JPS5817363A - 超音波レ−ル検査法及び超音波分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波によりレールを検査する方法と、その
実施に使用される装置に関し、特に超音波をレールに当
て、そのエコー信号ヲ表示することにより、レールに生
じた亀裂などの位置を検査する方法、及び超音波分析装
置に関する。

超音波パルスを送信し、超音波エコーを受信することに
より、物体を探針し、更にエコー信号をピックアップし
て、陰極スクリーンに表示することが可能である。この
従来技術は、探針される物体にセンサーを当てる段階と
、陰極線管表示装置により、エコー信号を図形的に表示
する段階とよりなυ、前記センサーが超音波受信器、若
しくはそれぞれ送信と受信のための２個の分離したセン
サーであることを特徴とする方法よりなる。

この従来技術により得られるオシログラフは、エコー信
号の強度を縦座標にとり、時間の変化を横座標にとって
表示されるものである。また、このオシログラフによれ
ば、探針された物体の断面を概略的に表示したり、走査
とセンサーの位置とを同期化することにより、物体の平
面図を表示しうる０ 従来、陰極線管図形表示装置で、超音波エコーにより探
針する方法が、レールを検査するために使用されて来た
。この方法は、探針が容易であり、がつ超音波は使用者
に無害なので、安全性が確保される。

しかし、この方法に使用される装置は太きいため、使用
に不便である。

また、この方法は、生じた亀裂の位置、形、及び大きさ
を、すぐれた精度で知ることが出来るにもかかわらず、
陰極線管に表示される結果ｈａみ取るのに、高度の熟練
を必要とするとともに、予め可聴波の差、測定の程度、
使用される周波数、角度などを知って置かなくてはなら
ない。

本発明によれば、操作者が特別な知識を必要とせずに、
容易に使用することが出来るとと元に、携帯出来るよう
に小型で、かつ軽量の装置が提供される。

本発明の特徴の１つは、超音波の流れが、垂直力向と斜
方向の交互に、レールに伝達されることである。次に発
射信号及びエコー信号がピックアップされ、送信の２カ
向に表示されるエコー信号により、スクリーンに同時に
表示される。

本発明による好適な実施例では、送信の２個のより、明
瞭に点灯したダイオードの位置が、探針された範囲で、
レールの厚さ継目孔の存在と位置、並びにレールの亀裂
の性質と位置をそれぞれ表示する。

本発明による装置に備えられている制御装置は、垂直力
向と斜方向の交互に超音波の流れを送信するように設計
された超音波の２チヤンネル変換器であるプローブと、
電子的送信制御装置と、センサーからエコー信号を受信
する装置と、信号を受は測定する装置ど、送信の２７５
向に同時にエコー信号を表示する装置とを備えている。

上記表示装置は、好ましくは、２個のアレイよりなるス
クリーンを有し、各アレイは複数の発光ダイオードを備
え、レール内で、伝達のうちの２力向のいずれかを表示
し、また信号を受けて測定する装置が、ダイオードを選
択的に発光させるように設けられ、発光ダイオードの数
と位置が、探針された範囲で、レールの厚さと、継目孔
の存在斥、レールの亀裂の性質と位置とを明瞭に表示す
以下図面に基づいて説明する。

第１図に示すように、本発明による装置は、操作したり
、結果を表示するための電子的表示装置（１）を備えて
いる。この電子的表示装置（１）に、プローブ（２）と
、再充電装置（４）より繰り返し充電しうる電源（８）
とが接続されている。グローブ（２）はレール（５）の
上に当てられる。

電子的表示装置（１）は、第２図において点線で区切ら
れているように、３個の部分、送受部、測定部並びに表
示部を備えている。

送受部は、第３図に示すような２個の論理的に相補し合
う信号（Ｔ、　）と（Ｔ、）を発生するクロック叫を有
している。信号〔Ｔ６）は、単安定（ワンショット）マ
ルチバイブレータ（Ｍ、）ヲ始動させて、２個の相補出
力信号を発生させる。

