車軸探傷装置及びその方法
【課題】
本発明の目的は、車軸の中心と探傷ヘッド中心との位置決め時間の短縮と車軸検査工数の低減を図ることができる車軸探傷装置及びその方法を提供することにある。
【解決手段】
本発明は、車輪を有する車軸をその端面で探傷ヘッドにより超音波探傷する車軸探傷装置において、前記車輪をレール上にて固定する車輪固定装置と、前記車軸の軸長方向に対して間隔を設けて前記車軸の高さを複数個所測定可能に配置した距離センサと、該距離センサで測定して得られた複数のデータを基に前記車軸中心に対する前記探傷ヘッド中心との高低差を演算する演算処理部と、前記車軸中心に対して前記探傷ヘッド中心の位置決めを行う駆動装置とを有することを特徴とする。
本発明の目的は、車軸の中心と探傷ヘッド中心との位置決め時間の短縮と車軸検査工数の低減を図ることができる車軸探傷装置及びその方法を提供することにある。
【解決手段】
本発明は、車輪を有する車軸をその端面で探傷ヘッドにより超音波探傷する車軸探傷装置において、前記車輪をレール上にて固定する車輪固定装置と、前記車軸の軸長方向に対して間隔を設けて前記車軸の高さを複数個所測定可能に配置した距離センサと、該距離センサで測定して得られた複数のデータを基に前記車軸中心に対する前記探傷ヘッド中心との高低差を演算する演算処理部と、前記車軸中心に対して前記探傷ヘッド中心の位置決めを行う駆動装置とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波装置を用いた鉄道車両用車軸等の新規な車軸探傷装置とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電車の車軸探傷装置は、特許文献１及び２に詳細に記載されている。空中超音波探触子と超音波の送受信を行う探触子(斜角・垂直探触子を組合せたもの)を配置した第1探触子ヘッド、超音波の送受信を行う探触子(斜角探触子)を配置した第2探触子ヘッド、第1探触子ヘッドと第2探触子ヘッドとの上下、左右、前後の移動及び回転を行う機構装置、第1探触子ヘッドと第2探触子ヘッドとの移動時の移動量を検出する移動量検出部、第1探触子ヘッドに配置された探触子、空中超音波探触子及び第2探触子ヘヅドに配置された探触子に超音波の送信指示、各探触子から入力した反射エコーを受信する超音波探傷器、超音波探傷器の出力を表示するディスプレイ、超音波探傷器の探傷データを入カしそのデータのグラフ表示や印字、超音波探傷器への車軸の長さや探傷ゲート等の各パラメータの設定を行うデータ処理部、第1の探触子ヘッドと車軸の端面との間及び第2の探触子ヘッドと車軸の円周上の表面との間のギャップに油の充填を行う給油ユニット、駆動装置及び給油ユニットに動作指令を行い、移動量検出部から第1の探触子ヘッドと第2の探触子ヘッドとの移動量を入カする操作・制御部、操作・制御部から移動量検出部が検出した移動量を入力し、駆動装置の戻り量を計算する演算部を有するものである。
【０００３】
又、特許文献３においては車軸を探傷する探触子を搭載した昇降体を車軸の軸芯に制御する制御装置を有することが示されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第2814889号公報
【特許文献２】特開平7-120443号公報
【特許文献３】特許第2813140号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の従来技術おいては、車軸の中心を求める基準として車軸センタ穴を利用しているので、距離センサは車軸センタ穴を横切って上下、左右に往復動作させる必要がある。しかし、車輪が消耗して車軸中心位置が下がった場合を想定すると車軸センタ穴の無い位置から上下、左右走査をして車軸センタ穴を検知する工程が必要となり、位置決めに時間がかかるという問題があった。又、上下、左右の２軸駆動機構の構築が必要なため装置製作及び制御システム構築に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
更に、近年は車軸の検査工数を短縮するため、軸箱本体を車軸に取付けた状態で探傷できる装置が求められているが、従来技術では探傷ヘッドが取付けボルトを含めた軸箱に干渉しない距離から車軸センタ穴を検出しようとすると車軸センタ穴境界部の位置検出精度が低下し、精度よく位置決めできないという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は、車軸の中心と探傷ヘッド中心との位置決め時間の短縮と車軸検査工数の低減を図ることができる車軸探傷装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、車輪を有する車軸をその端面で探傷ヘッドにより超音波探傷する車軸探傷装置において、前記車輪をレール上にて固定する車輪固定装置と、前記車軸の軸長方向に対して間隔を設けて前記車軸の高さを複数個所測定可能に配置した距離センサと、該距離センサで測定して得られた複数のデータを基に前記車軸中心に対する前記探傷ヘッド中心との高低差を演算する演算処理部と、前記車軸中心に対して前記探傷ヘッド中心の位置決めを行う駆動装置とを有することを特徴とする。
【０００９】
即ち、本発明は、左右方向の中心位置については車輪を固定するための専用装置を設置することで常に車軸中心を定位置で固定できるようにし、左右の位置検出を不要とすることで左右方向の駆動部制御をなくすことができ、又、上下方向については固定された車輪間の車軸中央近傍直下に距離センサを２個設置して車軸外周までの最短距離を測定し、このデータをもとに車軸端部中心に対する探傷ヘッド中心との高低差を演算する演算部を備え、車軸中心と探傷ヘッド中心の位置決めを行なう駆動機構を有するものである。
【００１０】
前記距離センサは、前記車軸の軸長方向に対して間隔を設けて前記車軸の高さを複数個所測定可能に配置した複数の距離センサからなり、各距離センサで各々前記車軸の高さを測定して得られたデータを基に前記車軸中心に対する前記探傷ヘッド中心との高低差を演算することが好ましい。
【００１１】
前記駆動装置は、前記探傷ヘッドと、該探傷ヘッドを固定し前記車軸端面に対する衝撃を吸収し所定の圧力で押圧する押圧手段と、前記探傷ヘッド及び押圧手段を回転させる回転機構部と、該回転機構部を搭載し前記探傷ヘッド及び押圧手段と共に前記車軸方向に移動可能な前後移動テーブルと、該前後移動テーブルを前後に移動させる前後駆動手段と、前記前後移動テーブル及び前後駆動手段を搭載する上下移動テーブルと、該上下移動テーブルを上下に移動させる上下駆動手段とを有すること、又、前記前後移動テーブルを搭載し左右に移動させる左右移動テーブルと、該左右移動テーブルを左右に移動させる左右駆動手段とを有することが好ましい。
【００１２】
前記車輪固定装置は、前記レール上で前記車輪の回転を阻止する２個の車輪固定具と、該車輪固定具を上下移動させる上下移動手段とを有すること、又、前記車輪の回転を阻止する２個の車輪固定具を有し、該車輪固定具の一方が前記車輪の前記レールとの接触面に対して接する方向に移動可能であること、更に、前記車輪固定具は、前記車輪の円周に沿って所定の間隔で設けられた２個の車輪保持ガイドを有し、該２個の車輪保持ガイドによってＶ字型を形成することが好ましい。
【００１３】
前記探傷ヘッドは、前記車軸の探傷面の軸芯を中心とする対応する位置に対称に配置された複数の探触子と、前記車軸の探傷基準穴を検出する近接センサと、前記軸芯に対応する位置に配置された円錐状の突起とを有すること、又、前記車軸の探傷面の軸芯を中心とする対応する位置に対称に配置された複数の探触子と、前記車軸の探傷基準穴を検出する近接センサと、前記車軸の探傷面との距離を検出する距離センサとを有することが好ましい。
