JP6953240B2 - 鉄道レール、車輪、及び車軸の非破壊評価 - Google Patents

Description

本開示は、非破壊評価システム及び方法に関し、より具体的には、鉄道レール、車輪、及び車軸の非破壊評価のためのシステム及び方法に関する。

構造物及び部品は、阻害環境要因（hazards of the environment）に起因する摩耗や応力を受けており、これらの対象物及び部品の完全性を維持する必要がある。従って、このような構造物及び部品を定期的に検査して、表面の亀裂、腐食、剥離などの欠陥による強度や信頼性の低下があるかどうかを判断することが望ましい。場合によっては、検査すべき物を使用場所から取り外し、実験室内の試験台に載置して、実験器具を用いてその完全性を検査することが可能であるが、これがいつも可能あるいは実際的であるとは限らない。検査対象物は、非常に大型であったり、より大きな構造物に組み込まれていたりするため、実験室内での隔所検査のために取り外すことが、不可能ではないにしても困難である場合が、多々ある。

また、対象物に対して非破壊評価（ＮＤＥ）検査を行うことが望ましい。ＮＤＥの利点は、望ましくない態様で対象物を永久的に変化させてしまって、当該検査対象物を、本来の目的では使用できない状態にしてしまうことが無いことである。従って、使用場所及び使用環境から対象物を取り外すことなく、当該対象物に対してＮＤＥ検査を行うための方法及びシステムを開発することが、必要とされている。

構造物及び部品の欠陥を検出する、あるいはその完全性を判定するために、部品及び構造物の現場での非接触検査を実現するための非破壊評価システム及び方法が開発されている。ＮＤＥの１つの形態に、サーモグラフィー検査がある。この検査では、検査対象物の表面の温度パターンを作成し、表面温度の差を分析することにより、欠陥の存在を判断する。能動的サーモグラフィー検査の一種に、赤外線サーモグラフィーがある。赤外線サーモグラフィーの１つの形態に、振動サーモグラフィーがある。これは、変調された振幅又は超音波パルスを用いて、検査対象物の内的特異部を励起する。機械的振動源が、超音波振動を検査対象物に伝達すると、欠陥がある表面は、複数の異なる周波数で振動し、熱を生成する。欠陥箇所で生成された熱により、この欠陥の箇所における検査対象物の温度が、検査対象物の他の部分の温度よりも高くなる。この高温の領域は、赤外線カメラで撮影した検査対象物の熱画像に、明瞭に現れる。このように、欠陥の位置は、赤外線カメラを用いて、物体の表面の温度分布をマッピングするプロセスによって検出される。

このようなシステムの欠点は、これらが静的であることである。すなわち、これらのシステムは、当該システムを検査対象物に近接して位置させる構造を必要とし、しかも、特定の試験エリアでシステム及び方法が実施できるように、物体は動いていない状態でなければならない。このようなシステムは、止めてある輸送体や航空機などの非移動対象物には適しているかもしれない。しかしながら、鉄道車両のような移動中の輸送体の非破壊評価のため、ならびに、鉄道レールのような、非常に大型の対象物を走査するための方法及びシステムが必要とされている。

非破壊評価のための本開示のシステムは、レールシステムのレールのＮＤＥ、ならびに、鉄道車両の車輪及び車軸のＮＤＥに用いることができる。鉄道レールに関しては、鉄道レールを連続的に検査できるよう、当該検査システムを移動可能な輸送体に取り付けることができる。これによれば、鉄道レールのような長く伸びた物体の非破壊評価に要する時間と費用を、大幅に減らすことができる。一実施形態において、鉄道レールの非破壊評価のためのシステムは、レール上で移動可能に支持する複数の車輪を有する車両と、前記車両に取り付けられている振動源であって、前記レールの検査領域内の欠陥の位置における前記レールの温度を上昇させるために、予め選択された周波数の振動を前記車輪を介して前記検査領域に伝達すべく、接続されている振動源と、前記欠陥の位置における温度上昇を検出するために、前記検査領域の熱画像を記録するための赤外線検出器と、前記検査領域に作用する前記振動の前記熱画像を記録するために前記赤外線検出器を駆動させるとともに、前記赤外線検出器によって記録された前記熱画像を保存すべく接続されている制御部と、を含む。

別の実施形態において、鉄道車両の車輪アセンブリの非破壊評価のためのシステムは、振動源を備える励振セグメントを其々が有する一対のレールであって、前記振動源は、前記車輪アセンブリの検査領域内の欠陥の位置における前記車輪アセンブリの温度を上昇させるために、前記検査領域に予め選択された周波数の振動を伝達するために接続されている、レールと、前記欠陥の位置における温度上昇を検出するために前記検査領域の熱画像を記録するための赤外線検出器と、前記検査領域に作用する前記振動の前記熱画像を記録するために前記赤外線検出器を駆動すべく、且つ、前記赤外線検出器によって記録された前記熱画像を保存すべく接続されている制御部と、を含む。

