JP2018151275A - レール装着物品の装着検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだや金属ろうなどでレールに溶着（接着）されたレールボンドなどの装着状態を判定するレール装着物品の装着検査装置を提供する。【解決手段】本発明のレール装着物品の装着検査装置は、レールに装着されたレール装着物品を打撃して得られる打音の時間周波数変換後の波形を記憶する記憶部と、波形は周波数軸に基づく形状であって、第１周波数から第２周波数までの範囲での波形の波形面積を算出する面積算出部と、波形面積において、所定面積比率となる波形の区切りの周波数値である特定周波数値を算出する周波数値算出部と、特定周波数値を閾値と比較して、レール装着物品の装着状態を判定する判定部と、を備え、判定部は、特定周波数値が閾値以下であれば、装着状態を「良好状態」として判定し、特定周波数値が閾値より大きければ、装着状態を「不良状態」として判定する。【選択図】図８

Description

本発明は、レールボンドなどのレールに装着されたレール装着物品の装着劣化などを検査するレール装着物品の装着検査装置に関する。

線路上には、複数の分離したレールが、連続的に敷設されている。列車はこの連続的に敷設されたレール上を走行する。連続するレール同士は、走行可能な程度に連結しているものの、物理的には分離しており、当然ながら電気的に接続していない。

ここで、線路上に踏切が設けられている場合には、踏切が自動で反応して動作するように、列車の近接を、レールを通じて踏切が認知することが好ましい。このため一般的に、踏切から所定距離のレールに電流を流し或いは電圧をかけ、列車の車輪が到達しレール電流を遮断或いは通電することで、踏切が列車を検出する方法が採られている。ここで、一本のレールの長さは有限であり、列車検出区間内の前後何本かのレールで、列車の到達による電流の遮断或いは通電の検出が必要である。このため、踏切の前後において、複数のレール同士は、電気的に接続される必要がある。

また、電化区間にあっては、電車はトロリー線から受電し、レールを介して変電所に帰電している。すなわち、レールが電車電流の帰線電流回路を構成するため、レールには電車駆動に要する大きな電車電流が流れる。このため、給電区間内の複数のレール同士は、電気的に接続される必要がある。

レールボンドは、このような目的を実現するために、レール同士を電気的に接続するデバイスである。レールボンドは、素線の集合体である導電線と、導電線に接続する一対の端子と、を備える。一対の端子のそれぞれが、走行方向に隣接する２つのレールのそれぞれに溶着や接着される。一対の端子同士は、導電線によって接続されているので、レールボンドで接続された２つのレール同士は、電気的に接続される。これが、踏切の前後の所定数のレールにおいて実施されることで、踏切前後の一定の距離においては、列車が到達するとレール間を越えて電流を遮断或いは通電することにより列車を検知できるようになる。

この結果、レールボンドを介した通電によって列車が検出され、踏切での列車検出に基づく処理動作が行われる。

このように、レールボンドは、鉄道および鉄道事業において重要なキーデバイスである。レールボンドは、レールの腹部などの側面に装着されることが多い。この装着においては、はんだや金属ろうなどによる溶着や接着によりレールとの導電性を実現しつつレールに取り付けられる。

ここで、レールの上は、列車が走行するため、レールにおいては様々な振動や振動に基づく変形が生じうる。この振動や変形が生じることで、レールボンドの溶着面（接着面）に剥離部分が発生する。あるいは、レールボンド自身に加わる振動によっても、レールボンドのレールとの溶着面（接着面）に剥離部分が発生する。この剥離部分の進行によって、レールボンドが脱落してしまうことがありえる。これはレールやレールボンドに加わる振動や変形のみならず、外界に設置されていることによる気候劣化によっても生じうる。このようなレールボンドの溶着面の剥離発生や脱落については、レールへの装着という性質上、完全に防止することは困難である。

レールボンドが脱落してしまうと、当然にレール同士の通電ができず、列車の検出ができなくなってしまう安全問題につながる。脱落してからでは、対応に遅れが生じてしまうので、レールボンドの装着状態（すなわち、脱落の可能性のある剥離などの発生状態）を検査することが求められる。特に、ハンマーなどの器具を用いてレールボンドをたたいて得られる音色の違いや振幅に基づいて検査する打音検査の技術が提案されている（例えば、特許文献１、２、３、４参照）。

特開２０１１−２５７３０７号公報 特開２０００−０８８８１７号公報 特開平１０−２８２９号公報 特開２０１４−２０６３８３号公報

特許文献１は、ショックレスハンマー２によって検査対象物を打撃した時にショックレスハンマー２が跳ね返ることなく、検査対象物に密着した状態で、ショックレスハンマー２に取り付けられたマイク２０によって検出された打撃音の測定結果を演算して検査対象物の状態を把握することにより、検査者の技量に関わらず検査対象物の状態を検査可能となる。例えば、検査対象物の積層材の剥離が無い部位と、積層材の剥離がある部位とでは、ショックレスハンマー２による打撃時にマイク２０によって測定される打撃音の信号が異なる。この信号の違いによって、検査対象物の状態を容易に把握することができる打音検査システムを開示する。

特許文献１の打音検査システムでは、検査対象物内に剥離が存在すると、剥離箇所が新たな音の反射面となるため、マイクによって受音される応答音の信号が異なり、この信号の違いによって検査対象物の状態を判定している。

しかしながら、レールボンドはレールに溶着されるなどしており、この溶着面が音の反射面として作用するので、剥離のある部分と剥離の無い部分とを区別して反射音を認識することが困難である問題がある。また、特許文献１の打音検査システムでは、連続的に音を拾うことで検査するが、レールボンドにおいてはたたかれたレールボンド以外を起因とする振動も検出してしまい、レールボンドそのものの装着状態を把握することが困難である問題がある。

