鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法及びこれに用いる検査ヘッド
【課題】 従来よりもきずの分解能が高く、レール長手方向及びこれに対する交差方向におけるきずの位置を検出することの可能な鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法及びこれに用いる検査ヘッドを提供すること。
【解決手段】表面波用超音波探触子１３を用い、レール２の露出箇所におけるレール底面２ａに探触子１３を接触させる。表面波をレール底面２ａに入射させて隠蔽部３に向けて送信すると共に反射した表面波を探触子１３で受信する。探触子１３を接触させた状態で探触子１３を揺動またはレール長手方向に対する交差方向に移動させることにより、隠蔽部３のきずを検査する。
【解決手段】表面波用超音波探触子１３を用い、レール２の露出箇所におけるレール底面２ａに探触子１３を接触させる。表面波をレール底面２ａに入射させて隠蔽部３に向けて送信すると共に反射した表面波を探触子１３で受信する。探触子１３を接触させた状態で探触子１３を揺動またはレール長手方向に対する交差方向に移動させることにより、隠蔽部３のきずを検査する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道の踏切部等、レール隠蔽部のきずを検査する鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法及びこれに用いる検査ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
レール底部のきずを調べる方法としては、レール頂部から下方に向かって超音波を送受信する方法や、特許文献１に示すように、レール底部全体を加振し板波（ガイド波）を発生させる方法が知られている。
【０００３】
前者の方法では、頂部の直下しか検査が行えず、特に踏み切り等のレール隠蔽部におけるレール下部の検査を行えないという問題があった。そこで、後者の方法により、レール底部全体を板波として振動させることにより、レール隠蔽部についてもレール底部の検査を可能にしようとする試みがなされている。
【０００４】
しかし、後者の方法では、未だきずの検出性能が不十分であり、また、レール長手方向に対するきずの位置が概ね判別できたとしても、レール底部全体を振動させるものであるから、レール長手方向に直交する方向におけるきずの位置を検出することは不可能であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０７１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、従来よりもきずの分解能が高く、レール長手方向及びこれに対する交差方向におけるきずの位置を検出することの可能な鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法及びこれに用いる検査ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法の特徴は、表面波用超音波探触子を用い、レールの露出箇所におけるレール底面に前記探触子を接触させ、表面波をレール底面に入射させて前記隠蔽部に向けて送信すると共に反射した表面波を前記探触子で受信し、前記探触子を接触させた状態で前記探触子を揺動またはレール長手方向に対する交差方向に移動させることにより、前記隠蔽部のきずを検査することにある。
【０００８】
同方法によれば、レール下の地面を掘る等して形成したレール露出箇所のレール底面に前記探触子を接触させ、表面波をレール底面に入射させ反射波を受信すればよいので、検査の実施が容易である。また、前記探触子を接触させた状態で前記探触子を揺動またはレール長手方向に対する交差方向に移動させることにより、レール長手方向に対する交差方向における反射信号の分布を検出することができる。したがって、時間軸によるレール長手方向に対する信号の分布と相まって、レール長手方向及びこれに対する交差方向における（二次元平面における）きずの位置を検出することができる。しかも、発明者らの実験によれば、ガイド波や表面ＳＨ波を利用した場合に比較して、本発明は表面波を利用しているので、検出精度が向上していることが確認された。しかも、先の二次元平面におけるきずの位置を特定できるので、きずの分解能は従来よりもさらに向上することが理解される。
【０００９】
上記構成において、前記探触子を備えた検査ヘッドを設け、この検査ヘッドが、前記レール長手方向に対する前記表面波の送信方向を確認可能なゲージを備えてもよい。また、前記検査ヘッドが、前記レール長手方向に対する交差方向への移動距離を確認可能なゲージを備えていてもよい。検査の実施にあたっては、前記レールの隠蔽部とは異なる部位におけるレール下の地面を掘り、前記レール底面に前記探触子を接触させるとよい。本発明は、前記レール隠蔽部が踏み切りである場合に好適に実施される。
【００１０】
一方、上記特徴のいずれかに記載の鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法に用いる検査ヘッドの特徴は、表面波用超音波探触子及びこれらを支持し手で把持可能なグリップを設け、前記探触子はレール底面に接触させることにより表面波をレール底面に沿って入射可能で反射波を受信可能に設定され、前記レール長手方向に対する前記表面波の送信方向及び／又は前記レール長手方向に対する交差方向への移動距離を確認可能なゲージをさらに備えていることにある。
【００１１】
