JP2018163049A - レール装着物品の装着検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
所定範囲での波形の振幅比率に基づく振幅アルゴリズムにより、レール装着物品の装着状態を判定する振幅判定部と、
所定範囲での波形の面積比率に基づく面積アルゴリズムにより、レール装着物品の装着状態を判定する面積判定部と、
振幅判定部および面積判定部での判定動作の組み合わせを制御する制御部と、
振幅判定部および面積判定部のそれぞれの判定結果に基づいて、レール装着物品の最終的な装着状態を判定する最終判定部と、を備え、
振幅判定部は、
所定範囲での波形の低周波帯域の振幅の最大値Kaと波形の高周波帯域の振幅の最大値Kbを検出する振幅検出部と、
振幅比率であるKb/Kaを算出する振幅比率算出部と、
振幅比率「Kb/Ka」と振幅比率閾値とを比較してレール装着物品の装着状態を判定する振幅アルゴリズム判定部と、を有し、
面積判定部は、
所定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、
特定周波数値を面積比率閾値と比較して、レール装着物品の装着状態を判定する面積アルゴリズム判定部と、を有し、
波形は、周波数軸に基づく形状であり、
最終判定部は、振幅アルゴリズム判定部および面積アルゴリズム判定部のそれぞれの判定結果に基づいて、装着状態を「良好状態」もしくは「不良状態」として、判定する。
面積判定部は、特定周波数値が面積比率閾値以下であれば「良好状態」として、特定周波数値が閾値より大きければ「不良状態」として判定し、
最終判定部は、振幅判定部での判定結果および面積判定部での判定結果のそれぞれが不良状態である場合に、レール装着物品の装着状態を、「不良状態」として最終判定する。
面積判定部は、特定周波数値が閾値以下であれば「良好状態」として、特定周波数値が閾値より大きければ「不良状態」として判定し、
最終判定部は、振幅判定部および面積判定部の内、
1回目の判定を行った判定結果と、2回目に判定を行った判定結果が同じである場合には、1回目の判定結果にて最終判定し、
1回目の判定を行った判定結果と、2回目に判定を行った判定結果が異なる場合には、3回目以降の判定を加味して最終判定する。
面積判定部は、特定周波数値が閾値以下であれば「良好状態」として、特定周波数値が閾値より大きければ「不良状態」として判定し、
最終判定部は、振幅判定部および面積判定部の判定結果において、「不良状態」の判定結果の数が過半数である場合には、レール装着物品の装着状態を、「不良状態」として最終判定する。
面積判定部は、特定周波数値が閾値以下であれば「良好状態」として、特定周波数値が閾値より大きければ「不良状態」として判定し、
最終判定部は、振幅判定部の判定結果および面積判定部の判定結果のそれぞれに重みづけを行い、重みづけした判定結果の総量が、所定値以上である場合には、レール装着物品の装着状態を、「不良状態」として最終判定する。
周波数値算出部で算出された特定周波数値に重みづけして修正特定周波数値を算出する、特定周波数値修正部と、を更に備え、
最終判定部は、修正振幅比率および修正特定周波数値の総量が、所定値以上である場合には、レール装着物品の装着状態を、「不良状態」として最終判定する。
第1周波数 > 第2周波数であり、
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。
低周波帯域と高周波帯域とは、最大振幅に対応する周波数値より高い周波数値において分けられる。
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。
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)のみで、レール装着物品の装着状態の判定を行うことの不十分さを解析した。下記の解析結果で説明するように、従来技術にあるような振幅の最大値や振幅比率のみでは、剥離の有無というデジタル的な判定は可能であるが、剥離割合や剥離状態と、これによる脱落の可能性(不良状態)を正確に判定することが難しい。
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。
(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。
この解析に基づいて、複数のアルゴリズムを組み合わせて判定するとの、本発明に至ったものである。
本明細書では、レールボンドをレール装着物品として説明する。
振幅判定部3は、振幅比率Kb/Kaが振幅比率閾値以下であれば、レールボンドの装着状態を良好状態、振幅比率閾値より大きければ不良状態として判定する。これは、振幅判定部3のみでの判定である。
振幅判定部3と面積判定部4のそれぞれは、上述したような処理によって、レール装着物品の装着状態を判定する。それぞれの判定結果は、それぞれのアルゴリズムでの判定結果である。
1回目の判定を行った判定結果と2回目に判定を行った判定結果が同じである場合には、1回目の判定結果(言い換えれば2回目の判定結果)によって、最終判定をし、
1回目 振幅判定部:良好状態 面積判定部:良好状態
2回目 振幅判定部:良好状態 面積判定部:良好状態
であれば、最終判定部は、1回目と2回目のそれぞれで判定された良好状態を最終判定結果とする。
