JP3378533B2 - 移動する列車のホイール上のローリングバンドの状態を自動評価する装置 - Google Patents

移動する列車のホイール上のローリングバンドの状態を自動評価する装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動する列車のホ
イールのローリングバンドの状態を自動評価する装置に
関し、特に、ローリングバンドの割れを検出する装置に
関する。この装置では、ホイールが鉄道線路に取付けら
れたフィーラー上を通る時、ホイールの超音波プロット
を生じさせるために超音波が使用される。
【0002】
【従来の技術】従来の技術においても、既に幾つかの鉄
道車両のホイールに関するパラメーターの測定について
検討がなされている。例えば、欧州特許第075137
1号においては、鉄道車両のホイールのフランジ厚さ及
び高さ、ホイール直径、同じ車軸に取付けられたホイー
ルの内側表面間の距離等のパラメーターを測定する装置
及び方法が記載されており、この測定は、鉄道車両がそ
の運転速度で移動している間に行われる。又、米国特許
第4866642号に記載されている他の例では、鉄道
車両のホイールの直径が、マーカー発生器とプローブの
固定位置を示す既知のデータと、ローリングバンドの表
面上に2つのマーカーポイントを同時に生じさせ、これ
らのマーカーポイントを同時に検出することによって得
られるデータとから計算される。同様に、米国特許第4
798964号には、発生した光又は放射線が、ほぼホ
イールの表面の半径方向に向いている光源又は放射線源
を用いてホイールの円周表面を照らし、ホイールの輪郭
又はホイールのローリングバンドの発光する像を形成さ
せ、非接触で鉄道車両のホイールのローリングバンドの
品質を測定する方法と装置が記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、移動
する列車のホイール上のローリングバンドの状態を自動
評価をする装置であって、特には、ローリングバンドの
割れの検出に利用されるが、鉄道車両のホイールの他の
回転パラメーターの測定にも利用可能であるような装置
を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】この装置は、基本的に、
各鉄道線路のためのレールビームによって形成され、列
車ホイールのフランジが通過する各鉄道線路の一部と置
換えられ、ボルト継手によって、レールビームと鉄道線
路の間の連続性を確保する鋼製の支持構造と、ホイール
がホイールのフランジをレールビーム上に支持されて移
動する間、ホイールを確実にガイドする、各レールビー
ムへ取付けられるガードレールと、上方を通過して行く
ホイールと接触するフィーラーと、フィーラーの上方を
ホイールが通過することにより、ホイールとフィーラー
が確実に接触するように、レールビームに取付けられ、
それぞれに2つの案内と、1つのばねとを備えているフ
ィーラーホルダーと、通過するホイールへ向かってプロ
グラム可能な周波数及び継続時間の超音波パルスを伝達
し、ホイールに対応する超音波プロットを発生し、収集
する超音波装置と、超音波装置を制御し、生成された超
音波プロット信号をデジタルで受信するローカルプロセ
ッサーと、ローカルプロセッサーに接続され、超音波装
置の作動命令の伝達、測定結果の収集、整理、蓄積、及
び適切なレポートの作成を担うコンピューターと、コン
ピューターに接続され、測定される列車構成を識別する
アンテナとを有する。
【0005】好ましくは、フィーラーホルダーは、備え
られた2つの案内によって鉛直方向に移動するように、
作動可能である。
【0006】好ましくは、本発明の装置は、各鉄道線路
に対して少なくとも2つのフィーラーを含んでいるが、
各線路に対して前記フィーラーを4つ取付けることも
又、可能である。
【0007】上述のフィーラーの各々は、乾式結合手段
を使用していて、超音波表面波を発生し、且つ受信する
圧電トランスデューサーで構成されていると共に、2つ
の誘導近接検出器を組み込んでいて、前記トランスデュ
ーサー上方のホイールの存在を検出する。好ましくは、
各トランスデューサーによって発生され、受信される表
面波は1MHzで、各トランスデューサーにおいて使用
される乾式結合手段は、生ゴムフィルムである。
【0008】本発明によれば、超音波装置は、材料の非
破壊検査を実施するために、超音波信号を同時に発生、
収集、処理するために構成され、アナログ部分とデジタ
ル部分とを含んでいる。前記アナログ部分は、収集され
るべき超音波信号のためのアナログ処理モジュールを有
し、更に、プログラマブルゲイン増幅器、プレフィルタ
リング、検出、対数増幅、及びチャンネル多重化の段階
を含んでおり、又、前記プログラマブルゲインは、20
MHzで80dBであり、前記対数増幅は100dBで
ある。
【0009】前記デジタル部分は、分割構造のバスと、
高効率専用プロセッサーモジュールセットとを有し、前
記バスが、プロセッサーモジュールが収容されるボード
によって分割されたセグメントから構成される。
【0010】本発明によると、プロセッサーモジュール
の選択及びそれらの分割構造のバス上への取付けによ
り、高いレベルの並列性を有する「パイプライン」型の
収集及び処理チェーンを構成する自由度が高くなり、各
々の用途に合わせ、毎秒10×106 サンプル(10M
samples/s)の処理速度を維持しながら、収集
速度を毎秒80×106 サンプル(80Msample
s/s)にすることが可能である。物理的に、プロセッ
サーモジュールは、デジタル及び混成の技術が用いら
れ、各モジュールは、一組のプログラム可能なパラメー
ターとオペレーションモードを有している。更に、幾つ