ここで、前記ゲージを棒状体としてもよい。この場合、前記探触子による表面波入射方向に対する交差方向に前記棒状体を一対対称的に設けるとよい。前記ゲージは、前記レールに対する相対移動を測定するエンコーダとすることも可能である。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明に係る上記特徴によれば、従来よりもきずの分解能が高く、レール長手方向及びこれに対する交差方向におけるきずの位置を検出することの可能な鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法及びこれに用いる検査ヘッドを提供するに至った。
【００１３】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る探触子及びこれを用いて検査を行う鉄道用軌道の踏切における斜視図である。
【図２】図１における穴近傍の縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１の底面図である。
【図５】鉄道用軌道における踏切近傍の平面図である。
【図６】人工的なきずを設けた試験用のレールである。
【図７】探触子をレール長手方向に対する交差（直交）に移動させて試験を行う場合に関し、（ａ）は試験用レールの底面における超音波の入射方向、（ｂ）は振動子に中心周波数１ＭＨｚのものを用いた場合における試験結果を示すグラフをそれぞれ示すものである。
【図８】比較例を示し、（ａ）は試験用レールの底面における超音波の入射方向、（ｂ）振動子に中心周波数１ＭＨｚのものを用いた場合における試験結果を示すグラフをそれぞれ示すものである。
【図９】探触子を揺動させて試験を行う場合に関し、（ａ）は試験用レールの底面における超音波の入射方向、（ｂ）は振動子に中心周波数１ＭＨｚのものを用いた場合における試験結果を示すグラフをそれぞれ示すものである。
【図１０】図９の試験結果を示し、（ａ）はきずI、（ｂ）はきずIIに関する測定値を示すグラフである。
【図１１】図９とは異なる端部において探触子を揺動させて試験を行う場合に関し、（ａ）は試験用レールの底面における超音波の入射方向、（ｂ）は振動子に中心周波数１ＭＨｚのものを用いた場合における試験結果を示すグラフをそれぞれ示すものである。
【図１２】図１１の試験結果を示し、（ａ）はきずI、（ｂ）はきずIIに関する測定値を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る検査装置のブロック図である。
【図１４】本発明の第二実施形態における図２相当図である。
【図１５】本発明の第二実施形態における図３相当図である。
【図１６】本発明の第二実施形態における図４相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
図１は、本発明に係る検査ヘッド１０及びこれを用いて検査を行う鉄道用軌道１の踏切（隠蔽部）３における斜視図、図５は鉄道用軌道１における踏切３近傍の平面図である。検査対象となるレール２は、図３に示すように、幅広のレール底部２ｂの上にレール中間部２ｃを介して鉄道車両の車輪が乗るレール頂部２ｄが拡大部の上に形成されている。検査対象部となるレール底面２ａは平坦に形成されている。
【００１６】
図二本のレール２は、地面の上に複数の枕木６を介して平行に離隔して敷設されている。踏切３は、モルタル等で構成された道路部５によりその上面がレール頂部２ｄと同程度の高さになるように隠蔽されている。レール２と道路部５との間は車輪フランジが通過する僅かな隙間が設けられるにすぎず、レール２の内部、特に腐食が問題となるレール底部２ｂの検査はレール頂部２ｄから行い難い。本発明は、このレール底部２ｂの検査を道路部５の外部から行うことを目的としている。具体的には、道路部５近隣のレール２の下の地面を掘り、図に示すように穴Ｈ（第一〜第四穴Ｈ１〜４）を掘り、この穴Ｈからレール底面２ａに検査ヘッド１０を接触させてレール２の隠蔽部３部分に超音波を送受信し、検査を行う。
【００１７】
図１〜４に示すように、検査ヘッド１０は、縦波を発生させる超音波振動子１１及びこの振動子１１からの縦波をレール底面２ａに表面波として入射させる楔１２よりなる超音波探触子１３と、楔１２を支持し楔１２上面をレール底面２ａに接触させる際に手Ｇで把持することの可能なグリップ１４とを備えている。楔１２は例えばアクリル樹脂等の材料で形成されており、例えば垂直探傷に用いられるような振動子１１が楔１２の上面に対し斜めに取り付けられ、レール底面２ａに表面波を入射させることができる。グリップ１４は把持が容易なように、円筒形に構成されており、後述のゲージ１５の取り付け部分の強度を別材料で補償すれば、比較的弾力のある材料で構成することも可能である。
【００１８】
図１３は、本発明に係る検査装置１００のブロック図であり、この検査装置１００は、振動子１１を含む検査ヘッド１０と、処理装置１０１とコード１７により振動子１１と接続される処理装置１０１と、検査結果を表示するディスプレイ１０６とよりなる。処理装置１０１は、振動子１１に送信波を発生させる発振器１０２と、レール２を伝達し再度振動子１１で受信される受信波を受信する受信器１０３と、受信波のフィルタリングを行うフィルタ１０４と、受信波を処理し表示させるための処理ユニット１０５とを備えている。
【００１９】
