JP3697015B2

JP3697015B2 - 鉄道用レールの柱厚判定方法

Info

Publication number: JP3697015B2
Application number: JP6639597A
Authority: JP
Inventors: 保山洋一久; 村功中; 辺国俊渡
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: JPH10260035A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道用レール製造ラインで、搬送中のレール側面の長手方向に刻印される凹凸を抽出し、凹凸部を除いた柱厚量をオンラインで測定し、品質の合否判定するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道用レールはレール側面の柱厚が薄すぎると、車両走行中の水平，垂直荷重に耐えられなくなり、変形もしくは破損する事につながる。そのため、レールの種類によって異なるものの、柱厚の製品精度は規格の±０．５ｍｍ以内に抑えることが要求されている。なお、レール側面の柱厚の測定方法は、従来、入手により幅ゲージもしくはマイクロメータにより、レール両端の断面部のみ測定されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来方法では人及び時間が必要となることと、レール両端の断面部のみの品質保証しか出来ないという問題点があった。
【０００４】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、オンラインで自動的に全長の柱厚を測定可能とし、さらにレール側面部にある刻印部の影響を除去した鉄道用レールの柱厚判定方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る鉄道用レールの柱厚判定方法は、鉄道用レールの長手方向のレール側面変位データＦ１と長手方向の測定位置データＸをオンラインで連続測定し、前記レール側面変位データＦ１と前記位置データＸをディジタル化してメモリに記憶する工程と、前記レール側面変位データＦ１と前記位置データＸを基に柱厚データＧ（Ｘ）を求める工程と、前記柱厚データＧ（Ｘ）からノイズを低減した柱厚データＨ（Ｘ）を求めるノイズ低減工程と、前記柱厚データＨ（Ｘ）に対して前記鉄道用レールのロールマーク部の凹凸を強調する強調処理をして柱厚データＩ（Ｘ）を求めた後に、ロールマーク部中点Ｋｉを抽出する抽出処理を施す工程と、前記柱厚データＩ（Ｘ）から、前記ロールマーク部中点Ｋｉの前後それぞれにおいて、標準ロールマーク長さの半分より大きな所定の長さの寄与を削除して、柱厚品質合否を判定する工程と、からなる。
【０００６】
さらに望ましくは、上記の鉄道用レールの柱厚判定方法において、前記ノイズ低減工程は、前記位置データＸについて移動平均処理を施すものである。
また、前記抽出処理は、柱厚データＩ（Ｘ）についてピークの中間値に基づいて、該ピークの位置の中点及びピークの間隔Ｌｉを導き、該間隔Ｌｉと標準ロールマーク間隔とを比較することによって、前記ピークの位置の中点をロールマーク部中点Ｋｉとして抽出する処理としても良い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
レール側面の長手方向の変位データは、図１のごとくレール２側面に２台のスポット式レーザー距離計１ａ，１ｂをＺ方向に間隔Ｌで配置し、一定時間毎に測定した測定値と、レールの搬送速度を測定する速度計の測定値から測定できる。この時、長手方向の位置をＸ，各距離計の測定データをＦ１ａ（Ｘ），Ｆ１ｂ（Ｘ）とすると、距離計の間隔より長手方向の柱厚データが測定できる。
【０００８】
この柱厚データを図２のごとくＧ（Ｘ）とすると、Ｇ（Ｘ）は多数のノイズを含んでいるため、それを解決するために移動平均処理を施す。それにより、滑らかな柱厚曲線が得られることになり、後のレール柱厚合否判定処理が出来ることになる。
【０００９】
移動平均処理を施した柱厚データをＨ（Ｘ）とすると、次に、レール側面に刻印されたロールマークを抽出するために、Ｈ（Ｘ）に絶対値一次微分を施す。次にＨ’（Ｘ）にＸを基準として±Ｍ個の窓積分を施し、それをＩ（Ｘ）とおくと、ロールマーク部による凹凸情報が図３のごとく強調される。
【００１０】
Ｉ（Ｘ）全データより、最大値ＭＡＸ，最小値ＭＩＮを検出し、その中間値ＳＨ５０を抽出する。ＳＨ５０値とＩ（Ｘ）の大小比較を行い、ＳＨ５０値に対しＩ（Ｘ）が小から大になるＸ１と大から小になるＸ２間の中点Ｋ１、次なる同様点Ｋ２及び中点間距離Ｌ１を図４のごとく抽出する。同様に長手方向のデータ全てより中点Ｋｉ及び中点間距離Ｌｉをそれぞれ抽出する。
【００１１】
通常、ロールマークの間隔は一定であるため、各Ｌｉが標準ロールマーク間隔±α（速度誤差，サンプリング誤差を考慮した余裕長さ）の範囲にあれば、各中点Ｋｉはロールマークの中心を示していることになる。従って、Ｋｉの前後β（標準ロールマーク長さ／２＋速度誤差，サンプリング誤差を考慮した余裕長さ）をロールマーク部として除去することにより、正規の柱厚データＩ（Ｘ）が抽出できることになり、本データより品質合否判定が行えることになる。
【００１２】
さらに、レール鋼種，製造年月日により、そのロールマーク長さ及びロールマーク間隔が異なるが、本方法では、α及びβを各鋼種及び製造年月日毎に任意設定できるため、それぞれに対応したロールマーク抽出，除去による柱厚合否判定が行えることになる。
【００１３】
【実施例】
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。図１において、１ａ，１ｂはレールの変位測定に使用するスポット式レーザ距離計、２は搬送レール、３ａ，３ｂは搬送ロール、４は距離計コントローラ、５はＡ／Ｄ変換器、６は計算機、７はロータリエンコーダである。
【００１４】
２台のスポット式距離計１ａ，１ｂは図中Ｚ軸方向にＬの間隔で配置されている。スポット式レーザ距離計１ａ，１ｂは投光部から照射されたレーザがレールで反射してくるのを受光部で捉え、その時の受光部内の最大入光位置をレールの変位（スポット式距離計からレール２側面までの距離）に変換することで測定するものである。
【００１５】
距離計コントローラ４は、ロータリエンコーダ７が設定数のパルス（指速パルス）を発生する毎に、すなわちレール２の所定量の移動毎にスポット式距離計１ａ，１ｂの測定信号をディジタルデータに変換して、指速パルスの計数値（レ−ル上のＸ位置）と共に計算機６に与える。計算機６は与えられる変位データ（距離データ）をメモリに順次書き込む（図５のステップＳ１）。
【００１６】
計算機６はメモリ内の距離データに基づいて、柱厚計算及びロールマーク除去処理を行ってから品質合否判定を行う。この処理を図５のステップＳ２〜Ｓ９に示す。
【００１７】
上述の距離計１ａ，１ｂによる測定（図５のステップＳ１）で得た距離デ−タに基づいて、計算機６はまず柱厚を計算する（ステップＳ２）。その処理内容は
Ｇ（Ｘ）＝Ｌ−｛Ｆ１ａ（Ｘ）＋Ｆ１ｂ（Ｘ）｝・・・（１）
である。Ｇ（Ｘ）は図２の（ａ）のごとくノイズを含んでいるため、計算機６ではこれらのデータに対してノイズ除去するための移動平均処理を行う（ステップＳ３）。得られた移動平均処理データＨ（Ｘ）からロールマーク部を抽出するために、Ｈ（Ｘ）に１階微分を施す（ステップＳ４）。その処理内容は
Ｈ’（Ｘ）＝｜Ｈ（Ｘ）−Ｈ（Ｘ−１）｜・・・（２）
である。次にＨ’（Ｘ）に±Ｍ個の窓積分を行う（ステップＳ５）。その処理内容は、
【００１８】
【数１】

