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技術 ろう付け物品の打音検査方法及びその装置

出願人 福岡県新日本非破壊検査株式会社株式会社昭和テックス
発明者 糸平圭一山本圭一朗脇部康彦岩本幹夫吉永憲市
出願日 2013年4月10日 (8年1ヶ月経過) 出願番号 2013-082303
公開日 2014年10月30日 (6年6ヶ月経過) 公開番号 2014-206383
状態 特許登録済
技術分野 超音波による材料の調査、分析
主要キーワード 周波数解析データ 剥離判定 正規化振幅 同一型式 減衰期間 剥離有無 基準レール 全接合
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年10月30日)のものです。
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図面 (11)

課題

物品剥離の有無を、短時間かつ高精度で検査可能なろう付け物品の打音検査方法及びその装置を提供する。

解決手段

基体12にろう材を介して接合された物品13を打撃した際の打音周波数解析を行って、物品13の剥離を判定するろう付け物品の打音検査方法であって、打音を、マイクロフォン16を用いて設定した期間に亘って集音して打音波形データを作成する工程と、打音波形データの周波数解析を行って周波数解析データを求める工程と、非剥離の物品を打撃した際の打音の周波数解析を行って最大振幅に対応する最大振幅周波数より高周波数側に閾周波数を設定し、周波数解析データの最大振幅Aa及び閾周波数以上の可聴周波数領域に存在する最大振幅Abを求め、最大振幅比Ab/Aaを算出して判別値とする工程と、判別値と設定した判別閾値とを比較し、判別値が判別閾値未満では非剥離、判別値が判別閾値以上では剥離と判定する工程とを有する。

概要

背景

鉄道レール(以下、単にレールという)では、レール上を走行している列車の位置を検知して信号の切替えを行うため、列車の進行に合わせて踏切に設置された遮断機を動作させるため、及び電車線から取り入れ列車走行のための駆動用電流をレールを経由して帰電線に戻すために隣り合うレールの継目電気的に接続する必要がある。このため、継目を挟んだ両レールの端部同士を、導電線で接続している。なお、導電線の両端にはそれぞれレールボンド端子)が取り付けられており、レールボンドをレールにろう付けすることにより導電線をレールに接続している。

レールでは、列車がレールの継目を通過する度にレールが振動するので、ろう材接合されたレールボンドの接合部には、剥離が発生し易い。そして、発生した剥離は徐々に進行するため、剥離が進行してレールボンドがレールから脱落すると、重大な事故につながるという問題がある。そこで、レールボンドの脱落対策として、隣り合うレールの端部同士を2組の導電線で接続し(レールボンドを二重化し)定期的にレールボンドの取替えを実施したり、レールボンドとレールとの接続状況剥離状況)を定期的に検査して、剥離が発生しているレールボンドを交換することにより、レールボンドの脱落の発生を防止している。

ここで、レールボンドとレールとの接続状況の検査方法として、例えば、レールに取り付けられているレールボンドをハンマー打撃し、そのとき発生する打音の音色の違いからレールボンドとレールとの接続状況を判定する打音検査が採用されている。しかしながら、打音検査では、検査員がハンマーでレールボンドを打撃した際の打音を聞き分けて、剥離有無を判定するので、検査員の経験と技術に応じて、判定結果がばらついて判定の信頼性が劣るという問題がある。
そこで、検査員の経験と技術に関わらずに打音検査によって、検査対象物の状態(積層材の剥離や金属部品ひび割れの有無等)を正確に判定することが可能な打音検査システムとして、ショックレスハンマーと、ショックレスハンマーに取り付けられ、ショックレスハンマーによって検査対象物を打撃し、検査対象物内に伝播され反射してくる応答音を測定するマイクを備えるものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。

概要

物品の剥離の有無を、短時間かつ高精度で検査可能なろう付け物品の打音検査方法及びその装置を提供する。基体12にろう材を介して接合された物品13を打撃した際の打音の周波数解析を行って、物品13の剥離を判定するろう付け物品の打音検査方法であって、打音を、マイクロフォン16を用いて設定した期間に亘って集音して打音波形データを作成する工程と、打音波形データの周波数解析を行って周波数解析データを求める工程と、非剥離の物品を打撃した際の打音の周波数解析を行って最大振幅に対応する最大振幅周波数より高周波数側に閾周波数を設定し、周波数解析データの最大振幅Aa及び閾周波数以上の可聴周波数領域に存在する最大振幅Abを求め、最大振幅比Ab/Aaを算出して判別値とする工程と、判別値と設定した判別閾値とを比較し、判別値が判別閾値未満では非剥離、判別値が判別閾値以上では剥離と判定する工程とを有する。