図１〜４に示すように、検査ヘッド１０は楔１２により送信波の入射方向Ｗが特定されている。また、検査ヘッド１０はレール底面２ａに接触させられるため、入射方向Ｗを目視することができない。そこで、楔１２の上面の平面内で入射方向Ｗより９０度位相の異なるゲージ方向Ｖに対しゲージ１５を左右一対設けてある。このゲージ１５は、表面に長手方向に沿って距離測定用目盛りが設けられた棒状体１６であり、棒状体１６の根元に設けられたねじ部１６ａをグリップ１４に形成されたねじ孔に螺合させて、ねじ部１６ａによりグリップ１４に固定してある。
【００２０】
図４の実線で示す状態は、レール長手方向Ｄ１に入射方向Ｗ（第一入射方向Ｗ１ ）を一致させた状態であり、レール長手交差方向Ｄ２にはゲージ方向Ｖ（第一ゲージ方向Ｖ１）が一致している。また、楔１２をレール底面２ａに接触させた状態で検査ヘッド１０を揺動させて第二入射方向Ｗ２に配向させた場合には、ゲージは第二ゲージ方向Ｖ２に配向されることとなる。したがって、レール長手方向Ｄ１に対する入射方向Ｗ（第二入射方向Ｗ２）の傾きは、レール長手交差方向Ｄ２とレール長手方向Ｄ１の傾きθ１（９０度）及び第二ゲージ方向Ｖ２とレール長手方向Ｄ１の傾きθ２との差である「θ１−θ２」により求められる。この「θ１−θ２」と、レール長手交差方向Ｄ２に対する検査ヘッド１０の位置とにより、入射方向Ｗときずとの相対的位置関係を概ね把握することができ、後述の検査結果と相まって、きずの位置を推定することが可能となる。
【００２１】
ここで、人工的にきずを設けた試験体としてのレール２を用いて実施した計測結果を列挙する。この試験体としてのレール２は、図６に示すように、全長２５００ｍｍ、右端から５００ｍｍごとのレール底面に人工的なきずを設けてあり、このきずは、右から左に向かってI、II、III、IVと称することとする。きずIは一辺１０ｍｍの立方体で底部上端に形成されている。きずIIは、一辺５ｍｍの立方体で底部上端に形成されている。きずIIIは、一辺５ｍｍの立方体で底部上端及び下端から３０ｍｍの位置に１対形成されている。きずIVは、一辺１０ｍｍの立方体で底部上端及び下端から３０ｍｍの位置に１対形成されている。
【００２２】
図７、８には、探触子をレール長手方向に対する交差（直交）に移動させて試験を行った結果を示す。図７、８（ａ）には、試験用レールの底面における超音波の入射方向を示し、右から左に向かっての超音波送信は、レール長手交差方向Ｄ２に対し上から下に向かってＰ１〜Ｐ３の位置で試験を行った。また、左から右に向かっての超音波送信は、レール長手交差方向Ｄ２に対し上から下に向かってＰ４〜Ｐ６の位置で試験を行った。振動子に中心周波数１ＭＨｚのものを用い、受信信号にハイパスフィルタ０．５ＭＨｚをかけ、ローパスフィルタはかけず、サンプリング周波数は５０ＭＨｚを用いて、平均化を６４回行った。これらの結果を図７（ｂ）に示す。なお、以下の各図（ｂ）の下側の表記は図７における上記説明と同趣旨で解釈される。
【００２３】
図７（ｂ）の結果によれば、各測定位置できずI〜IVのレール長手方向Ｄ１に対する位置が時間軸より読み取ることができ、レール長手方向Ｄ１に対するきずの位置が特定される。また、測定位置Ｐ１できずI、IIの強度が顕著であるが、測定位置Ｐ２，３で低下することから、レール長手交差方向Ｄ２に対するきずの位置も特定がなされる。発明者らの実験によれば、中心周波数０．２ＭＨｚ〜２ＭＨｚ程度の範囲で、レールの傷の位置を特定することが可能であった。
【００２４】
図８は比較例であり、表面ＳＨ波探触子を検査ヘッド１０の代わりに用いている。この例では、いずれもきずIIが現れず、きずの検査という意味において不十分であり、上記本願の縦波の表面波を用いる優位性が伺える。
【００２５】
図９〜１２は、検査ヘッド１０を揺動させて試験を行う場合に関し、検査ヘッド１０には図７と同様のものを利用している。図９のいずれも、レール２の右端中央から左側に向かって超音波を送信し反射波を受信しており、測定位置Ｑ１はきずIに向かって、測定位置Ｑ２はきずIIに向かって、測定位置Ｑ３はきずIの対称位置に向かって、測定位置Ｑ４はきずIIの対称位置に向かって、それぞれ超音波を送受信する場合に対応する。
【００２６】
図９（ｂ）の結果によれば、各測定位置できずI〜IVのレール長手方向Ｄ１に対する位置が時間軸より読み取ることができ、レール長手方向Ｄ１に対するきずの位置が特定される。また、図１０（ａ）（ｂ）の比較によれば、きずI、IIは測定位置Ｑ３，４で値が低いことから、レール長手交差方向Ｄ２に対するきずの位置も特定がなされる。さらに、これらの比較で、最高値が測定位置Ｑ１，２で異なることから、レール長手方向Ｄ１方向のきずの配置を参酌し、先の入射方向ＷによりきずI、IIのレール長手交差方向Ｄ２方向の位置を推定することが可能となる。
【００２７】
図１１（ａ）のいずれも、レール２の左端中央から右側に向かって超音波を送信し反射波を受信しており、測定位置Ｑ５は一方のきずIVに向かって、測定位置Ｑ６は一方のきずIIIに向かって、測定位置Ｑ７は他方のきずIVに向かって、測定位置Ｑ８は他方のきずIIIに向かって、それぞれ超音波を送受信する場合に対応する。
【００２８】
図１１（ｂ）の結果によれば、各測定位置できずI〜IVのレール長手方向Ｄ１に対する位置が時間軸より読み取ることができ、レール長手方向Ｄ１に対するきずの位置が特定される。また、図１２（ａ）（ｂ）の比較によれば、きずIIIは測定位置Ｑ６で値が高く、レール長手方向Ｄ１方向のきずの配置を参酌し、先の入射方向ＷによりきずI、IIのレール長手交差方向Ｄ２方向の位置を推定することが可能となる。
【００２９】
次に、図１４〜１６を参照しながら、本発明の第二実施形態について説明する。第一実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