そのうちの１つの信号（ＴＩ）は、単安定マルチバイブ
レータ（Ｍ、）により生成され、信号（Ｔ、）を発生す
る。信号（Ｔ謬）は、２個のＮＡＮＤゲー）（Ｎ、）（
Ｎ、）のうちのいずれかに入力する。ＮＡＮＤゲート（
ＮＯ（Ｎ、）に入力する他の信号は、それぞれクロック
叫の出力（Ｔ、）（Ｔ、）に接続される。

グー）（Ｎ、）（Ｎ、）からの出力信号（ＴＩり（ＴＩ
、）は、それぞれ送信機（捗Ｃ１４）　ｖｉ：作動させ
る。送信機（１２）（１４）は、送信機サイリスタを有
している。この送信機サイリスタは、高電圧源α６）か
らの信号（Ｔ◆）により始動される。この高電圧源α６
）は、マルチバイブレータ（Ｍυの補充用出口に現れる
信号（Ｔ、）により駆動される。

送信機（１２）Ｃ１４）Ｕ　、グローブ（２）の２チヤ
ンネルのうちのいずれかを駆動する。そこで、プローブ
（２）は、２方向へ超音波エネルギーを送信したり、受
信したシすることの吊木る超音波変換器として機能する
。

プローブ（２）は、送信機（ロ）により駆動される垂直
力向と、送信機Ｃ１→により駆動される斜方向との間で
超音波の列を交互に勲かせる。

選択された斜方向の角度は７０°である。超音波ビーム
は、平面上で７０度をなす弧に対応する。例えば、垂直
力向の送信周波数は４ＭＨｚであり、斜方向の周波数は
２．５ＭＨｚである。また両者の方向の再現周波数は、
１５０Ｈｚである。

各チャンネルの送信と受信の信号、即ち垂直ビームｔｖ
　（Ｔ　＊　）と斜方向ビームの（Ｔ、）は、１回のゲ
イン調整で前置増幅器μｓ）（財）により増幅される。

前置増幅器（ト）（財）からの出力信号は、（Ｔ、）で
混合、即チマルテプレクシングされ、次に増幅器（財）
により増幅して、信号（Ｔ＠）を発生する。第３図に示
すように、信号（Ｔ、）は、送信信号とエコー信号を明
瞭に示している。

増幅器に）からの出力は、２個の単安定マルチバイブレ
ータ（Ｍ、）　（Ｍ、）に接続されている。このマルチ
バイブレータ（Ｍ、ＸＭ、）は、それぞれ、クロック叫
からの信号（Ｔｏ）　（Ｔ、　）により計時され、２個
のチャンネルからの信号を分離、即ちデマルチプレクス
する。この分離の後に、信号は、垂直ビームのための信
号（Ｔ、）と斜方向ビームのための信号（Ｔ、・）に変
化する。

測定部は２個の発振器−（転））を備えている。垂直方
向の波、即ち縦波の伝搬速度と、斜方向の波、即ち横波
の伝搬速度との間の差により、２個の発振器（財）に）
はそれぞれ２個のチャンネルを通過する。

発振器例（財））は、ＮＡＮＤゲート（Ｎ、ＸＮ、）と
信号（Ｔ、、　）（１話）により駆動される。

信号（Ｔ、、）（Ｔ、υは、それぞれ単安定マルチバイ
ブレータ（Ｍ、）（Ｍ、）により遅れを生じさせ、送信
ゲート信号（Ｔｔｓ）（Ｔ１４）　Ｋ変換される。プロ
ーブ（２）は、図示していないプラスチックシートによ
り覆われているので、時間の遅れが必要である。使用の
際には、プラスチックシートは、検査されるレールへの
超音波伝動を好適にするべく、湿らしである。