特許文献２は、ボルト１を打撃して、ハンマ２に発生するパルス状の振動を振動検出器１１にて検出する。緩んでいないボルト１を打撃して発生する振動の最大ピーク値ＧＳをピーク基準値設定器１６に記憶し、トリガ検出器１７が動作してから立ち下がり零検出器２４が働くまでの間の時間ＴＳをカウンタ２５で計測して基準値設定器１０に格納する。次に検査するボルト１を打撃して、比率演算器１５にて今回の振動波形の最大ピーク値ＧＴと先の最大ピーク値ＧＳとの比率（ＧＴ／ＧＳ）を求める。トリガ検出器１７が動作してから立ち下がり零検出器２４が働くまでの間の時間ＴＴを計測し、補正器８にて比率（ＧＴ／ＧＳ）で除して補正し、比較器９で基準値ＴＳと比較し所定の範囲内か否かを判定する打撃判定装置を開示する。

特許文献２は、ハンマーでの打撃から得られる振動の、ある周波数帯域での振幅の最大値と、別の周波数帯域での振幅の最大値との比較に基づいて、気密状態やねじの緩みを検査する。

特許文献２の技術をレールボンドに適用する場合には、得られた打撃音の周波数変換後の波形において、ある周波数領域での振幅の最大値と他の周波数領域での振幅の最大値との比較に基づいて、レールボンドの装着状態（剥離などの装着劣化状態）を検査することになる。

しかしながら、後述するように、レールボンドの溶着面の剥離状態は様々であり、剥離を原因として生じる高周波帯域では、異なる振幅ピークが発生しうる。このような状況で、高周波帯域の振幅の最大値のみを基準とするのでは、様々な剥離状態を検出することができず、不良状態として判定されるべきであるのに、良好状態として判定されるなどの問題が生じることがある。すなわち、特許文献２の技術は、レールボンドのようなレール装着物品の装着状態の検査においては、不十分である問題がある。

特許文献３は、作業者により把持される把持部及び把持部に固定されて被診断部材に打撃されるヘッド部を有するハンマ部並びにこのハンマ部のヘッド部に設けられて被診断部材への打撃力を検出する打撃力検出手段からなる打撃装置と、この打撃装置のヘッド部が被診断部材に打撃されたときに打撃検出した打撃力データと打撃音検出部から検出された打撃音データを処理してその処理結果を検出するデータ処理手段と、このデータ処理手段により出力された処理結果と準備値とを比較する比較手段と、この比較手段の比較結果を表示する表示手段とを具備した打撃診断装置を開示する。

特許文献３をレールボンドの装着状態検査にて供する場合には、高周波領域にピークが出れば、不良状態として判定されてしまう。しかしながら、溶着面の剥離状態は様々であり、高周波帯域にピークが発生しても、脱落の危険性がある剥離状態を示しているとは限らない。このため、良好状態のものを不良状態として判定してしまい、不要な交換コストが生じる問題がある。逆に、不良状態であるレールボンドを良好状態として判定してしまう逆の問題も生じうる。

特許文献４は、基体１２にろう材を介して接合された物品１３を打撃した際の打音の周波数解析を行って、物品１３の剥離を判定するろう付け物品の打音検査方法であって、打音を、マイクロフォン１６を用いて設定した期間に亘って集音して打音波形データを作成する工程と、打音波形データの周波数解析を行って周波数解析データを求める工程と、非剥離の物品を打撃した際の打音の周波数解析を行って最大振幅に対応する最大振幅周波数より高周波数側に閾周波数を設定し、周波数解析データの最大振幅Ａａ及び閾周波数以上の可聴周波数領域に存在する最大振幅Ａｂを求め、最大振幅比Ａｂ／Ａａを算出して判別値とする工程と、判別値と設定した判別閾値とを比較し、判別値が判別閾値未満では非剥離、判別値が判別閾値以上では剥離と判定する工程とを有する打音検査方法を開示する。

しかしながら、特許文献４では、低周波帯域の振幅の最大値と高周波帯域の振幅の最大値との比較に基づいてレールボンド装着の不良状態を判定する。このとき、高周波帯域の振幅の最大値が小さい場合には、良好状態として判定されるが、溶着面の剥離状態によっては、振幅の最大値は小さいが、複数のピークが多数発生することがある。あるいは、同程度のピークが複数発生することもある。これらは、溶着面の剥離状態のバリエーションによってさまざまである。

このような場合に、振幅の最大値のみで判定してしまうと、不良状態を良好状態として判定したり、良好状態を不良状態として判定したりなど、判定が不十分となる問題がある。すなわち、振幅の最大値比較のみでは、溶着などでレールに装着されるレール装着物品（レールボンドなど）の装着状態の検査は、不十分である問題があった。

本発明は、はんだや金属ろうなどでレールに溶着（接着）されたレールボンドなどの装着状態を判定するレール装着物品の装着検査装置を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明のレール装着物品の装着検査装置は、レールに装着されたレール装着物品を打撃して得られる打音の時間周波数変換後の波形を記憶する記憶部と、
波形は周波数軸に基づく形状であって、第１周波数から第２周波数までの範囲での波形の波形面積を算出する面積算出部と、
波形面積において、所定面積比率となる波形の区切りの周波数値である特定周波数値を算出する周波数値算出部と、
特定周波数値を閾値と比較して、レール装着物品の装着状態を判定する判定部と、を備え、
判定部は、特定周波数値が閾値以下であれば、装着状態を「良好状態」として判定し、特定周波数値が閾値より大きければ、装着状態を「不良状態」として判定する。

本発明のレール装着物品の装着検査装置では、打音によって生成される波形において、第１周波数からの面積と第２周波数からの面積が所定比率となるところの周波数値で、装着状態を判定する。このため、剥離状態のバリエーションうや剥離率によって波形が変化する場合でも、装着状態の良否を正確に判定できる。

特に、剥離状態のバリエーションによって、高周波帯域での波形は様々であり、振幅のみでは装着状態の良否を判定することは難しい。これに対して、本発明では、波形面積を基準とするので、剥離状態を示す高周波帯域での問題を、確実に検出できる。結果として、レール装着物品の装着状態を正確に判定できる。