さらに別の実施形態において、鉄道レールの非破壊評価の方法は、複数の車輪を有する車両をレール上で移動させ、前記車両に取り付けられた振動源によって、予め選択された周波数の振動を、前記車輪を介して前記レールの検査領域に伝達し、前記振動は、前記検査領域内の欠陥の位置における前記レールの温度を上昇させ、前記欠陥の位置における温度上昇を検出するために、前記検査領域の熱画像を赤外線検出器によって記録し、前記検査領域に作用する前記振動の前記熱画像を記録させるために、制御部によって、前記赤外線検出器を駆動させるとともに、前記赤外線検出器によって記録された前記熱画像を保存する。

さらに別の実施形態において、鉄道車両の車輪アセンブリの非破壊評価の方法は、一対のレールの励振セグメント上で車両を移動させ、振動源によって、予め選択された周波数の振動を、前記車輪アセンブリの検査領域に伝達して、前記検査領域内の欠陥の位置における前記車輪アセンブリの温度を上昇させ、前記欠陥の位置における温度上昇を検出するために、前記検査領域の熱画像を赤外線検出器によって記録し、前記検査領域に作用する前記振動の前記熱画像を記録させるために、制御部によって、前記赤外線検出器を駆動させるとともに、前記赤外線検出器によって記録された前記熱画像を保存する。

本開示の非破壊評価システム及び方法の他の目的及び利点は、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。

鉄道レールの非破壊評価のための、本開示のシステムの一実施形態の概略端面図である。 図１のシステム概略側面図である。 鉄道車両の車輪及び車軸の非破壊評価のための、システムの別の実施形態の概略側面図である。 図３のシステム概略平面図である。 図３及び図４の実施形態の変形例の部分図である。 図１及び図２のシステムの動作方法のフローチャートである。 図３及び図４のシステムの動作方法のフローチャートである。 欠陥が明るい線で示される代表的な熱画像である。

図１及び図２に示すように、概括的に符号１０で示すシステムは、鉄道レール１２、１４の非破壊評価（ＮＤＥ）に用いることができる。鉄道レール１２、１４の其々は、平らな底部１６、１８、上部２０、２２、及び、上部と底部とを繋ぐウェブ２４、２６を含みうる。レール１２、１４は、マクラギ２８（図１には１つだけ図示）上に取り付けることができ、マクラギは、バラスト３０上に取り付けることができる。システム１０は、概括的に符号３２で示す車両（鉄道車両）を含みうる。車両は、複数の車輪を含みうる。複数の車輪は、図１に示す車輪３６、３８、及び、図２に示す車輪３８、４０を含みうる。車輪３６、３８は、車軸４２に取り付けられうる。車軸は、車台４４（図２）を介して、車両３２に装着されうる。

振動源４６が、車両３２に取り付けられうる。当該振動源は、欠陥５２の位置におけるレール１２、１４の温度を上昇させるために、予め選択された周波数の振動４６を車輪３６、３８を介して、レールの検査領域４８、５０（図２）に伝達するように、接続されうる。実施形態において、振動源４６は、超音波溶接装置、例えば最低４００ワットで動作する超音波溶接装置の形態を採りうる。振動周波数は、鉄道レール１２、１４の構造及び材料に応じて、１０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚから選択することができる。実施形態では、選択される周波数は、掃引周波数の形態を採りうる。当該掃引周波数は、例えば、鉄道レール１２、１４に共振を起こしやすいであろう１０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚで掃引する周波数であってよい。なお、図２には、レール１４の検査領域４８、５０のみを示しているが、図示しない同様の検査領域が、レール１２上の正反対側の位置にも存在する。図２には２つの検査領域４８、５０を示しているが、検査領域は、レール１２、１４の全長にわたって設けてもよい。実施形態において、隣接する検査領域同士は、検査領域４８、５０のように、検査対象のレール１２、１４の長さ方向に連接していてもよい。

検査領域４８、５０の熱画像を記録することにより、振動源４６からの振動によって欠陥５２の位置において生成された熱による温度上昇を検出するため、概括的に符号５４で示す赤外線検出器が設けられうる。一実施形態において、欠陥５２は、レール１２の表面の破損の形態である。このような熱画像３００の代表的な例を、図８に示す。欠陥５２（図１）の存在は、比較的暗い又は黒い背景３０４に対して、レール１２内の欠陥の形状及び位置をほぼ正確に表した明るい線３０２として現れうる。システム１０は、検査領域４８、５０に作用する振動の熱画像を記録させるために赤外線検出器５４を駆動すべく、且つ、赤外線検出器によって記録された熱画像を保存すべく接続されている制御部５６を、さらに含みうる。