1回目 振幅判定部:良好状態 面積判定部:良好状態
2回目 振幅判定部:不良状態 面積判定部:不良状態
であれば、制御部5が、振幅判定部3および面積判定部4のそれぞれに3回目の判定を行わせる。
2回目 面積判定部:良好状態
のように、1回目が振幅判定部3での判定であり、2回目が面積判定部4での判定である場合には、このような判定結果が得られることがある。この場合には、異なる判定アルゴリズムでの判定結果が、1回目と2回目とで同一であり、最終判定部6は、当該レール装着物品の装着状態を良好状態として最終判定する。
1回目 振幅判定部:良好状態
2回目 面積判定部:不良状態
となれば、2回目、3回目の結果(異なる判定アルゴリズムである)を考慮して、最終判定部6は、不良状態を最終判定とする。
3回目 振幅判定部:良好状態
となれば、4回の中で、3回が良好状態であり、異なる判定アルゴリズムのそれぞれで良好状態の結果が出ているので、最終判定部6は、良好状態を最終判定として判定する。
振幅判定部3と面積判定部4のそれぞれは、上述したような処理によって、レール装着物品の装着状態を判定する。それぞれの判定結果は、それぞれのアルゴリズムでの判定結果である。
1回目 振幅判定部:不良状態
2回目 面積判定部:良好状態
3回目 振幅判定部:不良状態
であれば、不良状態の判定回数が多いことで、不良状態として最終判定する。
1回目 振幅判定部:良好状態
2回目 面積判定部:良好状態
3回目 振幅判定部:不良状態
の場合には、最終判定部6は、良好状態として最終判定する。
振幅判定部3と面積判定部4のそれぞれは、上述したような処理によって、レール装着物品の装着状態を判定する。それぞれの判定結果は、それぞれのアルゴリズムでの判定結果である。
1回目 振幅判定部:良好状態
2回目 面積判定部:不良状態
1回目 振幅判定部:不良状態
2回目 面積判定部:良好状態
3回目 振幅判定部:不良状態
4回目 面積判定部:良好状態
となる場合には、
その1〜その3で説明したように、最終判定部6での最終判定を行うに際して、制御部5は、振幅判定部3と面積判定部4とでの判定順序を制御する。例えば、制御部5は、最初に振幅判定部3での判定を行わせて、最後に面積判定部4での判定を行わせる。一例としては、次のような順序である。
2回目 振幅判定部
3回目 面積判定部
また、制御部5は、単数回もしくは複数回での振幅判定部3での判定と、単数回もしくは複数回での面積判定部4での判定を組み合わせて行わせることもよい。一例としては、次のような順序である。
2回目 面積判定部
3回目 面積判定部
4回目 振幅判定部
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。
面積算出部41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41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41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。
周波数値算出部42は、面積算出部41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。
面積アルゴリズム判定部43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。
また、所定範囲である第1周波数と第2周波数において、第1周波数 > 第2周波数であり、第2周波数は、余分成分除去周波数以上である。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。
図15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15のような波形となることがある。このとき、図15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。
図16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。面積アルゴリズム判定部43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、面積アルゴリズム判定部43は、複数の閾値を有していることも好適である。図16では、面積アルゴリズム判定部43は、閾値A、閾値B、閾値Cの3つを有している。面積アルゴリズム判定部43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16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。
振幅アルゴリズム判定部33は、振幅比率Kb/Kaと、振幅比率閾値とを比較して、レール装着物品の装着状態を判定する。この振幅比率閾値は、面積比率閾値と同じく、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れば良い。
低周波帯域は、波形における最大振幅を含む帯域であり、低周波帯域と高周波帯域とは、最大振幅に対応する周波数値より高い周波数値において分けられる。このように、最大振幅を含まない帯域を高周波帯域とすることで、振幅比率Kb/Kaを正確に見出すことができる。