【００１４】
接触媒質である油を前記探傷ヘッドへ供給する油供給ユニットと、前記探傷ヘッドの前後移動及び回転を制御する制御部と、探傷結果を演算する演算処理部と、演算データを処理するデータ処理部と、前記データを表示する表示装置とを有することが好ましく、特に制御部と、演算処理部と、データ処理部とを有する収録処理装置により予めプログラム設定することにより全自動探傷が可能とすることができる。
【００１５】
又、本発明は、車輪を有する車軸をその端面で探傷ヘッドにより超音波探傷する車軸探傷方法において、前記車輪をレール上で固定する工程と、前記車輪の内側における前記車軸の高さを軸方向に対して複数箇所測定する工程と、該測定して得られたデータを基に前記車軸中心に対する前記探傷ヘッド中心との高低差を求め、該求められた値に基づいて前記車軸中心に対して前記探傷ヘッド中心の位置決めを行う工程と、前記超音波探傷を行う工程とを順次有することを特徴とし、特に、車輪をレール上で固定する工程の後の工程を予めプログラム設定することによって自動的に行うことができる。
【００１６】
更に、本発明は、車輪を有する車軸をその端面で探傷ヘッドにより超音波探傷する車軸探傷装置用車輪固定装置において、前記車輪をレール上にて固定する前記車輪の円周に沿って所定の間隔で設けられた２個の車輪保持ガイドと、該車輪保持ガイドを上下移動させる上下駆動手段とを有し、前記２個の車輪保持ガイドによって前記車輪をＶ型に固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、車軸の中心と探傷ヘッド中心との位置決め時間の短縮と車軸検査工数の低減を図ることができる車軸探傷装置及びその方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的な実施例によって説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明に係る車軸探傷装置の一実施例を示す全体構成図である。図１に示すように、検査対象は車軸１であり、車輪２、２ａ、軸箱３、３ａを有する。探傷ヘッド５、５ａはそれを上下、左右、前後及び回転させるための駆動装置４、４ａに設けられる。車輪２、２ａはレール６、６ａ上に搭載され、車輪固定装置７、７ａによって固定される。他、本発明に係る車軸探傷装置は、探傷ヘッド５、５ａに配置された探触子にパルス信号を送信および超音波エコーを受信するための超音波探傷器３１、車輪固定装置７、７ａを駆動するための車輪固定用エアーシリンダ、探傷ヘッド５、５ａを車軸１の端面に押し付けるためのエアーシリンダ駆動用の圧縮空気供給ユニット３２、探触子と車軸１の探傷面の音響結合をするために供給される油供給ユニット３３を有する。
【００２０】
探傷データの収録処理装置２２は、探傷データを処理するためのデータ処理部２３、演算処理部２４及び駆動装置４、４ａ、超音波探傷器３１、圧縮空気供給ユニット３２を制御するための操作スイッチを有する制御部２５から構成される。データ処理部２３の処理結果は表示装置２１に表示される。
【００２１】
距離センサ８、８ａはレール６、６ａに対して平行で、車軸１の軸長方向に所定の間隔で設けられ、車軸１の所定の間隔で２箇所の高さが測定される。測定されたデータを基に車軸１の両端部中心の各々の高さを基に探傷ヘッド５、５ａ中心との高低差を演算処理部２４で演算される。その演算により車軸１の両端部中心と探傷ヘッド５、５ａ中心との位置決めを行なう駆動装置４、４ａを有する。
【００２２】
図２は探傷ヘッドを駆動させる駆動装置の斜視図である。図２に示すように、駆動装置４、４ａは、探傷ヘッド５、５ａを車軸１に押付けたときの衝撃を吸収すると共に探傷面１１ａの圧力を一定とするための押圧手段となるエアシリンダ４１、探傷ヘッド５、５ａの探触子ケーブルを巻き取るケーブル巻き取り部４２、探傷ヘッド５、５ａを回転させる回転機構部４３、探傷ヘッド５、５ａと共に回転機構部４３を前後に移動させ搭載するための前後移動テーブル４４、前後移動テーブル４４を上下に移動させるためのエアーシリンダーによる上下駆動手段により上下移動テーブル４６を有する。
【００２３】
図３は探傷前後の探傷ヘッドと車軸端部を示す断面図である。図３（ａ）は探傷前の探傷ヘッドと車軸が離れている状態を示し、図３（ｂ）は探傷状態であって探傷ヘッドと車軸が接触している状態を示している。図３に示すように、車軸１の探傷面１１には、車軸１の中心を示す車軸センター穴１２、探傷基準穴１３を有し、探傷ヘッド５、５ａには車軸センター穴１２に対応して挿入され使用される油を節約するための突起５１が設けられている。
【００２４】
図４は、車輪固定装置とその動作を示す構成図であり、図４（ａ）は車輪固定前の状態を示し、図４（ｂ）は固定後の状態を示す図である。図４に示すように、車輪２はレール６上に車輪２の円周面に沿って設けられた２個の車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂによって形成されるＶ字型により固定される。車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂは車輪保持機構７２に保持され、それを上下移動させる車輪固定用エアシリンダ７１による上下移動手段を有し、車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂの上への移動に伴って左右への移動が起こり、車輪２と車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂとが接触し、両方の車輪２が予め定められた位置に固定され、駆動装置による探傷ヘッド５、５ａの左右への調整を行うことなく固定することができる。車輪固定用エアシリンダ７１による移動は全体を持ち上げるものではなく、車輪１を固定する程度のものである。
【００２５】
車輪２を車輪固定装置７のＶ字型をした車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂの間に保持した状態で図１に示す圧縮空気供給ユニット３２から車輪固定装置７の車輪固定用エアシリンダ７１に圧縮空気を供給し、車輪保持機構７２を上昇させる。車輪保持機構７２には車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂが固定されているため、始めに車輪保持ガイド７２ａと車輪２が接触し、車輪２を車輪保持ガイド７２ｂの方向に移動させると共に車輪保持ガイド７２ｂに当たった位置で停止させ、車輪２を固定する。この時、車輪２が固定された状態において車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂがＶ字型をしていることで、車軸１の左右方向の中心位置は車輪２の外径寸法が変化しても一定となる。
【００２６】
図５は探傷ヘッドの斜視図であり、図５（ａ）は車軸との接触面側を示し、図５（ｂ）は探触子ケーブル引出し状態を示す斜視図である。図５に示すように、探傷ヘッドは、車軸１の探傷面の軸芯を中心とする対応する位置に対称に配置された３個の探触子５４と、車軸１の探傷基準穴１３を検出する近接センサ５５と、軸芯に対応する位置に配置された円錐形状の油節約のための油節約突起５１とを有し、更に、油保持溝５２、油供給穴５３、油供給チューブ５３ａ、探触子ケーブル５４ａ、近接センサケーブル５５ａを有する。探触子５４はいずれも探傷ヘッドのベース面より僅かに凹んでおり、探傷面に油が供給される。各探触子５４は車軸１の探傷面に対して車軸１の探傷すべき位置に傾斜させて向けるようにスペーサが挿入される。
【００２７】