信号（Ｔ、、）（Ｔ、、）は、それぞれＲＳフリップフ
ロップμｓ）（転））に送られる。ＲＳフリップフロッ
プ１２８１　ｉ８０＋は、２個のＮＡＮＤゲートをそれ
ぞれ構成するように示されている。しかしこれを修正し
てもよい。そこテ、信号（ＴＩｊ）の負方向パルスの側
端がフリップフロップ（ｌ！８）に到達すると、垂直発
振器−が作動し、ｚ（，４ｋＨｚの周波数の信号（Ｔ、
、）を発生する。

信号（Ｔ、、）はカウンタ国に導かれ、この実施例では
、１６ハルスを計数する。１６パルスの後に、カウンタ
０りはフリップフロップμｓ）を止め、次に垂直発振器
（２４１を閉じる。

単安定マルチバイブレータ（Ｍ、）、ＲＳフリップフロ
ップ−１斜方向発振器＠ン並びに斜方向カウンタ（ロ）
の各操作は、斜方向発振器Ｍがｌ０６ｋＨｚで作動し、
カウンタ０４）が８を計数する以外は、゛正確に一致す
る。

測定部は、また、信号（Ｔ＠ＸＴ、）’を生成するため
に、単安定マルチバイブレータ（Ｍ、）　（Ｍ＝）　ｆ
ｒ、　ｍ　、ｔている。信号（Ｔ＠）（Ｔ饅）は、それ
ぞれ（Ｔ、））（Ｔ、、）なる出力を生成する。

表示部は、それぞれ１６出力と８出力とを備える２個の
シフトレジスタ（至）０８１ヲ有している。シフトレジ
スタ（支））（至）は、それぞれ信号（Ｔ、、ＸＴ、、
）　’に受信する。シフトレジスタｃ１６）（至）は、
それぞれ発振器ｔ２４Ｉ（至）からの信号（Ｔ躇ＸＴ、
、）により計時される。単安定マルチバイブレータ（Ｍ
、）（Ｍ、）からの信号の立ち上がり部により、シフト
レジスター（至）１０に再セットする。

第３図に示すように、シフトレジスタ圓（至）は、クロ
ックパルスの数によりエコー信号を相殺する（例えば、
（Ｔ、、）と（Ｔ、、）に対する（Ｔ前）と同様に（Ｔ
、＠）と（Ｔ、りに対する（Ｔ膿）のように）。

クロック信号（Ｔ、、）（Ｔ、、）の最後の立ち上がり
部に従い、信号（Ｔ、、）（Ｔ、、）は、それぞれ（Ｔ
、、Ｘ　Ｔ、、）により、０に再び戻るまで、高い位置
を持続する。

そこで、次に述べるように、エコー信号によシ選択され
たダイオードを点灯するのに、十分に長い時間が経過す
る。

この実施例における、シフトレジスタ０６）（至）は、
バッファレジスタ（４旧４０により、１個以上Ｏ発光１
−イオードを点灯するために、それぞれ１６と８の出力
を有している。そこで発光ダイオードは、各チャンネル
のエコー信号により選択された出力により、点灯する。

即ち、点灯される発光ダイオードは、発光ダイオードよ
りなるアレイと接続された発振器、ＲＳフリップフロッ
プ、並びにカウンタの作動により決定される。しかし、
発振器が作動している間に、エコーがピックアップされ
ないと、実際には発光しない。

第２図にはまた、再充填動力源と接続されたスイッチ（
佃が示されている。さらに、第２図には、次に述べるよ
うに、測定ボタンが示されている。

第４図には、測定結果の表示と読み取り方法が示されて
いる。

表示部は２個のアレイ（４４）（４６）を備えている。

アレイ（伯は、垂直力向に並んだ１６個のターイオード
よりなり、アレイ（ト）は、斜方向に並んだ８個のダイ
オードよりなっている。これらのアレイ（４４）（４６
）により、それぞれ垂直力向のプローブチャンネル及び
斜方向のプローブチャンネルに対応して、ターイオード
を点灯する記憶部により、結果を同時に表示する。

