレール100の踏面100bに向けて、超音波を照射し(照射ステップ)、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tからレール100に照射された超音波のエコーU2を受信用フェイズドアレイ探触子50Rが受信し(受信ステップ)、該受信した情報等に基づき下斜め方向に進む傷F3の先端位置(深さM)を測定する(測定ステップ)。   Further, after the transmission phased array probe 50T and the transmission phased array probe 50R are arranged, the scanning instruction signal transmitted simultaneously with the slider drive instruction signal from the input means 131 is used as shown in FIG. ), The transmitting phased array probe 50T faces the tread 100b of the rail 100 obliquely upward from the rear in the traveling direction of the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction to the front in the traveling direction. Then, the ultrasonic wave is irradiated (irradiation step), and the reception phased array probe 50R receives the ultrasonic echo U2 irradiated to the rail 100 from the transmission phased array probe 50T (reception step). Based on the received information or the like, the tip position (depth M) of the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction is measured (measurement step).

上述した照射ステップ及び受信ステップでは、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tによって超音波を、下斜め方向に進む傷F3の進行方向後方から該進行方向前方に向かって斜め上に踏面100bに向けて斜め上に照射させる。
この場合に、図1(b)の超音波U1で示すように、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tによって、超音波が下斜め方向に進む傷F3の面と踏面110bとが交差する部分(コーナー部)に照射されると、エコーU2で示すように、受信用フェイズドアレイ探触子50Rによって非常に高いエコーが検出される。
In the irradiation step and the reception step described above, ultrasonic waves are transmitted by the transmitting phased array probe 50T toward the tread surface 100b obliquely upward from the rear in the traveling direction of the wound F3 traveling in the diagonally downward direction toward the front in the traveling direction. Irradiate diagonally up.
In this case, as indicated by the ultrasonic wave U1 in FIG. 1B, a portion where the surface of the wound F3 where the ultrasonic wave is traveling obliquely downward and the tread surface 110b intersect with the phased array probe 50T for transmission ( When the light is applied to the corner portion, a very high echo is detected by the receiving phased array probe 50R as indicated by the echo U2.

さらに、図1(c)で示すように、駆動手段125により送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを移動させて、下斜め方向に進む傷F3の進行方向前方に移動させていき、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tによって、下斜め方向に進む傷F3の進行方向後方から前方に向かって斜め上に踏面100bに向けて照射された超音波U3が該傷F3の面に照射されると、エコーU4で示すように、受信用のフェイズドアレイ探触子50Rによって、下斜め方向に進む傷F3の面についての非常に高いエコーが検出される。   Further, as shown in FIG. 1 (c), the driving means 125 moves the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R to move the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction. The ultrasonic wave U3 irradiated toward the tread 100b obliquely upward from the rear in the traveling direction of the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction is moved forward by the phased array probe 50T for transmission. When the surface of the flaw F3 is irradiated, as shown by an echo U4, a very high echo is detected by the receiving phased array probe 50R on the surface of the flaw F3 traveling in a diagonally downward direction.

またさらに図1(d)で示すように、駆動手段125により送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを傷F3の進行方向前方に移動させていくと、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tによって、下斜め方向に進む傷F3の進行方向後方から前方に向かって斜め上に踏面100bに向けて照射された超音波U5が該傷F3の面の先端部Fa付近に照射されるまで、受信用フェイズドアレイ探触子50Rによって高いエコー(エコーU6参照)が検出される。   Further, as shown in FIG. 1D, when the driving means 125 moves the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R forward in the direction of travel of the flaw F3, By the trusted phased array probe 50T, the ultrasonic wave U5 irradiated toward the tread surface 100b obliquely upward from the rear to the front in the traveling direction of the wound F3 traveling in the diagonally downward direction is the front end portion Fa of the surface of the scratch F3. A high echo (see echo U6) is detected by the receiving phased array probe 50R until it is irradiated in the vicinity.

そして、さらに駆動手段125により送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを前進させて、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tによって、下斜め方向に進む傷F3の進行方向後方から前方に向かって斜め上に踏面100bに向けて照射された超音波が下斜め方向に進む傷F3の先端部Faに達すると、下斜め方向に進む傷F3の面のエコーは低下し、これにより、図3(a)及び図3(b)で示すように、端部エコーU(図11)が検出される。
またこの端部エコーの検出により端部エコー法を用いると、下斜め方向に進む傷F3の先端部Faの位置(深さM)が測定できる。
Further, the transmission phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are further advanced by the driving means 125, and the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction by the transmitting phased array probe 50T. When the ultrasonic wave irradiated toward the tread surface 100b obliquely upward from the rear in the traveling direction reaches the front end Fa of the scratch F3 that progresses in the diagonally downward direction, the echo on the surface of the scratch F3 that progresses in the diagonally downward direction decreases. As a result, as shown in FIGS. 3A and 3B, the end echo U (FIG. 11) is detected.
Further, when the end echo method is used by detecting this end echo, the position (depth M) of the front end portion Fa of the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction can be measured.

また、上述した照射ステップ及び受信ステップでは、それぞれ送信用のフェイズドアレイ探触子50T及び受信用のフェイズドアレイ探触子50Rによってセクタ走査が実行され、これによりエコーの発生位置に関する測定情報が得られ、測定ステップでは、該エコーの発生位置に関する測定情報等に基づき端部エコー法により、上述のように、傷の先端部Faの位置(深さM)が測定される。   In the irradiation step and the reception step described above, sector scanning is executed by the transmission phased array probe 50T and the reception phased array probe 50R, respectively, thereby obtaining measurement information relating to the echo generation position. In the measurement step, the position (depth M) of the front end portion Fa of the wound is measured by the end echo method based on the measurement information on the position where the echo is generated, as described above.