図６は本発明の動作を示すフロー図である。駆動装置４と駆動装置４ａの動作は同一のため駆動装置４の動作について説明する。図１において、収録処理装置２２により探傷パラメータＳ１を設定する。次に車輪２を車輪固定装置７により車軸固定Ｓ２する。この車輪固定動作は前述した図４に示す通りである。図１において、車輪２が固定されていることを確認し、制御部２５に取付けられた探傷開始スイッチを押すことで以下の探傷動作が自動的に開始される。
【００２８】
始めに距離センサ８、８ａで車軸１までの最短距離を測定することにより車軸中心位置検出Ｓ３が行われる。距離センサ８、８ａの値が同一であれば車軸は高さ方向の傾きがなく水平であり、距離センサ８、８ａの値に差がでた場合には車輪２の磨耗により車軸１が傾いていることになる。車軸１の外径寸法及び車軸１の長さは決まっているので、距離センサ８、８ａの値を演算処理部２４で演算することで図３（ａ）に示す探傷面１１に加工された車軸センタ穴１２の高さ方向における中心位置を演算する。さらに探傷ヘッド５の中心位置との距離を演算し、上下移動テーブル４６の移動距離を制御部２５に送る。制御部２５は図２に示す駆動装置４の上下移動テーブル４６を演算処理部２４で求めた位置まで移動させて車軸中心と探傷ヘッド５の中心を一致させる。
【００２９】
次に、図１に示す制御部２５は図２に示す前後移動テーブル４４を駆動し、探傷ヘッド５の先端部を図３（ａ）に示す探傷面１１の直前まで移動させ、図２に示すエアシリンダ４１を駆動して探傷ヘッド５を図３（ｂ）に示すように車軸１の探傷面１１に押付ける。この時、図３に示す探傷ヘッド５の中心に取付けられた油節約突起５１は車軸センタ穴１２を塞ぐ状態となる。
【００３０】
次に、制御部２５は油供給ユニット３３を制御し、図５ｂに示す油供給チューブ５３ａを通して図５ａに示す油供給穴５３から油保持機構５２に油を供給し、一定時間経過後に油の供給を停止する。
【００３１】
次に、制御部２５は図２に示す駆動装置４の回転機構部４３を制御して探傷ヘッド５を回転させ、図５（ａ）に示す近接センサ５５により図３（ａ）に示す探傷基準穴１３を検出Ｓ４し、探傷開始位置を設定する。先に探傷ヘッド５の油保持機構５２に供給された油は図３に示す探傷基準穴１３を検知するために回転することで油保持機構５２内で循環しながら図５に示す探触子５４の表面と図３に示す探傷面１１の間に浸透して音響結合され探傷可能状態となる。又、図５（ｂ）に示すように探傷ヘッド５から引き出された油供給チューブ５３ａ、探触子ケーブル５４ａ、近接センサケーブル５５ａのケーブル及びチューブは探傷ヘッド５の回転と共に回転するが、何ら対策をしない場合、駆動装置４に巻き付いて動作できない状態となる恐れがあるため、図２に示すケーブル巻取り部４２に巻き付く構造とし駆動装置４の動作に支障のない構造とした。
【００３２】
次に、探傷開始位置から探傷面１１の周方向に１周３６０°回転させて探傷Ｓ５しながら収録処理装置２２のデータ処理部２３で探傷データを処理し、欠陥の有無を判断すると共に表示装置２１に欠陥の有無表示Ｓ６を出力する。最後に図２に示す回転機構部４３を探傷開始状態まで回転させて初期状態に戻し、ケーブル巻取り部４２に巻きついているケーブル、チューブを巻き戻しＳ７、終了する。
【００３３】
以上、本実施例によれば、車軸１の左右の位置決め時間の短縮と共に、制御系のシステム構築時間短縮及び車軸１に軸箱３を取り付けた状態で車軸１の中心位置を検出することができ、車軸検査工数の低減を図ることができる。
【００３４】
又、本実施例によれば、車輪固定装置７により車輪２、２ａが所定の位置に位置決めされるので、従来車軸センタ穴を利用した位置決め方式で必要であった車軸中心位置検出のための左右方向の制御が不要となり作業時間の短縮、制御系のシステム構築時間短縮及び装置を小型化できるという効果を奏すると共に、車軸センタ穴１２を走査しないため車軸センタ穴１２の検出時に探傷ヘッド５に取付けたセンサが軸箱３と干渉する問題点もなくなり、軸箱３を取付けた状態であっても車軸中心位置の検出が可能となるので、探傷のための軸箱３の取り外し作業がなくなり車軸の検査工数を短縮する。
【００３５】
更に、距離センサ８、８ａを２個使用することで車輪２が消耗し、左右の車輪外径寸法に差が発生した場合においても距離の差から車軸１の上下方向の傾きを演算して車軸両端におけるそれぞれの車軸中心位置を求めることができる効果がある。尚、本実施例では、２個の距離センサを用いているが、１個でもそれを移動させて用いることにより２個の場合と同様に測定できる。
【実施例２】
【００３６】
図７は本発明に係る他の車軸探傷装置の全体構成図である。図７に示すように、車軸探傷装置は、検査対象の車軸１は、車輪２、２ａを有し、レール６、６ａ上に搭載されている。図７に示すように、探傷ヘッド５、５ａを、上下、左右、前後及び回転させるための駆動装置４、４ａ、探傷ヘッド５、５ａに配置された探触子にパルス信号を送信および超音波エコーを受信するための超音波探傷器３１、車軸端面に探傷ヘッドを押し付けるためのエアーシリンダ駆動用の空気圧縮機供給ユニット３２、探傷データの収録処理装置２２、探傷データを処理するためのデータ処理部２３と、演算処理部２４、駆動装置４、４ａ、超音波探傷器３１、圧縮空気供給ユニット３２を制御するための操作スイッチ付き制御部２５から構成される。データ処理部の処理結果は表示装置２１に表示される。
【００３７】
又、実施例１と同様に、距離センサ８、８ａが車軸１の軸長方向に所定の間隔で設けられ、距離センサ８、８ａで測定されたデータを基に車軸端部中心に対する探傷ヘッド５、５ａ中心との高低差を演算処理部２４で演算し、その演算結果を基に車軸１の端部中心と探傷ヘッド５、５ａの中心との高さ方向の位置決めが駆動装置４、４ａによって行なわれる。本実施例においても、距離センサ８、８ａによって車軸の高さが測定され、両端での高さ方向での各中心位置が求められるので、その後の左右の車軸１の端部中心と探傷ヘッド５、５ａの中心位置を駆動装置４、４ａによって簡単に合わせることができる。
【００３８】
図８は、探傷時において車輪が移動しないように固定するための車輪固装置を示す図である。図８（ａ）は車輪固定装置の正面図及び図８（ｂ）は車輪の固定状態を示した斜視図である。図８に示すように、車輪１は、レール６に乗ったまま車輪固定装置にて固定される。車輪固定装置は、２個の車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂがそれぞれ車輪２を所定の停止位置を決めるための位置決めアーム９ｂと、可動アーム９ａに設けられる。位置決めアーム９ｂと、可動アーム９ａとはアーム固定具９に設けられる。先ず、車輪２を位置決めアーム９ｂの車輪保持ガイド７２ｂに押し付け、次に可動アーム９ａの車輪保持ガイド７２ｂを挿入して固定するものである。いずれの車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂも車輪２に対してＶ字型となるように、車輪２との接触面が車輪２の傾斜に沿って傾斜した構造を有する。本車輪固定装置においても、その位置を車輪２の回転中心に固定することにより実施例１と同様に車輪２がその回転中心に固定することができる。
【００３９】
図９は、本発明に係る探傷ヘッドの平面図である。図９に示すように、探傷ヘッドは、３個の探触子５４、探傷基準穴１３を検出するための近接センサ５５、探触子５４探傷面との距離を測定する距離センサ５６を有し、探触子５４はいずれもベース面と同じ面になっている。又、探傷ヘッドの裏側は各センサのケーブルが設けられている。
【００４０】
