JPH076959B2 - レール探傷用自動走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、レール探傷用自動走査方法およびその装置
に関し、さらに詳しくは、レールの溶接継目部の頭部か
ら底部に至る全断面の内部欠陥を、超音波を利用して自
動的に探傷するレール探傷用自動走査方法およびその装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来、レールの探傷は、（ａ）超音波を発生する探触子
が取り付けられた探傷車を走行させて走査する方法と、
（ｂ）レールの溶接継目部の超音波探傷を手作業により
行なう方法とが行なわれていた。

前者の探傷方法では、探傷車に通常探触子と同じ数だけ
の探傷器が備えられ、レール頭部上面から行なわれた超
音波探傷のデータが連続して取り込まれ、データの演算
結果が記録紙に出力されている。なお、この場合、一定
レベルを超えた出力について特殊なマークを記録紙につ
けると同時に、レールのその地点に塗料を吹き付けるこ
とも行なわれている。

また、後者の手作業による探傷方法では、探傷結果の判
定は、超音波探傷器のブラウン管上のＡスコープ像を観
察し、その波形の変換から欠陥を観察するという方法が
とられ、しかも、屈折角度の異なる探触子をいちいち切
り替えて観察することが行なわれていた。また、記録は
ブラウン管の観察波形をそのままプリントアウトするこ
とにより行なわれていた。

〔発明か解決しようとする課題〕

従来の探傷車による自動走査は、レールの頭部上面から
の超音波探傷であるため、探傷範囲はレールの頭部と腹
部とに限られ、一番大きな応力が作用するレールの底部
は探傷することができない上に、探傷子と同じ数だけの
探傷器が必要になるため、装置の製作に要する費用が著
しく多額になるという不都合があった。

また、従来の手作業による探傷方法では、レールの底部
の探傷を行なうことはできるが、超音波探傷について、
探傷結果の判定に熟練者が必要になるだけでなく、測定
に個人差や誤差が生じ易くなり、その上、探傷作業に人
手と時間とがかかる不都合があった。

この発明は、上記従来の不都合に鑑みてなされたもの
で、レールの底部を含めた溶接継目部の全断面を、１個
の探傷器を備えた割安な装置により、超音波探傷につい
ての熟練者がいない場合にも、客管的な探傷結果が少な
い人手によって能率良く得ることができるレール探傷用
自動走査方法およびその装置の提供を目的とするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本願装置発明では、複数個
の各種探触子がレールの長手方向、横方向、高さ方向に
移動可能に保持されるとともに、長手方向の軸に対して
回転可能に保持され、レールの溶接継目部のセンターか
ら設定された位置に保持される手段を備えた走査装置
と、探触子の走査により超音波探傷を行ない、データを
収集、転送する超音波探傷器と、使用する探触子に、超
音波探傷器からの信号線を切替えるチャンネル切替え器
と、探傷に使用する探触子、走査径路、走査速度、探傷
感度等の探傷シーケンスを登録し、インタフェースボー
ドを介して、そのシーケンスに従って、走査装置、超音
波探傷器等を制御し、得られた探傷データを演算して、
B,Cスコープ像としてディスプレイに表示するパーソナ
ルコンピュータとから、レール探傷用自動走査装置が構
成されている。

〔作 用〕

方法発明においては、性能が異なる複数個の中から選択
した超音波探触子を、レールの頭部上面、頭部側面、底
部上面などにそれぞれ接触させた状態で走査して、レー
ルの溶接継目部分の全体について探傷データを得ること
ができるため、これらの探傷データをコンピュータで演
算処理することにより、レールの継目箇所の全断面につ
いて内部欠陥の状態が表示可能となる。