かの固定モジュールは、その内部回路のソフトウェアの
再構成によって、異なるアルゴリズムを実行するため
に、それら自身のアーキテクチャーを変更しても良い。
【0011】本発明によると、超音波装置のアナログ部
分は、それぞれにアナログチャンネルを備えた一連のス
ロットを介してアナログ増幅−フィルタリングモジュー
ルの支持部として機能するアナログベースカード上に収
められており、更に、アナログベースカードは、アナロ
グモジュールに電力を供給するための安定化電圧発生シ
ステムと、入力チャンネル選択回路と、包絡線検出のた
めのアナログモジュールを有し、これらのモジュール
は、前記アナログベースカードの制御バスによって制御
される。前記アナログ部分は又、制御バスに直接接続さ
れる追加スロットを有し、ホイールの検出のために、デ
ジタル入力−出力カードを追加することが可能である。
【0012】一方、超音波装置のデジタル部分は、リモ
ートデジタルベースカード上に収められ、リモートデジ
タルベースカードは、デジタル及びハイブリッドアーキ
テクチャープロセッサーモジュールの支持部として機能
し、上記デジタル及びハイブリッドアーキテクチャープ
ロセッサーモジュールは、前記デジタルベースカードの
制御バスに接続されるベースボードに取付けられ、各々
のベースボードは、分割された信号バスによって次のベ
ースボードへ接続され、信号バスを介して、前のモジュ
ールで処理されたデータを受信し、処理した結果を次の
モジュールへ送達する。更に、各モジュールの出力は結
果メモリーに接続される。前記デジタルベースカードは
又、命令の受信及び結果の伝達のための通信サブシステ
ムと、デジタルベースカード全体を制御し、モジュール
のプログラミング、通信の監視、及び信号の収集と処理
とを作動させるローカルプロセッサーとを含む。
【0013】アナログベースカードとリモートデジタル
ベースカードの両方が、電源へ接続されている。
【0014】本発明の好ましい実施形態では、アナログ
ベースカードが、それぞれ2つのアナログチャンネルを
備えた4つのスロットを組込み、リモートデジタルベー
スカードは、4つのベースボードを組込んでいる。
【0015】同様に、本発明によると、超音波装置は、
フィーラー及び増幅モジュールへ接続された一連のプロ
グラマブルパルス発生器を含んでいる。前述の近接セン
サー制御モジュールの一つは、アナログベースカードの
デジタル入力−出力スロットに取付けられ、ゲイン制御
モジュールと、アナログ/デジタル変換モジュールと、
データ整理モジュールとは、リモートデジタルベースカ
ードに取付けられる。
【0016】本発明の好ましい実施形態によると、4つ
のプログラマブルパルス発生器と、、2つの増幅モジュ
ールとが設けられ、増幅モジュールはアナログベースカ
ード上に取り付けられていて、増幅モジュールのそれぞ
れには、2つの線形可変ゲイン増幅器が組み込まれてい
る。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の装置は、10Km/hま
での速度で移動する列車に使用する動的システムであ
る。このため、ホイールのローリングバンドの状態を検
出するために、ホイールが確実に通過し、ホイールのロ
ーリングバンドの表面へ接触させられるフィーラーの支
持部として機能すると共に、フィーラーとホイールの連
結を常に確実にする機械的構造物を有する必要がある。
【0018】図1から図3に図示したように、前記機械
的支持構造は、鋼製で、レールビーム1を有しており、
ホイールのフランジがレールビーム1上を通過する時
に、ボギー10のホイール9の案内を確実にすること及
び保安手段として機能することの2つの目的のある2つ
のガードレール2が配設されている。上記レールビーム
1は、普通の鉄道線路の部分8と置き換えられ、ボルト
継手3によってレールビーム1と鉄道線路8の間の連続
性が確保される。
【0019】レールビーム1は、ホイール9のローリン
グバンドへ接触するようにされるフィーラーPのホルダ
ー4の支持部として機能する。ホルダー4には、それぞ
れ2つの案内5と1つのばね6が設けられており、ホイ
ール9の通過により、ホイールとフィーラーが確実に接
触させられる。
【0020】必要であれば、案内7によって、ホルダー
4が鉛直方向に移動するように、上記ホルダー4のそれ
ぞれを作動させても良い。
【0021】各フィーラーPは、1MHzの表面波を発
生し、且つ受信する圧電トランスデューサーを有してお
り、上記トランスデューサーは、結合手段として生ゴム
フィルムを使用している。図4に示すように、トランス
デューサーは、ホイールの検査の間に、ホイール9とト
ランスデューサーの接触を確実にする機械的装置上に取
付けられる。
【0022】更に、図4に示すように、各フィーラーP
は、トランスデューサー上方のホイール9の存在を検出
する2つの誘導検出器11を含んでいる。
【0023】本発明の装置全体を図5に示す。前述した
ように、ここに示された4つのフィーラーP1、P2、
P3、P4は、乾式結合手段を有する超音波表面波送受
信機と、組込み式のホイール検出器11とを含み、ホイ
ール9の案内のためにレールビーム1へ取付けられた要
素(ガードレール2)と、フィーラーを移動するホイー
ル9に適合させ、レールビーム1上の高さを調節する機
械的装置とが配設されている。それぞれのレールビーム
1に対し、4つまでフィーラーPを取付けることが可能
である。
【0024】図5のブロック12は本発明の装置の超音
波装置を示す。これは、様々な周波数及び変位の超音波
パルスを伝達する装置と、各トランスデューサーのため
の独立プログラマブルゲイン増幅器と、減衰−距離補正
を適用する手段と、増幅された信号の包絡線を検出する
手段とを有している。
【0025】図5のブロック13は、本発明の装置で使