図１０は、車軸センタ穴中心位置の検出手順を示す図であり、図１０（ａ）が車軸端部を側面から見た一部断面図、図１０（ｂ）が車軸端面における左右方向の車軸中心位置の求め方を示した平面図である。図１０（ａ）に示すように、車軸１の探傷部は車軸端部における探傷面１１、車軸センタ穴１２、探傷面１１に加工された探傷基準穴１３を有する。車軸１の中心位置を検出する距離センサ５６が図７に示す探傷ヘッド５の先端部中心に設けられている。距離センサ５６によって車軸センタ穴１２に対してＬ１及びＬ２の各位置が検出され、その後にそれらの距離から戻り量が算出され、車軸１の中心位置が求められる。その値を基に駆動装置によって探傷ヘッド５が探傷面１１に設定される。
【００４１】
図１１は、本実施例の探傷ヘッドの駆動装置を示す斜視図である。本駆動装置は、探傷ヘッド５を車軸１に押付けたときの衝撃を吸収すると共に探傷面の圧力を一定とするための押圧手段のエアシリンダ４１、各ケーブルを巻き取るケーブル巻き取り部４２、探傷ヘッド５，５ａと共に回転機構部４３を前後に移動させるための前後移動テーブル４４、前後移動テーブル４４を左右に移動させるための左右移動テーブル４５、左右移動テーブル４５を上下に移動させるための上下移動テーブル４６、上下移動テーブル４６を上下に駆動させる上下駆動手段を有する。
【００４２】
次に各動作について説明する。駆動装置４と駆動装置４ａの動作は同一のため、駆動装置４について動作を説明する。始めに、図８に示すように、車輪２を車輪固装置の位置決めアーム９ｂの車輪保持ガイド７２ｂに押し当てた後、可動アーム９ａを回して車輪保持ガイド７２ａを車輪２に対してしっかりと押し付けて固定する。
【００４３】
次に、図９に示す探触子５４と図１０に示す探傷面１１の音響結合をさせるための油を探触子５４及び探傷面１１に塗布する。各探触子５４はそれぞれ探傷位置が設定された角度に向けられて設定される。
【００４４】
次に、図７に示す制御部２５に取付けられている探傷開始スイッチを押すと駆動装置４は図１１に示す上下移動テーブル４６を制御し、新品車輪の中心位置まで距離センサ５６を移動させる。次に左右移動テーブル４５を制御し図１０（ｂ）に示す開始点ａ１から終了点ａ２まで距離センサ５６を移動させる。このとき、開始点ａ１、終了点ａ２及び距離センサ５６で検出した車軸センタ穴１２の変異点Ｌ１、Ｌ２の位置情報を演算処理部２４に送る。高さ方向については、距離センサ８、８ａによって測定され、車軸中心が設定せれており、その位置情報を演算処理部２４に送る。
【００４５】
図７に示す演算処理部２４は得られた車軸センタ穴１２の変異点Ｌ１、Ｌ２の位置情報と予め設定されている探傷ヘッド５、距離センサ５６との位置関係から探傷ヘッド５の中心を車軸１の中心に一致させるための移動量を演算し制御部２５に送る。制御部２５は図１１に示す上下移動テーブル４６、左右移動テーブル４５を制御して演算処理部２４で求めた移動量だけ探傷ヘッド５を移動させ、車軸中心と探傷ヘッド５の中心を一致させる。
【００４６】
次に、制御部２５は前後移動テーブル４４を制御し、探傷ヘッド５を探傷面１１に近づけたのち探傷ヘッド押付け用エアシリンダ４１を駆動して探傷ヘッド５を探傷面１１に押付ける。
【００４７】
次に、回転機構部４３を回転させ、車軸１に加工されている探傷基準穴１３を検出し探傷開始位置を設定する。
【００４８】
次に、探傷開始位置から探傷ヘッド５を回転機構部４３により３６０°回転させ、超音波探傷器３１により探傷しながらデータ処理部２３で探傷波形を処理し欠陥の有無を判断すると共に表示装置２１に出力する。ケーブル巻取り部４２は探傷ヘッド５の回転によるケーブル長の過不足を調整すると共に駆動装置４へのケーブル巻き付きを防ぐことができる。
【００４９】
本実施例においても、実施例１と同様に、車軸左右の位置決め時間の短縮と共に、制御系のシステム構築時間短縮及び車軸に軸箱本体を取り付けた状態で車軸中心位置を検出することで車軸検査工数の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る車軸探傷装置を示す全体構成図である。
【図２】本発明に係る探傷ヘッドを駆動させる駆動装置の斜視図である。
【図３】本発明に係る探傷前後の探傷ヘッドと車軸端部の断面図である。
【図４】本発明に係る車輪固定装置とその動作を示す構成図である。
【図５】本発明に係る探傷ヘッドの斜視図である。
【図６】本発明の動作を示すフロー図である。
【図７】本発明に係る車軸探傷装置を示す全体構成図である
【図８】本発明に係る車輪固装置を示す構成図である
【図９】本発明に係る探傷ヘッドの探触子の配置を示す平面図である
【図１０】本発明に係る車軸探傷装置における車軸センタ穴中心位置の検出手順を示す図である。
【図１１】本発明に係る装置の探傷ヘッドを駆動させる駆動装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…車軸、１１、１１ａ…探傷面、１２…車軸センタ穴、１３…探傷基準穴、２、２ａ…車輪、２１…表示装置、２２…収録処理装置、２３…データ処理部、２４…演算処理部、２５…制御部、３、３ａ…軸箱、３１…超音波探傷器、３２…圧縮空気供給ユニット、３３…油供給ユニット、４、４ａ…駆動装置、４１…エアシリンダ、４２…ケーブル巻取り部、４３…回転機構部、４４…前後移動テーブル、４５…左右移動テーブル、４６…上下移動テーブル、５、５ａ…探傷ヘッド、５１…突起、５２…油保持溝、５３…油供給穴、５３ａ…油供給チューブ、５４…探触子、５４ａ…探触子ケーブル、５５…近接センサ、５５ａ…近接センサケーブル、５６…距離センサ、６、６ａ…レール、７、７ａ…車輪固定装置、７１…車輪固定用エアシリンダ、７２…車輪保持機構、７２ａ、７２ｂ…車輪保持ガイド、８、８ａ…距離センサ、９…アーム固定具、９ａ…可動アーム、９ｂ…位置決めアーム、Ｌ１…車軸センタ穴端部、Ｌ２…車軸センタ穴端部、Ｌ３…車軸センタ穴端部、Ｌ４…車軸センタ穴端部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波装置を用いた鉄道車両用車軸等の新規な車軸探傷装置とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電車の車軸探傷装置は、特許文献１及び２に詳細に記載されている。空中超音波探触子と超音波の送受信を行う探触子(斜角・垂直探触子を組合せたもの)を配置した第1探触子ヘッド、超音波の送受信を行う探触子(斜角探触子)を配置した第2探触子ヘッド、第1探触子ヘッドと第2探触子ヘッドとの上下、左右、前後の移動及び回転を行う機構装置、第1探触子ヘッドと第2探触子ヘッドとの移動時の移動量を検出する移動量検出部、第1探触子ヘッドに配置された探触子、空中超音波探触子及び第2探触子ヘヅドに配置された探触子に超音波の送信指示、各探触子から入力した反射エコーを受信する超音波探傷器、超音波探傷器の出力を表示するディスプレイ、超音波探傷器の探傷データを入カしそのデータのグラフ表示や印字、超音波探傷器への車軸の長さや探傷ゲート等の各パラメータの設定を行うデータ処理部、第1の探触子ヘッドと車軸の端面との間及び第2の探触子ヘッドと車軸の円周上の表面との間のギャップに油の充填を行う給油ユニット、駆動装置及び給油ユニットに動作指令を行い、移動量検出部から第1の探触子ヘッドと第2の探触子ヘッドとの移動量を入カする操作・制御部、操作・制御部から移動量検出部が検出した移動量を入力し、駆動装置の戻り量を計算する演算部を有するものである。
【０００３】
又、特許文献３においては車軸を探傷する探触子を搭載した昇降体を車軸の軸芯に制御する制御装置を有することが示されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第2814889号公報
【特許文献２】特開平7-120443号公報