一実施形態において、赤外線検出器５４は、鉄道車両３２に取り付けられて当該鉄道車両と共に移動可能な赤外線カメラ６０、６２、６４、６６、６８、７０のアレイの形態であり、当該アレイを概括的に符号５８で示す。具体的には、赤外線カメラ６０は、レール１４の外側ウェブ部分７２の画像を記録するように配向されており、カメラ６２は、レール１４の上部２２の上面の画像を記録するように配向されており、カメラ６４は、レール１４の内側ウェブ部分７４の画像を記録するように配向されており、カメラ６６は、レール１２の内側ウェブ部分７６の画像を記録するように配向されており、カメラ６８は、レール１２の上部２０の上面の熱画像を記録するように配向されており、カメラ７０は、レール１２の外側ウェブ部分７８の画像を記録するように配向されている。カメラ６０〜７０は、レール１２、１４に対して車両３２が移動すると、アレイ５８のカメラ６０〜７０も移動するように、当該車両に取り付けることができる。実施形態において、カメラ６０、６４、６６、７０は、レール１２、１４のウェブ２４、２６を撮像することに代えて又はこれに加えて、レール１２、１４の底部１６、１８の画像を記録するように配向してもよい。

車両又は鉄道車両３２は、車載モーター８０を含みうる。車載モーターは、制御部５６又はオペレータによって駆動されることにより、図２における矢印Ａの方向に、レール１２、１４上で鉄道車両を移動させて、赤外線検出器５４のアレイ５８が検査領域４８、５０の上を通過するようにする。代替の実施形態において、車両は、モーター８０を有さず、けん引車（図示せず）のような外部原動力によって押し引きされる構成であってもよい。一実施形態において、振動源４６は、車両３２の部品８４に接触する超音波トランスデューサー８２の形態を採りうる。超音波トランスデューサー８２は、制御部５６が当該超音波トランスデューサーを駆動することにより、部品８４を介してレール１２、１４の検査領域４８、５０に振動を伝達するように、接続されうる。一実施形態において、部品８４は、車輪３６、３８、及び／又は、これら車輪に接続された車軸４２から選択されてよく、例えば車台４４を介して車両３２に装着することができる。

上記に代えてあるいは上記に加えて、実施形態において、振動源４６は、鉄道車両３２が予め選択された速度でレール１２、１４に対して移動する際に、予め選択された周波数の振動を検査領域４８、５０に生じさせるに十分な粗さの外面８５、８６を有する１つ又は複数の車輪、例えば車輪３６、３８の形態をとることもできる。例えば、車輪３６、３８は、鉄道車両３２がレール１２、１４上を時速２５マイルの速度で移動する際に、１キロヘルツを超える振動を生成するように間隔及び形状が規定された横断溝又は横断突条部を含む外面８５、８６を有する。当該周波数は、欠陥５２（図８）に対応する明るい部分３０２が、赤外線検出器５４が撮影した熱画像３００に現れるよう、欠陥５２での温度上昇が最大となるように選択することができる。別の実施形態において、車輪３６、３８の外面８５、８６は、セグメント化された面（segmented surfaces）８８、９０を含んでいてもよい。

実施形態において、車輪３８、４０などの車輪（ならびに、レール１２に係合する、鉄道車両３２の反対側にある対応する車輪：そのうちの１つは車輪３６である）の外面８６、９２は、車両３２がレールに対して移動する際にレール１２、１４に振動を生成するように構成されたセグメント化された面を有しうる。外面８６、９２のセグメント化された面は、互いに振動の位相がずれるように配置されうる。予め選択される周波数は、１キロへルツ（ｋＨｚ）より大きくなるように選択されうる。

一実施形態において、制御部５６は、赤外線検出器５４によって記録された熱画像を保存するためのデータ格納部９４を含む。さらに一実施形態において、制御部５６は、可視光カメラ９６を含みうる。当該可視光カメラは、検出器５４による誤検知（false positive）を判定すること及び／又は欠陥５２を含むレール検査領域４８、５０を特定することを目的として検査領域４８、５０を撮影するために、制御部によって駆動されるように接続されている。制御部は、レール１２、１４のうちの一方に欠陥５２が検出された場合にのみ可視光カメラ９６を駆動するように、プログラムされうる。制御部５６は、レール１２、１４のうちの一方又は両方における、赤外線検出器５４によって検出された欠陥５２の位置を記録するために接続されたＧＰＳ（global positioning system：全地球測位システム）９８をさらに含みうる。