用されるローカルプロセッサーを示す。これは、超音波
装置12を制御し、ホイール検出器11によって提供さ
れた信号により、各チャンネルをいつ作動するべきかを
決定し、且つ超音波装置12から超音波プロットを(デ
ジタル方式で)受信する。ローカルプロセッサー13
は、信号を分析し、ホイール9のローリングバンドの表
面の状態に対する評価アルゴリズムを適用するために演
算を行っても良い。
【0026】図5のブロック14は、本発明の装置で使
用されるコンピューターを示し、オペレーターは、これ
によってシステムを操作する。これは、(距離1200
m以内に設置された)システムのローカルプロセッサー
13に接続され、適切なパルスを発生させると共に、超
音波装置12の作動命令を与え、測定結果を収集、整
理、蓄積する。コンピューター14は、アンテナ15へ
接続され、測定される列車構成の識別を可能にする。コ
ンピューター14は、他のパラメーターの測定装置に接
続され、これらを同時に制御しても良い。
【0027】本発明の装置の超音波装置12とローカル
プロセッサー13の一般的な構成を図6に示す。図6か
らわかるように本装置には、アナログ部分16とデジタ
ル部分17とが含まれている。アナログ部分は、収集さ
れるべき超音波信号のアナログ処理モジュール18から
構成され、プログラマブルゲイン増幅器(80dB、2
0MHz)、プレフィルタリング、検出、対数増幅(1
00dB)及びチャンネル多重化の段階を含んでいる。
更に、アナログモジュール制御ユニット19とパルス発
生器制御ユニット20を有しており、これらについては
後述する。
【0028】デジタル部分17は、強力なデジタル処理
システムから構成され、収集した超音波信号へリアルタ
イムで複雑なアルゴリズムを適用することが可能であ
る。上記デジタル部分17の中心部は、分割構造のバス
21と、8ビットデータライン22と8ビットアドレス
ライン23へ接続される一組の高効率専用プロセッサー
モジュールMP0、MP1、MP2...である。バス
21は、プロセッサーモジュールMP0、MP1、MP
2...が収容されるベースボードによって分割された
セグメントから構成される。上記プロセッサーモジュー
ルの出力は、一時的に入力される情報の流れを蓄積し、
処理の必要に応じてデータを提供するバッファーメモリ
ーL1、L2に接続され、上記バッファーメモリーの出
力は、中間結果収集メモリー24へ接続される。
【0029】図6の流れ図は、ローカルプロセッサー1
3と、通信制御ユニット25と、シリアル出力26とで
終了する。
【0030】図6に示されたシステムでの各々の信号の
収集及び処理は、3つの段階で展開される。
【0031】第1段階 パラメーターのプログラミング この段階では、既に収集した信号に対して変更されるべ
き(収集を要求される)全ての値が、デジタル処理パラ
メーターと同様に設定される。モジュールのコンフィグ
レーション変更も又、この段階で行われる。
【0032】パラメーターのプログラミングは、システ
ムの制御バスアドレスにおける読取り及び書込みによっ
て行われる。オペレーションは非同期であり、その継続
時間は、全てのパラメーターを確定するのに必要な読取
り−書込みサイクルの数に依存する。図6のシステムに
おいては、このオペレーションは、ローカルプロセッサ
ー13により行われる。
【0033】第2段階 収集と処理 この段階は、図6のシステムチェーンにおいて、フィー
ラーPのトランスデューサーのトリガーの発生と共に開
始され、受信信号のデジタル化と、受信信号のデジタル
処理を行い、必要な最後の情報サンプルが、結果メモリ
ー24において利用可能となった時に終了する。
【0034】図6のシステムにおいては、コンシューマ
ー−プロデューサー方式に従って、これら2つのオペレ
ーションが同時に行われる。それにもかかわらず、デジ
タル処理部分17のデジタル化モジュールは、収集と処
理を決定するイベントの前に、常に所定の数のサンプル
を収集する。この状態において、後の処理チェーンは、
プログラムトリガーイベント(しきい値を超えること、
遅延時間の決定、ソフトウェアによるトリガリング、外
部トリガリング等)を待機した状態で維持される。収集
の終了は、デジタル化されるサンプルの数のプログラミ
ングで決定される。1回の収集に含まれる一連のサンプ
ルはプロットと呼ばれる。
【0035】処理は、強制転送モードに従って、毎秒1
0×106 サンプル(10Msamples/s)の一
定速度で行われる。従って、ウィンドウフレームは10
0ナノ秒毎に開き、任意の結果を有するモジュールが、
それをチェーンの後行程へ送達する。このオペレーショ
ンモードは、非常に簡単な制御とするために選択され、
伴うタイミングは重要なものではない。20MHzのマ
スタークロックがチェーン全体を通じて同期性を維持す
る。
【0036】幾つかの状況においては、収集と処理のシ
ーケンスは、実行されるが終了されない。これらの状況
には、トリガーイベントの不出現、回路構成の異常オペ
レーション、保安装置の作動等の異なる原因がある。ア
プリケーションソフトウェアは、これらの例外的な状況
から自動的に回復するべきであり、可能であればこれら
の理由の診断を送信するべきである。
【0037】第3段階 結果の転送 一般に、結果は、配列されたモジュールMP0、MP
1、MP...の任意の出力からメモリーを介して収集
される。ベースカードに組込まれた回路は、結果の供給
源としての任意のモジュールの選択を促し、調査及び評
価作業(例えば、所定の処理の前後の信号の同時比較
等)を容易とする。
【0038】他の場合には、モジュール自身が得られた
結果を蓄積し、制御バスを介して読取られる。この場合
には、同時に収集したデータ中の情報ピースが、同一の