また、装置発明においては、複数個の探触子を備えた走
査装置をレールの溶接継目部のセンターに位置決めして
セットし、レールの長手方向、横方向、高さ方向に移動
可能で、長手方向の軸に対して回転可能な複数個の探触
子から選択された特定の探触子を、レールの頭部上面、
頭部側面、底部上面などに接触させてコンピュータに登
録されたシーケンスの内、選択されたシーケンスに従っ
てレールの溶接継目部分を走査させると、レールの各部
からの探傷データが超音波探傷器からコンピュータに入
力される。コンピュータは入力された各探傷データを演
算処理して、レールの継目箇所の全断面について内部欠
陥を誰にも理解し易いB,Cスコープ像としてディスプレ
イに表示する。

〔実施例〕

第１図は、レール探傷用自動走査方法に用いられる装置
の一実施例を示すものである。

レール探傷用自動走査方法は、次の手順によって行なわ
れる。

（１） 複数個の超音波探触子１を備えた走査装置ａ
を、レールの溶接継目部分のセンターに位置決めしてレ
ールに固定する。

（２） レールの頭部上面からの探傷においては、探傷
する深さに適した各超音波探触子１を順次選択してレー
ルの頭部に接触し、それぞれの超音波探触子１につい
て、設定された走査範囲を設定された走査速度で走査し
て探傷を行なう。

（３） レールの頭部側面、底部上面についても、それ
らの探傷に適する超音波探触子１を頭部側面と底部上面
とに接触させて走査し、それらの部分についての探傷を
行なう。

（４） 走査によって得られたレールの頭部上面、頭部
側面、底部上面からの各探傷データをパーソナルコンピ
ュータｃに入力して演算する。

（５） コンピュータｃにより演算された各探傷データ
を、レールの継目箇所の全断面についてB,Cスコープ像
としてディスプレイｄに表示する。

したがって、このレール探傷用自動走査方法によるとき
は、性能の異なる複数個の超音波探触子１を用いてレー
ルの頭部上面、頭部側面、底部上面などからレールの全
断面についての探傷データが容易に得られる。しかも、
得られた各探傷データは、コンピュータｃによって自動
的に演算され、その演算結果は、B,Cスコープ像として
ディスプレイｄに表示されるため、超音波探傷を行なう
場合に、熟練者は不要になり、その場で、欠陥の正確な
判定を行なうことができる。

また、探傷作業の多くは自動的に行なわれるので、測定
結果に個人差や誤差が生じにくくなるだけでなく、少な
い人手によって作業を能率良く行なうことができる。

以上、上記方法発明を実施する装置の一実施例の詳細に
ついて、第１図ないし第11図を参照して説明する。

レール探傷用自動走査装置は、探傷性能の異なる複数個
の超音波探触子１と、探触子１の信号線を切替えるチャ
ンネル切替え器49とを備えた走査装置ａと、探傷データ
をディジタルで記憶できる超音波探傷器ｂと、探傷箇所
の位置データを記憶し、登録された探傷シーケンスに従
って走査装置ａの制御を行ない、さらに探傷データを分
析してB,Cスコープ像として表示させるパーソナルコン
ピュータ（以下、パソコンという）ｃ、パソコンｃに接
続されてB,Cスコーブ像を表示するディスプレイｄとか
ら、主として構成されている。

走査装置ａは、第２図に示すように、同一水平面内でレ
ールと平行に配列された２個のＬ形部材2,2と、このＬ
形部材2,2の長さ方向両端部を直角に結合する前後方向
の側板3,3とにより本体フレームが構成されている。側
板3,3は、Ｌ形部材2,2の内側の左右下端部と連結棒4,4
によって連結されており、各連結棒4,4の中間部にそれ
ぞれ２個ずつ摺動可能に結合された立方体状のブロック
5,5の上面に、額縁状に形成された受け枠６が取り付け
られている（第３図参照）。