図３及び図４に示すように、別の実施形態において、概括的に符号１００で示すシステムは、鉄道車両１０４における、概括的に符号１０２で示す車輪アセンブリの非破壊評価のためのものであり、一対のレール１０６、１０８を含みうる。各レールは、励振セグメント１１０、１１２を有しており、励振セグメントは、振動源１１４、１１６を含みうる。振動源は、車輪アセンブリ１０２の車輪１３８の検査領域１１８、１２０及び車輪１４０の検査領域１２２、１２４における欠陥１２６、１２８の位置での車輪アセンブリの温度を上昇させるために、これらの検査領域に予め選択された周波数の振動を連続的に伝達するために、接続されている。システム１００は、欠陥１２６、１２８の位置における温度上昇を検出するために、検査領域１１８〜１２４の熱画像３００（図８）を記録するための赤外線検出器１３０をさらに含みうる。

システム１００は、検査領域１１８〜１２４に作用する振動の熱画像３００を記録するために赤外線検出器１３０を駆動すべく、且つ、赤外線検出器によって記録された熱画像を保存すべく接続されている制御部１３２をさらに含みうる。当該システムは、熱画像を記録する対象である車輪アセンブリ１０２を有する鉄道車両１０４の画像を記録するために、制御部１３２によって駆動されるように接続された可視光カメラ１３４をさらに含みうる。

一実施形態において、鉄道車両１０４は、固有の標印（indicia）１３６を有しうる。当該標印は、鉄道車両を個別に特定するバーコード又は他の文字数字式コードの形態を取ることができ、鉄道車両の側面の所定位置に設けることができる。可視光カメラ１３４は、車輪１３８、１４０に欠陥１２６、１２８がある車輪アセンブリ１０２を有する鉄道車両として、鉄道車両１０４を特定するために、標印１３６を撮影することができる。図４に示すように、鉄道車両１０４は、鉄道車両の一方側の車台１４２に取り付けられた車輪１３８及び１４０、ならびに、同様に鉄道車両１０４の反対側で車台１４８に取り付けられるとともにレール１０６上に載置されている車輪１４４及び１４６、の形態をとる車輪アセンブリ１０２を含みうる。実施形態において、車台１４２及び１４８は、車輪１３８、１４０、１４４及び１４６が回転可能に取り付けられた単一車台の形態を取ることができ、これが、鉄道車両１０４に回転可能に取り付けられている。

一実施形態において、赤外線検出器１３０は、車輪アセンブリ１０２の車輪１３８、１４０、１４６、１４４の各外側面１５２、１５４、１５６、１５８、及び、車輪１４４、１３８、１４０、１４６の各内側面１６０、１６２、１６４、１６６の熱画像を、レール１０６、１０８の励振セグメント１１０、１１２上を車輪が通過する際に其々記録するように配置された赤外線カメラのアレイの形態であり、当該アレイを概括的に符号１５０で示す。一実施形態において、赤外線カメラのアレイ１５０は、鉄道車台１４２、１４８上の２組の車輪１３８、１４０及び１４４、１４６の全周の画像を記録するのに十分な長さの励振セグメントに沿って配置されている。

特定の実施形態において、アレイ１５０は、車輪１３８、１４０、１４４、１４６の外側面１５２、１５４、１５６、１５８の熱画像を記録するように配置された赤外線カメラ１６８、１７０、１７２、１７４を含みうる。同様に、アレイ１５０は、其々が車輪１３８、１４０の内側面１６２、１６４の赤外線画像を撮影するように配置されたカメラ１７５、１７６、及び、其々が車輪１４６、１４４の内側面１６６、１６０の熱画像を撮影するように配置されたカメラ１７８、１８０を含みうる。

代替の実施形態において、赤外線検出器１３０は、車輪アセンブリ１０２の車軸１８２、１８４が励振セグメント１１０、１１２上を通過する際に、これらの車軸の熱画像を記録するように配置されたカメラ１６８〜１８０を含む、赤外線カメラのアレイ１５０含みうる。また、実施形態において、システム１００は、制御部１３２によって駆動されうるマーカー１８６を含みうる。マーカーは、システム１００によって検出された欠陥１２６、１２８を有しうるとして選択された車輪１３８、１４０に物質を塗布するための、ダイ（ｄｙｅ）マーカー、インクジェット噴霧器、又はその他の装置の形態を採りうる。マーカー１８６は、例えば車輪１３８、１４０、あるいは車軸１８２、１８４などの車軸のいずれか一方に、マーキング物質を塗布するように配置することができる。車軸１８２、１８４の欠陥を検出するようにシステム１００が構成されている実施形態では、車軸の画像を下方から撮影できるように、赤外線カメラ１７５、１７６、１７８、１８０を、車軸の下方のマクラギ上に、上向きに配置してもよい。