また、駆動手段125によるスライダ10のレール100の長さ方向の移動は、超音波の照射(送信)及びエコーの受信によるセクタ走査が行われているときに行われる。
また、セクタ走査はスライダ10の移動距離Kが初期位置(移動距離K=0)からレール長さLに達するまで連続して行われる。
また、このセクタ走査は、駆動手段125によるスライダ10の移動と同期して行われる。たとえば、スライダ10の移動距離Kが、ある一定距離に達するごとに、レールの幅方向にセクタ走査が1回行われる。このセクタ走査は、スライダ10の移動と同期して繰り返し行われ、これによりレール100の長さ方向の走査を、レール100に対し可及的に均一に行うことができる。
また上述したように、駆動手段125は、超音波の照射及びエコーの受信によるセクタ走査を行っているときにスライダ10のレール100の長さ方向の移動を連続して行うから、レール100全体の長さ方向の走査を短時間で行うことができる。
Further, the movement of the slider 10 in the length direction of the rail 100 by the driving unit 125 is performed when sector scanning is performed by irradiation (transmission) of ultrasonic waves and reception of echoes.
The sector scanning is continuously performed until the moving distance K of the slider 10 reaches the rail length L from the initial position (moving distance K = 0).
The sector scan is performed in synchronization with the movement of the slider 10 by the driving means 125. For example, every time the moving distance K of the slider 10 reaches a certain distance, sector scanning is performed once in the width direction of the rail. This sector scanning is repeatedly performed in synchronization with the movement of the slider 10, whereby the scanning in the length direction of the rail 100 can be performed as uniformly as possible on the rail 100.
Further, as described above, the driving unit 125 continuously moves the slider 10 in the length direction of the rail 100 when performing sector scanning by irradiation of ultrasonic waves and reception of echoes. Scanning in the length direction can be performed in a short time.

また、上述した後方探傷の方法は、傷F3の面とエコーと傷F3の先端部Faのエコーの両方を捕らえやすい利点(連続性あるいは関連性)がある。   Further, the above-described backward flaw detection method has an advantage (continuity or relevance) that it is easy to capture both the surface and the echo of the flaw F3 and the echo of the front end portion Fa of the flaw F3.

また、下斜め方向に進む傷F3は、その傷の面の方向によっては先端Faに対するエコーが、下斜め方向に進む傷F3の面のエコーに紛れ、先端部Faのエコーの抽出しにくい場合には、前方探傷を行ってもよい。この前方探傷とは、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを下斜め方向に進む傷F3の進行方向前方に配置し、下斜め方向に進む傷F3の進行方向前方から該進行方向後方に向かって斜め上に踏面100bに向けて下斜め方向に進む傷F3を探傷・走査する方法である。   In the case of the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction, the echo for the tip Fa is mixed with the echo of the surface of the scratch F3 traveling in the diagonally downward direction depending on the direction of the surface of the scratch, and it is difficult to extract the echo of the distal end Fa. May perform forward flaw detection. The forward flaw detection means that the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are disposed in front of the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction, and the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction proceeds. This is a method of flaw detection / scanning for a flaw F3 that progresses in a diagonally downward direction toward the tread surface 100b obliquely upward from the front in the direction toward the rear in the traveling direction.

図13(a)〜図13(d)は、第二実施例のレール探傷装置及びレールの探傷方法を示す要部概念斜視図であって、特に二探触子V走査法で、かつ前方探傷でのレール探傷装置及びレールの探傷方法の様子を示す図である。
図14(a)及び図14(b)は、第二実施例のレール探傷方法及び装置での、レール及びレール探傷装置の配置関係を示す図である。特に図14(a)はレール及びレール探傷装置の概念平面図(図の左部分)と概念背面図(図の右部分)を示し、図14(b)はその概念右側面図(図の左部分)と概念正面図(図の右部分)を示している。
13 (a) to 13 (d) are conceptual perspective views showing a main part of the rail flaw detector and the rail flaw detection method of the second embodiment, particularly the two-probe V scanning method and the front flaw detection. It is a figure which shows the mode of the rail flaw detection apparatus and rail flaw detection method.
FIG. 14A and FIG. 14B are diagrams showing the arrangement relationship between the rail and the rail flaw detection apparatus in the rail flaw detection method and apparatus according to the second embodiment. 14A shows a conceptual plan view (left part of the figure) and a conceptual rear view (right part of the figure) of the rail and the rail flaw detector, and FIG. 14B shows a conceptual right side view (left part of the figure). Part) and a conceptual front view (right part of the figure).

図13(a)〜図13(d)及び図14(a)及び図14(b)で示すように、この実施例のレール探傷方法及び装置201の配置ステップでは、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rは、傷F3の進行方向に対し、同じ側に配置されている例として、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを、いずれも下斜め方向に進む傷F3の進行方向前方に配置している(前方探傷での配置ステップ)。なお、図13(a)〜図13(d)は、レール100の背面側からレール探傷装置及びレールの探傷方法をみた様子を示す斜視図である。   As shown in FIGS. 13 (a) to 13 (d), 14 (a) and 14 (b), in the rail flaw detection method and apparatus 201 placement step of this embodiment, a phased array probe for transmission is used. As an example in which the child 50T and the receiving phased array probe 50R are arranged on the same side with respect to the traveling direction of the wound F3, the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are used. 50R is disposed in front of the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction (arrangement step in front flaw detection). FIGS. 13A to 13D are perspective views showing the rail flaw detection apparatus and the rail flaw detection method as seen from the back side of the rail 100. FIG.