第４図には、レール（６）に当てられたグローブ（２）
の５種類の位置（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（ＤＪ（ト）と、そ
れに対応するアレイよりなる各表示部が示されている。

位置（Ａｔでは、プレイ（４４）の中で、１個のターイ
オードだけがバックグラウンドに対応して点灯している
。これは、１５０Ｗ＋のレールの高さを表示している。

位置（均でも、プレイ（４４）の中で１個のダイオード
だけが点灯している。しかし、この点灯したダイオード
は、アレイ（４４Ｊの中央であり、バックグラウンドエ
コーは表示されない。これは、継目孔（６）の存在を表
示している。

位置（Ｃ１では、アレイ（４４）の中で、数個のターイ
オードが点灯している。これはバックグラウンドエコー
１示していない。これは、レールの上端部における、概
ね水平の亀裂から生じる複数のエコーを示している。

位置ｐで、再びバックグラウンドエコーがアレイ（９）
に現れる。アレ４０６）には、ダイオード（４６）が連
続して点灯している。これは、レールの上端部で、プロ
ーブ（２）が縦方向の亀裂を探針したことを示している
。

位置（ト）では、ダイオードは１個も点灯しないので、
バックグラウンドエコーは現われない。これは、継目孔
（６）から直線部が出ているのを示している０ 容易に読み取れるように、アレイ０滲の下部のターイオ
ード、例えば下部の３個、並びに中央のダイオード、例
えば中央の２個は緑色に着色され、他のすべてのダイオ
−９ドはオレンジ色に着色されているとよい。それによ
り、亀裂の表示をレールの高さや継目孔の表示から識別
することができる。

使用者が亀裂の存在にすぐ気付くように、一定のエコー
信号により、警鐘が作動するようにすることも可能であ
る。

第２図のように、測定ボタンを備えるのがよい。

このボタンは、斜方向チャンネルに使用されるもので、
例えば、第３図の信号（Ｔ、、Ｃ）と（Ｔ、、　Ｃ）に
示されるように、単安定マルチバイブレータ（Ｍ６）の
回路に静電容量を導入することにより、信号（Ｔ、＠）
を遅らせたり、信号（ＴＩ４）を延ばしたりすることが
出来る。

これにより、アレイ（財）内で、継目孔に対応する発光
ダイオードを点灯することが可能となるＯこれにより、
斜方向チャンネルの適当な作動を検査しうる。垂直力向
チャンネルにおいては、この検査は、垂直測定目盛で、
緑色のダイオードにより、レールの脚部を可視化させて
、容易に行うことが出来る。