図３及び図４に示す実施形態において、振動源１１４、１１６は、レールの励振セグメント１１０、１１２に振動を伝達するためにレール１０６、１０８に接続された超音波トランスデューサーの形態を採りうる。超音波トランスデューサー１１４、１１６は、例えば車輪アセンブリ１０２の検査領域１１８、１２０、１２２、１２４が励振セグメントに接触する際に、これらの検査領域に振動を伝達するために、制御部１３２によって駆動されるように接続されうる。これに加えて、あるいはこれに代えて、図５に示すように、振動源は、上面１９０に溝１９２を有する励振セグメント１１０’、１１２’を含みうる。溝は、上面に横断方向に形成されるとともに、鉄道車両１０４の車輪１３８、１４０、１４４、１４６が溝の上を所定速度で移動すると車輪アセンブリ１０２に振動が生じる形状となっており、この振動によって欠陥１２６、１２８における温度が上昇し、赤外線検出器１３０によって撮影される熱画像３００（図８）に当該欠陥が現れるようになっている。

一実施形態において、励振セグメント１１０、１１２は、図３及び図５に距離Ｓとして示す長さを有しうる。この距離Ｓは、好ましくはπ（Ｄ＋Ｌ）に等しい。ここで、Ｄは、車輪１３８、１４０、１４４、１４６の直径であり、Ｌは、車台１４２、１４８上の車輪１３８と１４０、及び、車輪１４４と１４６の中心間の間隔である。この最小のレール長さＳがあれば、車輪の各対における両方の車輪１３８と１４０、及び、１４４と１４６を、これらの車輪が完全に一周する間、赤外線検出器１３０によって走査及び撮影することができる。車輪１３８、１４０、１４４、１４６が一回転する間中ずっとシステム１００を駆動することによって、鉄道車両１０４の重量又は車輪の位置が励振に対する熱反応に影響する場合は特に、亀裂１２６、１２８などの欠陥を検出する可能性を高めることができる。

図６に示すように、図１及び図２のシステム１０を用いた、鉄道レールの非破壊評価方法を概括的に符号２００で示しており、当該方法では、まず、ブロック２０２に示すように、複数の車輪３６、３８、４０を有する車両３２を、レール１２、１４上で矢印Ａの方向に移動させる。車両又は鉄道車両３２のこの移動によって、車両が、検査領域４８のうちの選択された１つの上に位置し、これにより、赤外線検出器５４のアレイ５８の赤外線カメラ６０〜７０が、レール１２、１４の検査領域４８内におけるレールの下部、ウェブ、及び上部の熱画像３００を記録する位置に配置されている。ブロック２０４に示すように、車両３２に取り付けられた振動源４６によって、車輪３６、３８、４０を介して、レール１２、１４の検査領域４８、５０に、予め選択された周波数で振動が伝達される。振動源４６は、超音波トランスデューサー８２であってもよいし、これに加えて又はこれに代えて、車輪３６、３８、４０のうちの１つ又は複数におけるセグメント化された外面８５、８６、９２（これは実施形態では、図５の溝１９２の外観を有しうる）による、レール１２、１４への接触であってもよい。振動によって、レール１２、１４の温度が、検査領域４８内の欠陥５２の位置において、上昇しうる。

ブロック２０６に示すように、検査領域４８において、概括的に符号５４で示す赤外線検出器によって熱画像３００（図８）が記録され、熱画像によって、欠陥５２の位置における温度上昇が検出及び記録される。このような温度上昇は、赤外線検出器５４によって記録された熱画像３００に、明るい部分３０２として現れる。ブロック２０８に示すように、制御部５６は、検査領域４８、５０に作用する振動の熱画像３００を記録させるために赤外線検出器５４を駆動し、赤外線検出器によって記録された熱画像を保存する。これらの画像は、修理が必要かどうかを判断するために、後に精査することができる。代替の実施形態において、画像を隔所に送信して、ディスプレイ（図示せず）で見ることができる。矢印２０９で示すように、車両３２を、矢印Ａの方向に、隣接する次の検査領域５０まで移動させてブロック２０４〜２０８のプロセスを繰り返すことによって、プロセス２００を繰り返すことができる。

図７に示すように、図３及び図４の方法は、フローチャート２１０によって示されている。符号２１０で示す当該方法において、ブロック２１２は、鉄道車両の形態を採りうる車両１０４を、一対のレール１０６、１０８の各励振セグメント１１０、１１２上で、矢印Ｂの方向に移動させることによる、プロセスの開始を示している。この移動によって、車輪１３８、１４０、１４４、１４６が励振セグメント１１０、１１２上で移動し、これらの車輪が、赤外線検出器１３０のアレイ１５０の赤外線カメラ１６８〜１８０によって撮影される位置に位置する。ブロック２１４に示すように、振動源１１４、１１６あるいは突条部１９２（図５）によって、予め選択された周波数で、車輪アセンブリ１０２の車輪１３８、１４０、１４４、１４６に振動が伝達される。振動は、検査領域１１８〜１２４に伝達される。検査領域は、レール１０６、１０８の励振セグメント１１０、１１２に物理的に接触する、車輪１３８、１４０、１４４、１４６の一部であり得る。