次に、入力手段131による走査指示信号により、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tから超音波をレール100に照射させ(照射ステップ)、該超音波のエコーを受信用のフェイズドアレイ探触子50Rで受信して(受信ステップ)、レール100を探傷する(測定ステップ)。
前方探傷では、送信用フェイズドアレイ探触子50Tおよび受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを傷F3の進行方向に対して前方に位置させ、超音波を、下斜め方向に進む傷F3の進行方向前方から該進行方向後方に向かって斜め上に踏面100bに向けて照射された踏面100bに向けて照射させる。この場合、図13(b)で示すように、下斜め方向に進む傷F3と踏面100bとが交差する部(コーナー部)の先端に照射され、非常に高い端部エコーが検出される。
さらに、駆動手段125により送信用のフェイズドアレイ探触子50Tおよび受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを、駆動手段125により下斜め方向に進む傷F3の進行方向前方に移動させていくと、図13(c)に示すように、下斜め方向に進む傷F3の進行方向前方から後方に向かって斜め上に踏面100bに向けて照射された超音波は踏面100bで反射した後、略水平方向の傷F2の面に照射され、下斜め方向に進む傷F3には達しにくく、下斜め方向の傷F3のエコーは検出されにくい。
そして、図13(d)に示すように、さらに駆動手段125により、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tおよび受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを、駆動手段125により前進させると、下斜め方向に進む傷F3の進行方向前方から後方に向かって斜め上に踏面100bに向けて照射された超音波U7は踏面100bで反射した後、下斜め方向に進む傷F3の面に照射され、エコーU8で示すように、高いエコーが得られる(検出しやすい)。
なお、照射ステップ及び受信ステップでは、それぞれ送信用のフェイズドアレイ探触子50T及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子50Rによってセクタ走査が実行され、これによりエコーの発生位置に関する測定情報が得られる。また、測定ステップでは、エコーの発生位置に関する測定情報等に基づき端部エコー法によりレール100の斜め下方向に進む傷F3の先端部Faの位置(深さM)が測定される。
なお、第二実施例のレール探傷方法及び装置201では、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを下斜め方向に進む傷F3の進行方向前方に配置し、下斜め方向に進む傷F3の進行方向前方から後方に向かって斜め上に踏面に向けて下斜め方向に進む傷F3を探傷・走査する方法(前方探傷)を行う点をのぞき、第一実施例のレール探傷方法及び装置1の構造・構成と同様である。
Next, an ultrasonic wave is irradiated to the rail 100 from the transmission phased array probe 50T by the scanning instruction signal from the input means 131 (irradiation step), and the echo of the ultrasonic wave is received to the phased array probe 50R for reception. Are received (receiving step), and the rail 100 is detected (measuring step).
In the forward flaw detection, the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are positioned forward with respect to the traveling direction of the flaw F3, and the traveling direction of the flaw F3 that advances ultrasonic waves diagonally downward. Irradiation is performed toward the tread surface 100b irradiated from the front toward the tread surface 100b obliquely upward toward the rear in the traveling direction. In this case, as shown in FIG. 13B, the tip of the portion (corner portion) where the flaw F3 progressing in the diagonally downward direction and the tread surface 100b intersect is irradiated, and a very high end echo is detected.
Further, when the driving means 125 moves the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R forward in the traveling direction of the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction by the driving means 125, FIG. As shown in FIG. 13 (c), the ultrasonic wave irradiated toward the tread surface 100b obliquely upward from the front to the back in the traveling direction of the wound F3 traveling in the diagonally downward direction is reflected by the tread surface 100b and then substantially horizontally. It is difficult to reach the flaw F3 irradiated to the surface of the flaw F2 and proceeding in the diagonally downward direction, and the echo of the flaw F3 in the diagonally downward direction is difficult to detect.
Then, as shown in FIG. 13 (d), when the driving means 125 further advances the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R by the driving means 125, a downward diagonal direction is obtained. The ultrasonic wave U7 irradiated to the tread surface 100b obliquely upward from the front to the back in the direction of travel of the wound F3 traveling to the rear is reflected by the tread surface 100b and then irradiated to the surface of the wound F3 proceeding obliquely downward to the echo U8. As shown, a high echo is obtained (easy to detect).
In the irradiation step and the reception step, sector scanning is executed by the transmission phased array probe 50T and the reception phased array probe 50R, respectively, thereby obtaining measurement information relating to the echo generation position. Further, in the measurement step, the position (depth M) of the front end portion Fa of the flaw F3 proceeding diagonally downward of the rail 100 is measured by the end echo method based on measurement information on the echo generation position.
In the rail flaw detection method and apparatus 201 according to the second embodiment, the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are arranged in front of the traveling direction of the flaw F3 traveling in an obliquely downward direction, The first embodiment, except that a method of flaw detection / scanning (forward flaw detection) is performed for the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction toward the tread surface obliquely upward from the front to the rear in the traveling direction of the flaw F3 traveling in the diagonally downward direction. The rail flaw detection method and the structure / configuration of the apparatus 1 are the same.

第二実施例のレール探傷方法及び装置201では、第一実施例の各レール探傷方法及び装置1と同様に、駆動手段125によるスライダの移動と同期してセクタ走査が行われるものとし、その同期は、スライダの移動距離が所定距離に達するごとに、レールの幅方向の走査が1回行われるものとしている。
しかし、この発明のレール探傷方法および装置での、スライダ10の移動とセクタ走査との同期はこれに限定されず、セクタ走査の終了情報に基づき、駆動手段125がスライダ10を移動するものであってもよい。
In the rail flaw detection method and apparatus 201 of the second embodiment, sector scanning is performed in synchronization with the movement of the slider by the driving means 125, as in the rail flaw detection method and apparatus 1 of the first embodiment. The scanning of the rail in the width direction is performed once every time the slider moving distance reaches a predetermined distance.
However, in the rail flaw detection method and apparatus of the present invention, the synchronization between the movement of the slider 10 and the sector scan is not limited to this, and the driving means 125 moves the slider 10 based on the end information of the sector scan. May be.