収集結果を参照することを可能とし、ピークの検出の場
合において特に有用である。
【0039】プロセッサーモジュールMP0、MP1、
MP2、...のオペレーションの並行性は、プロセッ
サーモジュールの幾つかが、計算を完了するためにより
速いクロックサイクルを必要とするが、最大に維持され
る。このために、既述したように、これらのモジュール
は、入力される情報の流れを一時的に蓄積し、処理の必
要に応じてデータを提供することが可能なバッファーメ
モリーL1、L2を有している。
【0040】図6に示されたシステムの物理的構造は、
デジタル及びアナログプロセッサーモジュールが収容さ
れている2つのベースカードから構成されている:アナ
ログベースカードBANG(図7)及びリモートデジタ
ルベースカードBDR(図8)である。電源33(図9
参照)が、これら2つの構成要素に追加される。
【0041】アナログベースカードBANGは、4つの
スロットSL0、SL1、SL2、SL3を介してアナ
ログ増幅−フィルタリングモジュールの支持部として機
能する。各々のスロットは2つのアナログチャンネルC
Nを有する。つまり、スロットSL0はCN0−1チャ
ンネルを有し、スロットSL1はCN2−3チャンネル
を、スロットSL2はCN4−5チャンネルを、スロッ
トSL3はCN6−7チャンネルをそれぞれ有する。更
に、BANGカードは、アナログモジュールに電力を供
給するために安定化電圧プロダクションシステムと、入
力チャンネル選択回路27と、包絡線検出のためのアナ
ログモジュール28を有している。これらのモジュール
は制御バス29を介して制御される。
【0042】カードBANGは、制御バス29に直接接
続される追加スロットDIGを有し、デジタル入力−出
力カード(この場合、ホイール9の検出用である)の追
加が可能である。
【0043】カードBANG内の信号の流れは、信号出
力30とゲイン制御ユニット31で完了する。
【0044】リモートデジタルベースカードBDRは、
デジタル及びハイブリッドアーキテクチャープロセッサ
ーモジュールの支持部として機能し、上記デジタル及び
ハイブリッドアーキテクチャープロセッサーモジュール
が、制御バス32に接続される4つのベースボードZ
0、Z1、Z2、Z3に取付けられる。各々のベースボ
ードは、分割された信号バス21によって次のベースボ
ードへ接続され、信号バス21を介して、前のモジュー
ルで処理されたデータを受信し、その結果を次のモジュ
ールへ送達する。各モジュールの出力は又、一時的蓄積
部であるバッファーメモリーL1、L2を通過し、結果
メモリー24へ送られても良い。
【0045】更に、カードBDRは、命令の受信及び結
果の転送のための通信制御ユニット25を含み、システ
ム全体がローカルプロセッサー13によって制御され、
ローカルプロセッサー13は、モジュールのプログラミ
ング、通信の監視、及び信号収集のトリガリングを委ね
られる。
【0046】本発明の装置の割れを検出するために使用
する超音波装置12の構成が図9に示される。超音波装
置は、フィーラーP1、P2、P3、P4及び2つの増
幅モジュールへ接続された4つのプログラマブルパルス
発生器PS1、PS2、PS3、PS4から構成され、
増幅モジュールのそれぞれには、プログラマブルゲイン
を有する線形増幅器を2つずつ、即ち、AMP1及びA
MP2、AMP3及びAMP4、を組み込んでおり、こ
れらの線形増幅器は、アナログベースカードBANGの
CN0−3チャンネルに取付けられる。近接センサー1
1の制御モジュール37は、カードBANGのデジタル
入力−出力スロットDIGに取付けられる。ゲイン制御
モジュールCATは、リモートデジタルベースカードB
DRのベースボードZ0に取付けられ、アナログ/デジ
タル変換モジュールA/Dは、カードBDRのベースボ
ードZ1に取付けられ、データ整理モジュール(RED
UC)は、カードBDRのベースボードZ2に取付けら
れる。カードBDRに取付けられたローカルプロセッサ
ー13は、鉄道車両ホイール9の割れ検出専用の特定の
モジュールを管理するためのプログラムを実行する。
【0047】電源33は、交流220Vの電圧を受け、
カードBANGへ直流+/−12Vの電圧を供給し、カ
ードBDRへ直流+/−5Vの電圧を供給する。
【0048】本発明の装置のオペレーション 測定命令をコンピューター14から受信した時、装置は
以下のように作用する。
【0049】1.ローカルプロセッサー13は、与えら
れたパラメーター(発信されるパルスの周波数及び継続
時間、増幅器ゲイン、デジタル化周波数等)に従い、超
音波装置12の構成要素をプログラムする。フィーラー
Pのレールビーム1の測定位置への移動等のまだ実施さ
れていない作業は又、ここに含まれていても良い。
【0050】2.ローカルプロセッサー13は、各々の
フィーラーPのホイール検出器11に応答指令信号を送
り、どれか一つがホイール9の存在を伝えると、ローカ
ルプロセッサーは、超音波装置12にプログラムされた
パルスを転送し、このフィーラーによって検出された信
号を収集、整理するように命令する。これらの信号は、
ホイール9の連続する回転に伝達されるパルスの伝播
と、各ホイールのローリングバンドの表面に欠陥がある
ことによって生じるエコーの両方に対応する。このデジ
タル化された信号は、後の分析のためにローカルプロセ
ッサー13に蓄積される。
【0051】3.コンピューター14が、測定を停止す
る信号を与えると、ローカルプロセッサー13は、蓄積
された信号を分析し、測定された各ホイール9の状態の
評価を与え、この評価がコンピューター14へ伝達され
る。
【0052】列車ホイールの超音波プロットの評価のた
めのアルゴリズム 以下に、上記に図を参照して説明した本発明の装置を使
用する、列車ホイールのローリングバンドの割れ検出シ