ブロック２１６に示すように、赤外線検出器１３０が駆動されて、欠陥１２６、１２８の位置における温度上昇を検出するために、検査領域１１８〜１２４の熱画像３００を記録する。そして、ブロック２１８に示すように、制御部１３２は、検査領域に作用する振動の熱画像３００を記録させるために赤外線検出器１３０を駆動し、赤外線検出器によって記録された熱画像を保存する。矢印２２０で示すように、次の鉄道車両１０４又は次の車輪又は車輪用車台を、励振セグメント１１０、１１２上で移動させて、赤外線カメラ１６８〜１８０によって撮影される位置に車輪が位置するようにすることによって、プロセス２１０を繰り返すことができる。

図１〜図５に示したシステム及び図６及び図７に概略的に示した方法は、鉄道、トロリー、及び他のシステムを含みうるレール上輸送体及びレールシステムについて、非破壊評価プロセス及びシステムによって欠陥を検出するために、用いることができる。図示するとともに本明細書で説明したシステム１０、１００及び方法２００、２１０の利点は、検査対象部品を隔所で検査するために取り外す必要がなく、運動参照フレーム上で、すなわち、検査対象物又は検査装置のいずれか一方が他方に対して動いている参照フレーム内で、検査を行うことができるという点である。図１及び図２に示したシステム１０では、検査対象である固定レール１２、１４に対して、車両又は鉄道車両３２に搭載された検査装置が移動する。反対に、図３、図４及び図５に示したシステムでは、検査対象物は、固定システム１００に対して移動する鉄道車両１０４の車輪１３８、１４０、１４４、１４６の形態であり、これらの車輪及び／又は車軸が撮影される。好ましい実施形態において、図３、図４、及び図５の実施形態に、洗浄ステーション１９８を設けて、車輪１３８、１４０、１４４、１４６が、赤外線検出器１３０によって撮影される前に当該洗浄ステーションを通過することが、望ましいかもしれない。そのため、図３及び図４における鉄道車両は、矢印Ｂの方向に走行する。

また、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。

付記１． 鉄道レール１２、１４の非破壊評価のためのシステム１０であって、
レール１２、１４上で車両３２を移動可能に支持する複数の車輪３６、３８、４０を含む車両３２と、
前記車両３２に取り付けられている振動源４６であって、前記レール１２、１４の検査領域４８、５０内の欠陥５２の位置における前記レール１２、１４の温度を上昇させるために、予め選択された周波数の振動４６を前記車輪３６、３８、４０を介して前記検査領域４８、５０に伝達すべく、前記車両３２に接続されている振動源と、
前記欠陥５２の位置における温度上昇を検出するために、前記検査領域４８、５０の熱画像３００を記録するための赤外線検出器５４と、
前記検査領域４８、５０に作用する前記振動４６の前記熱画像３００を記録するために前記赤外線検出器５４を駆動させるとともに、前記赤外線検出器５４によって記録された前記熱画像３００を保存すべく前記赤外線検出器５４に接続されている制御部５６と、を含むシステム１０。

付記２． 前記赤外線検出器５４は、前記検査領域４８、５０内における前記レール１２、１４の上部、前記レール１２、１４の内側ウェブ部分７４、７６、及び、前記レール１２、１４の外側ウェブ部分７２、７８の画像を記録するように配向された赤外線カメラ６０、６２、６４、６６、６８、７０のアレイ５８を含む、付記１に記載のシステム１０。

付記３． 前記振動源４６は、前記車両３２の部品８４に接触する超音波トランスデューサー８２であって、前記制御部５６が前記超音波トランスデューサー８２を駆動することにより、前記レール１２、１４の検査領域４８、５０に前記振動４６を伝達するように接続された超音波トランスデューサーを含む、付記１に記載のシステム１０。

付記４． 前記部品８４は、前記車輪３６、３８、４０、及び、前記車輪３６、３８、４０に接続された車軸４２から選択されるとともに、前記車両３２に装着されている、付記３に記載のシステム１０。

付記５． 前記振動源４６は、前記車両３２が予め選択された速度で前記レール１２、１４に対して移動する際に、前記予め選択された周波数の前記振動４６を前記検査領域４８、５０に生じさせるに十分な粗さの外面８５、８６、９２を有する前記複数の車輪３６、３８、４０のうちの１つ又は複数を含む、付記１に記載のシステム１０。