図15(a)は、第三実施例のレール探傷方法及び装置での、スライダの移動距離(横軸)とスライダの移動速度(縦軸)との関係を示す図であり、図15(b)は、図15(a)のスライダを用いてレールに対しセクタ走査が行われた様子を示すレールの概念平面図である。   FIG. 15A is a diagram showing the relationship between the slider moving distance (horizontal axis) and the slider moving speed (vertical axis) in the rail flaw detection method and apparatus according to the third embodiment. ) Is a conceptual plan view of a rail showing a state in which sector scanning is performed on the rail using the slider of FIG.

図15(a)および図15(b)のセクタ走査の走査ラインB(破線)で示すように、第三のレール探傷方法が行われる第三のレール探傷装置301では、送信用のフェイズドアレイ探触子50T及び受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを固定するスライダ10(図2参照)と、該スライダ10をレール100の長さ方向に移動させる駆動手段125(図6参照)を具え、駆動手段125が、セクタ走査の終了情報に基づきスライダ10をレールの長さ方向にするようにしている。
このセクタ走査の終了情報とは、走査ラインB(破線)で示すように、レール100の幅方向の走査が1回終了したことを検出した情報である。
このセクタ走査の終了情報は走査指示手段124によって検出され、その検出信号が駆動手段125に送信される。このセクタ走査の終了情報の検出信号を受信した駆動手段125は、スライダ10の図示せぬモータを駆動する。
なお、走査指示手段124がセクタ走査の実行を指示し、これによりセクタ走査が実行されている間は、駆動手段125は、スライダ10の図示せぬモータの駆動を停止させている。
As shown by the scanning line B (broken line) of sector scanning in FIGS. 15A and 15B, the third rail flaw detector 301 in which the third rail flaw detection method is performed uses a phased array probe for transmission. A slider 10 (see FIG. 2) for fixing the touch element 50T and the receiving phased array probe 50R, and driving means 125 (see FIG. 6) for moving the slider 10 in the length direction of the rail 100 are provided. The means 125 makes the slider 10 in the rail length direction based on the sector scan end information.
The end information of the sector scan is information that detects that the scan in the width direction of the rail 100 has been completed once as indicated by the scan line B (broken line).
The end information of the sector scan is detected by the scanning instruction unit 124, and the detection signal is transmitted to the driving unit 125. The driving unit 125 that has received the detection signal of the sector scanning end information drives a motor (not shown) of the slider 10.
Note that while the scanning instruction unit 124 instructs execution of sector scanning, and while the sector scanning is being performed, the driving unit 125 stops driving a motor (not shown) of the slider 10.

なお、第一乃至第三の実施例の各レール探傷方法及び装置1、201、301では、駆動手段125によるスライダ10の移動と同期してセクタ走査が行われるものとしたが、この発明のレール探傷方法及び装置は、駆動手段125によるスライダ10の移動は、セクタ走査とは独立して行われるもの、すなわちセクタ走査がスライダ10の移動に非同期するものとしてもよい。   In each rail flaw detection method and apparatus 1, 201, 301 of the first to third embodiments, sector scanning is performed in synchronization with the movement of the slider 10 by the driving means 125. In the flaw detection method and apparatus, the movement of the slider 10 by the driving unit 125 may be performed independently of the sector scanning, that is, the sector scanning may be asynchronous with the movement of the slider 10.

図12(c)は、第四の実施例のレール探傷方法及び装置において、図12(a)のスライダを用いてレールに対しセクタ走査が行われた様子を示すレールの概念平面図である。
図12(a)および図12(c)のセクタ走査の走査ラインB(破線)で示すように、第四のレール探傷方法が行われる第四のレール探傷装置401では、送信用のフェイズドアレイ探触子50T及び受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを固定するスライダ10(図2参照)と、該スライダ10をレール100の長さ方向に移動させる駆動手段125(図6参照)を具え、駆動手段125によるスライダ10の移動はセクタ走査とは独立して行われる。
たとえば、図12(a)および図12(c)の走査ラインB(破線)で示すように、セクタ走査は、スライダ10の移動距離Kにかかわらず、スライダ100のレール長さ方向の移動開始からある一定時間経過ごとに、実行される。
このようにすると、スライダ10の移動速度がある一定の速度未満である場合、スライダの移動速度が該一定の速度との差が大きければ大きいほど、スライダの移動速度が、上記一定の速度になった際のセクタ走査での走査密度に比べて、セクタ走査の走査密度が高くなる。したがって、スライダ10の移動の速度を調整することにより、セクタ走査の走査密度を調整することができる。
なお、図12(a)及び図12(c)では、超音波の照射(送信)及びエコーの受信によるセクタ走査を行っているときに、駆動手段125がスライダ10をレール100の長さ方向に移動する様子、およびセクタ走査はスライダ10の移動距離Kが初期位置(移動距離K=0)にあるときからレール長さLに達するまで連続して行われている様子も図示している。
FIG. 12C is a conceptual plan view of the rail showing a state in which sector scanning is performed on the rail using the slider of FIG. 12A in the rail flaw detection method and apparatus of the fourth embodiment.
As shown by the scanning line B (broken line) of sector scanning in FIGS. 12A and 12C, the fourth rail flaw detector 401 in which the fourth rail flaw detection method is performed has a phased array probe for transmission. A slider 10 (see FIG. 2) for fixing the touch element 50T and the receiving phased array probe 50R, and driving means 125 (see FIG. 6) for moving the slider 10 in the length direction of the rail 100 are provided. The movement of the slider 10 by the means 125 is performed independently of the sector scanning.
For example, as shown by the scanning line B (broken line) in FIGS. 12A and 12C, the sector scanning starts from the start of movement of the slider 100 in the rail length direction regardless of the movement distance K of the slider 10. It is executed every certain time.
In this way, when the moving speed of the slider 10 is less than a certain speed, the moving speed of the slider becomes the constant speed as the difference between the moving speed of the slider and the constant speed increases. Compared with the scanning density in sector scanning at this time, the scanning density in sector scanning becomes higher. Therefore, by adjusting the moving speed of the slider 10, the scanning density of sector scanning can be adjusted.
12A and 12C, when the sector scanning is performed by the irradiation (transmission) of ultrasonic waves and the reception of echoes, the driving unit 125 moves the slider 10 in the length direction of the rail 100. The state of the movement and the sector scanning are also shown from the time when the movement distance K of the slider 10 is at the initial position (movement distance K = 0) until the rail length L is reached.