ステムについて説明する。2つの1MHzの表面波超音
波フィーラーP1及びP2、又はP3及びP4が、各鉄
道線路上に配設され、ホイール9が各フィーラーを通過
した時に超音波装置12が超音波プロットを生成し、コ
ンピューター14がプロットを収集し、プロットを対応
するホイールに割り当て、ホイールを評価する。コンピ
ューター14は、測定される列車構成の識別名を読取る
アンテナ15へ接続される。この装置構成では、各ホイ
ール毎に2つのプロットが、オフセットが約120°で
得られる。
【0053】超音波装置12は、図9に示され、図示し
ているのと同数のプログラマブルパルス発生器とモジュ
ールとから構成される。
【0054】ホイール9のプロット生成のための固定さ
れたパラメーターは以下の通りである。 ・10個の所定の振幅の1MHzの励起パルス。 ・増幅器ゲイン:50dB。 ・サンプル頻度:毎秒8×106 サンプル(8Msam
ples/s)。 ・プレサンプルプロットの長さ:20から16980サ
ンプル。 ・リダクションファクター:32
【0055】超音波プロットの特徴 各プロットでは、図10に示している5つの領域が区別
される。 A.フィーラー励起パルス B.ホイールの第1の半分の検査領域 C.第1の直接伝達パルス(ホイールの半分) D.ホイールの第2の半分の検査領域 E.第2の直接伝達パルス(ホイールの最後部)
【0056】領域Aの幅は、システムによって決定され
るが、残りの領域の位置と大きさは、ホイール9の寸
法、使用されている鋼種及び温度に依存する。
【0057】ホイール9のリムの欠陥は、領域B及びD
に現れるエコーによって示され、パルス発生器PSとフ
ィーラーPが良好に作用していることが領域Aのパルス
の存在によって示される。一方、領域CとEのエコーは
フィーラーPとホイール9の間の接触状態を表す。
【0058】プロットのパラメーター表示 ホイール9の状態を評価する第1段階は、プロットに現
れるエコーを検出し、パラメーター表示することから構
成される。プロセスは以下のように実行される:プロッ
トの基線34の決定、検出しきい値35の設定及びエコ
有効性検査、エコーの識別及びパラメーター表示、直
接伝達エコーの識別及びエコー間の照合。
【0059】 基線の決定、検出しきい値の設定、エコー有効性検査 プロットの基線34は、ホイール9の欠陥が無い領域に
おける超音波信号のレベルを示す。このレベルを算出す
るために、以下のことが行われる:
【0060】1.領域Aを除いて、プロットポイントの
平均値と標準偏差が計算される。
【0061】2.ステップ1で計算された平均値と標準
偏差の合計より小さい振幅のオリジナルプロットのポイ
ントで新しいプロットを生成する。
【0062】3.ステップ2で生成したプロットポイン
トの平均値と標準偏差が計算される。この平均値は、基
線34の振幅の概算値として使用され、一方、標準偏差
は、検査されるホイール9の固有のノイズのレベルを示
す。
【0063】4.検出しきい値35は、それ以上(しき
い値以上)の振幅の信号はエコーに属する事が可能と考
えられる値であり、エコーは有効性検査レベル36より
大きい場合に有効とされる。今回の場合には、基線34
自身が、検出しきい値として使用され、有効性検査レベ
ル36は基線34の値にステップ3で計算した標準偏差
の4倍が足された値である。更に、これらの値はプロッ
トの有効性(ホイールの存在の検出)を決定するのに使
用される。平均値に標準偏差を加えた値が0.001を
超えれば、プロットは有効であると考えられる。
【0064】エコーの識別及びパラメーター表示 プロット内のエコーを識別するために、以下のステップ
が続けられる:
【0065】1.プロットポイントを順にたどり、検出
しきい値を超えたポイントを見つけ、このポイントをエ
コーのスタートとする。
【0066】2.プロットポイントを、その値が再び
出しきい値より低くなるまでたどり、このポイントをエ
コーの終了点として記録する。エコーのポイントの何れ
かが、有効検査レベル36を超えると、このエコー
は、検出されたエコーリストに加えられる。
【0067】3.ステップ1と2は、プロットの最後ま
で繰り返される。
【0068】4.検出されたエコーのリストは、エコー
の終わりから次のエコーまでが3プロットポイント以内
のものを一つに併合することにより補正される。
【0069】5.各エコーに対し、以下のことが注目さ
れる:開始点、プロットポイントの数で表したエコーの
幅、エコーの最大値の位置と振幅、エコーを構成する全
ての点の振幅の合計。
【0070】直接伝達エコーの識別 以下のステップは、直接伝達エコーの位置と相対距離
(プロットの領域CとEの位置)を決定することから構
成される。これを行う方法は、利用可能なホイール9の
有効なプロットの数により異なる。
【0071】1.2つのプロットが存在する場合、ハイ
ブリッドプロットが、2つのプロットの小さい方のプロ
ットポイントを取って生成され、同じ場所に現れない全
てのエコーが除去される(直接伝達エコーは、同じホイ
ールの2つのプロットでは一致する。)。このプロット
に対して、2つの前のセクションで説明した形式のエコ
ーリストが生成される。
【0072】2.ハイブリッドプロットのエコーリスト
は、2つのプロットが利用可能であるか否か、又は有効
なプロットの一つだけが利用可能であるか否かがチェッ
クされる。更に、複数のエコーの対が調査され、それら
の一つの開始点が、始点から、許容誤差15ポイント以
内で、他の開始点からの距離の2倍のところにあり、且
つ始点から150ポイントより多いところで開始してい
るか否かが調査される。この条件を満足するパルスの幾
つかの点が存在すれば、プロットの始点から最も距離の
ある対が選択される。