付記６． 前記複数の車輪３６、３８、４０のうちの前記１つ又は複数の、前記外面８５、８６、９２は、セグメント化された面を有する、付記５に記載のシステム１０。

付記７． 前記複数の車輪３６、３８、４０のうちの２つ以上は、前記車両３２が前記レール１２、１４に対して移動する際に、互いに位相がずれた前記振動４６を生成する構成とされたセグメント化された面を有する外面８５、８６、９２を有しており、前記予め選択された周波数は、１キロヘルツより大きい、付記５に記載のシステム１０。

付記８． 前記制御部５６は、前記記録された熱画像３００を保存するためのデータ格納部９４を含む、付記１に記載のシステム１０。

付記９． 前記制御部５６は、前記検査領域４８、５０を撮影するために前記制御部５６によって駆動されるように接続された可視光カメラ９６を含み、前記制御部５６は、前記レール１２、１４に欠陥が検出された際に前記可視光カメラ９６を駆動するようにプログラムされている、付記１に記載のシステム１０。

付記１０． 前記制御部５６は、前記赤外線検出器５４によって検出された前記レール１２、１４の欠陥の位置を記録するために接続された全地球測位システム９８を含む、付記１に記載のシステム１０。

付記１１． 鉄道車両の車輪アセンブリの非破壊評価のためのシステム１０であって、
振動源４６を備える励振セグメントを其々が有する一対のレール１２、１４であって、前記振動源は、前記車輪アセンブリの検査領域４８、５０内の欠陥５２の位置における前記車輪アセンブリの温度を上昇させるために、前記検査領域４８、５０に予め選択された周波数の振動４６を伝達するように接続されている、レールと、
前記欠陥５２の位置における温度上昇を検出するために前記検査領域４８、５０の熱画像３００を記録するための赤外線検出器５４と、
前記検査領域４８、５０に作用する前記振動４６の前記熱画像３００を記録するために前記赤外線検出器５４を駆動させるとともに、前記赤外線検出器５４によって記録された前記熱画像３００を保存すべく接続されている、制御部５６と、を含むシステム１０。

付記１２． 熱画像３００を記録する対象である前記車輪アセンブリを有する前記鉄道車両の画像を記録するために、前記制御部５６によって駆動されるように接続された可視光カメラ９６をさらに含む、付記１１に記載のシステム１０。

付記１３． 前記赤外線検出器５４は、前記励振セグメント上を前記車輪アセンブリの車輪３６、３８、４０が通過する際に、前記車輪３６、３８、４０の外側面及び前記車輪３６、３８、４０の内側面の熱画像３００を記録するように配置された赤外線カメラ６０、６２、６４、６６、６８、７０のアレイ５８を含む、付記１１に記載のシステム１０。

付記１４． 赤外線カメラ６０、６２、６４、６６、６８、７０の前記アレイ５８は、鉄道車台４４における２組の車輪３６、３８、４０の全周の画像を記録するのに十分な長さの励振セグメントに沿って配置されている、付記１３に記載のシステム１０。

付記１５． 前記赤外線検出器５４は、車輪４０のアセンブリの車軸４２が前記励振セグメント上を通過する際に、前記車軸４２の熱画像３００を記録するように配置された赤外線カメラ６０、６２、６４、６６、６８、７０のアレイ５８を含む、付記１１に記載のシステム１０。

付記１６． 欠陥５２が検出された車輪アセンブリに標印をつけるために、前記制御部５６によって駆動されるよう接続されたマーカーをさらに含む、付記１１に記載のシステム１０。

付記１７． 前記振動源４６は、超音波トランスデューサー８２を含んでおり、当該超音波トランスデューサーは、前記レール１２、１４の前記励振セグメントに前記振動４６を伝達するように接続されているとともに、前記車輪アセンブリの前記検査領域４８、５０が前記励振セグメントに接触する際に、前記検査領域４８、５０に前記振動４６を伝達すべく、前記制御部５６によって駆動されるように接続されている、付記１１に記載のシステム１０。

付記１８． 前記振動源４６は、溝を備える上面を有する前記励振セグメントを含み、前記溝は、前記鉄道車両の前記車輪３６、３８、４０が前記溝の上を所定速度で移動すると、前記車輪アセンブリに前記振動４６を生じさせる形状のものである、付記１１に記載のシステム１０。

付記１９． 鉄道レール１２、１４の非破壊評価の方法であって、
複数の車輪３６、３８、４０を有する車両３２をレール１２、１４上で移動させ、
前記車両３２に取り付けられた振動源４６によって、予め選択された周波数の振動４６を、前記車輪３６、３８、４０を介して前記レール１２、１４の検査領域４８、５０に伝達し、前記振動４６は、前記検査領域４８、６０内の欠陥５２の位置における前記レール１２、１４の温度を上昇させ、
前記欠陥５２の位置における温度上昇を検出するために、前記検査領域４８、５０の熱画像３００を赤外線検出器５４によって記録し、
前記検査領域４８、５０に作用する前記振動４６の前記熱画像３００を記録させるために、制御部５６によって、前記赤外線検出器５４を駆動し、前記赤外線検出器５４によって記録された前記熱画像３００を保存する、方法。