レールにレールボンドが装着された写真である。 レールに装着されたレールボンドを側面から示す側面図である。 剥離部分の生じたレールボンドの溶着面を示す正面図である。 剥離部分の生じたレールボンドの溶着面を示す正面図である。 剥離部分の生じたレールボンドの溶着面を示す正面図である。 打撃で得られた打音の周波数特性図である。 打撃で得られた打音の周波数特性図である。 本発明の実施の形態１におけるレール装着物品の装着検査装置のブロック図である。 本発明の実施の形態１における周波数軸に基づく波形の模式図である。 本発明の実施の形態１における判定部での判定を説明する説明図である。 本発明の実施の形態２におけるノイズを含む波形の模式図である。 本発明の実施の形態２における判定部での判定の状態を説明する説明図である。

本発明の第１の発明に係るレール装着物品の装着検査装置は、レールに装着されたレール装着物品を打撃して得られる打音の時間周波数変換後の波形を記憶する記憶部と、
波形は周波数軸に基づく形状であって、第１周波数から第２周波数までの範囲での波形の波形面積を算出する面積算出部と、
波形面積において、所定面積比率となる波形の区切りの周波数値である特定周波数値を算出する周波数値算出部と、
特定周波数値を閾値と比較して、レール装着物品の装着状態を判定する判定部と、を備え、
判定部は、特定周波数値が閾値以下であれば、装着状態を「良好状態」として判定し、特定周波数値が閾値より大きければ、装着状態を「不良状態」として判定する。

この構成により、レールボンドなどのレール装着物品の溶着面の装着状態を正確に把握できる。特に、溶着面の剥離状態（剥離の面積、数、位置などによる脱落の可能性）を、正確に把握でき、脱落などによる問題の事前把握ができるようになる。

本発明の第２の発明に係るレール装着物品の装着検査装置では、第１の発明に加えて、第１周波数 ＞ 第２周波数であり、
面積算出部は、第１周波数から第２周波数に向けて、波形の積分値を算出することで、波形面積を算出する。

この構成により、波形面積を容易かつ正確に算出できる。

本発明の第３の発明に係るレール装着物品の装着検査装置では、第１または第２の発明に加えて、打音は、作業者がレール装着物品を打撃して集音装置で得られる。

この構成により、レール装着物品とレールとの間である溶着面の状況を見出すための音のデータを取ることができる。

本発明の第４の発明に係るレール装着物品の装着検査装置では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、第１周波数から第２周波数までの波形の面積をＳａとし、第１周波数から特定周波数値までの波形における面積をＳｂとして、
周波数値算出部は、Ｓｂ／Ｓａが所定面積比率となる特定周波数値を算出する
もしくは、ＳａとＳｂの差分である面積をＳｃとして、周波数値算出部は、Ｓｂ／Ｓｃが所定面積比率となる特定周波数値を算出する。

この構成により、面積比率から特定周波数値を算出することができる。

本発明の第５の発明に係るレール装着物品の装着検査装置では、第１から第４のいずれかの発明に加えて、所定面積比率は、可変である。

この構成により、レール装着物品の実際に合わせたフレキシブルな検査が可能である。

本発明の第６の発明に係るレール装着物品の装着検査装置では、第１から第５のいずれかの発明に加えて、第２周波数は、余分成分除去周波数以上であり、
余分成分除去周波数は、打音においてレールそのものの打音を除去できる周波数値である。

この構成により、レールそのものの音を除去した状態で、波形の面積および特定周波数値を算出できる。この結果、レール装着物品の装着面に基づく特定周波数値をより正確に算出できる。

本発明の第７の発明に係るレール装着物品の装着検査装置では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、面積算出部は、波形においてノイズと判断される部分を除去して、波形面積を算出する。

この構成により、特定周波数値の算出において、正確性を高めることができる。

本発明の第８の発明に係るレール装着物品の装着検査装置では、第１から第７のいずれかの発明に加えて、閾値は、レール装着物品の装着状態が良好状態として判定される実測値に基づいて定められる。

この構成により、実際に合わせた検査を行うことができる。

本発明の第９の発明に係るレール装着物品の装着検査装置では、第８の発明に加えて、実測値は、複数の実測結果の蓄積により算出される。

この構成により、より精度の高い閾値を設定することができる。

本発明の第１０の発明に係るレール装着物品の装着検査装置では、第１から第９のいずれかの発明に加えて、閾値は、判定部での判定結果に基づいて、変更可能である。

この構成により、判定結果において不良状態が多すぎる、あるいは良好状態が多すぎるなどの不明瞭な状態が続けば、これらに対応することができる。

本発明の第１１の発明に係るレール装着物品の装着検査装置では、第１から第１０のいずれかの発明に加えて、判定部は、複数の閾値を有しており、
判定部は、複数の閾値と特定周波数値を段階的に比較して判定する、もしくは、複数の閾値のいずれかと特定周波数値を選択的に比較して判定する。

この構成により、特定周波数値に基づく判定でのフレキシビリティを高めることができる。

本発明の第１２の発明に係るレール装着物品の装着検査装置では、第１から第１１のいずれかの発明に加えて、不良状態は、レール装着物品がレールから脱落する可能性が高く、良好状態は、レール装着物品がレールから脱落する可能性が低い状態である。

この構成により、レールボンドなどの溶着や接着などで装着される部品の、剥離と脱落との関係を検査することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（発明者による解析）
発明者は、背景技術で説明した従来技術（特許文献１〜４を含む）での問題点を解析した。

図１は、レールにレールボンドが装着された写真である。線路には、レール２００が備わっており、同一線上に隣接するレール２００が繋がっている。レール２００の長さは有限であり、この有限の長さのレール２００が繋がっていくことで、距離のある線路を構成できるからである。隣接するレール２００同士は、電気的に接続しておらず、レールボンド１００は、隣接するレール２００にまたがってそれぞれに装着される。このまたがった装着によって、レールボンド１００は、隣接するレール２００同士を電気的に接続できる。