このように本願発明の上記各実施例のレール探傷方法1、201、301、401では、従来のように、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tに連結する探触子回転機構および受信用のフェイズドアレイ探触子50Rに連結する探触子回転機構を設けない分、部品点数が少なくなり、構造が簡素になる。   As described above, in the rail flaw detection methods 1, 201, 301, and 401 according to the above-described embodiments of the present invention, the probe rotation mechanism coupled to the transmission phased array probe 50T and the reception phased as in the prior art. Since the probe rotating mechanism connected to the array probe 50R is not provided, the number of parts is reduced and the structure is simplified.

また、本願発明の上記各実施例のレール探傷方法及び装置1、201、301、401では、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tに連結する探触子回転機構が不要となるので、レール100のある地点での探傷の際、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tの送信角度を設定するため、手作業での操作(該探触子回転機構の操作)が不要となる。さらに、本願発明の上記各実施例のレール探傷方法及び装置1、201、301、401では、受信用のフェイズドアレイ探触子50Rに連結する探触子回転機構が不要となるので、レール100のある地点での探傷の際、受信用のフェイズドアレイ探触子50Rの受信角度を設定するため、手作業での操作(該探触子回転機構の操作)も不要となる。そのため、この上記各実施例のレール探傷装置1、201、301、401及びレール探傷方法では、レールの探傷作業が簡単で、しかも下斜め方向に進む傷F3の先端部Faの深さの測定を従来に比べ短時間で行うことができる。   Further, in the rail flaw detection method and apparatus 1, 201, 301, 401 of the above-described embodiments of the present invention, a probe rotating mechanism connected to the transmission phased array probe 50T is not necessary. At the time of flaw detection at a certain point, since the transmission angle of the phased array probe 50T for transmission is set, manual operation (operation of the probe rotating mechanism) becomes unnecessary. Further, in the rail flaw detection methods and apparatuses 1, 201, 301, 401 of the above-described embodiments of the present invention, a probe rotating mechanism connected to the receiving phased array probe 50R is not required. When the flaw detection is performed at a certain point, the reception angle of the receiving phased array probe 50R is set, so that manual operation (operation of the probe rotation mechanism) is not required. Therefore, in the rail flaw detectors 1, 201, 301, 401 and the rail flaw detection method of each of the above-described embodiments, the rail flaw detection operation is simple, and the depth Fa of the flaw F3 progressing in the diagonally downward direction is measured. It can be performed in a shorter time than conventional.

また、本発明の上記各実施例のレール探傷方法及び装置1、201、301、401では、レール100の頭部100aの下面又は上首部100cに形成された曲面101に送信用のフェイズドアレイ探触子50Tおよび受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを当てて、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tから踏面100bに向けて超音波を照射させるので、略平行に進む傷F2、下斜め方向に進む傷F3その他の傷に超音波を照射でき、そのエコーを測定することによって、該傷の先端部の位置(深さ)を測定することができる。
なお、超音波はレール100の上首部100cから踏面100bに向けて照射されるので、超音波が略平行に進む傷F2の断面で反射して下斜め方向に進む傷F3に達しないおそれは可及的に防止される。そのため、上述するように斜め下方向に進む傷F3に超音波を照射でき、そのエコーを測定することによって、斜め下方向に進む傷F3の位置(深さ)を測定することができる。
さらに、頭部100aの下面または上首部100cの曲面101は、鉄道車両の車輪200(図16)との摩擦が起こらず摩耗しないので、略平行に進む傷F2、下斜め方向に進む傷F3その他の傷の各先端部Faの深さを正確に測定することができ、特に、レール強度・交換要否判定の最も重要なファクターである、斜め下方向に進む傷の先端部の深さ測定の基準面として適している。
In the rail flaw detection method and apparatus 1, 201, 301, 401 according to the above embodiments of the present invention, a phased array probe for transmission is formed on the curved surface 101 formed on the lower surface or upper neck portion 100c of the head 100a of the rail 100. Since the ultrasonic wave is irradiated from the transmitting phased array probe 50T toward the tread surface 100b by applying the child 50T and the receiving phased array probe 50R, the wound F2 progresses substantially in parallel, and proceeds downward in the diagonal direction. By applying ultrasonic waves to the wound F3 and other wounds and measuring the echoes thereof, the position (depth) of the tip of the wound can be measured.
In addition, since the ultrasonic wave is irradiated toward the tread surface 100b from the upper neck portion 100c of the rail 100, there is a possibility that the ultrasonic wave is reflected on the cross section of the flaw F2 that travels substantially in parallel and does not reach the flaw F3 that travels in the diagonally downward direction. It is prevented as much as possible. Therefore, as described above, it is possible to irradiate the wound F3 traveling in the diagonally downward direction with ultrasonic waves, and by measuring the echo, the position (depth) of the scratch F3 traveling in the diagonally downward direction can be measured.
Further, since the lower surface of the head 100a or the curved surface 101 of the upper neck portion 100c does not wear and does not wear with the wheels 200 (FIG. 16) of the railway vehicle, the scratch F2 progresses substantially in parallel, the scratch F3 progresses in the diagonally downward direction, and the like. The depth of each tip Fa of the wound can be accurately measured, and in particular, the depth measurement of the tip of the wound proceeding obliquely downward, which is the most important factor for determining the rail strength and necessity of replacement. Suitable as a reference plane.