７は一方のＬ形部材２の中間部に固定された垂直板で、
一方の側板３から外側に保持されたＹ軸パルスモータ８
と、垂直板７から受け枠６側に保持されたＹ軸エンコー
ダ９には、Ｙ軸ボールネジ10の両端が結合されている。
受け枠６とＹ軸ボールネジ10とは、受け枠６に固定され
てＹ軸ボールネジ10と螺合するナット部材11により結合
されている。このため、Ｙ軸ボールネジ10がＹ軸パルス
モータ８によって左右いずれかの方向に回転されたと
き、Ｙ軸ボールネジ10と螺合するナット部材11により、
受け枠６は連結棒4,4に沿ってレールの長手方向に移動
される。受け枠６のレールと直角な方向の一方の枠部材
には、その下面から突出する保持部材6aにレールの側面
と対向してマグネットセンサ等の近接センサ53が設けら
れている。

受け枠６は、レールと直角な方向の２つの枠部材の同じ
高さ位置に、案内部材12,12が平行に保持されており、
これらの案内部材12,12に対し摺動可能に結合された摺
動体13,13の上面には、Ｌ形部材14が固定されている。1
5は摺動体13,13とＬ形部材14に保持された門型の垂直フ
レームで、この垂直フレーム15の一方の垂直辺からレー
ル方向と平行に外側に突出する突出片15bは、案内部材1
2と平行なＸ軸ボールネジ16が螺合されている。Ｘ軸ボ
ールネジ16の一端は、受け枠６と垂直な垂直板17に保持
されたＸ軸パルスモータ18と結合され、他端は軸受19に
回転自在に保持されている。前記垂直板17には、Ｘ軸パ
ルスモータ18の回転数を伝達ベルト20を介して検出する
Ｘ軸エンコーダ21が取り付けられている。このため、Ｘ
軸パルスモータ18によりＸ軸ボールネジ16が回転される
と、突出片15bを介してＸ軸ボールネジ16と螺合する門
型の垂直フレーム15は、レールと垂直な方向に移動さ
れ、その移動量は、Ｘ軸エンコーダ21で検出される。

垂直フレーム15は、上辺がＬ形部材15aで結合され、両
方の垂直辺の下端には、上辺のＬ形部材15aと同じ方向
に折り曲げ辺15c,15cが形成されている。上辺のＬ形部
材15aと、各垂直辺の下端の折り曲げ辺15c,15cとに、Ｚ
軸用スライドシャフト22,22が平行に設けられている。
これらのスライドシャフト22,22には、両端に直方体状
のブロック24,24を備えた垂直移動板23が上下方向に摺
動可能に結合されている。25は垂直フレーム15の一端に
おいてスライドシャフト22と平行に設けられたＺ軸ボー
ルネジで、このＺ軸ボールネジ25は垂直移動板23に固定
されたナット部材26と螺合し、下端を垂直フレーム15の
折り曲げ辺15cに回転自在に保持されるとともに、上端
を垂直フレーム15のＬ形部材15aから上方に保持された
Ｚ軸パルスモータ27と結合されている。Ｚ軸パルスモー
タ27を保持する受け台28には、Ｚ軸パルスモータ27の回
転を伝達ベルト29を介して検出するＺ軸エンコーダ30が
設けられている。

垂直移動板23の前面側に逆Ｕ字形の垂直枠31が固定され
ており、この垂直枠31の下端開口部内には、同じく逆Ｕ
字形をした回転保持部材32が、垂直枠31の外側に取り付
けられたθ軸用パルスモータ33により水平なピン34を中
心として回転可能に保持されている。垂直枠31に取り付
けられたθ軸用エンコーダ35は、伝達ベルト36によりθ
軸用パルスモータ33と連結され、θ軸用パルスモータ33
によって回転される回転保持部材32の回転角度を検出す
る。