目的

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、検査員の経験と技術に依存せずに、ろう付けされた物品を打撃した際の打音から、物品の剥離の有無を、短時間かつ高精度で検査することが可能なろう付け物品の打音検査方法及びその装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

基体ろう材を介して接合された物品打撃することにより発生する打音周波数解析を行って、前記物品と前記基体との間の剥離の有無を判定するろう付け物品の打音検査方法であって、前記物品を打撃した際の打音を、マイクロフォンを用いて打撃の直後に設定される集音期間に亘って集音して、打音波形データを作成する工程と、前記打音波形データの可聴周波数帯域における周波数解析を行って、周波数振幅の関係を示す周波数解析データを求める工程と、前記物品と同一形状で、前記基体との間に剥離が存在しないことが確認されている標準物品を打撃した際の打音の可聴周波数帯域における周波数解析を行って得られる最大振幅に対応する最大振幅周波数より高周波数側の可聴周波数領域に閾周波数を設定し、前記周波数解析データの最大振幅Aa及び前記閾周波数以上の可聴周波数領域に存在する最大振幅Abをそれぞれ求め最大振幅比Ab/Aaを算出して判別値とする工程と、前記判別値と予め設定した判別閾値との大小を比較し、該判別値が該判別閾値未満では非剥離、該判別値が該判別閾値以上では剥離と判定する工程とを有することを特徴とするろう付け物品の打音検査方法。

請求項2

請求項1記載のろう付け物品の打音検査方法において、前記集音期間の起点は、前記打音の音信号が予め設定した閾値に到達した時刻であって、前記集音期間の終点は、前記起点から2ミリ秒以下の範囲に設定されることを特徴とするろう付け物品の打音検査方法。

請求項3

請求項1又は2記載のろう付け物品の打音検査方法において、前記閾周波数を5kHz以上15kHz以下の周波数範囲に設定することを特徴とするろう付け物品の打音検査方法。

請求項4

基体にろう材を介して接合された物品を打撃することにより発生した打音の周波数解析を行って、前記基体と前記物品との間の剥離の有無を判定するろう付け物品の打音検査装置であって、前記物品を打撃した際の打音を打撃の直後に設定される集音期間に亘って集音して、打音波形データを作成するマイクロフォンを備えた集音手段と、前記打音波形データの可聴周波数帯域における周波数解析を行って、周波数と振幅の関係を示す周波数解析データを求める周波数解析手段と、前記物品と同一形状で、前記基体との間に剥離が存在しないことが確認されている標準物品を打撃した際の打音の可聴周波数帯域における周波数解析を行って得られる最大振幅に対応する最大振幅周波数より高周波数側の可聴周波数領域に閾周波数を設定し、前記周波数解析データの最大振幅Aa及び前記閾周波数以上の可聴周波数領域に存在する最大振幅Abをそれぞれ求め最大振幅比Ab/Aaを算出して判別値を求める演算手段と、前記判別値と予め設定した判別閾値との大小を比較し、該判別値が該判別閾値未満では非剥離、該判別値が該判別閾値以上では剥離と判定する判定手段とを有することを特徴とするろう付け物品の打音検査装置。

技術分野

0001

本発明は、ろう付けされた物品打撃した際に発生する打音を検知して、物品が剥離状態にあるか否かを検査するろう付け物品の打音検査方法及びその装置に関する。

背景技術

0002

鉄道レール(以下、単にレールという)では、レール上を走行している列車の位置を検知して信号の切替えを行うため、列車の進行に合わせて踏切に設置された遮断機を動作させるため、及び電車線から取り入れ列車走行のための駆動用電流をレールを経由して帰電線に戻すために隣り合うレールの継目電気的に接続する必要がある。このため、継目を挟んだ両レールの端部同士を、導電線で接続している。なお、導電線の両端にはそれぞれレールボンド端子)が取り付けられており、レールボンドをレールにろう付けすることにより導電線をレールに接続している。

0003

レールでは、列車がレールの継目を通過する度にレールが振動するので、ろう材接合されたレールボンドの接合部には、剥離が発生し易い。そして、発生した剥離は徐々に進行するため、剥離が進行してレールボンドがレールから脱落すると、重大な事故につながるという問題がある。そこで、レールボンドの脱落対策として、隣り合うレールの端部同士を2組の導電線で接続し(レールボンドを二重化し)定期的にレールボンドの取替えを実施したり、レールボンドとレールとの接続状況剥離状況)を定期的に検査して、剥離が発生しているレールボンドを交換することにより、レールボンドの脱落の発生を防止している。

