JP6538326B2

JP6538326B2 - レール検査装置およびレール検査方法

Info

Publication number: JP6538326B2
Application number: JP2014208131A
Authority: JP
Inventors: 吉本　松男; 松男吉本; 豪伸渡邉; 真哉伊藤; 精二國分; 公二岡澤
Original assignee: JFE Steel Corp; Tokyo Keiki Inc
Current assignee: JFE Steel Corp; Tokyo Keiki Inc
Priority date: 2014-10-09
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2034-10-09
Also published as: JP2016080355A

Description

本発明は、工場建屋の天井側に敷設される天井クレーン用の走行レールなどの各種工業用走行レールの検査に好適な技術に関する。

工場建屋に設けられる天井クレーン用の走行レールは、クレーン自重と吊り荷の荷重とを支え且つクレーンを走行させるための重要な構造部材である。この走行レールは、クレーンの繰り返し走行によって、レール上面が偏磨耗したり、レール腹部（ウエブ部）が金属疲労によって亀裂したりするなど、各種の損傷が生じたりする。したがって、天井クレーンの安定走行のために、定期的に走行レールの検査と部品交換を行っている。

検査項目としては、レール頭部（上側フランジ部）のメタルフローおよび磨耗、レール内部の亀裂、レールが蛇行するような曲がり、走行レール間のスパン、レール継ぎ目部の段差量などが例示できる。これらの検査項目の中でも、特にレール内部の亀裂は、レール断裂によって天井クレーンが走行不能となることに繋がるため、最重要の検査項目である。

従来、これらの検査は、作業員による目視による検査（主にガータ上からの目視点検）で行われていたが、高所かつ狭隘な場所での検査となることから、危険性の高い作業となっている。さらに、天井クレーンを使用する作業の操業休止中に検査作業を行う必要があることから、時間的な制約も受ける。このように、従来の検査方法は、安全面、作業効率面、および検査精度面で問題の多い作業であった。

ここで、特許文献１には、走行レール上を走行する検査台車に搭載した検査装置が記載されているが、この検査装置は、走行レール上面の磨耗を測定することを主としたものである。
また特許文献１には、垂直探触子型の超音波プローブを走行レール上面に接触させて、該走行レールの亀裂を探傷することが記載されている。

特許第３６９６７１５号公報

レールのウエブ部（レール腹部）に生じた亀裂を探傷する場合、図７（ａ）に示すように、レールウエブ部の幅を概ねカバーする広幅での探傷が好ましい。しかし、走行レールの上面が偏磨耗している場合（図７（ｂ）参照）、垂直探触子型の超音波プローブを走行レールに面接触させたときに探傷方向が傾くことで、探傷幅が狭くなると共に幅方向一方に偏って探傷することとなる（図７（ｃ）参照）。また、レール上面の偏磨耗のため、探触子とレールの接触角度が不安定となることから、隙間ができて探傷精度が悪くなったり、レール軸線方向の探傷ができない恐れもある。このように、特許文献１の垂直探触子型の超音波プローブでは、レール腹部に発生した亀裂の一部を見逃す恐れがある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、走行レールの亀裂をより確実に検出可能なレール検査の技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様であるレール検査装置は、走行レール上を走行可能な検査台車に搭載されて、超音波によって上記走行レールを非破壊探傷するレール検査装置であって、上記走行レール上を転動可能なタイヤと、上記タイヤの中心軸側に配置されて探傷方向を常に上記走行レール側に向けた超音波探触子と、を有するタイヤ式超音波プローブを備え、上記タイヤは、一対の側面部と、可撓性の膜体からなり且つ上記走行レール上面に接触する転動面と、を有し、上記転動面と上記超音波探触子のセンサ部との間に接触媒質が充填され、その接触媒質の流体圧によって、上記膜体からなる転動面は、上記一対の側面部よりも上記走行レール側に張り出していることを特徴とする。

また、本発明の一態様であるレール検査方法は、タイヤ式超音波プローブを上記走行レール上面に沿って転動させて、上記タイヤ式超音波プローブ超音波によって上記走行レールの非破壊探傷を行い、上記タイヤ式超音波プローブは、上記走行レール上を転動可能なタイヤと、上記タイヤの中心軸側に配置されて探傷方向を常に上記走行レール側に向けた超音波探触子と、を備え、上記タイヤは、一対の側面部と、可撓性の膜体からなり且つ上記走行レール上面に接触する転動面と、を有し、上記転動面と上記超音波探触子のセンサ部との間に接触媒質が充填され、その接触媒質の流体圧によって、上記膜体からなる転動面は、上記一対の側面部よりも上記走行レール側に張り出すことで、上記膜体からなる転動面を上記レール上面に密着状態とすることを特徴とする。