回転保持部材32の逆Ｕ字形内には、複数個、例えば５個
の探触子ホルダ37が配設され、これらの各探触子ホルダ
37は、それぞれ両端を探触子ホルダ37と回転保持部材32
に固定された固定部材38とに枢着された一対の連結アー
ム39,39の中間部に、プランジャー41の先端部を枢着さ
れたエアーシリンダ40により上下方向へのわずかな移動
調整ができるように取り付けられている。各探触子ホル
ダ37は、対向する一方の側面37a,37aを軸42,42により連
結アーム39,39に回転自在に保持されるとともに、一方
の側面37a,37aと直角をなす他方の一対の側面37b,37b内
に、それぞれ探査性能の異なる超音波探触子１が軸43,4
3により回転自在に保持されていて、探傷面に密着し得
る構成となっている。探触子１としては、例えば、表層
部欠陥検出用に分割型の2MHz70゜の斜角探触子が、中距
離用に標準型の2MHz70゜の斜角探触子が、遠距離用に標
準型の2MHz45゜の斜角探触子などが用いられる。

各エアーシリンダ40の作動は、前記垂直フレーム15の上
辺のＬ形部材15aに取り付けられた複数個、例えば５個
のシリンダバルブ44の開閉により、第１図に示すエアー
コンプレッサｅからの圧空の供給の切替えによって行な
われる。前記Ｌ形部材15aの上面には、シリンダバルブ4
4の他に、探触子１と同数の接触媒質供給バルブ45が設
けられていて、これらの供給バルブ45の開閉を切替える
ことにより、第１図に示す接触媒質供給装置ｆから供給
される水、油、グリセリンなどの音響伝達用の媒質を、
探傷を開始しようとする探触子１とレールの探傷部との
間に供給する。第２図において、Ｙ軸パルスモータ８が
取り付けられた側板３の外側には、平行に突出された一
対の垂直板46,46に、走査装置ａをレールの底面の幅方
向両端にセットする係合用脚部47,47が設けられている
他、ドライバーおよび配線用中継ボックス48や使用する
探触子１を選択するチャンネル切替え器49が設けられて
いる。50は前記中継ボックス48に接続されたリモコンで
ある。また、前後方向の側板3,3を結合している連結部
材51の上側には、横Ｕ字形をしたフレキシブルなケーブ
ルベア52,52が設けられていて、各探触子１がX,Y,Z軸方
向に移動されるとともに、θ軸方向に回転されたときに
も、コードの引き出し、収納が無理なく行なえるように
なっている。

この他、レールの溶接継目部に対してレールにセットさ
れる走査装置ａと、この走査装置ａに設けられた接触子
１との位置関係を規定するため、レールの溶接面から一
定の距離のところのレール側面に探傷基準点にするため
の近接センサ53のターゲットになるマグネット等が設け
られており、このマグネット等を走査装置ａに設けた前
記マグネットセンサ等の近接センサ53で検出することに
より、探傷測定時の位置関係をいつも一定に保って、繰
り返し測定されるデータの経時的変化を追求できるよう
になっている。なお、探傷データを解析、処理するに当
っては、各探触子の入射点と走査装置ａの基準点との距
離を測定し、このバラツキをパソコンｃ内で補正し、入
射点が基準点に対してソフト的にそろうようにされる。

次に、上記構成の装置を用いて行なう自動探傷作業の走
査手順について説明する。

探傷に先立ち、線別、上下別、左右別、管理番号、キロ
程、探傷年月日などの登録項目を前もって登録してお
く。

現場での探傷作業の操作手順は、次のようになる。

（１） 装置の各電源のスイッチをオンする。

（２） システムを立ち上げ、パソコンｃを初期化し
て、探傷の対象となるレール形状の登録を行なう。

（３） 走査装置ａを探傷個所のレールの継目部分に、
基準点を一致させてセットし、リモコン50に設けられた
「クランプ」キーを押して走査装置ａを下降し、レール
にクランプする。

（４） 先に登録したレールについての管理番号を表示
させ、これから探傷する継目の番号に該当するものを選
択する。

（５） 探傷の準備ができると、その後の制御を走査装
置ａのリモコン50に渡すため、パソコンｃに設けられた
「探傷可」のキーを押す。この操作により、リモコン50
に設けられた「探傷可」のランプが点灯する。