0004

ここで、レールボンドとレールとの接続状況の検査方法として、例えば、レールに取り付けられているレールボンドをハンマーで打撃し、そのとき発生する打音の音色の違いからレールボンドとレールとの接続状況を判定する打音検査が採用されている。しかしながら、打音検査では、検査員がハンマーでレールボンドを打撃した際の打音を聞き分けて、剥離有無を判定するので、検査員の経験と技術に応じて、判定結果がばらついて判定の信頼性が劣るという問題がある。
そこで、検査員の経験と技術に関わらずに打音検査によって、検査対象物の状態(積層材の剥離や金属部品ひび割れの有無等)を正確に判定することが可能な打音検査システムとして、ショックレスハンマーと、ショックレスハンマーに取り付けられ、ショックレスハンマーによって検査対象物を打撃し、検査対象物内に伝播され反射してくる応答音を測定するマイクを備えるものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0005

特開2011−257307号公報

発明が解決しようとする課題

0006

特許文献1の打音検査システムでは、検査対象物内に剥離が存在すると、剥離箇所が新たな音の反射面となるため、マイクによって受音される応答音の信号が異なり、この信号の違いによって検査対象物の状態を判定している。しかしながら、この打音検査システムを、例えば、レールにろう付けされたレールボンドの剥離の有無判定に適用した場合、レールボンドの接合面は当初から音の反射面として作用するため、接合面に部分的に剥離が発生しても、剥離部分による音の反射を明確に分離して認識することは困難であり、ろう付けされたレールボンドに剥離が発生しているか否かを精度よく判定することはできないという問題がある。更に、特許文献1の図4に示すように、この打音検査システムでは、マイクによって応答音の信号の時間経過を連続して検出するので、この打音検査システムをレールボンドの剥離の判定に適用した場合、レールボンドにはレールからの振動が伝播してくるため、打撃による応答音(打音)にレールからの振動が重なり合って、ノイズが増加するという問題も生じる。

0007

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、検査員の経験と技術に依存せずに、ろう付けされた物品を打撃した際の打音から、物品の剥離の有無を、短時間かつ高精度で検査することが可能なろう付け物品の打音検査方法及びその装置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

0008

前記目的に沿う第1の発明に係るろう付け物品の打音検査方法は、基体にろう材を介して接合された物品を打撃することにより発生する打音の周波数解析を行って、前記物品と前記基体との間の剥離の有無を判定するろう付け物品の打音検査方法であって、
前記物品を打撃した際の打音を、マイクロフォンを用いて打撃の直後に設定される集音期間に亘って集音して、打音波形データを作成する工程と、
前記打音波形データの可聴周波数帯域における周波数解析を行って、周波数振幅の関係を示す周波数解析データを求める工程と、
前記物品と同一形状で、前記基体との間に剥離が存在しないことが確認されている標準物品を打撃した際の打音の可聴周波数帯域における周波数解析を行って得られる最大振幅に対応する最大振幅周波数より高周波数側の可聴周波数領域に閾周波数を設定し、前記周波数解析データの最大振幅Aa及び前記閾周波数以上の可聴周波数領域に存在する最大振幅Abをそれぞれ求め最大振幅比Ab/Aaを算出して判別値とする工程と、
前記判別値と予め設定した判別閾値との大小を比較し、該判別値が該判別閾値未満では非剥離、該判別値が該判別閾値以上では剥離と判定する工程とを有する。

0009

第1の発明に係るろう付け物品の打音検査方法において、前記集音期間の起点は、前記打音の音信号が予め設定した閾値に到達した時刻であって、前記集音期間の終点は、前記起点から2ミリ秒以下の範囲に設定されることが好ましい。

0010

第1の発明に係るろう付け物品の打音検査方法において、前記閾周波数を5kHz以上15kHz以下の周波数範囲に設定することができる。

0011

前記目的に沿う第2の発明に係るろう付け物品の打音検査装置は、基体にろう材を介して接合された物品を打撃することにより発生した打音の周波数解析を行って、前記基体と前記物品との間の剥離の有無を判定するろう付け物品の打音検査装置であって、
前記物品を打撃した際の打音を打撃の直後に設定される集音期間に亘って集音して、打音波形データを作成するマイクロフォンを備えた集音手段と、
前記打音波形データの可聴周波数帯域における周波数解析を行って、周波数と振幅の関係を示す周波数解析データを求める周波数解析手段と、
前記物品と同一形状で、前記基体との間に剥離が存在しないことが確認されている標準物品を打撃した際の打音の可聴周波数帯域における周波数解析を行って得られる最大振幅に対応する最大振幅周波数より高周波数側の可聴周波数領域に閾周波数を設定し、前記周波数解析データの最大振幅Aa及び前記閾周波数以上の可聴周波数領域に存在する最大振幅Abをそれぞれ求め最大振幅比Ab/Aaを算出して判別値を求める演算手段と、
前記判別値と予め設定した判別閾値との大小を比較し、該判別値が該判別閾値未満では非剥離、該判別値が該判別閾値以上では剥離と判定する判定手段とを有している。