本実施形態では、上述のゲージが、第一、第二エンコーダ３４，３６により構成されている。すなわち、レール長手方向Ｄ１に対する入射方向Ｗの傾き及びレール長手交差方向Ｄ２に対する探触子１３の変異は、いずれも第一、第二モーター３３，３５により制御され、第一、第二エンコーダ３４，３６により測定される。
【００３０】
検査ヘッド３０は、移動ブロック３１と探触子１３とを備え、探触子１３は、３３の３３ａを介して移動ブロック３１のブロック基部３１ａから張り出す張出部３１ｂの下側に支持されている。検査ヘッド３０はブロック基部３１ａの上面と楔１２の上面とをレール底面２ａに接触させ、レール２及び移動ブロック３１にゴムや樹脂等の弾性材料よりなる支持ベルト４０を巻き付け、締め上げて支持ベルト固定具４１で固定することにより、探触子１３及び移動ブロック３１はレール底部２ｂの下部につり下げ支持される。移動ブロック３１と支持ベルト４０との間には２本のローラー３２が介在し、楔１２をレール底面２ａに接触させた状態でのレール長手交差方向Ｄ２への探触子１３，移動ブロック３１の移動を許容する。
【００３１】
レール２にはまたゴムや樹脂等の弾性材料よりなる移動測定ベルト４５が巻き付けられ、締め上げて測定ベルト固定具４６で固定することにより、レール底面２ａに移動測定ベルト４５が固定される。この移動測定ベルト４５の外表面にはラック状の歯が設けられ、第二モーター３５のシャフト３５ａを介して取り付けられる歯付きプーリー３６と噛み合っている。第一、第二モーター３３，３５はいずれもギヤードモーターであり、第一、第二エンコーダ３４，３６の位置検出により所望の角度又は距離だけ探触子１３を張出部３１ｂに対し相対回転させ、または、相対移動させることができる。
【００３２】
最後に、本発明のさらに他の実施形態の可能性について言及する。上記第一実施形態では、検査ヘッド１０手で把持したが、例えば図３の符号２０に示すように、上述のごとき弾性材料よりなる牽引具をレール２及び検査ヘッド１０（一対の棒状体１６，１６）の双方に巻き付け、手で棒状体１６を操作することにより入射方向の傾きを調整してもよい。
【００３３】
本発明における探触子は振動子１１から表面波を送信及び受信できれば足り、上述の実施例のごとく楔を用いるものに限られない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、踏切等の鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法及びこれに用いる探触子等として利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１：鉄道用軌道、２：レール、２ａ：レール底面、２ｂ：レール底部、２ｃ：レール中間部、２ｄ：レール頂部、３：踏切（隠蔽部）、５：道路部、６：枕木、１０：検査ヘッド、１１：振動子、１２：楔、１３：探触子、１４：グリップ、１５：ゲージ、１６：棒状体、１６ａ：ねじ部、１６ｂ：ロックナット、１７：コード、２０：牽引具、３０：検査ヘッド、３１：移動ブロック、３１ａ：ブロック基部、３１ｂ：張出部、３２：ローラー、３３：第一モーター、３３ａ：シャフト、３４：第一エンコーダ、３５：第二モーター、３５ａ：シャフト、３６：第二エンコーダ、４０：支持ベルト、４１：支持ベルト固定具、４５：移動測定ベルト、４６：測定ベルト固定具、１００：検査装置、１０１：処理装置、１０２：発振器、１０３：受信器、１０４：フィルタ、１０５：処理ユニット、１０６：ディスプレイ、Ｄ１：レール長手方向、Ｄ２：レール長手交差方向、Ｇ：手、Ｈ：穴、Ｈ１〜４：第一〜第四穴、Ｖ：ゲージ方向、Ｖ１，２：第一、第二ゲージ方向、Ｗ：入射方向、Ｗ１、２：第一、第二入射方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道の踏切部等、レール隠蔽部のきずを検査する鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法及びこれに用いる検査ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
レール底部のきずを調べる方法としては、レール頂部から下方に向かって超音波を送受信する方法や、特許文献１に示すように、レール底部全体を加振し板波（ガイド波）を発生させる方法が知られている。
【０００３】
前者の方法では、頂部の直下しか検査が行えず、特に踏み切り等のレール隠蔽部におけるレール下部の検査を行えないという問題があった。そこで、後者の方法により、レール底部全体を板波として振動させることにより、レール隠蔽部についてもレール底部の検査を可能にしようとする試みがなされている。
【０００４】
しかし、後者の方法では、未だきずの検出性能が不十分であり、また、レール長手方向に対するきずの位置が概ね判別できたとしても、レール底部全体を振動させるものであるから、レール長手方向に直交する方向におけるきずの位置を検出することは不可能であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０７１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、従来よりもきずの分解能が高く、レール長手方向及びこれに対する交差方向におけるきずの位置を検出することの可能な鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法及びこれに用いる検査ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法の特徴は、表面波用超音波探触子を用い、レールの露出箇所におけるレール底面に前記探触子を接触させ、表面波をレール底面に入射させて前記隠蔽部に向けて送信すると共に反射した表面波を前記探触子で受信し、前記探触子を接触させた状態で前記探触子を揺動またはレール長手方向に対する交差方向に移動させることにより、前記隠蔽部のきずを検査することにある。