（６） リモコン50に設けられた「探傷」キーを押して
探傷シーケンスに従って、探触子１を設定された走査速
度で走査範囲を走査する。この場合、探触子１の選択に
先立ち、Ｙ軸パルスモータ８を作動させてレールの基準
点の位置を検出させる。その後、探傷シーケンスに従っ
て例えば、レールの頭部上面の探傷に適する探触子１を
選択し、Ｘ軸パルスモータ18、Ｙ軸パルスモータ８、お
よびＺ軸パルスモータ27をそれぞれ回転するとともに、
エアーシリンダ40を作動して、探触子１をレールの頭部
上面に接触させる（第９図参照）。そして、選択された
接触子１に対応する接触媒質供給バルブ45を開いて、レ
ールと探触子１との接触面に接触媒質供給装置ｆから接
触媒質を供給する。次に、Ｙ軸パルスモータ８を作動さ
せて走査を行なわせる。

（７） １走査分の探傷終了の信号を受けると、超音波
探触器ｂの探傷データを読み込み、その後、チャンネル
切替え信号を出してレールの頭部側面や底部上面の探傷
に適する探触子1,1を順次選択し、第10図と第11図に示
すように、探触子1,1をレールの頭部側面や底部上面に
接触させて、これらの部分をレールの頭部上面の場合と
同様に探傷する。

探触子１をレールの頭部側面や底部上面に接触させる場
合、Ｘ軸パルスモータ18、Ｙ軸パルスモータ８、Ｚ軸パ
ルスモータ27によって探触子１をX,Y,Z軸方向に移動す
る他、θ軸用パルスモータ33によって探触子１をレール
の長手方向に回転して行なわれる。

なお、上記探傷においては、探触子１に１探法だけでな
く、分割型の２探法に適するものも含めているので、レ
ール表面直下の3mm程度より探傷が可能になる。また、
探触子１は、レールの探傷面に対して超音波を両側から
入射するように配置しているので、方向性を持ったレー
ルの欠陥の検出に対して有効となる。

（８） レールの各部について自動探傷で得られたデー
タは、その場で、パソコンｃによって解析され、B,Cス
コープ像としてディスプレイｄに表示される。この場
合、Ｂスコープ像は、ブラウン管上に探触子１の試験体
上における位置と伝搬時間とを、直角座標にとった形で
表示するものであるから、溶接部のレール断面図上に欠
陥が表示される。これに対し、Ｃスコープ像は、試験体
上における探触子１の位置をブラウン管面上、または記
録紙上に示し、その時のエコー高さを濃淡またはディジ
タルで表示したものであるから、放射線透過写真のよう
な平面図上に欠陥が記録される。

（９） １つの継目箇所でのレールの探傷が終ると、リ
モコン50に設けられた「リフト」キーを押してクランプ
を解除し、走査装置ａをレールの継目部分からはずして
次の探傷箇所にセットし、前記（３）〜（９）の操作を
繰り返す。

なお、ディスプレイｄに表示されたB,Cスコープ像は、
必要があれば、第１図に示すビデオプリンタｇによりハ
ードコピーをとることができる。また、探傷データはフ
ロッピーディスクに記録し、後に、事務所のパソコンで
さらに詳細な管理を行なうことも可能となる。

〔発明の効果〕

本願発明は、上述の通り構成されているので、次に記載
する効果を奏する。

（１） 請求項１のレールの探傷用自動走査方法におい
ては、性能の異なる複数個の超音波探触子を用いてレー
ルの頭部上面、頭部側面、底部上面などからレール継目
部の全断面についての探傷データが容易に得られる。し
かも、得られた各探傷データは、パソコンによって自動
的に演算され、その演算結果は、その場でB,Cスコープ
像としてディスプレイに表示されるため、超音波探傷を
行なう場合に、熟練者は不要になり、探傷現場で欠陥の
正確な判定を行なうことができる。