【0073】3.計算された伝達エコーが、ハイブリッ
ドプロットからのものである場合には、それらの識別
が、オリジナルプロットのそれぞれのエコーリストを使
用して開始される。オリジナルプロットに関しては、ハ
イブリッドプロットの伝達エコーとの有効な交差を有す
るそれらのエコーが、それぞれのリストにおいて調査さ
れる。識別されたエコーの何れかが、35ポイントより
大きい幅を有している場合、他のプロットでの対応する
エコーと等しい幅を有するエコーが該エコーから分離さ
れ、残りは独立エコーとしてリストへ追加される。
【0074】エコー間の照合 次いで、プロットの領域Dに現れるリストのエコーであ
って、領域Bのエコーのレプリカ(複製)であるエコー
が、それぞれのプロット上で識別される:
【0075】1.レプリカ間の距離が、得られた直接伝
達エコー間の距離として決定される。
【0076】2.プロットの領域Bの各エコーに対して
は、領域D内に、10ポイントの許容誤差で計算された
レプリカ間の距離でその開始点を有する何れか一つが存
在するか否かをチェックする。この条件が満足される場
合、エコーはそれぞれ、「レプリカポゼッサー」及び
「レプリカ」として記録される。
【0077】ホイール9の2つの有効なプロットが利用
可能な場合、同じリフレクターによって発生させられた
2つのプロットのエコーは識別される。この場合には、
同じ鉄道線路8の2つのフィーラーP1及びP2、又は
P3及びP4の間の距離が、約870mmであり、鋼中
の音速の値として3000m/秒を取ると、使用される
収集パラメーターでは、フィーラーP2及びP4の信号
が、それぞれフィーラーP1及びP3の信号に対して1
40ポイントだけ進んでいることが考慮されるべきであ
る。プロセスは以下の通りである。
【0078】1.各プロットに関して、第2の直接伝達
エコーの開始値に等しい長さが確定される。
【0079】2.レプリカとして記録されていない各プ
ロットの各ピークに関して、もう一方のエコーで、6ポ
イントの許容誤差で140ポイント前(検査されたエコ
ーがフィーラーP1又はP3のプロットに属する場合)
又は140ポイント後(エコーがフィーラーP2又はP
4から来る場合)に開始する又は終了するピークを調査
する。何れかのピークが発見された場合、両方が対応す
るエコーとして記録される。可能性のあるエコーが領域
A、C、又はEに入る場合、エコーは、不感域への応答
として記録される(プロットに対して計算された長さを
基本単位として、事前の又は遅延計算が行われる。)。
【0080】ホイールの評価 この第1段階では、ホイール9の状態の評価は、各々の
検出されたエコーの最大値及びその幅にだけ注目するこ
とによって行われ、割れによって生じるエコーの振幅が
大きいという仮定と、非常に幅の広いエコーは、通常、
ドリフター及びプランに対応しているという観察結果に
基づいている。
【0081】評価アルゴリズムは、以下のように展開さ
れる。
【0082】1.ホイール9に対して得られたプロット
が、有効なプロットとして一つも記録されない場合、ホ
イールは評価不可能とされる。
【0083】2.直接伝達エコーが検出されない場合、
ホイール9は評価不可能とされる。
【0084】3.1及び2に示した状態が生じない場
合、有効として記録された各プロットの各ピークは、別
々に評価される。エコーの値は、最大値の1次関数によ
って決定され、最大値が0であるエコーに対しては0
を、そして振幅255を有するエコーには2.5を割り
当てる。割り当てられる値は、エコーの最大値が255
より大きい場合、0.5だけ増加する。
【0085】4.エコーの最適幅は、最大値が0である
エコーに対して最適幅0を割り当て、振幅の最大値が2
55のエコーに対して最適幅20ポイントを割り当てる
1次関数によって決定される。実際の幅が、計算された
最適幅より大きい場合には、エコーはステップ3で割り
当てられた値の85%を割り当てることにより幅を削減
する。
【0086】5.ステップ3及び4で割り当てられたピ
ーク値の最大値が、全ての有効なプロットの全てのエコ
ーに割り当てられた値から決定され、最も近い整数(又
は、結果が0の場合には1)に丸められ、この値がホイ
ール値として確定される。
【0087】本発明で示された方法では、列車は移動し
ている間に、ホイールのローリングバンドに存在する可
能性のある割れを初期の段階で検出可能であって、割れ
の大きさが増大し、より大きな損傷をホイールにもたら
す前に、修理等の対策を適用する事が可能で、鉄道交通
の安全性をかなり増大させる。
【0088】上述の説明においては、本発明の本質的な
特徴が強調されたが、本発明の範囲に鑑み、形式及び詳
細において、改造され得ることが理解される。例えば、
フィーラー、パルス発生器、モジュール及びその他の構
成要素の数は、示されたものと異なっていても良い。つ
まり、本発明の範囲は、請求項の内容によってのみ限定
されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の装置のフィーラー上に位置し
たホイールを有する鉄道ボギーを示す略示正面図であ
る。
【図2】図2は、鉄道ホイールがどのように本発明の装
置のフィーラーに接触するかを示す略示図である。
【図3】図3は、本発明の装置のフィーラーホルダーの
略示図である。
【図4】図4は、2つの誘導検出器の付属したフィーラ
ーの略示図である。
【図5】図5は、本発明の装置のブロック図である。
【図6】図6は、本発明の装置に利用される超音波装置
とローカルプロセッサーの全般的な構成線図である。
【図7】図7は、本発明で使用されるアナログベースカ
ード(BANG)の図である。
【図8】図8は、本発明で使用されるリモートデジタル
ベースカード(BDR)の図である。
【図9】図9は、鉄道車両のホイールの割れの検出に適