したがって、本願発明の上記各実施例のレール探傷装置1、201、301、401は、頭部に発生する略平行に進む傷F2、下斜め方向に進む傷F3その他の傷の深さを正確に測定でき、部品点数が少なくて構造が簡素で、しかもレールの探傷作業が簡単で、探傷時間を短縮できるレール探傷装置として適している。また、本願発明の上記各実施例のレール探傷方法は、頭部に発生する略平行に進む傷F2、下斜め方向に進む傷F3その他の傷の深さを正確に測定でき、しかもレールの探傷作業が簡単で、探傷時間を短縮できるレール探傷方法として適している。   Therefore, the rail flaw detectors 1, 201, 301, 401 according to the above embodiments of the present invention accurately determine the depth of the flaws F2 generated in the head and proceeding substantially in parallel, the flaw F3 proceeding in a diagonally downward direction, and other flaws. It can be measured, has a small number of parts, has a simple structure, is easy for rail flaw detection work, and is suitable as a rail flaw detection device that can shorten the flaw detection time. Further, the rail flaw detection method according to each of the embodiments of the present invention can accurately measure the depth of flaws F2 generated in the head and proceeding substantially in parallel, flaws F3 proceeding in the diagonally downward direction, and other flaws. It is suitable as a rail flaw detection method that can work easily and shorten the flaw detection time.

また、本発明の上記各実施例のレール探傷方法及び装置1、201、301、401では、送信用のフェイズドアレイ探触子50Tと受信用のフェイズドアレイ探触子50Rを、互いにレール100の腹部100dを挟んで配置するとともに、いずれも上首部100cの曲面101または頭部100aの下面に当てて配置し、送信用のフェイズドアレイ探触子50T及び受信用のフェイズドアレイ探触子50Rによってセクタ走査を実行して測定情報を得て、該測定情報に基づき端部エコー法により傷の先端部の位置を測定するようにしている。そのため、送信用と受信用を兼ねた1つのフェイズドアレイ探触子を用いてレールに対しセクタ走査行う場合に比べて、略平行に進む傷F2、下斜め方向に進む傷F3その他の傷を短時間にかつ確実に検出できる。   In the rail flaw detection method and apparatus 1, 201, 301, 401 according to the above embodiments of the present invention, the transmitting phased array probe 50T and the receiving phased array probe 50R are mutually connected to the abdomen of the rail 100. Both of them are placed on the curved surface 101 of the upper neck 100c or the lower surface of the head 100a, and sector scanning is performed by the phased array probe 50T for transmission and the phased array probe 50R for reception. To obtain measurement information, and based on the measurement information, the position of the tip of the wound is measured by the end echo method. Therefore, compared to the case where sector scanning is performed on the rail using a single phased array probe that serves both for transmission and reception, the flaw F2 that progresses substantially in parallel, the flaw F3 that progresses in an obliquely downward direction, and other flaws are shorter. Can be detected reliably in time.

また、第一乃至第三実施例のレール探傷方法及び装置1、201、301では、超音波の照射(送信)及びエコーの受信を行っているときにスライダ10をレール100の長さ方向に移動するから、従来のように超音波の照射及びエコーの受信を行っているときに駆動手段125がスライダ10の移動を停止する場合に比べて、レール100の長さ方向の走査を短時間で行うことができる。   In the rail flaw detection methods and apparatuses 1, 201, and 301 of the first to third embodiments, the slider 10 is moved in the length direction of the rail 100 when ultrasonic wave irradiation (transmission) and echo reception are performed. Therefore, as compared with the conventional case where the driving unit 125 stops moving the slider 10 while performing ultrasonic irradiation and echo reception, scanning in the length direction of the rail 100 is performed in a short time. be able to.

また、第一乃至第三実施例のレール探傷方法及び装置1、201、301では、駆動手段125によるスライダ10の移動と同期してセクタ走査が行われるため、レール100の長さ方向の走査が、レール100に対し可及的に均一に行われることとなる。   In the rail flaw detection methods and apparatuses 1, 201, and 301 according to the first to third embodiments, sector scanning is performed in synchronization with the movement of the slider 10 by the driving means 125. Therefore, the rail 100 is scanned in the length direction. This is performed as uniformly as possible on the rail 100.

なお、第四実施例のレール探傷方法及び装置401のように、スライダの移動がセクタ走査とは独立して行われるようにすると、スライダ10の移動の速度を調整することによりセクタ走査の走査密度を調整することができる。   If the slider is moved independently of the sector scanning as in the rail flaw detection method and apparatus 401 of the fourth embodiment, the scanning density of the sector scanning is adjusted by adjusting the moving speed of the slider 10. Can be adjusted.

なお、上記した第一乃至第四の実施例のレール探傷方法及び装置1、201、301、401では、レール100の傷が下斜め方向に進む傷F3であることとして説明したが、レール100の傷が略水平方向に進む傷F2である場合にも本願発明のレール探傷方法及び装置が適用されることはいうまでもない。   In the rail flaw detection methods and apparatuses 1, 201, 301, and 401 of the first to fourth embodiments described above, it has been described that the scratch on the rail 100 is a scratch F3 that progresses in a diagonally downward direction. Needless to say, the rail flaw detection method and apparatus of the present invention are also applied to the case where the flaw is a flaw F2 progressing in a substantially horizontal direction.