実施の形態1〜4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。
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、
所定範囲での波形の振幅比率に基づく振幅アルゴリズムにより、レール装着物品の装着状態を判定する振幅判定ステップと、
所定範囲での波形の面積比率に基づく面積アルゴリズムにより、レール装着物品の装着状態を判定する面積判定ステップと、
振幅判定ステップおよび面積判定ステップでの判定動作の組み合わせを制御する制御ステップと、
振幅判定ステップおよび面積判定ステップのそれぞれの判定結果に基づいて、レール装着物品の最終的な装着状態を判定する最終判定ステップと、を備え、
振幅判定ステップは、
所定範囲での波形の低周波帯域の振幅の最大値Kaと波形の高周波帯域の振幅の最大値Kbを検出する振幅検出ステップと、
振幅比率であるKb/Kaを算出する振幅比率算出ステップと、
振幅比率「Kb/Ka」と振幅比率閾値とを比較してレール装着物品の装着状態を判定する振幅アルゴリズム判定ステップと、を有し、
面積判定ステップは、
所定範囲での波形の波形面積を算出する面積算出ステップと、
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ステップと、
特定周波数値を面積比率閾値と比較して、レール装着物品の装着状態を判定する面積アルゴリズム判定ステップと、を有し、
波形は、周波数軸に基づく形状であり、
最終判定ステップは、振幅アルゴリズム判定ステップおよび面積アルゴリズム判定ステップのそれぞれの判定結果に基づいて、装着状態を「良好状態」もしくは「不良状態」として、判定する。
このように、方法やソフトウェアとして本発明が把握されてもよい。
2 記憶部
3 振幅判定部
31 振幅検出部
32 振幅比率算出部
33 振幅アルゴリズム
35 振幅比率修正部
4 面積判定部
41 面積算出部
42 周波数値算出部
43 面積アルゴリズム判定部
45 周波数値修正部
5 制御部
6 最終判定部
Claims (15)
- 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、
所定範囲での前記波形の振幅比率に基づく振幅アルゴリズムにより、前記レール装着物品の装着状態を判定する振幅判定部と、
所定範囲での前記波形の面積比率に基づく面積アルゴリズムにより、前記レール装着物品の装着状態を判定する面積判定部と、
前記振幅判定部および前記面積判定部での判定動作の組み合わせを制御する制御部と、
前記振幅判定部および前記面積判定部のそれぞれの判定結果に基づいて、前記レール装着物品の最終的な装着状態を判定する最終判定部と、を備え、
前記振幅判定部は、
前記所定範囲での前記波形の低周波帯域の振幅の最大値Kaと前記波形の高周波帯域の振幅の最大値Kbを検出する振幅検出部と、
振幅比率であるKb/Kaを算出する振幅比率算出部と、
前記振幅比率「Kb/Ka」と振幅比率閾値とを比較して前記レール装着物品の装着状態を判定する振幅アルゴリズム判定部と、を有し、
前記面積判定部は、
前記所定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面積比率閾値と比較して、前記レール装着物品の装着状態を判定する面積アルゴリズム判定部と、を有し、
前記波形は、周波数軸に基づく形状であり、
前記最終判定部は、前記振幅アルゴリズム判定部および前記面積アルゴリズム判定部のそれぞれの判定結果に基づいて、前記装着状態を「良好状態」もしくは「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。 - 前記振幅判定部は、前記振幅比率「Kb/Ka」が前記振幅比率閾値以下であれば「良好状態」、前記振幅比率「Kb/Ka」が前記振幅比率閾値より大きければ「不良状態」として判定し、
前記面積判定部は、前記特定周波数値が前記面積比率閾値以下であれば「良好状態」として、前記特定周波数値が前記閾値より大きければ「不良状態」として判定し、
前記最終判定部は、前記振幅判定部での判定結果および前記面積判定部での判定結果のそれぞれが前記不良状態である場合に、前記レール装着物品の装着状態を、「不良状態」として最終判定する、請求項1記載のレール装着物品の装着検査装置。 - 前記振幅判定部は、前記振幅比率「Kb/Ka」が前記振幅比率閾値以下であれば「良好状態」、前記振幅比率「Kb/Ka」が前記振幅比率閾値より大きければ「不良状態」として判定し、
前記面積判定部は、前記特定周波数値が前記閾値以下であれば「良好状態」として、前記特定周波数値が前記閾値より大きければ「不良状態」として判定し、
前記最終判定部は、前記振幅判定部および前記面積判定部の内、
1回目の判定を行った判定結果と、2回目に判定を行った判定結果が同じである場合には、1回目の判定結果にて最終判定し、
1回目の判定を行った判定結果と、2回目に判定を行った判定結果が異なる場合には、3回目以降の判定を加味して最終判定する、請求項1記載のレール装着物品の装着検査装置。 - 前記振幅判定部は、前記振幅比率「Kb/Ka」が前記振幅比率閾値以下であれば「良好状態」、前記振幅比率「Kb/Ka」が前記振幅比率閾値より大きければ「不良状態」として判定し、