図２は、レールに装着されたレールボンドを側面から示す側面図である。レールボンド１００は、レール１００の側面に装着される。レールボンド１００は、電気的な接続を実現する素線１０３と、レール２００に溶着される端子１０１と、端子１０１とレール２００との接触する面である溶着面１０２を備えている。
このとき、金属ろうやはんだなどの溶着素材によって、レールボンド１００は、レール２００に溶着される（溶着としているが、溶着素材によって取り付けられることを意味しており、溶着、接着などの広く取付けを意味することを、溶着として説明している）。溶着面１０２に溶着素材１１０が塗布等されて、この溶着素材１１０が、レール２００への溶着を実現する。溶着素材１１０によって、溶着面１０２がレール２００に溶着されて、レールボンド１００が、レール２００に取り付けられる。

ここで、レール２００上においては列車が走行する。列車の走行によって、レール２００およびレールボンド１００には振動が加わる。また、列車の走行によってレール２００が変形し、このレール２００の変形がレール２００とレールボンド１００との溶着面１０２に応力を加えることがある。このような振動や変形によって、あるいは外界における気候的要因や自然劣化によって、溶着面１０２の溶着素材１１０に、剥離部分が生じていくことがある。

図３は、剥離部分の生じたレールボンドの溶着面を示す正面図である。図３のレールボンド１００では、溶着面１０２の右端に剥離部分１３０が生じており、溶着部分１２０は、剥離部分１３０の残部となっている。

図３のような剥離状態のレールボンド１００は、右端に剥離部分１３０が生じていることで、脱落の危険性がある。すなわち、装着状態は不良状態である。

図４は、剥離部分の生じたレールボンドの溶着面を示す正面図である。図３とは異なり、両端に剥離部分１３０が生じている。両端のそれぞれの剥離部分１３０の面積は図３の場合に比べて小さいが、両端に剥離部分１３０が生じているので、図４のレールボンド１００は、脱落の可能性がある。すなわち、装着状態は不良状態として考えることができる。

図５は、剥離部分の生じたレールボンドの溶着面を示す正面図である。図５は、図４、図５と異なり、余り大きくない剥離部分１３０が、複数個所に生じている。剥離部分１３０の総面積としては一定の大きさがあるが、周縁部の溶着部分１２０は残っており、脱落の危険性は低い。すなわち、装着状態は良好状態であると言える。

レールボンド１００は、溶着素材１１０によって溶着面１０２がレール２００に溶着される。このような特性によって、剥離の発生も、剥離部分１３０の面積、場所、数、形態など様々であり、剥離をすべて一つの概念でとらえることはできない。レールボンド１００の装着状態を打音で検査する場合には、このような剥離状態のバリエーションの広さを考慮する必要がある。

図６は、打撃で得られた打音の周波数特性図である。打音を時間周波数変換して得られた波形を、図６は示している。この波形において、低周波領域の振幅の最大値Ａと、高周波領域の振幅の最大値Ｂにおいて、Ｂ／Ａの値が所定値以上であれば、レールボンド１００の装着状態を不良状態であると判定しているのが、従来技術である。

ここで、図３のような剥離状態であれば、図６のような波形となって、判定される不良状態は、実際の装着状態での不良状態と一致しやすいので、判定の問題が少ない。

しかしながら、図４のような剥離状態の場合には、図７のような波形となることが考えられる。図７は、打撃で得られた打音の周波数特性図である。図７の場合には、高周波帯域における振幅の最大値Ｂは、図６の場合に比べて余り大きくない。このため、Ｂ／Ａの値は小さくなり、従来技術であれば、装着状態が良好状態であるとして判定されてしまう。

しかしながら、上述の通り、図４の剥離状態であれば、脱落の危険性があり、このような判定は好ましくない。すなわち、実際には不良状態であるのに、良好状態であると判定する問題が生じうる。

一方、図５のような剥離状態の場合には、分散している剥離部分１３０の総面積が大きいので、図６のような波形となりうる。この場合には、図５のレールボンド１００の装着状態が不良状態として判定されてしまう。しかしながら、上述のように図５の場合には、脱落の可能性が低く、良好状態であるのが実際である。このように、実際には良好状態であるのに、不良状態として判定されることも生じうる。

また、レールボンド１００を叩く打撃は、作業者が手作業で行う。このため、得られる打音にはばらつきがあり、図６、図７のような波形にもばらつきが出るという、レールボンド１００の装着状態の検査特有の問題がある。このような波形のばらつきによっても、振幅の最大値では、正確な装着状態の判定ができない問題もある。打撃を自動化することも考えられるが、多くのレールボンドを検査するには、作業者が次々と打撃を行っていく必要があるので、作業者が手作業で打撃を行う必要性が残っている。

まとめると、
（１）剥離部分のバリエーションによって、打音波形の振幅の最大値だけでは、剥離による脱落の危険性を正確に判定できない、との溶着されるレールボンドの特性がある。
（２）打音を得る打撃は、作業者の手作業で行われる。このため、得られる打音の波形にばらつきが出やすいとの、レールボンド特有の特性がある。

ことによって、レールボンドの装着状態の検査は、従来技術の適用では不十分であることを、発明者は解析した。この解析に基づいて、発明者は、本発明に至ったものである。

（実施の形態１）

（全体概要）
本明細書では、レールボンドをレール装着物品の一例として説明する。図８は、本発明の実施の形態１におけるレール装着物品の装着検査装置（以下、必要に応じて「装着検査装置」と略す）のブロック図である。なお、装着検査装置は、装着検査方法として把握されてもよい。このため、装着検査装置としての要素の一部は、機器やハードウェアであって、一部がソフトウェアである（全部がハードウェアであっても全部がソフトウェアであってもよい）場合など、種々の形態がある。

装着検査装置１は、図８において、基本的な構成が示されている。装着検査装置１は、記憶部２、面積算出部３、周波数算出部４、判定部５と、を備える。

記憶部２は、レール装着物品を打撃して得られる打音の時間周波数変換後の波形を記憶する。レールに装着されているレールボンドなどのレール装着物品を打撃すると、打音が得られる。例えば、ハンマーなどでレールに装着されているレールボンドを打撃する。打撃によって打音が生じ、マイクなどでこれを集音する。