発明の効果

0012

第1の発明に係るろう付け物品の打音検査方法及び第2の発明に係るろう付け物品の打音検査装置においては、物品を打撃して発生する打音をマイクロフォンを用いて集音期間に亘って集音して得られる打音波形データの可聴周波数帯域における周波数解析を行い、周波数解析データの最大振幅Aaと設定した閾周波数以上の可聴周波数領域に存在する最大振幅Abをそれぞれ求めて最大振幅比Ab/Aaからなる判別値を算出し、予め設定した判別閾値と比較して、判別値が判別閾値未満では非剥離、判別値が判別閾値以上では剥離と判定するので、検査員の経験と技術に依存せずに、物品の剥離の有無を、短時間かつ高精度で検査することが可能になる。

0013

第1の発明に係るろう付け物品の打音検査方法において、集音期間の起点が、打音の音信号が予め設定した閾値に到達した時刻であって、集音期間の終点が、起点から2ミリ秒以下の範囲に設定される場合、基体に存在し打音とは異なる要因による振動が基体から物品に伝播し、物品を経由して検知されることを防止でき、物品と基体との間の剥離の有無に影響を受けた打音の打音波形データを収集することができる。このため、物品と基体との間の剥離の有無にそれぞれ対応する特徴的な周波数解析データを得ることができ、物品と基体との間の剥離の有無を正確に判定することができる。

0014

第1の発明に係るろう付け物品の打音検査方法において、閾周波数を5kHz以上15kHz以下の周波数範囲に設定する場合、物品と基体との接合部の一部に発生した剥離程度に応じて、閾周波数と判別閾値の組み合わせを設定することができ、物品の状態が、想定した剥離程度であるか否かを正確に判定することができる。

図面の簡単な説明

0015

本発明の一実施の形態に係るろう付け物品の打音検査装置の説明図である。
同ろう付け物品の打音検査装置のブロック図である。
(A)は集音期間に亘って収集した音信号から構成した打音波形データの説明図、(B)は減衰期間に亘って収集した音信号から構成した打音波形データの説明図である。
(A)、(B)はそれぞれ図3(A)、(B)の打音波形データから求めた正規化振幅グラフである。
閾周波数を8kHz、最適正規化振幅を0.16に設定した場合のレールボンドの剥離判定結果を示す説明図である。
閾周波数を10kHz、最適正規化振幅を0.15に設定した場合のレールボンドの剥離判定結果を示す説明図である。
閾周波数を12kHz、最適正規化振幅を0.08に設定した場合のレールボンドの剥離判定結果を示す説明図である。
閾周波数を14kHz、最適正規化振幅を0.07に設定した場合のレールボンドの剥離判定結果を示す説明図である。
実施例1の判定結果を示す説明図である。
実施例2の判定結果を示す説明図である。

0016

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係るろう付け物品の打音検査装置10(以下、単に打音検査装置10という)は、検査員11に携帯され、レール12(基体の一例)にろう材を介して接合されたレールボンド13(物品の一例)を、検査員11がハンマー14を用いて打撃することにより発生した打音の周波数解析を行って、レール12とレールボンド13との間の剥離の有無を判定するものである。なお、符号15は、レール継目(図示せず)を挟んで両側に配置されたレール11の端部にそれぞれ取り付けられているレールボンド13を接続する導電線である。

0017

図2に示すように、打音検査装置10は、レールボンド13を打撃した際に発生した打音を打撃の直後に設定される集音期間に亘って集音して、打音波形データを作成するマイクロフォン16を備えた集音手段17と、打音波形データの可聴周波数帯域における周波数解析を行う周波数解析手段18と、レールボンド13と同一形状で、レール12との間に剥離が存在しないことが確認されている図示しない基準レールボンド(標準物品の一例)を打撃した際の打音の可聴周波数帯域における周波数解析を行って得られる最大振幅に対応する最大振幅周波数より高周波数側の可聴周波数領域に閾周波数fiを設定し、周波数解析データの最大振幅Aa及び閾周波数fi以上の可聴周波数領域に存在する最大振幅Abをそれぞれ求め、最大振幅比Ab/Aaを算出して判別値を求める演算手段19と、
判別値と予め設定した判別閾値Kiとの大小を比較し、判別値が判別閾値Ki未満では非剥離、判別値が判別閾Ki値以上では剥離と判定する判定手段20とを有している。以下、詳細に説明する。