前記面積判定部は、前記特定周波数値が前記閾値以下であれば「良好状態」として、前記特定周波数値が前記閾値より大きければ「不良状態」として判定し、
前記最終判定部は、前記振幅判定部および前記面積判定部の判定結果において、「不良状態」の判定結果の数が過半数である場合には、前記レール装着物品の装着状態を、「不良状態」として最終判定する、請求項1記載のレール装着物品の装着検査装置。 - 前記振幅判定部は、前記振幅比率「Kb/Ka」が前記振幅比率閾値以下であれば「良好状態」、前記振幅比率「Kb/Ka」が前記振幅比率閾値より大きければ「不良状態」として判定し、
前記面積判定部は、前記特定周波数値が前記閾値以下であれば「良好状態」として、前記特定周波数値が前記閾値より大きければ「不良状態」として判定し、
前記最終判定部は、前記振幅判定部の判定結果および前記面積判定部の判定結果のそれぞれに重みづけを行い、重みづけした判定結果の総量が、所定値以上である場合には、前記レール装着物品の装着状態を、「不良状態」として最終判定する、請求項1記載のレール装着物品の装着検査装置。 - 前記振幅比率算出部で算出された前記振幅比率「Kb/Ka」に重みづけして修正振幅比率を算出する振幅比率修正部と、
前記周波数値算出部で算出された前記特定周波数値に重みづけして修正特定周波数値を算出する、特定周波数値修正部と、を更に備え、
前記最終判定部は、前記修正振幅比率および前記修正特定周波数値の総量が、所定値以上である場合には、前記レール装着物品の装着状態を、「不良状態」として最終判定する、請求項1記載のレール装着物品の装着検査装置。 - 前記所定範囲は、第1周波数から第2周波数までであり、
前記第1周波数 > 第2周波数であり、
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6のいずれか記載のレール装着物品の装着検査装置。 - 前記振幅比率閾値および前記面積比率閾値のそれぞれは、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。
- 前記振幅比率閾値および前記面積比率閾値のそれぞれは、可変である、もしくは複数の値を選択的に有する、請求項8記載のレール装着物品の装着検査装置。
- 前記低周波帯域は、前記波形における最大振幅を含み、
前記低周波帯域と前記高周波帯域とは、前記最大振幅に対応する周波数値より高い周波数値において分けられる、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。 - 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7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。
- 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、請求項7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。 - 前記制御部は、最初に前記振幅判定部、最後に前記面積判定部の順序で判定を行わせる、請求項1から12のいずれか記載のレール装着物品の装着検査装置。
- 前記制御部は、単数回若しくは複数回の前記振幅判定部での判定と単数回もしくは複数回の前記面積判定部での判定を組み合わせて行わせる、請求項1から112のいずれか記載のレール装着物品の装着検査装置。
- 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、
所定範囲での前記波形の振幅比率に基づく振幅アルゴリズムにより、前記レール装着物品の装着状態を判定する振幅判定ステップと、
所定範囲での前記波形の面積比率に基づく面積アルゴリズムにより、前記レール装着物品の装着状態を判定する面積判定ステップと、
前記振幅判定ステップおよび前記面積判定ステップでの判定動作の組み合わせを制御する制御ステップと、
前記振幅判定ステップおよび前記面積判定ステップのそれぞれの判定結果に基づいて、前記レール装着物品の最終的な装着状態を判定する最終判定ステップと、を備え、
前記振幅判定ステップは、
前記所定範囲での前記波形の低周波帯域の振幅の最大値Kaと前記波形の高周波帯域の振幅の最大値Kbを検出する振幅検出ステップと、
振幅比率であるKb/Kaを算出する振幅比率算出ステップと、
前記振幅比率「Kb/Ka」と振幅比率閾値とを比較して前記レール装着物品の装着状態を判定する振幅アルゴリズム判定ステップと、を有し、
前記面積判定ステップは、
前記所定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面積比率閾値と比較して、前記レール装着物品の装着状態を判定する面積アルゴリズム判定ステップと、を有し、
前記波形は、周波数軸に基づく形状であり、
前記最終判定ステップは、前記振幅アルゴリズム判定ステップおよび前記面積アルゴリズム判定ステップのそれぞれの判定結果に基づいて、前記装着状態を「良好状態」もしくは「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。
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