集音された状態の打音は、時間軸にそった打音波形を有している。この時間軸に沿った打音波形を時間周波数変換すると、周波数軸に沿った波形が得られる。例えば、高速フーリエ変換などの処理がなされればよい。例えば、図６に示されるような周波数軸に沿った波形が得られる。記憶部２は、この周波数軸に沿った打音の波形を記憶する。すなわち、記憶部２が記憶する波形は、周波数軸に沿った形状である。

面積算出部３は、第１周波数から第２周波数までの範囲で、波形の面積である波形面積を算出する。図９は、本発明の実施の形態１における周波数軸に基づく波形の模式図である。記憶部２から取り出されたある打音の波形である。図９に示されるように、波形において、第１周波数と第２周波数とが任意に設定される。ここで、第１周波数 ＞ 第２周波数 の関係である。

面積算出部３は、波形において、第１周波数から第２周波数までの範囲の領域の面積を算出する。図９における斜線の領域の面積を算出する。この算出される面積が、波形面積である。

周波数値算出部４は、波形面積において、所定の面積比率となる波形の区切りの周波数値である特定周波数値を算出する。例えば、波形面積において、波形面積を９：１に分割する特定周波数値を算出する。所定の面積比率の測定方法の一例としては、第１周波数から第２周波数までの全体の波形面積と、第１周波数から特定周波数値までの範囲での波形の面積との比率を見ることでもよい。すなわち、全体の波形面積の中で、ある範囲（第１周波数から特定周波数値までの面積、あるいは、第２周波数から特定周波数値までの面積）の面積との比率を、周波数値算出部４は、測定してもよい。

あるいは、全体の波形面積を、特定周波数値で分離して、第１周波数から特定周波数値までの範囲での波形の面積と、第２周波数から特定周波数値までの範囲での波形の面積と、の比率を測定することでもよい。

図９では、第１周波数から第２周波数までの全体の波形面積をＳａとして、第１周波数から特定周波数値までの波形の面積をＳｂとして、ＳａとＳｂの比率を算出している。一例として、Ｓａ：Ｓｂ＝９：１などの比率となる周波数値を算出する（探りながら算出する）。ここで、面積比率を説明するために、面積比率の基準に特定周波数値を用いて説明したが、実際には、面積比率が所定の比率となるところを探ることで、最終的に特定周波数値が決定される。すなわち、図９でのＳａ、Ｓｂなどの説明において特定周波数値を用いているのは、特定周波数値が先に決まってから面積比率を出すことを意味しているのではなく、面積比率が決まった後で、特定周波数値が決定されることを意味している。面積比率としてどの範囲とどの範囲の面積比率が最終的に判断される面積比率であるかを説明する便宜上、Ｓａ、Ｓｂの切り分け基準を、特定周波数値として説明している。

この探りながら面積比率を算出していき、所定の面積比率となる周波数値を、周波数値算出部４は、見出す。この見出された周波数値が、特定周波数値である。

周波数値算出部４は、波形面積を一つの基準として、ある周波数値を基準とした側の範囲での波形の面積の比率を算出する。この比率が所定の比率となる、ある周波数値を、特定周波数値として算出する。

判定部５は、算出された特定周波数値と設定されている閾値とを比較する。この比較によって、レールボンド（レール装着物品）の装着状態を判定する。判定部５は、特定周波数値が閾値以下であれば、レールボンドの装着状態を「良好状態」として判定し、特定周波数値が閾値より大きければ、レールボンドの装着状態を「不良状態」として判定する。

良好状態とは、レールボンドの溶着面に剥離等は生じている可能性があるが、脱落の危険性が近くはない状態であり、不良状態とは、レールボンドの溶着面に剥離等が生じており、脱落の危険性が近い状態であることを示す。

剥離面積、剥離の位置、剥離の範囲、剥離の数、剥離の形状など様々な態様が相まって、レールボンドの脱落の危険性は判断される。図１〜図７などを用いて説明したように、従来技術のように低周波帯域の振幅と高周波帯域の振幅の比率だけでは、このような溶着面の剥離の様々な態様を正確に反映できていない。

これに対して、波形面積の面積比率を基準とする場合には、剥離の様々な態様による変動が少ない。波形面積は、剥離面積や位置などに係らず、剥離態様により近い状態を示していると考えられるからである。打音は、剥離態様によって、その波形をさまざまに生成する。この様々な形状の波形は、剥離態様によって定まり、剥離態様によって定まる波形は、剥離態様をより正確に反映していると考えられる。

より正確に剥離態様を反映している波形の面積は、剥離態様をより正確に反映している数値情報となる。このため、剥離態様をより反映している面積比率とこれを判断基準に変換した特定周波数値は、剥離態様をより正確に反映していると考えられる。

判定部５が、この特定周波数値を閾値と比較することで、剥離態様をより正確に反映した状態で、装着状態を判定できることになる。このように、実施の形態１における装着検査装置１は、従来技術の問題点を解消できる。

なお、特定周波数値が閾値以下であることは、波形が低周波側に圧縮される態様となり、剥離等によって生じる高周波側の波形形状の大きさや変形が小さくなっていることを示しているので、良好状態である。

次に、各部の詳細や種々のバリエーションを説明する。

（記憶部）
記憶部２は、上述した通り、打音の時間周波数変換後の波形を記憶する。作業者は、レールに装着されたレールボンドをハンマーなどの打撃器具で打撃する。マイクなどの集音装置を設定することで、打撃によって生じる打音を集音できる。集音された打音は、時間周波数軸変換されて周波数に基づく波形に変換される。この変換は、記憶部２の外部要素において実行される。

作業者は、複数のレールボンドについて、次々と打音を収集し、記憶部２には、次々と波形が記憶される。

記憶部２は、装着検査装置１に含まれる要素であってもよいし、別体の要素であってもよい。例えば、装着検査装置１とは別体の記憶装置が、記憶部２であってもよいし、装着検査装置１に含まれる記憶デバイスが記憶部２であってもよい。例えば、装着検査装置１は、汎用コンピューターである場合には、汎用コンピューターとは別体の記憶装置が記憶部２でもよいし、汎用コンピューターに含まれるメモリが記憶部２であってもよい。