【０００８】
同方法によれば、レール下の地面を掘る等して形成したレール露出箇所のレール底面に前記探触子を接触させ、表面波をレール底面に入射させ反射波を受信すればよいので、検査の実施が容易である。また、前記探触子を接触させた状態で前記探触子を揺動またはレール長手方向に対する交差方向に移動させることにより、レール長手方向に対する交差方向における反射信号の分布を検出することができる。したがって、時間軸によるレール長手方向に対する信号の分布と相まって、レール長手方向及びこれに対する交差方向における（二次元平面における）きずの位置を検出することができる。しかも、発明者らの実験によれば、ガイド波や表面ＳＨ波を利用した場合に比較して、本発明は表面波を利用しているので、検出精度が向上していることが確認された。しかも、先の二次元平面におけるきずの位置を特定できるので、きずの分解能は従来よりもさらに向上することが理解される。
【０００９】
上記構成において、前記探触子を備えた検査ヘッドを設け、この検査ヘッドが、前記レール長手方向に対する前記表面波の送信方向を確認可能なゲージを備えてもよい。また、前記検査ヘッドが、前記レール長手方向に対する交差方向への移動距離を確認可能なゲージを備えていてもよい。検査の実施にあたっては、前記レールの隠蔽部とは異なる部位におけるレール下の地面を掘り、前記レール底面に前記探触子を接触させるとよい。本発明は、前記レール隠蔽部が踏み切りである場合に好適に実施される。
【００１０】
一方、上記特徴のいずれかに記載の鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法に用いる検査ヘッドの特徴は、表面波用超音波探触子及びこれらを支持し手で把持可能なグリップを設け、前記探触子はレール底面に接触させることにより表面波をレール底面に沿って入射可能で反射波を受信可能に設定され、前記レール長手方向に対する前記表面波の送信方向及び／又は前記レール長手方向に対する交差方向への移動距離を確認可能なゲージをさらに備えていることにある。
【００１１】
ここで、前記ゲージを棒状体としてもよい。この場合、前記探触子による表面波入射方向に対する交差方向に前記棒状体を一対対称的に設けるとよい。前記ゲージは、前記レールに対する相対移動を測定するエンコーダとすることも可能である。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明に係る上記特徴によれば、従来よりもきずの分解能が高く、レール長手方向及びこれに対する交差方向におけるきずの位置を検出することの可能な鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法及びこれに用いる検査ヘッドを提供するに至った。
【００１３】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る探触子及びこれを用いて検査を行う鉄道用軌道の踏切における斜視図である。
【図２】図１における穴近傍の縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１の底面図である。
【図５】鉄道用軌道における踏切近傍の平面図である。
【図６】人工的なきずを設けた試験用のレールである。
【図７】探触子をレール長手方向に対する交差（直交）に移動させて試験を行う場合に関し、（ａ）は試験用レールの底面における超音波の入射方向、（ｂ）は振動子に中心周波数１ＭＨｚのものを用いた場合における試験結果を示すグラフをそれぞれ示すものである。
【図８】比較例を示し、（ａ）は試験用レールの底面における超音波の入射方向、（ｂ）振動子に中心周波数１ＭＨｚのものを用いた場合における試験結果を示すグラフをそれぞれ示すものである。
【図９】探触子を揺動させて試験を行う場合に関し、（ａ）は試験用レールの底面における超音波の入射方向、（ｂ）は振動子に中心周波数１ＭＨｚのものを用いた場合における試験結果を示すグラフをそれぞれ示すものである。
【図１０】図９の試験結果を示し、（ａ）はきずI、（ｂ）はきずIIに関する測定値を示すグラフである。
【図１１】図９とは異なる端部において探触子を揺動させて試験を行う場合に関し、（ａ）は試験用レールの底面における超音波の入射方向、（ｂ）は振動子に中心周波数１ＭＨｚのものを用いた場合における試験結果を示すグラフをそれぞれ示すものである。
【図１２】図１１の試験結果を示し、（ａ）はきずI、（ｂ）はきずIIに関する測定値を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る検査装置のブロック図である。
【図１４】本発明の第二実施形態における図２相当図である。
【図１５】本発明の第二実施形態における図３相当図である。
【図１６】本発明の第二実施形態における図４相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
図１は、本発明に係る検査ヘッド１０及びこれを用いて検査を行う鉄道用軌道１の踏切（隠蔽部）３における斜視図、図５は鉄道用軌道１における踏切３近傍の平面図である。検査対象となるレール２は、図３に示すように、幅広のレール底部２ｂの上にレール中間部２ｃを介して鉄道車両の車輪が乗るレール頂部２ｄが拡大部の上に形成されている。検査対象部となるレール底面２ａは平坦に形成されている。