【特許文献３】特許第2813140号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の従来技術おいては、車軸の中心を求める基準として車軸センタ穴を利用しているので、距離センサは車軸センタ穴を横切って上下、左右に往復動作させる必要がある。しかし、車輪が消耗して車軸中心位置が下がった場合を想定すると車軸センタ穴の無い位置から上下、左右走査をして車軸センタ穴を検知する工程が必要となり、位置決めに時間がかかるという問題があった。又、上下、左右の２軸駆動機構の構築が必要なため装置製作及び制御システム構築に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
更に、近年は車軸の検査工数を短縮するため、軸箱本体を車軸に取付けた状態で探傷できる装置が求められているが、従来技術では探傷ヘッドが取付けボルトを含めた軸箱に干渉しない距離から車軸センタ穴を検出しようとすると車軸センタ穴境界部の位置検出精度が低下し、精度よく位置決めできないという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は、車軸の中心と探傷ヘッド中心との位置決め時間の短縮と車軸検査工数の低減を図ることができる車軸探傷装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、車輪を有する車軸をその端面で探傷ヘッドにより超音波探傷する車軸探傷装置において、前記車輪をレール上にて固定する車輪固定装置と、前記車軸の軸長方向に対して間隔を設けて前記車軸の高さを複数個所測定可能に配置した距離センサと、該距離センサで測定して得られた複数のデータを基に前記車軸中心に対する前記探傷ヘッド中心との高低差を演算する演算処理部と、前記車軸中心に対して前記探傷ヘッド中心の位置決めを行う駆動装置とを有することを特徴とする。
【０００９】
即ち、本発明は、左右方向の中心位置については車輪を固定するための専用装置を設置することで常に車軸中心を定位置で固定できるようにし、左右の位置検出を不要とすることで左右方向の駆動部制御をなくすことができ、又、上下方向については固定された車輪間の車軸中央近傍直下に距離センサを２個設置して車軸外周までの最短距離を測定し、このデータをもとに車軸端部中心に対する探傷ヘッド中心との高低差を演算する演算部を備え、車軸中心と探傷ヘッド中心の位置決めを行なう駆動機構を有するものである。
【００１０】
前記距離センサは、前記車軸の軸長方向に対して間隔を設けて前記車軸の高さを複数個所測定可能に配置した複数の距離センサからなり、各距離センサで各々前記車軸の高さを測定して得られたデータを基に前記車軸中心に対する前記探傷ヘッド中心との高低差を演算することが好ましい。
【００１１】
前記駆動装置は、前記探傷ヘッドと、該探傷ヘッドを固定し前記車軸端面に対する衝撃を吸収し所定の圧力で押圧する押圧手段と、前記探傷ヘッド及び押圧手段を回転させる回転機構部と、該回転機構部を搭載し前記探傷ヘッド及び押圧手段と共に前記車軸方向に移動可能な前後移動テーブルと、該前後移動テーブルを前後に移動させる前後駆動手段と、前記前後移動テーブル及び前後駆動手段を搭載する上下移動テーブルと、該上下移動テーブルを上下に移動させる上下駆動手段とを有すること、又、前記前後移動テーブルを搭載し左右に移動させる左右移動テーブルと、該左右移動テーブルを左右に移動させる左右駆動手段とを有することが好ましい。
【００１２】
前記車輪固定装置は、前記レール上で前記車輪の回転を阻止する２個の車輪固定具と、該車輪固定具を上下移動させる上下移動手段とを有すること、又、前記車輪の回転を阻止する２個の車輪固定具を有し、該車輪固定具の一方が前記車輪の前記レールとの接触面に対して接する方向に移動可能であること、更に、前記車輪固定具は、前記車輪の円周に沿って所定の間隔で設けられた２個の車輪保持ガイドを有し、該２個の車輪保持ガイドによってＶ字型を形成することが好ましい。
【００１３】
前記探傷ヘッドは、前記車軸の探傷面の軸芯を中心とする対応する位置に対称に配置された複数の探触子と、前記車軸の探傷基準穴を検出する近接センサと、前記軸芯に対応する位置に配置された円錐状の突起とを有すること、又、前記車軸の探傷面の軸芯を中心とする対応する位置に対称に配置された複数の探触子と、前記車軸の探傷基準穴を検出する近接センサと、前記車軸の探傷面との距離を検出する距離センサとを有することが好ましい。
【００１４】
接触媒質である油を前記探傷ヘッドへ供給する油供給ユニットと、前記探傷ヘッドの前後移動及び回転を制御する制御部と、探傷結果を演算する演算処理部と、演算データを処理するデータ処理部と、前記データを表示する表示装置とを有することが好ましく、特に制御部と、演算処理部と、データ処理部とを有する収録処理装置により予めプログラム設定することにより全自動探傷が可能とすることができる。
【００１５】
又、本発明は、車輪を有する車軸をその端面で探傷ヘッドにより超音波探傷する車軸探傷方法において、前記車輪をレール上で固定する工程と、前記車輪の内側における前記車軸の高さを軸方向に対して複数箇所測定する工程と、該測定して得られたデータを基に前記車軸中心に対する前記探傷ヘッド中心との高低差を求め、該求められた値に基づいて前記車軸中心に対して前記探傷ヘッド中心の位置決めを行う工程と、前記超音波探傷を行う工程とを順次有することを特徴とし、特に、車輪をレール上で固定する工程の後の工程を予めプログラム設定することによって自動的に行うことができる。
【００１６】
更に、本発明は、車輪を有する車軸をその端面で探傷ヘッドにより超音波探傷する車軸探傷装置用車輪固定装置において、前記車輪をレール上にて固定する前記車輪の円周に沿って所定の間隔で設けられた２個の車輪保持ガイドと、該車輪保持ガイドを上下移動させる上下駆動手段とを有し、前記２個の車輪保持ガイドによって前記車輪をＶ型に固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、車軸の中心と探傷ヘッド中心との位置決め時間の短縮と車軸検査工数の低減を図ることができる車軸探傷装置及びその方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的な実施例によって説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明に係る車軸探傷装置の一実施例を示す全体構成図である。図１に示すように、検査対象は車軸１であり、車輪２、２ａ、軸箱３、３ａを有する。探傷ヘッド５、５ａはそれを上下、左右、前後及び回転させるための駆動装置４、４ａに設けられる。車輪２、２ａはレール６、６ａ上に搭載され、車輪固定装置７、７ａによって固定される。他、本発明に係る車軸探傷装置は、探傷ヘッド５、５ａに配置された探触子にパルス信号を送信および超音波エコーを受信するための超音波探傷器３１、車輪固定装置７、７ａを駆動するための車輪固定用エアーシリンダ、探傷ヘッド５、５ａを車軸１の端面に押し付けるためのエアーシリンダ駆動用の圧縮空気供給ユニット３２、探触子と車軸１の探傷面の音響結合をするために供給される油供給ユニット３３を有する。
【００２０】
探傷データの収録処理装置２２は、探傷データを処理するためのデータ処理部２３、演算処理部２４及び駆動装置４、４ａ、超音波探傷器３１、圧縮空気供給ユニット３２を制御するための操作スイッチを有する制御部２５から構成される。データ処理部２３の処理結果は表示装置２１に表示される。
【００２１】