本発明によれば、走行レール上面に偏磨耗が発生していても、可撓性の膜体からなる転動面が、その偏磨耗した走行レール上面に沿った形状になじむように変形することで、その偏磨耗による傾きなどを吸収する。この結果、走行レール上面に対し転動面が密着すると共に、探触子による探傷方向の変化を抑制することが出来る。
このように、本発明によれば、走行レール上面に偏磨耗が発生していても、超音波探触子の探傷方向が変化することなく探傷が可能となる。すなわち、走行レールの亀裂をより確実に検出可能となる。

本発明に基づく実施形態に係るレール検査装置を搭載した検査台車の概要を示す側面図である。本発明に基づく実施形態に係るタイヤ式超音波プローブを説明する正面方向からみた模式的断面図である。本発明に基づく実施形態に係る走行方向からみた走行輪と支持ローラの関係を示す図である。本発明に基づく実施形態に係る探触子の配置を示す側面図である。本発明に基づく実施形態に係る検査台車を移動させる例を示す図である。段差測定を示す図である。従来の課題を説明する模式図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の検査台車１は、図１〜図３に示すように、台車フレーム１ａと、レール４の上面に沿って転動可能な複数の走行輪２とを有する。走行輪２は、走行方向に間隔を開けて複数配置されている。本実施形態の走行輪２は、磁輪から構成されて、磁石によってレール４上面に磁着可能となっている。もっとも走行輪２は磁輪でなくても良い。

台車フレーム１ａには、図１に示すように、タイヤ式超音波プローブ５、レーザ距離計９、対をなす支持ローラ３が取り付けられている。
タイヤ式超音波プローブ５は、図２に示すように、回転しない固定軸５１と、その固定軸５１に軸受５５を介して回転可能に連結するタイヤ５２とから構成される。固定軸５１の軸方向中央部は拡径部５１Ａとなっていて、その拡径部５１Ａ内に室５６が形成されている。

タイヤ５２は、可撓性を有する膜体５２Ａと、その膜体５２Ａの幅方向両側にそれぞれ配置された円環状の補強板５７とを有する。膜体５２Ａは、対をなす補強板５７によって円環状となっている。膜体５２Ａの幅は、後述の一対の円板状の側面板５２Ｂの対向距離以上となっている。
そして、円環状の膜体５２Ａを拡径部５１Ａの径方向外周側に同軸に配置された状態で、一対の円板状の側面板５２Ｂが、拡径部５１Ａを挟み込むようにして取り付けられる。各側面板５２Ｂの内径側は、固定軸５１に対し軸受５５を介して回転可能に支持される。各側面板５２Ｂの外周側は、ボルトなどの取付け具によって、補強板５７と結合されている。これによって、膜体５２Ａは、一対の側面板５２Ｂと共に回転可能となっている。
また、側面板５２Ｂ、膜体５２Ａ、拡径部５１Ａの外径面とで囲まれる密封空間に、接触媒質５３が充填されている。そして、その接触媒質の流体圧によって、膜体５２Ａは、一対の側面板５２Ｂよりもタイヤ５２外径方向に凸状に張り出し転動面を形成する。接触媒質５３としては例えば水を例示可能である。

ここで、上記説明では、側面板５２Ｂ、膜体５２Ａ、及び拡径部５１Ａの外径面とによって、接触媒体を収容する密封空間を形成する場合を例示しているが、これに限定されない。例えば、上記の膜体５２Ａを中空状の膜体、すなわち、円環チューブ状（ドーナツ状）の膜体から構成して、その円環チューブ状の膜体内を接触媒体を収容する密封空間としても良い。この場合、円環チューブ状の膜体の中央部に対し拡径部５１Ａを嵌め込む構成とする。拡径部５１Ａと膜体との接触部には、オイルなどの潤滑剤を介挿させることで、拡径部５１Ａに対し膜体が相対回転可能となる。また、膜体が、該膜体の両側から一対の側面板５２Ｂで挟み込まれることで、膜体内の接触媒質の流体圧により、一対の側面板５２Ｂよりもタイヤ５２外径方向に膜体が張り出し、その張出部分が転動面を形成する。

上記構成のタイヤ式超音波プローブ５の固定軸５１は、図１に示すように、上下に軸を向けたショックアブソーバ１０を介して台車フレーム１ａに支持される。これによって、タイヤ式超音波プローブ５は、検査台車１に対し上下揺動可能に支持される。さらにタイヤ式超音波プローブ５は、ショックアブソーバ１０のロッド部に取り付けたバネ１２によって、台車フレーム１ａに対し、下方（レール４側）に向けて付勢された状態となっている。バネ１２は付勢機構の一例を構成する。