付記２０． 鉄道車両の車輪アセンブリの非破壊評価の方法であって、
一対のレール１２、１４の励振セグメント上で車両３２を移動させ、
振動源４６によって、予め選択された周波数の振動４６を、前記車輪アセンブリの検査領域４８、５０に伝達して、前記検査領域４８、５０内の欠陥５２の位置における前記車輪アセンブリの温度を上昇させ、
前記欠陥５２の位置における温度上昇を検出するために、前記検査領域４８、５０の熱画像３００を赤外線検出器５４によって記録し、
前記検査領域４８、５０に作用する前記振動４６の前記熱画像３００を記録させるために、制御部５６によって、前記赤外線検出器５４を駆動し、前記赤外線検出器５４によって記録された前記熱画像３００を保存する、方法。

本明細書に記載のシステム及び方法は、鉄道レール、車輪、及び車軸の非破壊評価システム及び方法の好ましい実施形態を構成しているが、本開示は、これらの正確なシステム及び方法に限定されるものではなく、本開示の範囲を逸脱することなく変更を加えることが可能である。

Claims (10)

1. 鉄道レールの非破壊評価のためのシステムであって、
   レール上で移動可能に支持する複数の車輪を含む車両と、
   前記車両に取り付けられている振動源であって、前記レールの検査領域内の欠陥の位置における前記レールの温度を上昇させるために、予め選択された周波数の振動を前記車輪を介して前記検査領域に伝達すべく、前記車両に接続されている振動源と、
   前記欠陥の位置における温度上昇を検出するために、前記検査領域の熱画像を記録するための赤外線検出器と、
   前記検査領域に作用する前記振動の前記熱画像を記録するために前記赤外線検出器を駆動させるとともに、前記赤外線検出器によって記録された前記熱画像を保存すべく前記赤外線検出器に接続されている制御部と、を含むシステム。
2. 前記赤外線検出器は、前記検査領域内における前記レールの上部、前記レールの内側ウェブ部分、及び、前記レールの外側ウェブ部分の画像を記録するように配向された赤外線カメラのアレイを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記振動源は、前記車両の部品に接触する超音波トランスデューサーであって、前記制御部が前記超音波トランスデューサーを駆動することにより、前記レールの検査領域に前記振動を伝達するように接続された超音波トランスデューサーを含む、請求項1又は２に記載のシステム。
4. 前記部品は、車輪及び、当該車輪に接続された車軸から選択されるとともに、前記車両に装着されている、請求項３に記載のシステム。
5. 前記振動源は、前記車両が予め選択された速度で前記レールに対して移動する際に、前記予め選択された周波数の前記振動を前記検査領域に生じさせるに十分な粗さの外面を有する前記複数の車輪のうちの１つ又は複数を含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載のシステム。
6. 前記複数の車輪のうちの２つ以上は、前記車両が前記レールに対して移動する際に、互いに位相がずれた前記振動を生成する構成とされたセグメント化された面を有する外面を有しており、前記予め選択された周波数は、１キロヘルツより大きい、請求項５に記載のシステム。
7. 前記制御部は、前記記録された熱画像を保存するためのデータ格納部を含む、請求項１〜３及び５のいずれか１つに記載のシステム。
8. 前記制御部は、前記検査領域を撮影するために前記制御部によって駆動されるように接続された可視光カメラを含み、前記制御部は、前記レールに欠陥が検出された際に前記可視光カメラを駆動するようにプログラムされている、請求項１〜３、５、及び７のいずれか１つに記載のシステム。
9. 前記制御部は、前記赤外線検出器によって検出された前記レールの欠陥の位置を記録するために接続された全地球測位システムを含む、請求項１〜３、５、７及び８のいずれか１つに記載のシステム。
10. 鉄道レールの非破壊評価の方法であって、
    複数の車輪を有する車両をレール上で移動させ、
    前記車両に取り付けられた振動源によって、予め選択された周波数の振動を、前記車輪を介して前記レールの検査領域に伝達し、前記振動は、前記検査領域内の欠陥の位置における前記レールの温度を上昇させ、
    前記欠陥の位置における温度上昇を検出するために、前記検査領域の熱画像を赤外線検出器によって記録し、
    前記検査領域に作用する前記振動の前記熱画像を記録させるために、制御部によって、前記赤外線検出器を駆動し、前記赤外線検出器によって記録された前記熱画像を保存する、方法。

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