以上は、本発明の好適な実施例を述べたもので、特許請
求の範囲を逸脱しない限り、他の実施例が認められるこ
とは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の概略図、第２図は、本発
明による回路のダイアグラム、第３図は、第２図に示す
回路より発生する種々の信号の波形を示す目、並びに 第４図は、レールの種々の位置に本発明による装置を置
いた図と、その発光ダイオードが示された表示部を示す
図である。 （１）電子的表示装置　　（２）プローブ（３）電源　
　　　　　　（４）再充電装置（６）レール　　　　　
　（６）（６’５継目孔叫クロツク　　　　　（１匂α
→送信機（ト）高電圧源　　　　　αｉｌ置装幅器−増
幅器　　　　　　−一発振器 μｓ）ＭＲＳフリップフロップ ０３２Ｃ３４）カウンタ　　　　（ト）（２）シフトレ
ジスタ（４Ｉ（４３バツフアレジスタ（４４）（４６）
アレイ囮スイッチ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）超音波により物体を検査する方法であって、第１
   超音波ビームを、第１の方向に、送信する段階と、 第２超音波ビームを、第１の方向とは異なる第２の方向
   に送信する段階と、 第１超音波ビームから超音波エコーを受信して、第１表
   示装置に表示する段階と、 第２超音波ビームから超音波エコーを受信して、第２表
   示装置に表示する段階とからなること１特徴とする方法
   。 （２）送信する段階を交互に行なうことを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項に記載の方法。 （８）第１の方向と第２の方向が、互いに角度をなして
   おり、かつ同一平面上にあることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項に記載の方法。 （４）第１の方向と第２の方向の関係角度が、７０゜＋
   あることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項に記載
   の方法。 （５）受信表示−階において、第１表示装置及び第２表
   示装置に、第１超音波ビームと第２超音波ビームからの
   エコーを、同時に表示させることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項若しくは第（２）項に記載の方法。 （６）第１表示装置及び第２表示装置が、第１超音波ビ
   ームと第２超音波ビームの間の幾例学的関係を表示する
   こと全特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の方
   法。 （７）物体が、第３の方向に延びたレールであり、第１
   の方向、第２の方向及び第３の方向が同一平面にあり、
   かつ第１の方向が、第３の方向と直角をなしていること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の方法。 （８）第１表示装置及び第２表示装置が、それぞれ発光
   ダイオードよりなる直線アレイであることを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項、第（６）項並びに第（７）
   項のいずれかに記載の方法。 （９）〜゛行でない２本の超音波ビームを送信し、この
   ビームの超音波エコーを検知する２チヤンネルプローブ
   と、ビームを生成したり、前記プローブにより検知され
   たエコーを受信したりするために、前記プローブと接続
   された送受信装置とを備える超音波分析装置。 叫　ビームにより定められた２方向に沿って測定したプ
   ローブからエコー生成不連続点までの間隔を計算するた
   めに、送受信装置と接続された計算装置ケ更に備えてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（９）項に記載の
   装置。 （１１測定され、計算された２個の間隔を同時に表示す
   るために、計算装置と接続された表示装置を更に備えて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第叫項に記載の装
   置。 （尊　表示装置が、第１表示装置と第２表示装置よりな
   り、各表示装置が、測定され、計算された２個の間隔の
   うちのいずれかと対応していることを特徴とする特許請
   求の範囲第０１）項に記載の装置。 アレイを備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
   （四項に記載の装置。 Ｃ１４）　　グローブが、送信信号を超音波ビームに変
   換するものと、超音波エコーを受信信号に変換するもの
   とよりなる２個の超音波変換器を備えていることを特徴
   とする特許請求の範囲第（９）項に記載の装置。 （ロ）送受信装置が、送信信号と受信信号を増幅する装
   置を更に備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
   （Ｌ→項に記載の装置。 （１６）増幅装置が、マルチプレクサを介して両刀の変
   換器と接続された入力と、デマルチプレクサと接続され
   た出力とを有していることを特徴とする特許請求の範囲
   第に）項に記載の装置。 ＜１７）　　計算装置が２チヤンネルよりなシ、各チャ
   ンネルが、超音波パルスの次に予め決った遅れ時間が続
   いた後に始動し、予め決った間隔で作動する発振器を備
   えていることを特徴とする特許請求の範囲第叫項に記載
   の装置。 （至）計算装置の各チャンネルがシフトレジスタを備え
   、この、？フトレジスタは発振器により計時され、かつ
   発光ダイオードのアレイと接続され、さらに、前記プレ
   イの中で、超音波エコーを検知し受信することにより、
   どのダイオードが付勢されたかを決定するようになって
   いることを特徴とする特許請求の範囲第（１７）項に記
   載の装置。 α９）少くとも１個の表示装置における少くとも１個の
   ダイオードが、他のダイオードと異なる色に着色されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第α８）項に記載
   の装置。 （財）計算装置を作動させ、表示装置に表示することに
   より、計算装置の測定を実証するようにした測定装置を
   更に備えていることを特徴とする特許請求の範囲第（９
   ）項に記載の装置。