ここで、走行輪２は、側面視において、少なくともタイヤ式超音波プローブ５の両側に位置していることが好ましい。
また、図２に示すように、超音波探触子５４が、拡径部５１Ａ内に形成した室５６の底面に設置されている。このとき、超音波探触子５４のセンサ部を、底面側（レール４側）に向けている。室５６の底面は、例えば薄板の樹脂製である。本実施形態では、３個の超音波探触子５４が室５６の底面に配置されている場合を例示している。

３個の超音波探触子５４は、側方から見た図４に示すように、垂直探触子５４Ａと、タイヤ５２の転動方向（検査台車１の走行方向と同義）で垂直探触子５４Ａを挟むようにして配置される一対の斜角探触子５４Ｂ、５４Ｃとを備える。
垂直探触子５４Ａは、垂直方向下方に探傷方向が設定されている。２つの斜角探触子５４Ｂ、５４Ｃはそれぞれ、探傷方向を垂直探触子５４Ａ側に傾けて設置されている。その垂直方向に対する傾き角は、例えば３０度〜６０度の範囲で設定すれば良い。図４では傾き角が４５度の場合を例示している。これによって、３方向から探傷が行われる。

また、図１に示すように、接触媒質を収容した水タンク６が、台車フレーム１ａの上部に搭載されている。水タンク６は、牽引部などの他の部分に搭載されていても問題はない。水タンク６内の水は、供給配管７を通じて、タイヤ式超音波プローブ５の近傍まで誘導され、誘導された水はノズル８から、タイヤ５２の転動面（膜体５２Ａ）に向けて噴射されるようになっている。水の吹き付け位置は、タイヤ５２の進行方向前側の転動面位置である。水が吹き付けられた転動面の部分はレール４上面に移動することで、転動面と走行レール４上面との間に介在して、所定の探傷性能を確保する効果を奏す。

本実施形態では、水タンク６内の水は、重力によってノズル８位置まで供給されると共に、不図示の弁によって、水供給の開閉や流量の調整が行われる構成となっているが、ポンプを設けても良い。但し、ポンプを設けた場合、その分、重くなるため、小型化・軽量化の点では好ましくない。
レーザ距離計９は、レール４上面との上下方向の距離を検出する。レーザ距離計９は距離検出器を例示するものであり、距離が計測出来れば他の公知の距離検出器を採用しても構わない。また、距離検出方向である上下方向は、鉛直方向に限定されず、斜め下方に向けての上下方向であっても良い。また図１では、レーザ距離計９を台車フレーム１ａの後側に設置する場合を例示しているが、前側であっても良い。この場合には、レール４の探傷に先立って上下距離（レール４上面の高さ）が検出される。

台車フレーム１ａには、図１及び図３に示すように、対を成す支持ローラ３が複数対、設けられている。その支持ローラ３は、各走行輪２の近傍に配置される。
それぞれ対を成す支持ローラ３は、図１及び図３に示すように、走行レール４の上側フランジ部（頭部）をレール４幅方向両側から挟み込むように配置される。各支持ローラ３は上下軸周りに回転自在に取り付けられており、その上下軸の上部が台車フレーム１ａに固定されている。
上記構成のレール検査装置を搭載した検査台車１は、図５に示すように、牽引部によって天井クレーンのクレーン電気室１１に連結される。そして、タイヤ式超音波プローブ５の各超音波探触子５４及びレーザ距離計９の検出結果が、クレーン電気室１１内のＵＴ探傷器に供給されるようになっている。

（動作その他）
検査台車１を天井クレーンで牽引することで、検査台車１は走行レール４上を走行する。このとき検査台車１に搭載したレール検査装置の超音波探触子５４によって、連続的に走行レール４の非破壊探傷が行われると共に、レーザ距離計９によってレール４上面の段差を検出可能となる。

各超音波探触子５４は、センサ部とレール４上面との間に接触媒質５３が配置されると共に、膜体５２Ａからなる転動面がレール４上面の形状に変形する。この結果、常にレール４上面に密着した状態が保持された状態で、探傷が行われて、レール４内の欠陥の有無を判定する。
また走行レール４は、複数のレール４を繋いで走行長さを確保するが、図６に示すように、レール４間に所定以上の段差があると走行に支障が出る可能性がある。そのレール４の段差をレーザ距離計９によって検出する。