【００１６】
図二本のレール２は、地面の上に複数の枕木６を介して平行に離隔して敷設されている。踏切３は、モルタル等で構成された道路部５によりその上面がレール頂部２ｄと同程度の高さになるように隠蔽されている。レール２と道路部５との間は車輪フランジが通過する僅かな隙間が設けられるにすぎず、レール２の内部、特に腐食が問題となるレール底部２ｂの検査はレール頂部２ｄから行い難い。本発明は、このレール底部２ｂの検査を道路部５の外部から行うことを目的としている。具体的には、道路部５近隣のレール２の下の地面を掘り、図に示すように穴Ｈ（第一〜第四穴Ｈ１〜４）を掘り、この穴Ｈからレール底面２ａに検査ヘッド１０を接触させてレール２の隠蔽部３部分に超音波を送受信し、検査を行う。
【００１７】
図１〜４に示すように、検査ヘッド１０は、縦波を発生させる超音波振動子１１及びこの振動子１１からの縦波をレール底面２ａに表面波として入射させる楔１２よりなる超音波探触子１３と、楔１２を支持し楔１２上面をレール底面２ａに接触させる際に手Ｇで把持することの可能なグリップ１４とを備えている。楔１２は例えばアクリル樹脂等の材料で形成されており、例えば垂直探傷に用いられるような振動子１１が楔１２の上面に対し斜めに取り付けられ、レール底面２ａに表面波を入射させることができる。グリップ１４は把持が容易なように、円筒形に構成されており、後述のゲージ１５の取り付け部分の強度を別材料で補償すれば、比較的弾力のある材料で構成することも可能である。
【００１８】
図１３は、本発明に係る検査装置１００のブロック図であり、この検査装置１００は、振動子１１を含む検査ヘッド１０と、処理装置１０１とコード１７により振動子１１と接続される処理装置１０１と、検査結果を表示するディスプレイ１０６とよりなる。処理装置１０１は、振動子１１に送信波を発生させる発振器１０２と、レール２を伝達し再度振動子１１で受信される受信波を受信する受信器１０３と、受信波のフィルタリングを行うフィルタ１０４と、受信波を処理し表示させるための処理ユニット１０５とを備えている。
【００１９】
図１〜４に示すように、検査ヘッド１０は楔１２により送信波の入射方向Ｗが特定されている。また、検査ヘッド１０はレール底面２ａに接触させられるため、入射方向Ｗを目視することができない。そこで、楔１２の上面の平面内で入射方向Ｗより９０度位相の異なるゲージ方向Ｖに対しゲージ１５を左右一対設けてある。このゲージ１５は、表面に長手方向に沿って距離測定用目盛りが設けられた棒状体１６であり、棒状体１６の根元に設けられたねじ部１６ａをグリップ１４に形成されたねじ孔に螺合させて、ねじ部１６ａによりグリップ１４に固定してある。
【００２０】
図４の実線で示す状態は、レール長手方向Ｄ１に入射方向Ｗ（第一入射方向Ｗ１ ）を一致させた状態であり、レール長手交差方向Ｄ２にはゲージ方向Ｖ（第一ゲージ方向Ｖ１）が一致している。また、楔１２をレール底面２ａに接触させた状態で検査ヘッド１０を揺動させて第二入射方向Ｗ２に配向させた場合には、ゲージは第二ゲージ方向Ｖ２に配向されることとなる。したがって、レール長手方向Ｄ１に対する入射方向Ｗ（第二入射方向Ｗ２）の傾きは、レール長手交差方向Ｄ２とレール長手方向Ｄ１の傾きθ１（９０度）及び第二ゲージ方向Ｖ２とレール長手方向Ｄ１の傾きθ２との差である「θ１−θ２」により求められる。この「θ１−θ２」と、レール長手交差方向Ｄ２に対する検査ヘッド１０の位置とにより、入射方向Ｗときずとの相対的位置関係を概ね把握することができ、後述の検査結果と相まって、きずの位置を推定することが可能となる。
【００２１】
ここで、人工的にきずを設けた試験体としてのレール２を用いて実施した計測結果を列挙する。この試験体としてのレール２は、図６に示すように、全長２５００ｍｍ、右端から５００ｍｍごとのレール底面に人工的なきずを設けてあり、このきずは、右から左に向かってI、II、III、IVと称することとする。きずIは一辺１０ｍｍの立方体で底部上端に形成されている。きずIIは、一辺５ｍｍの立方体で底部上端に形成されている。きずIIIは、一辺５ｍｍの立方体で底部上端及び下端から３０ｍｍの位置に１対形成されている。きずIVは、一辺１０ｍｍの立方体で底部上端及び下端から３０ｍｍの位置に１対形成されている。
【００２２】
図７、８には、探触子をレール長手方向に対する交差（直交）に移動させて試験を行った結果を示す。図７、８（ａ）には、試験用レールの底面における超音波の入射方向を示し、右から左に向かっての超音波送信は、レール長手交差方向Ｄ２に対し上から下に向かってＰ１〜Ｐ３の位置で試験を行った。また、左から右に向かっての超音波送信は、レール長手交差方向Ｄ２に対し上から下に向かってＰ４〜Ｐ６の位置で試験を行った。振動子に中心周波数１ＭＨｚのものを用い、受信信号にハイパスフィルタ０．５ＭＨｚをかけ、ローパスフィルタはかけず、サンプリング周波数は５０ＭＨｚを用いて、平均化を６４回行った。これらの結果を図７（ｂ）に示す。なお、以下の各図（ｂ）の下側の表記は図７における上記説明と同趣旨で解釈される。
【００２３】
図７（ｂ）の結果によれば、各測定位置できずI〜IVのレール長手方向Ｄ１に対する位置が時間軸より読み取ることができ、レール長手方向Ｄ１に対するきずの位置が特定される。また、測定位置Ｐ１できずI、IIの強度が顕著であるが、測定位置Ｐ２，３で低下することから、レール長手交差方向Ｄ２に対するきずの位置も特定がなされる。発明者らの実験によれば、中心周波数０．２ＭＨｚ〜２ＭＨｚ程度の範囲で、レールの傷の位置を特定することが可能であった。
【００２４】