また、第二乃至第四実施例のレール探傷装置201、301、401では、第一実施例のレール探傷装置101と同様に、エンコーダ35、モーションコントロールドライブユニット110と、コンピュータ120と、超音波探傷器130と、図示せぬ検出器を具えていることはいうまでもない。   Further, in the rail flaw detectors 201, 301, and 401 of the second to fourth embodiments, like the rail flaw detector 101 of the first embodiment, the encoder 35, the motion control drive unit 110, the computer 120, and the ultrasonic flaw detector. Needless to say, 130 and a detector (not shown) are provided.

本願発明のレール探傷装置は、頭部に発生する略平行に進む傷および下斜め方向に進む傷の深さを正確に測定でき、部品点数が少なくて構造が簡素で、しかもレールの探傷作業が簡単で、探傷時間を短縮できるレール探傷装置として適している。また、本願発明のレール探傷方法は、頭部に発生する略平行に進む傷および下斜め方向に進む傷の深さを正確に測定でき、しかもレールの探傷作業が簡単で、探傷時間を短縮できるレール探傷方法として適している。   The rail flaw detector of the present invention can accurately measure the depth of flaws generated in the head and proceeding in a substantially parallel and obliquely downward direction, with a small number of parts, a simple structure, and rail flaw detection work. It is simple and suitable as a rail flaw detector that can shorten the flaw detection time. In addition, the rail flaw detection method of the present invention can accurately measure the depth of flaws generated in the head and proceeding substantially in parallel and flaws traveling diagonally downward, and the rail flaw detection operation is simple and the flaw detection time can be shortened. Suitable for rail flaw detection.

1、201、301、401…レール探傷装置
10…スライダ
50T…送信用のフェイズドアレイ探触子
50R…受信用のフェイズドアレイ探触子
100…レール
100a…頭部
100b…踏面
100c…上首部
101…曲面
111…情報取得手段
122…測定手段
125…駆動手段
F2、F3…傷
F2…略平行に進む傷
F3…下斜め方向に進む傷
1, 201, 301, 401 ... Rail flaw detector 10 ... Slider 50T ... Transmission phased array probe 50R ... Reception phased array probe 100 ... Rail 100a ... Head 100b ... Tread surface 100c ... Upper neck 101 ... Curved surface 111 ... Information acquisition means 122 ... Measuring means 125 ... Driving means F2, F3 ... Scratches F2 ... Scratches that proceed substantially in parallel F3 ... Scratches that proceed in a diagonally downward direction

Claims (18)