（本実施形態の効果）
（１）走行レール４上を転動可能なタイヤ５２と、タイヤ５２の中心軸側に配置されて探傷方向を常に走行レール４側に向けた超音波探触子５４と、を有するタイヤ式超音波プローブ５を備える。タイヤ５２は、一対の側面部と、可撓性の膜体５２Ａからなり且つ走行レール４上面に接触する転動面と、を有する。転動面と超音波探触子５４のセンサ部との間に接触媒質５３が充填され、その接触媒質５３の流体圧によって、膜体５２Ａからなる転動面が、一対の側面部よりも走行レール４側に張り出している。

この構成によれば、可撓性のある膜体５２Ａから転動面を形成することで、探傷の際にレール４上面が図７（ｂ）のように偏磨耗していても、転動面が偏磨耗しているレール４上面に沿ってなじむように変形する。これによって、タイヤ５２が傾くことなく、タイヤ５２の転動面がレール４上面と密着した状態が保持される。
この結果、レール長手方向からみて、各超音波探触子５４の探傷方向が垂直方向に保持されたままとなり、レール４上面の磨耗の有無に関係なく、図７（ａ）のような広域な探傷範囲が確保出来る。即ち、レール４上面の形状に関係なく、レール４腹部（ウエブ部）の亀裂を広範囲に探傷可能となる。
更に、ノズル８から転動面に水を吹き付けることで、転動面とレール４上面との間での超音波の減衰を低減されることができて、測定精度を所定以上の精度にすることが可能となる。

（２）タイヤ式超音波プローブ５を走行レール４側に付勢する付勢機構としてのバネ１２を備える。
この構成によれば、転動面がより確実に走行レール４上面に対して面で密着するようになる。例えば振動などで台車フレーム１ａが上下動しても、タイヤ式超音波プローブ５をレール４側に付勢することで、レール４上面が偏磨耗していたとしても、確実に転動面が密着した状態を確保可能となる。

（３）超音波探触子５４として、垂直探触子５４Ａと、タイヤ５２の転動方向で垂直探触子５４Ａを挟んで配置される一対の斜角探触子５４Ｂ、５４Ｃとを備え、各斜角探触子５４Ｂ、５４Ｃの探傷方向は、垂直探触子５４Ａ側に傾いている。
レール４に発生する亀裂は、あらゆる方向に生じるため、垂直探傷のみでは亀裂の一部を見逃す恐れがある。これに対し、この構成によれば、３方向から探傷を行うことで、あらゆる方向の亀裂を漏れなく検知可能となる。
例えば、図４における亀裂Ａのように横方向に延びる亀裂は、垂直探触子５４Ａで精度良く検出可能である。一方、亀裂Ｂ、Ｃのように上下方向に延びる亀裂は、垂直方向からの超音波からの反射波の戻り（反射エコー）が小さい為、精度良く検出できない可能性がある。

これに対し、亀裂Ｂ、Ｃのように上下方向に延びる亀裂は、一対の斜角探触子５４Ｂ、５４Ｃのうちの一方の斜角探触子によって検出可能となる。例えば亀裂Ｃのような斜め左上に向かう亀裂の場合には、超音波が右上から左下に斜めに向かう、亀裂に対して右側に位置する斜角探触子によって検出が可能である。即ち、右側に位置する斜角探触子からの超音波は、図４のように台車が左側に移動するにつれて、超音波が亀裂Ｃに当たる位置が下側から上側に移動して当該亀裂Ｃを検出する。逆方向に延びる亀裂については、反対側の斜角探触子で検出可能である。

また、レール４に形成した丸い開口部の下方に形成された亀裂Ｂのような亀裂は、垂直探触子５４Ａでは開口部によって検出しづらいが、そのような亀裂についても一対の斜角探触子５４Ｂ、５４Ｃで検出可能となる。
ここで、垂直探触子５４Ａは、レール４の底面反射エコーに加えて欠陥反射エコーを検知することで亀裂の有無を判定している。これに対し、斜角探触子５４Ｂ、５４Ｃは、欠陥反射エコーだけによって亀裂の有無を判定する。このため、垂直探触子５４Ａの方が精度が良い。このため、垂直探触子５４Ａで主に疵の判定を行い、斜角探触子５４Ｂ、５４Ｃの検出を従として判定することが好ましい。

（４）走行レール４は天井クレーン用の走行レール４の場合に、有効である。
天井クレーンの点検は、高所且つ狭隘な場所での作業となるが、本実施形態では、そのような場所での直接の目視点検が不要となる。
（５）検査台車１に搭載されて走行レール４との上下方向の距離を検出するレーザ距離計９を備え、レーザ距離計９の検査結果に基づき走行レール４の継ぎ目部を検出する。
この構成によれば、亀裂の探傷と併せて、図６のような、レール４継ぎ目部の所定以上の段差も検出可能となる。