図８は比較例であり、表面ＳＨ波探触子を検査ヘッド１０の代わりに用いている。この例では、いずれもきずIIが現れず、きずの検査という意味において不十分であり、上記本願の縦波の表面波を用いる優位性が伺える。
【００２５】
図９〜１２は、検査ヘッド１０を揺動させて試験を行う場合に関し、検査ヘッド１０には図７と同様のものを利用している。図９のいずれも、レール２の右端中央から左側に向かって超音波を送信し反射波を受信しており、測定位置Ｑ１はきずIに向かって、測定位置Ｑ２はきずIIに向かって、測定位置Ｑ３はきずIの対称位置に向かって、測定位置Ｑ４はきずIIの対称位置に向かって、それぞれ超音波を送受信する場合に対応する。
【００２６】
図９（ｂ）の結果によれば、各測定位置できずI〜IVのレール長手方向Ｄ１に対する位置が時間軸より読み取ることができ、レール長手方向Ｄ１に対するきずの位置が特定される。また、図１０（ａ）（ｂ）の比較によれば、きずI、IIは測定位置Ｑ３，４で値が低いことから、レール長手交差方向Ｄ２に対するきずの位置も特定がなされる。さらに、これらの比較で、最高値が測定位置Ｑ１，２で異なることから、レール長手方向Ｄ１方向のきずの配置を参酌し、先の入射方向ＷによりきずI、IIのレール長手交差方向Ｄ２方向の位置を推定することが可能となる。
【００２７】
図１１（ａ）のいずれも、レール２の左端中央から右側に向かって超音波を送信し反射波を受信しており、測定位置Ｑ５は一方のきずIVに向かって、測定位置Ｑ６は一方のきずIIIに向かって、測定位置Ｑ７は他方のきずIVに向かって、測定位置Ｑ８は他方のきずIIIに向かって、それぞれ超音波を送受信する場合に対応する。
【００２８】
図１１（ｂ）の結果によれば、各測定位置できずI〜IVのレール長手方向Ｄ１に対する位置が時間軸より読み取ることができ、レール長手方向Ｄ１に対するきずの位置が特定される。また、図１２（ａ）（ｂ）の比較によれば、きずIIIは測定位置Ｑ６で値が高く、レール長手方向Ｄ１方向のきずの配置を参酌し、先の入射方向ＷによりきずI、IIのレール長手交差方向Ｄ２方向の位置を推定することが可能となる。
【００２９】
次に、図１４〜１６を参照しながら、本発明の第二実施形態について説明する。第一実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
本実施形態では、上述のゲージが、第一、第二エンコーダ３４，３６により構成されている。すなわち、レール長手方向Ｄ１に対する入射方向Ｗの傾き及びレール長手交差方向Ｄ２に対する探触子１３の変異は、いずれも第一、第二モーター３３，３５により制御され、第一、第二エンコーダ３４，３６により測定される。
【００３０】
検査ヘッド３０は、移動ブロック３１と探触子１３とを備え、探触子１３は、３３の３３ａを介して移動ブロック３１のブロック基部３１ａから張り出す張出部３１ｂの下側に支持されている。検査ヘッド３０はブロック基部３１ａの上面と楔１２の上面とをレール底面２ａに接触させ、レール２及び移動ブロック３１にゴムや樹脂等の弾性材料よりなる支持ベルト４０を巻き付け、締め上げて支持ベルト固定具４１で固定することにより、探触子１３及び移動ブロック３１はレール底部２ｂの下部につり下げ支持される。移動ブロック３１と支持ベルト４０との間には２本のローラー３２が介在し、楔１２をレール底面２ａに接触させた状態でのレール長手交差方向Ｄ２への探触子１３，移動ブロック３１の移動を許容する。
【００３１】
レール２にはまたゴムや樹脂等の弾性材料よりなる移動測定ベルト４５が巻き付けられ、締め上げて測定ベルト固定具４６で固定することにより、レール底面２ａに移動測定ベルト４５が固定される。この移動測定ベルト４５の外表面にはラック状の歯が設けられ、第二モーター３５のシャフト３５ａを介して取り付けられる歯付きプーリー３６と噛み合っている。第一、第二モーター３３，３５はいずれもギヤードモーターであり、第一、第二エンコーダ３４，３６の位置検出により所望の角度又は距離だけ探触子１３を張出部３１ｂに対し相対回転させ、または、相対移動させることができる。
【００３２】
最後に、本発明のさらに他の実施形態の可能性について言及する。上記第一実施形態では、検査ヘッド１０手で把持したが、例えば図３の符号２０に示すように、上述のごとき弾性材料よりなる牽引具をレール２及び検査ヘッド１０（一対の棒状体１６，１６）の双方に巻き付け、手で棒状体１６を操作することにより入射方向の傾きを調整してもよい。
【００３３】
本発明における探触子は振動子１１から表面波を送信及び受信できれば足り、上述の実施例のごとく楔を用いるものに限られない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、踏切等の鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法及びこれに用いる探触子等として利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１：鉄道用軌道、２：レール、２ａ：レール底面、２ｂ：レール底部、２ｃ：レール中間部、２ｄ：レール頂部、３：踏切（隠蔽部）、５：道路部、６：枕木、１０：検査ヘッド、１１：振動子、１２：楔、１３：探触子、１４：グリップ、１５：ゲージ、１６：棒状体、１６ａ：ねじ部、１６ｂ：ロックナット、１７：コード、２０：牽引具、３０：検査ヘッド、３１：移動ブロック、３１ａ：ブロック基部、３１ｂ：張出部、３２：ローラー、３３：第一モーター、３３ａ：シャフト、３４：第一エンコーダ、３５：第二モーター、３５ａ：シャフト、３６：第二エンコーダ、４０：支持ベルト、４１：支持ベルト固定具、４５：移動測定ベルト、４６：測定ベルト固定具、