あるいは、記憶部２は、クラウド上の記憶装置であって、装着検査装置１がネットワークに接続されることで、このクラウド上の記憶装置から波形を読み出す仕組みであってもよい。

記憶部２が、装着検査装置１と別体であることで、レールボンドの装着状態の検査において、作業者による打音収集作業と、打音に基づく装着状態の判定処理とを、時間や場所を分けて実施することができるようになる。結果として、作業効率が高まる。

記憶部２は、異なるレールボンドに対応する複数の波形を記憶しておいてもよく、面積算出部３が、これら複数の波形を次々と読み出して、次の処理を行えばよい。

（面積算出部）
面積算出部３は、上述の通り、第１周波数から第２周波数の範囲の波形の波形面積を算出する。ここで、面積算出部３は、第１周波数から第２周波数までの範囲の面積であるＳａを算出する。あるいは、面積算出部３は、第１周波数から特定周波数値までの区切られた範囲の波形の面積であるＳｂを算出する。あるいは、第２周波数から特定周波数値までの区切られた範囲の波形の面積Ｓｃを算出する。あるいは、これらの複数を算出する。

いずれにしても、面積算出部３は、第１周波数から第２周波数までの全体の波形面積において、面積比率を算出できる面積を算出すればよい。例えば、面積比率を見出すのが、全体の面積であるＳａと第１周波数から特定周波数値までの面積Ｓｂであれば、これら２つを算出する。あるいは、面積Ｓｂと面積Ｓｃを用いて面積比率を見出すのであれば、ＳｂとＳｃの面積のそれぞれを算出する。

ここで、Ｓｃは、図９からも明らかな通り、ＳａとＳｂとの差分（ＳａからＳｂを除いた残りの部分）の面積である。

このように、面積比率を見出すために必要となる範囲の面積を、算出する。

ここで、面積算出部３は、第１周波数から第２周波数に向けて、波形の積分値を徐々に算出していくことで、波形面積を算出してもよい。徐々に算出していくことで、算出途中の段階的なそれぞれの面積と、第２周波数までの最終まで積分した全体の波形面積のそれぞれを記録することができる。

この段階的な面積と最終の面積のそれぞれを記録しながら、面積算出部３が波形面積を算出することにより、所定の面積比率となる部分を、面積算出に合わせて見出すことができる。

面積算出部３は、このように、特定周波数値を算出するための面積比率を見出すことのできる、波形全体もしくは部分的な範囲の面積を算出する。なお、算出においては、積分や種々のアルゴリズムによって計算を行えばよい。

（周波数値算出部）
周波数値算出部４は、面積算出部３で算出される波形面積において、２つの面積が所定の面積比率となる周波数値を、特定周波数値として算出する。第１周波数から第２周波数までの全体における波形面積と、その中の一部の波形の面積との面積比率を計算する。あるいは、第１周波数から第２周波数までのある一部の波形の面積と残りの波形の面積の面積比率を計算する。

図９においては、例えば、全体波形の面積であるＳａと第１周波数側の一部の波形の面積であるＳｂとの面積比率を計算する。あるいは、全体波形の第１周波数側の一部の波形の面積であるＳｂと、第２周波数側の一部の波形の面積であるＳｃとの面積比率を計算する。いずれにおいても、第１周波数から第２周波数までの全体の波形面積の中で、面積比率を計算する。

周波数値算出部４は、予め設定されている所定面積比率となる面積比率となる周波数値を、特定周波数値として算出する。例えば、面積Ｓａと面積Ｓｂとが、所定面積比率「９：１」となる周波数値を、特定周波数値として算出する。Ｓｂ／Ｓａが、所定面積比率となる周波数値を、特定周波数値として算出する。もちろん、所定面積比率「９：１」は、一例であり、他の値であってもよい。

あるいは、Ｓｂ／Ｓｃが、所定面積比率となる周波数値を、特定周波数値として算出してもよい。

図９では、ある周波数値が特定周波数値として算出されている。周波数値算出部４は、この算出された特定周波数値を、判定部５に出力する。

ここで、面積比率は、任意に定められる。例えば、装着状態が良好状態であると判断される実際のレールボンドと装着状態が不良状態であると判断される実際のレールボンドでの、特定周波数値を見出すに適切な面積比率を実測した上で、面積比率を決定してもよい。すなわち、実測や履歴に基づいて、面積比率が決定されればよい。

あるいは、理論的に不良状態として判断される基準から、面積比率が決定されてもよい。

面積比率は、可変であることも好適である。周波数値算出部４で用いられる面積比率は、可変であって、設定や状況に応じて変更されることも好適である。あるいは、可変であって、周波数値算出部４が、適宜、必要な面積比率を採用して、特定周波数値を算出することでもよい。

以上のようにして、周波数値算出部４は、所定面積比率となる周波数値を、特定周波数値として算出する。上述したように、レールボンドの溶着面の様々な剥離態様を反映した波形面積に基づくものが、特定周波数値であるので、特定周波数値は、様々な剥離態様をより正確に反映したものである。

周波数値算出部４は、この特定周波数値を判定部に出力することで、判定部５は、レールボンドの装着状態を、より正確に判定できる。

（判定部）
判定部５は、特定周波数値と所定の閾値とを比較することで、レール装着物品の装着状態を判定する。上述のように、特定周波数値は、レールボンドの溶着面の様々な剥離態様（剥離面積、剥離位置、剥離場所の数、広がり方、形状など）を、示していると考えられる。

図１０は、本発明の実施の形態１における判定部での判定を説明する説明図である。周波数値算出部４において、特定周波数値が算出される。この特定周波数値は、波形によってさまざまである。図１０では、ある値の特定周波数値Ａと、他の値の特定周波数値Ｂとが、示されている。それぞれ異なる波形に基づいて算出されたものである。