距離センサ８、８ａはレール６、６ａに対して平行で、車軸１の軸長方向に所定の間隔で設けられ、車軸１の所定の間隔で２箇所の高さが測定される。測定されたデータを基に車軸１の両端部中心の各々の高さを基に探傷ヘッド５、５ａ中心との高低差を演算処理部２４で演算される。その演算により車軸１の両端部中心と探傷ヘッド５、５ａ中心との位置決めを行なう駆動装置４、４ａを有する。
【００２２】
図２は探傷ヘッドを駆動させる駆動装置の斜視図である。図２に示すように、駆動装置４、４ａは、探傷ヘッド５、５ａを車軸１に押付けたときの衝撃を吸収すると共に探傷面１１ａの圧力を一定とするための押圧手段となるエアシリンダ４１、探傷ヘッド５、５ａの探触子ケーブルを巻き取るケーブル巻き取り部４２、探傷ヘッド５、５ａを回転させる回転機構部４３、探傷ヘッド５、５ａと共に回転機構部４３を前後に移動させ搭載するための前後移動テーブル４４、前後移動テーブル４４を上下に移動させるためのエアーシリンダーによる上下駆動手段により上下移動テーブル４６を有する。
【００２３】
図３は探傷前後の探傷ヘッドと車軸端部を示す断面図である。図３（ａ）は探傷前の探傷ヘッドと車軸が離れている状態を示し、図３（ｂ）は探傷状態であって探傷ヘッドと車軸が接触している状態を示している。図３に示すように、車軸１の探傷面１１には、車軸１の中心を示す車軸センター穴１２、探傷基準穴１３を有し、探傷ヘッド５、５ａには車軸センター穴１２に対応して挿入され使用される油を節約するための突起５１が設けられている。
【００２４】
図４は、車輪固定装置とその動作を示す構成図であり、図４（ａ）は車輪固定前の状態を示し、図４（ｂ）は固定後の状態を示す図である。図４に示すように、車輪２はレール６上に車輪２の円周面に沿って設けられた２個の車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂによって形成されるＶ字型により固定される。車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂは車輪保持機構７２に保持され、それを上下移動させる車輪固定用エアシリンダ７１による上下移動手段を有し、車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂの上への移動に伴って左右への移動が起こり、車輪２と車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂとが接触し、両方の車輪２が予め定められた位置に固定され、駆動装置による探傷ヘッド５、５ａの左右への調整を行うことなく固定することができる。車輪固定用エアシリンダ７１による移動は全体を持ち上げるものではなく、車輪１を固定する程度のものである。
【００２５】
車輪２を車輪固定装置７のＶ字型をした車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂの間に保持した状態で図１に示す圧縮空気供給ユニット３２から車輪固定装置７の車輪固定用エアシリンダ７１に圧縮空気を供給し、車輪保持機構７２を上昇させる。車輪保持機構７２には車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂが固定されているため、始めに車輪保持ガイド７２ａと車輪２が接触し、車輪２を車輪保持ガイド７２ｂの方向に移動させると共に車輪保持ガイド７２ｂに当たった位置で停止させ、車輪２を固定する。この時、車輪２が固定された状態において車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂがＶ字型をしていることで、車軸１の左右方向の中心位置は車輪２の外径寸法が変化しても一定となる。
【００２６】
図５は探傷ヘッドの斜視図であり、図５（ａ）は車軸との接触面側を示し、図５（ｂ）は探触子ケーブル引出し状態を示す斜視図である。図５に示すように、探傷ヘッドは、車軸１の探傷面の軸芯を中心とする対応する位置に対称に配置された３個の探触子５４と、車軸１の探傷基準穴１３を検出する近接センサ５５と、軸芯に対応する位置に配置された円錐形状の油節約のための油節約突起５１とを有し、更に、油保持溝５２、油供給穴５３、油供給チューブ５３ａ、探触子ケーブル５４ａ、近接センサケーブル５５ａを有する。探触子５４はいずれも探傷ヘッドのベース面より僅かに凹んでおり、探傷面に油が供給される。各探触子５４は車軸１の探傷面に対して車軸１の探傷すべき位置に傾斜させて向けるようにスペーサが挿入される。
【００２７】
図６は本発明の動作を示すフロー図である。駆動装置４と駆動装置４ａの動作は同一のため駆動装置４の動作について説明する。図１において、収録処理装置２２により探傷パラメータＳ１を設定する。次に車輪２を車輪固定装置７により車軸固定Ｓ２する。この車輪固定動作は前述した図４に示す通りである。図１において、車輪２が固定されていることを確認し、制御部２５に取付けられた探傷開始スイッチを押すことで以下の探傷動作が自動的に開始される。
【００２８】
始めに距離センサ８、８ａで車軸１までの最短距離を測定することにより車軸中心位置検出Ｓ３が行われる。距離センサ８、８ａの値が同一であれば車軸は高さ方向の傾きがなく水平であり、距離センサ８、８ａの値に差がでた場合には車輪２の磨耗により車軸１が傾いていることになる。車軸１の外径寸法及び車軸１の長さは決まっているので、距離センサ８、８ａの値を演算処理部２４で演算することで図３（ａ）に示す探傷面１１に加工された車軸センタ穴１２の高さ方向における中心位置を演算する。さらに探傷ヘッド５の中心位置との距離を演算し、上下移動テーブル４６の移動距離を制御部２５に送る。制御部２５は図２に示す駆動装置４の上下移動テーブル４６を演算処理部２４で求めた位置まで移動させて車軸中心と探傷ヘッド５の中心を一致させる。
【００２９】
次に、図１に示す制御部２５は図２に示す前後移動テーブル４４を駆動し、探傷ヘッド５の先端部を図３（ａ）に示す探傷面１１の直前まで移動させ、図２に示すエアシリンダ４１を駆動して探傷ヘッド５を図３（ｂ）に示すように車軸１の探傷面１１に押付ける。この時、図３に示す探傷ヘッド５の中心に取付けられた油節約突起５１は車軸センタ穴１２を塞ぐ状態となる。
【００３０】
次に、制御部２５は油供給ユニット３３を制御し、図５ｂに示す油供給チューブ５３ａを通して図５ａに示す油供給穴５３から油保持機構５２に油を供給し、一定時間経過後に油の供給を停止する。
【００３１】
次に、制御部２５は図２に示す駆動装置４の回転機構部４３を制御して探傷ヘッド５を回転させ、図５（ａ）に示す近接センサ５５により図３（ａ）に示す探傷基準穴１３を検出Ｓ４し、探傷開始位置を設定する。先に探傷ヘッド５の油保持機構５２に供給された油は図３に示す探傷基準穴１３を検知するために回転することで油保持機構５２内で循環しながら図５に示す探触子５４の表面と図３に示す探傷面１１の間に浸透して音響結合され探傷可能状態となる。又、図５（ｂ）に示すように探傷ヘッド５から引き出された油供給チューブ５３ａ、探触子ケーブル５４ａ、近接センサケーブル５５ａのケーブル及びチューブは探傷ヘッド５の回転と共に回転するが、何ら対策をしない場合、駆動装置４に巻き付いて動作できない状態となる恐れがあるため、図２に示すケーブル巻取り部４２に巻き付く構造とし駆動装置４の動作に支障のない構造とした。
【００３２】
次に、探傷開始位置から探傷面１１の周方向に１周３６０°回転させて探傷Ｓ５しながら収録処理装置２２のデータ処理部２３で探傷データを処理し、欠陥の有無を判断すると共に表示装置２１に欠陥の有無表示Ｓ６を出力する。最後に図２に示す回転機構部４３を探傷開始状態まで回転させて初期状態に戻し、ケーブル巻取り部４２に巻きついているケーブル、チューブを巻き戻しＳ７、終了する。
【００３３】