0018

図2に示すように、集音手段17は、マイクロフォン16で集音したアナログの打音信号を、デジタルの打音信号に変換して出力するA/D変換器21と、A/D変換器21の出力端子部に接続され、A/D変換器21の出力信号を集音期間に亘って通過させるゲート部22と、ゲート部22を通過したA/D変換器21の出力信号を保存(記憶)するメモリ部23とを有している。

0019

ここで、ゲート部22には、集音期間の起点を、打音の音信号に対するA/D変換器21からの出力値が、予め設定した閾値(例えば、レール12に存在する可聴周波数帯域の振動振幅最大値の0.001から0.1倍の範囲に設定される値)に到達したことを検知した時刻に設定し、集音期間の終点を、起点から2ミリ秒以下の範囲、好ましくは、起点から0.5ミリ秒以上2ミリ秒以下の範囲、例えば、起点から1ミリ秒経過した時刻に設定するゲート設定機能が設けられている。従って、メモリ部23には、図3(A)に示すように、ハンマー14でレールボンド13を打撃した時刻から集音期間の起点の時刻までの範囲と集音期間の終点の時刻より以降の範囲における振幅を0に加工して作成された打音波形データが保存される。ここで、ゲート部22は、マイクロコンピュータにゲート設定機能発現するプログラムを搭載することにより構成することができ、メモリ部23は、マイクロコンピュータのメモリを利用することができる。

0020

周波数解析手段18は、集音手段17のメモリ部23に保存された打音波形データを、例えば、高速フーリエ変換することにより、周波数と振幅の関係を示す周波数解析データを作成する機能を備えている。また、演算手段19は、作成された周波数解析データに対して、可聴周波数帯域における最大振幅Aaを検出する機能を備えた第1の算出部24と、5kHz以上15kHz以下の周波数範囲に設定される閾周波数fi以上の可聴周波数領域に存在する最大振幅Abを検出する機能を備えた第2の算出部25と、最大振幅Aa、Abから最大振幅比Ab/Aaを算出して判別値を求める機能を備えた第3の算出部26とを有している。ここで、周波数解析手段18は高速フーリエ変換用のプログラムを、演算手段19は第1〜第3の算出部24、25、26の機能を発現するプログラムを、それぞれマイクロコンピュータに搭載することにより構成することができる。

0021

判定手段20は、演算手段19で得られた判別値と予め設定した判別閾値Kiとの大小を比較し、比較結果を出力する機能を備えた比較部27と、判別値が判別閾値Ki未満である比較結果の場合はレールボンド13が非剥離の状態であることを表示し、判別値が判別閾値Ki以上である比較結果の場合はレールボンド13が剥離の状態であることを表示する表示部28とを有している。ここで、判定手段20の比較部27は、比較部27の機能を発現するプログラムをマイクロコンピュータに搭載することにより構成することができ、判定手段20の表示部28は、例えば、非剥離及び剥離の各状態に対応して点灯する表示灯と非剥離及び剥離の各状態に対応して異なる音を出力するスピーカシステムで構成することができる。更に、表示部28には、打音検査の開始が可能であることを表示する表示灯が設けられている。

0022

また、打音検査装置10は、集音手段17、周波数解析手段18、演算手段19、及び判定手段20を連携動作させる制御機能を備えた検査管理手段29を有している。更に、検査管理手段29には、閾周波数fiを設定する機能、判別閾値Kiを設定する機能、及び検査回数を設定する機能が設けられている。なお、検査管理手段29において、検査回数が複数回に設定された場合、各打音検査で得られた判別値は第3の算出部26に順次保存され、設定された検査回数の打音検査が終了した時点で、保存された各判別値の平均値が算出され、得られた平均値を複数回検査の場合の判別値に設定して、この判別値と判別閾値Kiとの大小関係から剥離の有無が判定されるように、集音手段17、周波数解析手段18、演算手段19、及び判定手段20がそれぞれ連携動作する。ここで、検査管理手段29は、集音手段17、周波数解析手段18、演算手段19、及び判定手段20を連携動作させる制御機能を発現するプログラムをマイクロコンピュータに搭載することにより構成することができる。
なお、最大振幅周波数は、従来の打音検査で使用される打音検査システムを用いて集音した打音信号を周波数解析することにより求めることができるが、本発明の集音手段17及び周波数解析手段18を使用して、最大振幅周波数を求めてもよい。