第1の超音波振動子を複数配列し、超音波を照射する送信用のフェイズドアレイ探触子と、
第2の超音波振動子を複数配列し、該送信用のフェイズドアレイ探触子からレールに照射された超音波のエコーを受信する、受信用のフェイズドアレイ探触子
とを具え、
前記送信用のフェイズドアレイ探触子と、前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、互いに前記レールの腹部を挟んで配置されるとともに、いずれも、曲面が形成されている前記レールの上首部又は前記レールの頭部の下面に当てて配置され、
前記送信用のフェイズドアレイ探触子から前記レールの踏面に向けて超音波を照射させ、前記受信用フェイズドアレイ探触子で前記エコーを受信し、前記エコーから前記レールの傷の先端部の位置を測定することを特徴とするレール探傷装置。
A plurality of first ultrasonic transducers, a phased array probe for transmission that emits ultrasonic waves;
A plurality of second ultrasonic transducers, and a receiving phased array probe for receiving an echo of the ultrasonic wave irradiated to the rail from the transmitting phased array probe,
The transmitting phased array probe and the receiving phased array probe are arranged with the abdomen of the rail between each other, and both of the upper neck portion of the rail on which the curved surface is formed or Arranged against the lower surface of the head of the rail,
Irradiating ultrasonic waves from the transmitting phased array probe toward the tread of the rail, receiving the echo by the receiving phased array probe, and the position of the tip of the rail flaw from the echo Rail flaw detector characterized by measuring
前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子によってセクタ走査を実行して測定情報を得る測定情報取得手段と、
前記測定情報に基づき端部エコー法により前記傷の先端部の位置を測定する測定手段と
を具えたことを特徴とする請求項1に記載のレール探傷装置。
Measurement information acquisition means for obtaining measurement information by performing sector scanning with the phased array probe for transmission and the phased array probe for reception;
2. The rail flaw detector according to claim 1, further comprising a measuring means for measuring the position of the tip of the flaw by an end echo method based on the measurement information.
前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を固定するスライダと、該スライダを前記レールの長さ方向に移動させる駆動手段を具え、
該駆動手段は、前記セクタ走査が行われているときに前記スライダを前記レールの長さ方向に移動することを特徴とする請求項2に記載のレール探傷装置。
A slider for fixing the phased array probe for transmission and the phased array probe for reception; and a driving means for moving the slider in the length direction of the rail,
The rail flaw detector according to claim 2, wherein the driving means moves the slider in the length direction of the rail when the sector scanning is performed.
前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を固定するスライダと、該スライダを前記レールの長さ方向に移動させる駆動手段とを具え、
該駆動手段による前記スライダの移動と同期して前記セクタ走査が行われることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のレール探傷装置。
A slider for fixing the phased array probe for transmission and the phased array probe for reception; and a drive means for moving the slider in the length direction of the rail,
4. The rail flaw detector according to claim 2, wherein the sector scanning is performed in synchronization with the movement of the slider by the driving means.
前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を固定するスライダと、該スライダを前記レールの長さ方向に移動させる駆動手段を具え、
該駆動手段による前記スライダの移動は、前記セクタ走査とは独立して行われることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のレール探傷装置。
A slider for fixing the phased array probe for transmission and the phased array probe for reception; and a driving means for moving the slider in the length direction of the rail,
The rail flaw detector according to claim 2 or 3, wherein the movement of the slider by the driving means is performed independently of the sector scanning.
前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を固定するスライダと、該スライダを前記レールの長さ方向に移動させる駆動手段を具え、
前記駆動手段は、前記セクタ走査の終了情報に基づき、前記スライダを移動することを特徴とする請求項2に記載のレール探傷装置。
A slider for fixing the phased array probe for transmission and the phased array probe for reception; and a driving means for moving the slider in the length direction of the rail,
3. The rail flaw detector according to claim 2, wherein the driving unit moves the slider based on end information of the sector scan.
前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、前記傷の進行方向に対し、同じ側に配置されるようにしたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のレール探傷装置。   7. The transmitting phased array probe and the receiving phased array probe are arranged on the same side with respect to the traveling direction of the flaw. The rail flaw detector according to claim 1. 前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、いずれも前記傷の進行方向後方に配置されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のレール探傷装置。   8. The transmission phased array probe and the receiving phased array probe are both arranged behind the scratch in the advancing direction, according to claim 1. Rail flaw detector. 前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、いずれも前記傷の進行方向前方に配置されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のレール探傷装置。   8. The transmission phased array probe and the receiving phased array probe are both arranged in front of the wound in the advancing direction, according to claim 1. Rail flaw detector. 第1の超音波振動子を複数配列した送信用のフェイズドアレイ探触子から超音波をレールに照射させ、該超音波のエコーを、第2の超音波振動子を複数配列した受信用のフェイズドアレイ探触子で受信して前記レールを探傷する方法であって、
前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、互いに前記レールの腹部を挟んで配置されるとともに、いずれも、曲面が形成されている前記レールの上首部又は前記レールの頭部の下面に当てて配置される配置ステップと、
該配置の後、前記送信用のフェイズドアレイ探触子が、前記レールの踏面に向けて超音波を照射する照射ステップと、
該超音波のエコーを前記受信用のフェイズドアレイ探触子が受信する受信ステップと、
該受信した情報に基づき前記レールの傷の先端部の位置を測定する測定ステップ
とを具えることを特徴とするレール探傷方法。
A transmission phased array probe in which a plurality of first ultrasonic transducers are arranged is irradiated with ultrasonic waves on a rail, and the ultrasonic echoes are received and phased for reception in which a plurality of second ultrasonic transducers are arranged. A method of detecting the rail by receiving with an array probe,
The phased array probe for transmission and the phased array probe for reception are arranged with the abdomen of the rail sandwiched between each other. A placement step placed against the lower surface of the head of the rail;
After the arrangement, an irradiation step in which the phased array probe for transmission irradiates ultrasonic waves toward the tread surface of the rail;
A reception step in which the reception phased array probe receives the ultrasonic echo; and
A rail flaw detection method comprising: a measurement step of measuring a position of a tip of the rail flaw based on the received information.
前記照射ステップ及び前記受信ステップでは、それぞれ前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子によってセクタ走査が実行され、これにより測定情報が得られ、
前記測定ステップでは、前記測定情報に基づき端部エコー法により前記レールの傷の先端部の位置が測定されることを特徴とする請求項10に記載のレール探傷方法。
In the irradiation step and the reception step, sector scanning is performed by the phased array probe for transmission and the phased array probe for reception, respectively, thereby obtaining measurement information,
The rail flaw detection method according to claim 10, wherein in the measurement step, the position of the tip of the rail flaw is measured by an end echo method based on the measurement information.
前記セクタ走査が行われているときに前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子は前記レールの長さ方向に移動することを特徴とするは請求項11に記載のレール探傷方法。   12. The transmission phased array probe and the receiving phased array probe move in the length direction of the rail when the sector scan is performed. Rail flaw detection method. 前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を固定するスライダの移動と同期して前記セクタ走査が行われることを特徴とする請求項11または請求項12に記載のレール探傷方法。   13. The sector scan according to claim 11, wherein the sector scan is performed in synchronization with movement of a slider that fixes the phased array probe for transmission and the phased array probe for reception. Rail flaw detection method. 前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を固定するスライダの移動は、前記セクタ走査とは独立して行われることを特徴とする請求項11または請求項12に記載のレール探傷方法。   The movement of a slider that fixes the phased array probe for transmission and the phased array probe for reception is performed independently of the sector scanning. The described rail flaw detection method. 前記送信用のフェイズドアレイ探触子及び前記受信用のフェイズドアレイ探触子を、前記セクタ走査の終了情報に基づき、前記レールの長さ方向に移動させることを具えたことを特徴とする請求項11に記載のレール探傷方法。   The phased array probe for transmission and the phased array probe for reception are moved in the length direction of the rail based on the end information of the sector scan. 11. The rail flaw detection method according to 11. 前記配置ステップでは、前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、前記傷の進行方向に対し、同じ側に配置されることを特徴とする請求項10〜15のいずれか一項に記載のレール探傷方法。   16. In the arranging step, the transmitting phased array probe and the receiving phased array probe are arranged on the same side with respect to the traveling direction of the flaw. The rail flaw detection method according to any one of the above. 前記配置ステップでは、前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、いずれも前記傷の進行方向後方に配置されることを特徴とする請求項10〜16のいずれか一項に記載のレール探傷方法。   17. In the arrangement step, the transmitting phased array probe and the receiving phased array probe are both arranged behind the wound in the traveling direction. The rail flaw detection method according to claim 1. 前記配置ステップでは、前記送信用のフェイズドアレイ探触子と前記受信用のフェイズドアレイ探触子は、いずれも前記傷の進行方向前方に配置されることを特徴とする請求項10〜16のいずれか一項に記載のレール探傷方法。   17. In the arrangement step, the transmitting phased array probe and the receiving phased array probe are both arranged in front of the wound in the traveling direction. The rail flaw detection method according to claim 1.
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