以上、本実施例によれば、車軸１の左右の位置決め時間の短縮と共に、制御系のシステム構築時間短縮及び車軸１に軸箱３を取り付けた状態で車軸１の中心位置を検出することができ、車軸検査工数の低減を図ることができる。
【００３４】
又、本実施例によれば、車輪固定装置７により車輪２、２ａが所定の位置に位置決めされるので、従来車軸センタ穴を利用した位置決め方式で必要であった車軸中心位置検出のための左右方向の制御が不要となり作業時間の短縮、制御系のシステム構築時間短縮及び装置を小型化できるという効果を奏すると共に、車軸センタ穴１２を走査しないため車軸センタ穴１２の検出時に探傷ヘッド５に取付けたセンサが軸箱３と干渉する問題点もなくなり、軸箱３を取付けた状態であっても車軸中心位置の検出が可能となるので、探傷のための軸箱３の取り外し作業がなくなり車軸の検査工数を短縮する。
【００３５】
更に、距離センサ８、８ａを２個使用することで車輪２が消耗し、左右の車輪外径寸法に差が発生した場合においても距離の差から車軸１の上下方向の傾きを演算して車軸両端におけるそれぞれの車軸中心位置を求めることができる効果がある。尚、本実施例では、２個の距離センサを用いているが、１個でもそれを移動させて用いることにより２個の場合と同様に測定できる。
【実施例２】
【００３６】
図７は本発明に係る他の車軸探傷装置の全体構成図である。図７に示すように、車軸探傷装置は、検査対象の車軸１は、車輪２、２ａを有し、レール６、６ａ上に搭載されている。図７に示すように、探傷ヘッド５、５ａを、上下、左右、前後及び回転させるための駆動装置４、４ａ、探傷ヘッド５、５ａに配置された探触子にパルス信号を送信および超音波エコーを受信するための超音波探傷器３１、車軸端面に探傷ヘッドを押し付けるためのエアーシリンダ駆動用の空気圧縮機供給ユニット３２、探傷データの収録処理装置２２、探傷データを処理するためのデータ処理部２３と、演算処理部２４、駆動装置４、４ａ、超音波探傷器３１、圧縮空気供給ユニット３２を制御するための操作スイッチ付き制御部２５から構成される。データ処理部の処理結果は表示装置２１に表示される。
【００３７】
又、実施例１と同様に、距離センサ８、８ａが車軸１の軸長方向に所定の間隔で設けられ、距離センサ８、８ａで測定されたデータを基に車軸端部中心に対する探傷ヘッド５、５ａ中心との高低差を演算処理部２４で演算し、その演算結果を基に車軸１の端部中心と探傷ヘッド５、５ａの中心との高さ方向の位置決めが駆動装置４、４ａによって行なわれる。本実施例においても、距離センサ８、８ａによって車軸の高さが測定され、両端での高さ方向での各中心位置が求められるので、その後の左右の車軸１の端部中心と探傷ヘッド５、５ａの中心位置を駆動装置４、４ａによって簡単に合わせることができる。
【００３８】
図８は、探傷時において車輪が移動しないように固定するための車輪固装置を示す図である。図８（ａ）は車輪固定装置の正面図及び図８（ｂ）は車輪の固定状態を示した斜視図である。図８に示すように、車輪１は、レール６に乗ったまま車輪固定装置にて固定される。車輪固定装置は、２個の車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂがそれぞれ車輪２を所定の停止位置を決めるための位置決めアーム９ｂと、可動アーム９ａに設けられる。位置決めアーム９ｂと、可動アーム９ａとはアーム固定具９に設けられる。先ず、車輪２を位置決めアーム９ｂの車輪保持ガイド７２ｂに押し付け、次に可動アーム９ａの車輪保持ガイド７２ｂを挿入して固定するものである。いずれの車輪保持ガイド７２ａ、７２ｂも車輪２に対してＶ字型となるように、車輪２との接触面が車輪２の傾斜に沿って傾斜した構造を有する。本車輪固定装置においても、その位置を車輪２の回転中心に固定することにより実施例１と同様に車輪２がその回転中心に固定することができる。
【００３９】
図９は、本発明に係る探傷ヘッドの平面図である。図９に示すように、探傷ヘッドは、３個の探触子５４、探傷基準穴１３を検出するための近接センサ５５、探触子５４探傷面との距離を測定する距離センサ５６を有し、探触子５４はいずれもベース面と同じ面になっている。又、探傷ヘッドの裏側は各センサのケーブルが設けられている。
【００４０】
図１０は、車軸センタ穴中心位置の検出手順を示す図であり、図１０（ａ）が車軸端部を側面から見た一部断面図、図１０（ｂ）が車軸端面における左右方向の車軸中心位置の求め方を示した平面図である。図１０（ａ）に示すように、車軸１の探傷部は車軸端部における探傷面１１、車軸センタ穴１２、探傷面１１に加工された探傷基準穴１３を有する。車軸１の中心位置を検出する距離センサ５６が図７に示す探傷ヘッド５の先端部中心に設けられている。距離センサ５６によって車軸センタ穴１２に対してＬ１及びＬ２の各位置が検出され、その後にそれらの距離から戻り量が算出され、車軸１の中心位置が求められる。その値を基に駆動装置によって探傷ヘッド５が探傷面１１に設定される。
【００４１】
図１１は、本実施例の探傷ヘッドの駆動装置を示す斜視図である。本駆動装置は、探傷ヘッド５を車軸１に押付けたときの衝撃を吸収すると共に探傷面の圧力を一定とするための押圧手段のエアシリンダ４１、各ケーブルを巻き取るケーブル巻き取り部４２、探傷ヘッド５，５ａと共に回転機構部４３を前後に移動させるための前後移動テーブル４４、前後移動テーブル４４を左右に移動させるための左右移動テーブル４５、左右移動テーブル４５を上下に移動させるための上下移動テーブル４６、上下移動テーブル４６を上下に駆動させる上下駆動手段を有する。
【００４２】
次に各動作について説明する。駆動装置４と駆動装置４ａの動作は同一のため、駆動装置４について動作を説明する。始めに、図８に示すように、車輪２を車輪固装置の位置決めアーム９ｂの車輪保持ガイド７２ｂに押し当てた後、可動アーム９ａを回して車輪保持ガイド７２ａを車輪２に対してしっかりと押し付けて固定する。
【００４３】
次に、図９に示す探触子５４と図１０に示す探傷面１１の音響結合をさせるための油を探触子５４及び探傷面１１に塗布する。各探触子５４はそれぞれ探傷位置が設定された角度に向けられて設定される。
【００４４】
次に、図７に示す制御部２５に取付けられている探傷開始スイッチを押すと駆動装置４は図１１に示す上下移動テーブル４６を制御し、新品車輪の中心位置まで距離センサ５６を移動させる。次に左右移動テーブル４５を制御し図１０（ｂ）に示す開始点ａ１から終了点ａ２まで距離センサ５６を移動させる。このとき、開始点ａ１、終了点ａ２及び距離センサ５６で検出した車軸センタ穴１２の変異点Ｌ１、Ｌ２の位置情報を演算処理部２４に送る。高さ方向については、距離センサ８、８ａによって測定され、車軸中心が設定せれており、その位置情報を演算処理部２４に送る。
【００４５】
図７に示す演算処理部２４は得られた車軸センタ穴１２の変異点Ｌ１、Ｌ２の位置情報と予め設定されている探傷ヘッド５、距離センサ５６との位置関係から探傷ヘッド５の中心を車軸１の中心に一致させるための移動量を演算し制御部２５に送る。制御部２５は図１１に示す上下移動テーブル４６、左右移動テーブル４５を制御して演算処理部２４で求めた移動量だけ探傷ヘッド５を移動させ、車軸中心と探傷ヘッド５の中心を一致させる。
【００４６】
次に、制御部２５は前後移動テーブル４４を制御し、探傷ヘッド５を探傷面１１に近づけたのち探傷ヘッド押付け用エアシリンダ４１を駆動して探傷ヘッド５を探傷面１１に押付ける。
【００４７】
次に、回転機構部４３を回転させ、車軸１に加工されている探傷基準穴１３を検出し探傷開始位置を設定する。
【００４８】