また、探傷作業の多くは自動的に行なわれるので、測定
結果に個人差や誤差が生じにくくなるだけでなく、少な
い人手によって作業を能率良く行なうことができる。

（２） 請求項２のレール探傷用自動走査方法において
は、超音波探触子からの超音波は、レール探傷面に対し
て両側から入射されるので、方向性を持ったレール継目
部の欠陥を確実に検出することができる。

（３） 請求項３のレール探傷用自動走査装置において
は、次の作用効果が得られる。

a.探触子の制御系は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、
およびθ軸方向の４軸であるため、レールの形状や継目
の形状が異なる探傷においても、探触子や側板を交換し
なくても、ソフトを交換するだけで各探触子をレールの
各部に接触させて探傷することができる。このため、将
来レールの種類や溶接方法が増えても、これらに合わせ
て装置を作る必要はなく、シーケンスを変更するだけで
容易に対応できるというすぐれた実用的効果を奏する。

b.探傷作業の多くは自動的に行なわれ、探傷データの演
算結果は、ディスプレイにB,Cスコープ像として表示さ
れるため、超音波探傷の熟練者を確保する必要がなくな
り、レール継目部の全断面の探傷を、レールに装置を設
置するだけで、きわめて容易にかつ迅速に、しかも精度
良く行なうことができる。また、レールの継目部の全断
面を探傷するのに超音波探触器は１個でよいため、装置
の製作に要する費用を比較的安価に抑えることができ
る。

c.継目部から一定の距離のところに張り付けられたマグ
ネット等を走査装置に設けられた近接センサにより検出
し、探傷位置の較正を行なうことができるため、常に同
一位置でのデータ収集が可能となる。このため、同一条
件で得られた探傷データを過去の履歴と比較することに
より、欠陥に対する評価が可能になるという効果を奏す
る。また、探傷データをデータ管理システムに手入力す
る手間が省け、入力ミスも防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置全体を示す斜視図、第２図は走
査装置を拡大して示した斜視図、第３図から第５図は第
２図の要部を分解して示したそれぞれの斜視図、第６図
は第５図の正面図、第７図および第８図は探触子の取り
付け状態を示す平面図と側面図、第９図から第11図はレ
ールの頭部上面、頭部側面、および底部上面の探傷時の
状態を示す要部縦断面図である。 １……超音波探触子、８……Ｙ軸パルスモータ ８……Ｘ軸パルスモータ 27……Ｚ軸パルスモータ 33……θ軸用パルスモータ 47……係合用脚部、53……近接センサ ａ……走査装置、ｂ……超音波探触器 ｃ……パーソナルコンピュータ（パソコン） ｄ……ディスプレイ

フロントページの続き (72)発明者 川岸 明美 大阪府大阪市天王寺区上本町６丁目１番55 号 近畿日本鉄道株式会社上本町営業局施 設部内 (72)発明者 上垣 隆 奈良県奈良市尼辻北町10番１号 近畿日本 鉄道株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特公 昭40−3599（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭63−22526（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の各種探触子がレールの長手方向、
   横方向、高さ方向に移動可能に保持されるとともに、長
   手方向の軸に対して回転可能に保持され、レールの溶接
   継目部のセンターから設定された位置に保持される手段
   を備えた走査装置と、 探触子の走査により超音波探傷を行い、データを収集、
   転送する超音波探傷器と、 使用する探触子に、超音波探傷器からの信号線を切替え
   るチャンネル切替え器と、 探傷に使用する探触子、走査経路、走査速度、探傷感度
   等の探傷シーケンスを登録し、インタフェースボードを
   介して、そのシーケンスに従って、走査装置、超音波探
   傷器等を制御し、得られた探傷データを演算して、B,C
   スコープ像としてディスプレイに表示するパーソナルコ
   ンピュータとからなることを特徴とする レール探傷用自動走査装置。
2. 【請求項２】超音波探傷器の探触子は、レールの頭部側
   面や底部上面に対して、レール両側から超音波を入射さ
   せるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレー
   ル探傷用自動走査装置。