（６）走行レール４上を転動する検査台車１の走行輪２とは別に、走行レール４を幅方向から挟み込む一対の支持ローラ３を備え、各支持ローラ３は、上下軸周りに回転可能な状態で検査台車１に取り付けられている。
この構成によれば、走行する検査台車１やタイヤ式超音波プローブ５がレール４幅方向に傾くことが抑制されて、より走行中の探傷精度が向上する。

１検査台車
１ａ台車フレーム
２走行輪
３支持ローラ
４走行レール
５タイヤ式超音波プローブ
６水タンク
７供給配管
８ノズル
９レーザ距離計
１０ショックアブソーバ
１１クレーン電気室
１２バネ
５１固定軸
５１Ａ拡径部
５２タイヤ
５２Ａ膜体
５２Ｂ側面板
５３接触媒質
５４超音波探触子
５４Ａ垂直探触子
５４Ｂ、５４Ｃ斜角探触子
５６室
５７補強板

Claims

走行レール上を走行可能な検査台車に搭載されて、超音波によって上記走行レールを非破壊探傷するレール検査装置であって、
上記走行レール上を転動可能なタイヤと、上記タイヤの中心軸側に配置されて探傷方向を常に上記走行レール側に向けた超音波探触子と、を有するタイヤ式超音波プローブを備え、
上記タイヤは、一対の側面部と、可撓性の膜体からなり且つ上記走行レール上面に接触する転動面と、を有し、
上記転動面と上記超音波探触子のセンサ部との間に接触媒質が充填され、その接触媒質の流体圧によって、上記膜体からなる転動面は、上記一対の側面部よりも上記走行レール側に張り出し、
上記タイヤ式超音波プローブを、上記検査台車に対し、上下に軸を向けたショックアブソーバを介して支持させると共に、上記走行レール側に付勢する付勢機構としてのバネを備えることを特徴とするレール検査装置。
上記超音波探触子として、垂直探触子と、上記タイヤの転動方向で上記垂直探触子を挟んで配置される一対の斜角探触子とを備え、上記各斜角探触子の探傷方向は、上記垂直探触子側に傾いていることを特徴とする請求項１に記載したレール検査装置。
上記走行レールは天井クレーン用の走行レールであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したレール検査装置。
上記検査台車に搭載されて上記走行レールとの上下方向の距離を検出する距離検出器を備え、
上記距離検出器の検査結果に基づき上記走行レールの継ぎ目部を検出することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載したレール検査装置。
上記走行レール上を転動する検査台車の走行輪とは別に、上記走行レールを幅方向から挟み込む一対の支持ローラを備え、各支持ローラは、上下軸周りに回転可能な状態で上記検査台車に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載したレール検査装置。
タイヤ式超音波プローブを走行レール上面に沿って転動させて、上記タイヤ式超音波プローブによって上記走行レールの非破壊探傷を行い、
上記タイヤ式超音波プローブは、上記走行レール上を転動可能なタイヤと、上記タイヤの中心軸側に配置されて探傷方向を常に上記走行レール側に向けた超音波探触子と、を備え、
上記タイヤは、一対の側面部と、可撓性の膜体からなり且つ上記走行レール上面に接触する転動面と、を有し、
上記転動面と上記超音波探触子のセンサ部との間に接触媒質が充填され、その接触媒質の流体圧によって、上記膜体からなる転動面は、上記一対の側面部よりも上記走行レール側に張り出すことで、上記膜体からなる転動面を上記レール上面に密着状態とし、
上記タイヤ式超音波プローブを、検査台車に対し、上下に軸を向けたショックアブソーバを介して支持させると共に、走行レール側に付勢する付勢機構を備えることを特徴とするレール検査方法。
上記超音波探触子として、垂直探触子と、上記タイヤの転動方向で上記垂直探触子を挟んで配置される一対の斜角探触子とを備え、上記各斜角探触子は、上記垂直探触子側に傾いていることを特徴とする請求項６に記載したレール検査方法。
上記走行レールとの上下方向の距離を検出する距離検出器を備え、上記距離検出器の検査結果に基づき上記走行レールの継ぎ目部を検出することで、継ぎ目部での段差量を判定することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載したレール検査方法。
上記タイヤ式超音波プローブは、上記走行レール上を走行可能な検査台車に搭載され、
上記走行レール上を転動する検査台車の走行輪とは別に、上記走行レールを幅方向から挟み込む一対の支持ローラを備え、その一対の支持ローラによって、転動するタイヤ式超音波プローブの幅方向の揺動を抑制することを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載したレール検査方法。