次に、探傷開始位置から探傷ヘッド５を回転機構部４３により３６０°回転させ、超音波探傷器３１により探傷しながらデータ処理部２３で探傷波形を処理し欠陥の有無を判断すると共に表示装置２１に出力する。ケーブル巻取り部４２は探傷ヘッド５の回転によるケーブル長の過不足を調整すると共に駆動装置４へのケーブル巻き付きを防ぐことができる。
【００４９】
本実施例においても、実施例１と同様に、車軸左右の位置決め時間の短縮と共に、制御系のシステム構築時間短縮及び車軸に軸箱本体を取り付けた状態で車軸中心位置を検出することで車軸検査工数の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る車軸探傷装置を示す全体構成図である。
【図２】本発明に係る探傷ヘッドを駆動させる駆動装置の斜視図である。
【図３】本発明に係る探傷前後の探傷ヘッドと車軸端部の断面図である。
【図４】本発明に係る車輪固定装置とその動作を示す構成図である。
【図５】本発明に係る探傷ヘッドの斜視図である。
【図６】本発明の動作を示すフロー図である。
【図７】本発明に係る車軸探傷装置を示す全体構成図である
【図８】本発明に係る車輪固装置を示す構成図である
【図９】本発明に係る探傷ヘッドの探触子の配置を示す平面図である
【図１０】本発明に係る車軸探傷装置における車軸センタ穴中心位置の検出手順を示す図である。
【図１１】本発明に係る装置の探傷ヘッドを駆動させる駆動装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…車軸、１１、１１ａ…探傷面、１２…車軸センタ穴、１３…探傷基準穴、２、２ａ…車輪、２１…表示装置、２２…収録処理装置、２３…データ処理部、２４…演算処理部、２５…制御部、３、３ａ…軸箱、３１…超音波探傷器、３２…圧縮空気供給ユニット、３３…油供給ユニット、４、４ａ…駆動装置、４１…エアシリンダ、４２…ケーブル巻取り部、４３…回転機構部、４４…前後移動テーブル、４５…左右移動テーブル、４６…上下移動テーブル、５、５ａ…探傷ヘッド、５１…突起、５２…油保持溝、５３…油供給穴、５３ａ…油供給チューブ、５４…探触子、５４ａ…探触子ケーブル、５５…近接センサ、５５ａ…近接センサケーブル、５６…距離センサ、６、６ａ…レール、７、７ａ…車輪固定装置、７１…車輪固定用エアシリンダ、７２…車輪保持機構、７２ａ、７２ｂ…車輪保持ガイド、８、８ａ…距離センサ、９…アーム固定具、９ａ…可動アーム、９ｂ…位置決めアーム、Ｌ１…車軸センタ穴端部、Ｌ２…車軸センタ穴端部、Ｌ３…車軸センタ穴端部、Ｌ４…車軸センタ穴端部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を有する車軸をその端面で探傷ヘッドにより超音波探傷する車軸探傷装置において、前記車輪をレール上にて固定する車輪固定装置と、前記車軸の軸長方向に対して間隔を設けて前記車軸の高さを複数個所測定可能に配置した距離センサと、該距離センサで測定して得られた複数のデータを基に前記車軸中心に対する前記探傷ヘッド中心との高低差を演算する演算処理部と、前記車軸中心に対して前記探傷ヘッド中心の位置決めを行う位置決め装置とを有することを特徴とする車軸探傷装置。
【請求項２】
請求項１において、前記位置決め装置は、前記探傷ヘッドと、該探傷ヘッドを固定し前記車軸端面に対する衝撃を吸収し所定の圧力で押圧する押圧手段と、前記探傷ヘッド及び押圧手段を回転させる回転機構部と、該回転機構部を搭載し前記探傷ヘッド及び押圧手段と共に前記車軸方向に移動可能な前後移動テーブルと、該前後移動テーブルを前後に移動させる前後駆動手段と、前記前後移動テーブル及び前後駆動手段を搭載する上下移動テーブルと、該上下移動テーブルを上下に移動させる上下駆動手段とを有することを特徴とする車軸探傷装置。
【請求項３】
請求項２において、前記位置決め装置は、前記前後移動テーブルを搭載し左右に移動させる左右移動テーブルと、該左右移動テーブルを左右に移動させる左右駆動手段とを有することを特徴とする車軸探傷装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記車輪固定装置は、前記レール上で前記車輪の回転を阻止する２個の車輪固定具と、該車輪固定具を上下移動させる上下移動手段とを有することを特徴とする車軸探傷装置。
【請求項５】
車輪を有する車軸をその端面で探傷ヘッドにより超音波探傷する車軸探傷方法において、前記車輪をレール上で固定する工程と、前記車輪の内側における前記車軸の高さを軸方向に対して複数箇所測定する工程と、該測定して得られたデータを基に前記車軸中心に対する前記探傷ヘッド中心との高低差を求め、該求められた値に基づいて前記車軸中心に対して前記探傷ヘッド中心の位置決めを行う工程と、前記超音波探傷を行う工程とを順次有することを特徴とする車軸探傷方法。
【請求項１】
車輪を有する車軸をその端面で探傷ヘッドにより超音波探傷する車軸探傷装置において、前記車輪をレール上にて固定する車輪固定装置と、前記車軸の軸長方向に対して間隔を設けて前記車軸の高さを複数個所測定可能に配置した距離センサと、該距離センサで測定して得られた複数のデータを基に前記車軸中心に対する前記探傷ヘッド中心との高低差を演算する演算処理部と、前記車軸中心に対して前記探傷ヘッド中心の位置決めを行う位置決め装置とを有することを特徴とする車軸探傷装置。
【請求項２】
請求項１において、前記位置決め装置は、前記探傷ヘッドと、該探傷ヘッドを固定し前記車軸端面に対する衝撃を吸収し所定の圧力で押圧する押圧手段と、前記探傷ヘッド及び押圧手段を回転させる回転機構部と、該回転機構部を搭載し前記探傷ヘッド及び押圧手段と共に前記車軸方向に移動可能な前後移動テーブルと、該前後移動テーブルを前後に移動させる前後駆動手段と、前記前後移動テーブル及び前後駆動手段を搭載する上下移動テーブルと、該上下移動テーブルを上下に移動させる上下駆動手段とを有することを特徴とする車軸探傷装置。
【請求項３】
請求項２において、前記位置決め装置は、前記前後移動テーブルを搭載し左右に移動させる左右移動テーブルと、該左右移動テーブルを左右に移動させる左右駆動手段とを有することを特徴とする車軸探傷装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記車輪固定装置は、前記レール上で前記車輪の回転を阻止する２個の車輪固定具と、該車輪固定具を上下移動させる上下移動手段とを有することを特徴とする車軸探傷装置。
【請求項５】
車輪を有する車軸をその端面で探傷ヘッドにより超音波探傷する車軸探傷方法において、前記車輪をレール上で固定する工程と、前記車輪の内側における前記車軸の高さを軸方向に対して複数箇所測定する工程と、該測定して得られたデータを基に前記車軸中心に対する前記探傷ヘッド中心との高低差を求め、該求められた値に基づいて前記車軸中心に対して前記探傷ヘッド中心の位置決めを行う工程と、前記超音波探傷を行う工程とを順次有することを特徴とする車軸探傷方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−１０５６３４（Ｐ２００６−１０５６３４Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８９４６０（Ｐ２００４−２８９４６０）
【出願日】平成１６年１０月１日（２００４．１０．１）
【出願人】（３９００２３９２８）日立エンジニアリング株式会社 (134)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１日（２００４．１０．１）
【出願人】（３９００２３９２８）日立エンジニアリング株式会社 (134)
【Ｆターム（参考）】
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