0023

続いて、本発明の一実施の形態に係る打音検査装置10を用いたろう付け物品の打音検査方法(以下、単に打音検査方法という)について説明する。
打音検査方法は、レール12にろう材を介して接合されたレールボンド13を打撃することにより発生する打音の周波数解析を行って、レールボンド13とレール12との間の剥離の有無を判定する方法であって、レールボンド13を打撃した際の打音を、マイクロフォン16を用いて打撃の直後に設定される集音期間に亘って集音して、打音波形データを作成する工程と、打音波形データの可聴周波数帯域における周波数解析を行って、周波数と振幅の関係を示す周波数解析データを求める工程と、レールボンド13と同一形状で、レール12との間に剥離が存在しないことが確認されている基準レールボンドを打撃した際の打音の可聴周波数帯域における周波数解析を行って得られる最大振幅に対応する最大振幅周波数より高周波数側の可聴周波数領域に閾周波数fiを設定し、周波数解析データの最大振幅Aa及び閾周波数fi以上の可聴周波数領域に存在する最大振幅Abをそれぞれ求め、最大振幅比Ab/Aaを算出して判別値とする工程と、判別値と予め設定した判別閾値Kiとの大小を比較し、判別値が判別閾値Ki未満では非剥離、判別値が判別閾値Ki以上では剥離と判定する工程とを有している。以下、詳細に説明する。

0024

打音波形データを作成する工程では、マイクロフォン16で打音の集音を開始する時刻を、打音の音信号の振幅が予め設定した閾値に到達した時刻としている。これにより、ハンマー14でレールボンド13を打撃したことにより発生する打音を、発生直後から確実に集音することができる。一方、外部から多様な振動がレール12に伝播してくるため、レール12には、打音とは異なる原因による可聴周波数帯域の振動(非打撃音)が存在している。

0025

このため、図3(B)に示すように、打音の減衰が顕著となるまでの期間(例えば、打撃直後から0.3〜0.4秒間)に亘って打音の音信号を収集すると、打音に、レール12の端面で反射して戻ってきた反射音等が重なり合った状態の音信号が得られる。そこで、図3(A)に示すように、打音の減衰が顕著とならない、例えば、打音の音信号が、閾値に達した時刻(起点)から0.5ミリ秒以上2ミリ秒以下の時間(例えば、1ミリ秒)経過した時刻までの集音期間においてのみ音信号を収集すると、打音の音信号の強度(振幅)に反射音の強度が入りこまない(重なり合わない)ため、レールボンド13とレール12との間の剥離の有無にそれぞれ影響を受けた打音の音信号を効率的に収集することができる。

0026

一般に、レールボンド13とレール12との間に剥離が存在しないと、レールボンド13をハンマー14で打撃した際に発生する打音の音色は低く(振幅値周波数分布において、高周波側成分が少なく)、レールボンド13とレール12との間に剥離が存在すると、打音の音色は高く(振幅値の周波数分布において、高周波側成分が多く)なることが経験的に判明している。このため、図3(A)、(B)の各打音波形データから、可聴周波数帯域における周波数解析を行い、スペクトルと周波数の関係を求めた。その結果を図4(A)、(B)にそれぞれ示す。なお、図4では、スペクトルは正規化して(スペクトルの最大強度が1になるように変換して)示している。

0027

図4(A)に示すように、打音の音信号が閾値に達した時刻から一定時間経過するまでの集音期間に収集した音信号で構成された打音波形データ(図3(A))からスペクトルと周波数の関係を求めると、レールボンド13とレール12との間に剥離が存在しない場合(正常品)とレールボンド13とレール12との間に剥離が存在する場合(剥離品)とでは、周波数が5kHz以上15kHz以下の範囲でスペクトル強度の差が顕著となることが判る。一方、図4(B)に示すように、打音の減衰が顕著となるまでの長期間に亘って収集した音信号で構成された打音波形データ(図3(B))からスペクトルと周波数の関係を求めた場合、正常品と剥離品とでは、周波数が5kHz以上の高周波数側でスペクトルの差が明確に認められない。

0028

従って、集音期間に収集した打音の音信号で構成された打音波形データの周波数解析から得られるスペクトルと周波数の関係は、レールボンド13とレール12との間に剥離が存在するか否かに対応して経験上得られる音色の変化に対応している。このため、レールボンド13とレール12との間の剥離有無の判定を、集音期間に収集した打音の音信号で構成された打音波形データを用いて行うことの有効性が確認できる。