判定部５は、予め所定の閾値を記憶している。図１０では、ある周波数での閾値が設定されている。判定部５は、特定周波数値Ａと閾値とを比較する。特定周波数値Ａは、閾値より大きいので、この特定周波数値Ａの基礎となったレールボンドを、「不良状態」として判定する。同様に判定部５は、特定周波数値Ｂと閾値とを比較する。特定周波数値Ｂは、閾値以下なので、この特定周波数値Ｂの基礎となったレールボンドを、「良好状態」として判定する。

判定部５は、予め設定されている閾値と特定周波数値との比較によって、レールボンドの装着状態を判定する。

閾値は、実際のレールボンドの装着状態が良好状態として判定される（あるいは、不良状態として判定される）実測値に基づいて定められればよい。例えば、良好状態として判定されたレールボンドの特定周波数値と不良状態として判定されたレールボンドの特定周波数値の境界の値を、閾値として定めればよい。また、実測値は、複数の実測結果の蓄積によって算出されればよい。すなわち、複数のレールボンドの実際の装着状態での特定周波数値の蓄積から、閾値を算出してもよい。

この閾値の決定においては、予めの実測から決定しておいてもよいし、実際の装着検査を行う中で、アップデートしていくことで決定してもよい。後者の場合には、学習的に蓄積していった特定周波数値から、最適な閾値を算出しなおしつつアップデートする。

また、閾値は、判定部５での判定結果に基づいて変更可能であることも好適である。例えば、判定結果において、不良状態が余りにも多く検出されるにも関わらず、実際のレールボンドでの脱落等も余り生じていない場合には、閾値が厳しすぎる可能性がある。この場合には、閾値を高くするなど、閾値を緩和する。

あるいは、良好状態が余りに多く検出されているにも関わらず、実際のレールボンドでの脱落等が頻発している場合には、閾値が緩すぎる可能性がある。この場合には、閾値を低くするなど、閾値を厳しくして、より実際に合わせた判定を実現できるようにする。

なお、不良状態とは、レールボンドがレールから脱落する可能性が高い状態であり、良好状態とは、レールボンドがレールから脱落する可能性が低い状態である。

以上のように、実施の形態１における装着検査装置１は、レール装着物品の溶着面の様々な剥離態様により即した検査を行うことができる。

例えば、図６と図７は、異なるレールボンドの打音から得られる波形である。図６の場合には、図３のように一つの剥離面積が大きい剥離態様に対応する波形である。一方、図７は、図４のように一つの剥離部分の剥離面積は小さいが、剥離箇所が複数であるが全体としては、ある程度の剥離進行が進んでいる剥離態様に対応する波形である。いずれも、脱落の可能性が高い不良状態であると考えられる。

従来技術では、図６と図７の波形では、図６は、不良状態として判定されるが、図７は、良好状態として判定される可能性があった。これは、振幅のみに着目しているからであり、上述の通りである。

これに対して、実施の形態１では、面積比率から得られる特定周波数値に基づく。図６、図７のそれぞれの波形であっても、面積比率から特定周波数値を算出するので、特定周波数値は、図６、図７の波形のそれぞれで大きな差が出にくい。この大きな差が出にくいことで、いずれも本来の不良状態として判定されることになり、より正確な判定ができる。

（実施の形態２）

次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２では、種々の追加的な工夫やバリエーションの展開について説明する。

（第１周波数と第２周波数）
波形の面積を算出する際において、第１周波数と第２周波数が、その算出範囲の基準となる。第１周波数 ＞ 第２周波数であるが、この第２周波数は、余分成分除去周波数以上であることも好ましい。ここで、余分成分除去周波数は、打音においてレールそのものの打音（レール装着物品の打音を含まない）を除去できる周波数値である。

レールそのものの打音を面積算出の波形に含んでしまうと、レール装着物品とレールとの間の問題（溶着面の剥離）に基づかない波形を面積算出に入れてしまい、剥離態様を反映した特定周波数値の算出に悪影響が出る可能性がある。このため、レールそのものの打音の範囲である周波数（低周波の一部である）を、余分成分除去周波数として、第２周波数を、この余分成分除去周波数以上とすることで、この悪影響を軽減できる。

（面積算出におけるノイズ除去）
図１１は、本発明の実施の形態２におけるノイズを含む波形の模式図である。ある打音の時間周波数変換後の波形が、図１１のような波形となることがある。このとき、図１１のように、ノイズ１００が波形に含まれることがある。周波数軸におけるゲインの変化ではなく、極めて特異波形としてのノイズが波形に生じることがある。

このようなノイズの原因は様々であるが、例えば、ハンマーなどで打撃をする際に、ハンマーとレール装着物品との間に砂などの不純物があったり、打撃が不適切であったり、マイクなどでの集音時に他の音が混入したりなどが考えられる。このような不適切な原因でのノイズを、波形面積の算出に含めてしまうと、レール装着物品の本来の波形面積とは異なる波形面積となってしまう。結果として、あるべき特定周波数値が算出できなくなり、装着状態を正しく判定できなくなる可能性もある。

このようなノイズ１００として判断される部分については、面積算出部３は、波形面積の算出対象から除去して、波形面積を算出することも好適である。ノイズ１００部分を除いて波形面積を算出することで、本来のあるべき特定周波数値を算出できる。結果として、より正確な装着状態の判定ができる。

なお、ノイズ１００をノイズと見るかノイズではないとみるかについては、前後のゲインとの差分と帯域幅との関係などから判断すればよい。あるいは、フィルタリングなどの手法から判断すればよい。

（複数の閾値との比較）
図１２は、本発明の実施の形態２における判定部での判定の状態を説明する説明図である。判定部５は、特定周波数値と閾値とを比較して、装着状態を判定する。このとき、判定部５は、複数の閾値を有していることも好適である。図１２では、判定部５は、閾値Ａ、閾値Ｂ、閾値Ｃの３つを有している。判定部５は、複数の閾値と特定周波数値を段階的に比較して判定してもよい。例えば、図１２では、特定周波数値は、閾値Ａ以上閾値Ｂ以下である。この場合には、不良状態と良好状態との中間状態などのように判定してもよい。