用される本発明の装置の超音波装置のブロック図であ
る。
【図10】図10は、本発明の装置で得られたホイール
の超音波プロットを示す。
【符号の説明】
1…レールビーム 2…ガードレール 3…ボルト継手 4…フィーラーホルダー 5…案内 6…ばね 8…鉄道線路 9…ホイール 12…超音波装置 13…ローカルプロセッサー 14…コンピューター 15…アンテナ P…フィーラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルベルト イバニェス ロドリゲス スペイン国,マドリード,28500 アル ガンダ デル レイ,セー/ポルタル デ ベレン,ブロック 6 ヌメロ 2,3アー (72)発明者 ルイス ゴメス−ウルラテ アルベアル スペイン国,28006 マドリード,セー /マルドナド ヌメロ 65 エスク.ベ ー3 イスダ. (72)発明者 ホセ ハビエル アナヤ ヘラヨス スペイン国,28030 マドリード,セー /エンコミエンダ デ パラシオス ヌ メロ 161 4セー (72)発明者 エウヘニオ ビルラヌエバ マルチネス スペイン国,28031 マドリード,セー /プエルト デ ガラパガル ヌメロ 1 2デー (72)発明者 モンセルラト パルリーラ ロメロ スペイン国,28028 マドリード,セー /カルタヘナ ヌメロ 23 6アー (72)発明者 カルロス フリッシュ ユスタ スペイン国,28031 マドリード,セー /カストリーロ デ アサ ヌメロ 11 (72)発明者 テレサ サンチェス マルティン スペイン国,マドリード,28100 アル コベンダス,セー/ビオレタ ヌメロ 53 (72)発明者 アンヘル ルイス サンチェス レブエ ルタ スペイン国,マドリード,モストレス, セー/サルシーロ ヌメロ 11 7セー (72)発明者 ホセ アントニオ マルトス ナバーロ スペイン国,マドリード,セー/ロンダ デル スル ヌメロ 217 8デー (72)発明者 アントニオ ルピアニェス ガルシア スペイン国,マドリード,アルコルコ ン,セー/ポルトラゴス ヌメロ 5 5ベー (56)参考文献 特開 平5−231858(JP,A) 特開 平3−148062(JP,A) 特開 平8−82619(JP,A) 実開 昭63−146757(JP,U) 米国特許4050292(US,A) 米国特許5654510(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 29/00 - 29/28 B61K 9/12 G01M 17/00 - 17/013

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動する列車のホイールのローリングバ
    ンドの状態を自動評価する装置であり、且つ前記ローリ
    ングバンドの割れの検出をする装置であって、 列車ホイール(9)のフランジが走行する各鉄道線路の
    一部と置換えられ、ボルト継手によって、レールビーム
    と鉄道線路の間の連続性を確保する各鉄道線路(8)の
    ためのレールビームから構成される鋼製の支持構造と、 ホイールがホイールのフランジをレールビーム上に乗せ
    て移動する間、ホイールを確実にガイドする、各レール
    ビームへ取付けられるガードレール(2)と、 通過するホイールと接触するフィーラー(P)と、 フィーラーの上方をホイールが通過することにより、ホ
    イールとフィーラーが確実に接触するように、レールビ
    ームに取付けられ、それぞれに2つの案内(5)と1つ
    のばね(6)とを備えているフィーラーホルダー(4)
    と、 通過するホイールへプログラム可能な周波数及び継続時
    間の超音波パルスを伝達し、ホイールに対応する超音波
    プロットを生成し、収集する超音波装置(12)と、 超音波装置を制御し、生成された超音波プロット信号を
    デジタルで超音波装置から受信するローカルプロセッサ
    ー(13)と、 ローカルプロセッサーに接続され、超音波装置の作動命
    令の伝達、測定結果の収集、整理、蓄積、及び適切なレ
    ポートの作成を担うコンピューター(14)と、 コンピューターに接続され、測定される列車構成を識別
    するアンテナ(15)と、 を有することを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 フィーラーホルダー(4)が、備えられ
    た2つの案内(7)によって鉛直方向に移動するよう
    に、作動可能であることを特徴とする請求項1に記載の
    装置。
  3. 【請求項3】 各鉄道線路(8)に対して、少なくとも
    2つのフィーラー(P1及びP2、又はP3及びP4)
    を含んでいることを特徴とする請求項1及び2の何れか
    一項に記載の装置。
  4. 【請求項4】 各線路に対して、前記フィーラーを4つ
    含んでいることを特徴とする請求項3に記載の装置。
  5. 【請求項5】 フィーラー(P)の各々が、乾式結合手
    段を使用していて、超音波表面波を発生し、且つ受信す
    る圧電トランスデューサーで構成されていると共に、2
    つの誘導近接検出器(11)を組み込んでいて、前記ト
    ランスデューサー上方のホイール(9)の存在を検出す
    ることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の装
    置。
  6. 【請求項6】 各トランスデューサーによって発生さ
    れ、受信される表面波が1MHzで、各トランスデュー
    サーにおいて使用される乾式結合手段が生ゴムフィルム
    であることを特徴とする請求項5に記載の装置。