１００：検査装置、１０１：処理装置、１０２：発振器、１０３：受信器、１０４：フィルタ、１０５：処理ユニット、１０６：ディスプレイ、Ｄ１：レール長手方向、Ｄ２：レール長手交差方向、Ｇ：手、Ｈ：穴、Ｈ１〜４：第一〜第四穴、Ｖ：ゲージ方向、Ｖ１，２：第一、第二ゲージ方向、Ｗ：入射方向、Ｗ１、２：第一、第二入射方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面波用超音波探触子を用い、レールの露出箇所におけるレール底面に前記探触子を接触させ、表面波をレール底面に入射させて前記隠蔽部に向けて送信すると共に反射した表面波を前記探触子で受信し、前記探触子を接触させた状態で前記探触子を揺動またはレール長手方向に対する交差方向に移動させることにより、前記隠蔽部のきずを検査する鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法。
【請求項２】
前記探触子を備えた検査ヘッドを設け、この検査ヘッドが、前記レール長手方向に対する前記表面波の送信方向を確認可能なゲージを備えている請求項１記載のレール底面の検査方法。
【請求項３】
前記検査ヘッドが、前記レール長手方向に対する交差方向への移動距離を確認可能なゲージを備えている請求項１又は２記載のレール底面の検査方法。
【請求項４】
前記レールの隠蔽部とは異なる部位におけるレール下の地面を掘り、前記レール底面に前記探触子を接触させる請求項１〜３のいずれかに記載のレール底面の検査方法。
【請求項５】
前記レール隠蔽部が踏み切りである請求項１〜４のいずれかに記載のレール底面の検査方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法に用いる検査ヘッドであって、
表面波用超音波探触子及びこれらを支持し手で把持可能なグリップを設け、
前記探触子はレール底面に接触させることにより表面波をレール底面に沿って入射可能で反射波を受信可能に設定され、
前記レール長手方向に対する前記表面波の送信方向及び／又は前記レール長手方向に対する交差方向への移動距離を確認可能なゲージをさらに備えている検査ヘッド。
【請求項７】
前記ゲージが棒状体である請求項６記載の検査ヘッド。
【請求項８】
前記探触子による表面波入射方向に対する交差方向に前記棒状体を一対対称的に設けてある請求項７記載の検査ヘッド。
【請求項９】
前記ゲージが前記レールに対する相対移動を測定するエンコーダである請求項６記載の検査ヘッド。
【請求項１】
表面波用超音波探触子を用い、レールの露出箇所におけるレール底面に前記探触子を接触させ、表面波をレール底面に入射させて前記隠蔽部に向けて送信すると共に反射した表面波を前記探触子で受信し、前記探触子を接触させた状態で前記探触子を揺動またはレール長手方向に対する交差方向に移動させることにより、前記隠蔽部のきずを検査する鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法。
【請求項２】
前記探触子を備えた検査ヘッドを設け、この検査ヘッドが、前記レール長手方向に対する前記表面波の送信方向を確認可能なゲージを備えている請求項１記載のレール底面の検査方法。
【請求項３】
前記検査ヘッドが、前記レール長手方向に対する交差方向への移動距離を確認可能なゲージを備えている請求項１又は２記載のレール底面の検査方法。
【請求項４】
前記レールの隠蔽部とは異なる部位におけるレール下の地面を掘り、前記レール底面に前記探触子を接触させる請求項１〜３のいずれかに記載のレール底面の検査方法。
【請求項５】
前記レール隠蔽部が踏み切りである請求項１〜４のいずれかに記載のレール底面の検査方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の鉄道用レールの隠蔽部におけるレール底面の検査方法に用いる検査ヘッドであって、
表面波用超音波探触子及びこれらを支持し手で把持可能なグリップを設け、
前記探触子はレール底面に接触させることにより表面波をレール底面に沿って入射可能で反射波を受信可能に設定され、
前記レール長手方向に対する前記表面波の送信方向及び／又は前記レール長手方向に対する交差方向への移動距離を確認可能なゲージをさらに備えている検査ヘッド。
【請求項７】
前記ゲージが棒状体である請求項６記載の検査ヘッド。
【請求項８】
前記探触子による表面波入射方向に対する交差方向に前記棒状体を一対対称的に設けてある請求項７記載の検査ヘッド。
【請求項９】
前記ゲージが前記レールに対する相対移動を測定するエンコーダである請求項６記載の検査ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２３７６６２（Ｐ２０１２−２３７６６２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７１４５（Ｐ２０１１−１０７１４５）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００１９６５８７）西日本旅客鉄道株式会社 (202)
【出願人】（０００２３５５３２）非破壊検査株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００１９６５８７）西日本旅客鉄道株式会社 (202)
【出願人】（０００２３５５３２）非破壊検査株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
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