0029

レールボンド13とレール12との間の剥離率(剥離程度を定量的に示す尺度の一例であって、レールボンド13の全接合面積に対する剥離領域面積の割合)が増加すると、打音の音色はより高くなるという経験則から、剥離率が増加すると、周波数が5kHz以上15kHz以下の範囲のスペクトル強度も増加することが予測される。そこで、周波数が5kHz以上15kHz以下の範囲のスペクトル強度の増加程度を定量的に示す尺度として、周波数が5〜15kHzの高周波数側の可聴周波数領域に閾周波数fiを設定し、0〜20kHzの周波数範囲における周波数解析データの最大振幅(スペクトルの最大値)Aaと、閾周波数fi以上20kHzまでの高周波数領域(可聴周波数領域)に存在する最大振幅(スペクトルの最大値)Abをそれぞれ求め、最大振幅比Ab/Aaを算出して、剥離率を示す判別値とした。以下、具体的に説明する。

0030

複数のレールボンド13を打撃して周波数解析データを求める。次いで、複数のレールボンド13に衝撃を加えてレール12から取り外して接合面の状態から剥離領域面積を求め、得られた剥離領域面積を全接合面積で除して剥離率を算出する。そして、レールボンド13毎に、従って剥離率毎に、周波数解析データDを求め、閾周波数f1として8kHzを設定し、8〜20kHzの高周波数領域に存在する最大振幅Abを最大振幅Aaで正規化した正規化振幅を算出する。そして、図5に示すように、横軸を剥離率、縦軸を正規化振幅とした散布図を作成する。

0031

ここで、レールボンドの剥離は、列車通過時の振動により発生して徐々に進行する。このため、剥離が存在しない良品のレールボンドの打音の音色(周波数解析データ)と比較して、レールボンド13に剥離が発生した初期段階における打音の音色は、ほとんど変化はないが、剥離がある程度進行すると、打音の音色に変化が生じると共に、剥離の進行速度は加速度的に速くなっていく。従って、剥離発生後のできるだけ初期の段階で剥離を検出することが望ましく、レールボンドに剥離が存在するか否かの検出限界として、例えば、剥離率40%を目安とした。

0032

続いて、散布図に記載されたレールボンドデータ群を、二つの群、即ち剥離が存在しない正常品(剥離率40%未満)のレールボンドデータ群と剥離が存在する剥離品(剥離率40%以上)のレールボンドデータ群に弁別する、即ち、散布図に記載されたボンドデータ群を、散布図の上側に分散する剥離品のレールボンドデータ群と散布図の下側に分散する正常品のレールボンドデータ群に、弁別誤り率が最も小さくなるように二分するときの正規化振幅を求めて弁別正規化振幅とする。ここで、弁別誤り率が最も小さくなるように二分する正規化振幅とは、任意に設定した正規化振幅の中で、設定した正規化振幅以上の領域に存在する正常品の個数と、設定した正規化振幅未満の領域に存在する剥離品の個数との総和が最小となるときの正規化振幅をさす。図5では、弁別正規化振幅(K1)は0.16となる。弁別正規化振幅を0.16に設定すると、正常品と剥離品に判別ミスなく弁別でき、判別確率は100%となる。

0033

閾周波数f2として10kHzを設定し、10〜20kHzの高周波数領域に存在する最大振幅Abを最大振幅Aaで正規化した正規化振幅を算出する。そして、図6に示すように、横軸を剥離率、縦軸を正規化振幅とした散布図を作成する。次いで、散布図に記載されたレールボンドデータ群を、散布図の上側に分散する剥離品のレールボンドデータ群と散布図の下側に分散する正常品のレールボンドデータ群に、弁別誤り率が最も小さくなるように二分するときの正規化振幅を求めて弁別正規化振幅とする。図6では、弁別正規化振幅(K2)は0.15となる。なお、弁別正規化振幅を0.15に設定した場合、正常品と剥離品に弁別できない判別不可のデータが存在し、判別確率は97%となる。

0034

閾周波数f3として12kHzを設定し、12〜20kHzの高周波数領域に存在する最大振幅Abを最大振幅Aaで正規化した正規化振幅を算出する。そして、図7に示すように、横軸を剥離率、縦軸を正規化振幅とした散布図を作成する。次いで、散布図に記載されたレールボンドデータ群を、散布図の上側に分散する剥離品のレールボンドデータ群と散布図の下側に分散する正常品のレールボンドデータ群に、弁別誤り率が最も小さくなるように二分するときの正規化振幅を求めて弁別正規化振幅とする。図7では、弁別正規化振幅(K3)は0.08となる。なお、弁別正規化振幅を0.08に設定すると、正常品と剥離品に弁別できない判別不可のデータが存在し、判別確率は95%となる。