あるいは、複数の閾値Ａ〜閾値Ｃのいずれかを選択的に選んで比較して判定してもよい。例えば、判定部５が、閾値Ａを選択する場合には、特定周波数値は閾値Ａより大きいので、当該レールボンドは不良状態であると判定される。一方、判定部５が閾値Ｂもしくは閾値Ｃを選択する場合には、特定周波数値は閾値Ｂ（閾値Ｃ）以下であるので、当該レールボンドは良好状態であると判定される。

対象となるレールボンドの取り付け位置、レールの状況、取付け時期などの様々な要因に合わせて、柔軟に閾値を変化させることで、より実際に即したレールボンドの装着状態を判定することができる。

（方法およびソフトウェアとしての実現）
実施の形態１、２で説明した装着検査装置１は、既述したように、その要素の一部もしくは全部が、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの混在で実現されてもよい。

装着検査装置１の最終的な実現態様がコンピュータや携帯端末である場合において、面積算出部３などの各要素は、内部に含まれる専用回路であるハードウェアであってもよいし、プロセッサで動作するソフトウェアであってもよい。

ソフトウェアとして把握される場合には、プロセッサとこれがアクセスするメモリとの構成によって実現される。メモリの内部に、プロセッサが動作可能なコンピュータープログラムとして、面積算出部３、周波数値算出部４、判定部５などが記憶されている。

また、装着検査装置１が、コンピュータや携帯端末に実現される前のソフトウェアとしての状態も、本発明は含むものである。また、実施の形態１、２で説明された装着検査装置１の各手順が実行される方法の発明として把握されてもよい。

この場合には、記憶部２から読み出された波形について、波形面積を算出する面積算出ステップと、特定周波数値を算出する周波数値算出ステップと、特定周波数値と閾値との比較による装着状態の判定を行う判定ステップとを、装着検査方法は含む。

以上のように、実施の形態２の装着検査装置は、様々なバリエーションの検査を実現できる。

なお、実施の形態１〜２で説明されたレール装着物品の検査装置は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。

１ レール装着物品の装着検査装置
２ 記憶部
３ 面積算出部
４ 周波数値算出部
５ 判定部
１００ ノイズ

Claims (13)

1. レールに装着されたレール装着物品を打撃して得られる打音の時間周波数変換後の波形を記憶する記憶部と、
   前記波形は周波数軸に基づく形状であって、第１周波数から第２周波数までの範囲での前記波形の波形面積を算出する面積算出部と、
   前記波形面積において、所定面積比率となる波形の区切りの周波数値である特定周波数値を算出する周波数値算出部と、
   前記特定周波数値を閾値と比較して、前記レール装着物品の装着状態を判定する判定部と、を備え、
   前記判定部は、前記特定周波数値が前記閾値以下であれば、前記装着状態を「良好状態」として判定し、前記特定周波数値が前記閾値より大きければ、前記装着状態を「不良状態」として判定する、レール装着物品の装着検査装置。
2. 前記第１周波数 ＞ 第２周波数であり、
   前記面積算出部は、前記第１周波数から前記第２周波数に向けて、前記波形の積分値を算出することで、前記波形面積を算出する、請求項１記載のレール装着物品の装着検査装置。
3. 前記打音は、作業者が前記レール装着物品を打撃して集音装置で得られる、請求項１または２記載のレール装着物品の装着検査装置。
4. 前記第１周波数から前記第２周波数までの波形の面積をＳａとし、前記第１周波数から前記特定周波数値までの波形における面積をＳｂとして、
   前記周波数値算出部は、Ｓｂ／Ｓａが前記所定面積比率となる前記特定周波数値を算出する
   もしくは、ＳａとＳｂの差分である面積をＳｃとして、前記周波数値算出部は、Ｓｂ／Ｓｃが前記所定面積比率となる特定周波数値を算出する、請求項１から３のいずれか記載のレール装着物品の装着検査装置。
5. 前記所定面積比率は、可変である、請求項１から４のいずれか記載のレール装着物品の装着検査装置。
6. 前記第２周波数は、余分成分除去周波数以上であり、
   前記余分成分除去周波数は、前記打音においてレールそのものの打音を除去できる周波数値である、請求項１から５のいずれか記載のレール装着物品の装着検査装置。
7. 前記面積算出部は、前記波形においてノイズと判断される部分を除去して、前記波形面積を算出する、請求項１から６のいずれか記載のレール装着物品の装着検査装置。
8. 前記閾値は、前記レール装着物品の装着状態が良好状態として判定される実測値に基づいて定められる、請求項１から７のいずれか記載のレール装着物品の装着検査装置。
9. 前記実測値は、複数の実測結果の蓄積により算出される、請求項８記載のレール装着物品の装着検査装置。
10. 前記閾値は、前記判定部での判定結果に基づいて、変更可能である、請求項１から９のいずれか記載のレール装着物品の装着検査装置。
11. 前記判定部は、複数の前記閾値を有しており、
    前記判定部は、前記複数の閾値と前記特定周波数値を段階的に比較して判定する、もしくは、前記複数の閾値のいずれかと前記特定周波数値を選択的に比較して判定する、請求項１から１０のいずれか記載のレール装着物品の装着検査装置。
12. 前記不良状態は、前記レール装着物品が前記レールから脱落する可能性が高く、前記良好状態は、前記レール装着物品が前記レールから脱落する可能性が低い状態である、請求項１から１１のいずれか記載のレール装着物品の装着検査装置。
13. レールに装着されたレール装着物品を打撃して得られる打音の時間周波数変換後の波形を記憶する記憶ステップと、
    前記波形は周波数軸に基づく形状であって、第１周波数から第２周波数までの範囲での前記波形の波形面積を算出する面積算出ステップと、
    前記波形面積において、所定面積比率となる波形の区切りの周波数値である特定周波数値を算出する周波数値算出ステップと、
    前記特定周波数値を閾値と比較して、前記レール装着物品の装着状態を判定する判定ステップと、を備え、
    前記判定ステップは、前記特定周波数値が前記閾値以下であれば、前記装着状態を「良好状態」として判定し、前記特定周波数値が前記閾値より大きければ、前記装着状態を「不良状態」として判定する、レール装着物品の装着検査方法。