  7. 【請求項7】 超音波装置(12)が、材料の非破壊検
    査を実施するための超音波信号を同時に発生、収集、処
    理するために構成され、アナログ部分(16)とデジタ
    ル部分(17)とから成り、前記アナログ部分は、収集
    されるべき超音波信号を処理するアナログ処理モジュー
    ル(18)を有し、更に、プログラマブルゲイン増幅
    器、プレフィルタリング、検出、対数増幅、及びチャン
    ネル多重化の段階を含んでおり、他方、前記デジタル部
    分は、分割構造のバス(21)と、高効率専用プロセッ
    サーモジュールセット(MP0、MP1、MP
    2...)とを含み、前記バスが、プロセッサーモジュ
    ールが収容されるボードベースによって分割されたセグ
    メントから構成されることを特徴とする請求項1から6
    の何れかに記載の装置。
  8. 【請求項8】 前記プログラマブルゲインが、20MH
    zで80dBであり、前記対数増幅が100dBである
    ことを特徴とする請求項7に記載の装置。
  9. 【請求項9】 超音波装置(12)のアナログ部分(1
    6)が、それぞれにアナログチャンネル(CN0−1、
    CN2−3、CN4−5、CN6−7、...)を備え
    た一連のスロット(SL0、SL1、SL2、SL
    3、...)を介してアナログ増幅−フィルタリングモ
    ジュールの支持部として機能するアナログベースカード
    (BANG)上に収められており、更に、アナログベー
    スカードが、アナログモジュールに電力を供給するため
    に安定化電圧発生システムと、入力チャンネル選択回路
    (27)と、包絡線検出のためのアナログモジュール
    (28)を有し、これらのモジュールが、前記アナログ
    ベースカードの制御バス(29)を介して制御されるこ
    とを特徴とする請求項7又は8の何れか一項に記載の装
    置。
  10. 【請求項10】 前記アナログ部分が、前記制御バス
    (29)に直接接続される追加スロット(DIG)を有
    し、ホイール(9)の存在を検出するデジタル入力−出
    力カードを追加するのに適当であることを特徴とする請
    求項9に記載の装置。
  11. 【請求項11】 超音波装置(12)のデジタル部分
    (17)が、リモートデジタルベースカード(BDR)
    上に収められ、リモートデジタルベースカードが、デジ
    タル及びハイブリッドアーキテクチャープロセッサーモ
    ジュールの支持部として機能し、前記デジタル及びハイ
    ブリッドアーキテクチャープロセッサーモジュールが、
    デジタルベースカードの制御バス(32)に接続される
    ベースボード(Z0、Z1、Z2、Z3、...)上に
    取付けられ、各ベースボードが、分割された信号バス
    (21)によって次のベースボードへ接続され、信号バ
    ス(21)を介して、前のモジュールで処理されたデー
    タを受信し、処理した結果を次のモジュールへ送達し、
    各モジュールの出力が結果メモリー(24)に接続さ
    れ、更に、前記デジタルベースカードが、命令の受信及
    び結果の転送のための通信サブシステム(25)と、デ
    ジタルベースカード全体を制御し、モジュールのプログ
    ラミング、通信の監視、及び信号の収集と処理をトリガ
    リングするローカルプロセッサー(13)とを含むこと
    を特徴とする請求項7から10の何れか一項に記載の装
    置。
  12. 【請求項12】 アナログベースカード(BANG)と
    リモートデジタルベースカード(BDR)の両方が、電
    源(33)へ接続されていることを特徴とする請求項7
    から11の何れか一項に記載の装置。
  13. 【請求項13】 アナログベースカード(BANG)
    が、それぞれ2つのアナログチャンネル(CN0−1、
    CN2−3、CN4−5、CN6−7)を備えた4つの
    スロット(SL0、SL1、SL2、SL3)を組込
    み、リモートデジタルベースカード(BDR)が、4つ
    のベースボード(Z0、Z1、Z2、Z3)を組込んで
    いることを特徴とする請求項7から12の何れか一項に
    記載の装置。
  14. 【請求項14】 超音波装置(12)が、フィーラー
    (P1、P2;P3、P4、...)及び増幅モジュー
    ルへ接続された一連のプログラマブルパルス発生器(P
    S1、PS2、PS3、PS4、...)を含み、近接
    センサー制御モジュール(37)が、アナログベースカ
    ード(BANG)のデジタル入力−出力スロット(DI
    G)に取付けられ、ゲイン制御モジュール(CAT)
    と、アナログ/デジタル変換モジュール(A/D)と、
    データ整理モジュール(REDUC)とが、リモートデ
    ジタルベースカード(BDR)に取付けられることを特
    徴とする請求項1から13の何れか一項に記載の装置。
  15. 【請求項15】 4つのプログラマブルパルス発生器
    (PS1、PS2、PS3、PS4)が設けられ、2つ
    の増幅モジュールがアナログベースカード(BANG)
    上に取り付けられていて、この2つの増幅モジュールの
    それぞれには、可変ゲインを有する2つの線形増幅器
    (AMP1及びAMP2、又はAMP3及びAMP4)
    が組み込まれていることを特徴とする請求項14に記載
    の装置。
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