0035

閾周波数f4として14kHzを設定し、14〜20kHzの高周波数領域に存在する最大振幅Abを最大振幅Aaで正規化した正規化振幅を算出する。そして、図8に示すように、横軸を剥離率、縦軸を正規化振幅とした散布図を作成する。次いで、散布図に記載されたレールボンドデータ群を、散布図の上側に分散する剥離品のレールボンドデータ群と散布図の下側に分散する正常品のレールボンドデータ群に、弁別誤り率が最も小さくなるように二分するときの正規化振幅を求めて弁別正規化振幅とする。図8では、弁別正規化振幅(K4)は0.07となる。なお、弁別正規化振幅を0.07に設定すると、正常品と剥離品に弁別できない判別不可のデータが存在し、判別確率は90%となる。

0036

以上のように、周波数解析データDに対して閾周波数fiを段階的に変えて、散布図をそれぞれ作成し、得られた散布図毎に、正常品と剥離品に弁別誤り率が最も小さくなるように二分する弁別正規化振幅を求める。次いで、得られた弁別正規化振幅の中から、弁別誤り率を最も小さくする弁別正規化振幅を判別閾値に、その判別閾値を設置できる閾周波数fiを閾周波数にそれぞれ選定する。そして、レールボンド13と同一型式のレールボンドの打音検査を行う場合は、選定した判別閾値及び閾周波数を使用する。

0037

実施例1
レールボンドの剥離率が40%未満では非剥離、剥離率が40%以上では剥離とする判定基準を設け、閾周波数を8kHz、判別閾値(K)を0.16、1つのレールボンドの剥離有無を判定する打音検査の回数を3回にそれぞれ設定して、レールに取り付けた48箇所のレールボンドの打音検査を行い、得られた判別値から剥離有無の判定を行った。また、打音検査による判定を行った後、レールボンドをレールから取り外して剥離率を実測し、実測した剥離率に基づいて剥離有無の判定を行った。そして、レールボンド毎に求めた判定値及び剥離率の関係から、横軸を剥離率、縦軸を判別値とした散布図を作成した。作成した散布図を図9に示す。なお、図9には、剥離率40%を示す縦線、判別閾値0.16を示す横線をそれぞれ記載している。

0038

図9から、判別閾値を0.16に設定することにより、散布図に示されたレールボンドデータ群を、剥離が存在しない良品のレールボンドデータ群と剥離が存在する不良品のレールボンドデータ群に弁別できることが確認できた。なお、剥離率の実測から判定した剥離状態のレールボンドの個数は17個、打音検査から判定した剥離状態のレールボンドの個数は16個であり、判別確率は98%であった。

0039

実施例2
レールボンドの剥離率が40%未満では非剥離、剥離率が40%以上では剥離とする判定基準を設け、閾周波数を8kHz、判別閾値(K)を0.16、1つのレールボンドの剥離有無を判定する打音検査の回数を1回にそれぞれ設定して、レールに取り付けた28箇所のレールボンドの打音検査を行い、得られた判別値から剥離有無の判定を行った。また、打音検査による判定を行った後、レールボンドをレールから取り外して剥離率を実測し、実測した剥離率に基づいて剥離有無の判定を行った。そして、レールボンド毎に求めた判定値及び剥離率の関係から、横軸を剥離率、縦軸を判別値とした散布図を作成した。作成した散布図を図10に示す。なお、図10には、剥離率40%を示す縦線、判別閾値0.16を示す横線をそれぞれ記載している。

0040

図10から、判別閾値を0.16に設定することにより、散布図に示されたレールボンドデータ群を、剥離が存在しない良品のレールボンドデータ群と剥離が存在する不良品のレールボンドデータ群に弁別できることが確認できた。なお、剥離率の実測から判定した剥離状態のレールボンドの個数は7個、打音検査から判定した剥離状態のレールボンドの個数は6個であり、判別確率は96%であった。

0041

以上のことから、レールボンドの型式に応じて、レールボンドが剥離していると判定するレールボンドの最小剥離率を設定すると共に、実験から閾周波数及び判別閾値をそれぞれ設定することにより、打音検査により、レールボンドの剥離有無を95%以上の判別確率で判定できることが確認できた。また、1つのレールボンドに対して複数回の打音検査を実施して得られる判別値の平均値を、そのレールボンドを代表する判別値とすると、レールボンドの剥離有無の判別確率を更に向上できることがわかった。

実施例

0042

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。

0043

10:ろう付け物品の打音検査装置、11:検査員、12:レール、13:レールボンド、14:ハンマー、15:導電線、16:マイクロフォン、17:集音手段、18:周波数解析手段、19:演算手段、20:判定手段、21:A/D変換器、22:ゲート部、23:メモリ部、24:第1の算出部、25:第2の算出部、26:第3の算出部、27:比較部、28:表示部、29:検査管理手段

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