【００１９】
である。Ｈ’（Ｘ）を±Ｍ個の窓積分処理することにより、図３の（ｂ）のごとく柱厚データに含まれていたロールマーク情報が強調される。この積分処理データＩ（Ｘ）での最大値，最小値から、その中間値ＳＨ５０を抽出し、そのＳＨ５０とＩ（Ｘ）が小から大及び大から小になるＸ１〜４より、図４のごとく中点Ｋ１，Ｋ２を抽出する（ステップＳ６）。各中点間の距離Ｌ１より、それがロールマーク部の中点により得られる距離Ｌ１であるかを判定する（ステップＳ７）。その処理内容は
標準ロールマーク間隔−α ≦ Ｌ１ ≦ 標準ロールマーク間隔＋α・・・（４）
である。式（４）を満足するＬ１はロールマーク間隔を示している。すなわち、中点Ｋ１，Ｋ２は各ロールマーク部の中心を示していることになる。これを全ての中点間距離Ｌｉに対して行うことにより、ロールマーク部の中心を示すＫｉを抽出する。これらロールマーク部の中心を示す各Ｋｉに対し、前後β（標準ロールマーク長／２＋余裕長さ）を除去（ステップＳ８）すれば柱厚データＩ（Ｘ）からロールマーク部だけを除去できることになり、除去後のＩ（Ｘ）と合否判定基準（製造基準値±公差）を比較して、レールの柱厚品質を合否判定する（ステップＳ９）。なお、α及びβは各鋼種，製造年月日毎に計算機６に入力して設定するものである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によればレール製造ラインで搬送中レールの柱厚を全て算出できるので、正確で信頼性の高いオンラインでの柱厚検査が可能になり、製造ラインの能率を低下させることなく、全長・全数検査が容易となって、レール形状品質の向上が図れる。
【００２１】
更には、レールの品質判定に使用しない鋼種毎や製造年月日によって異なる刻印部を自動的に取り除くことで、品質判定に必要な情報のみでの柱厚検査が可能となり、製造ラインの能率を低下させることなく全数・全鋼種検査が容易となって、レールの品質向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を一様態で実施する装置構成の概要を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は図１に示す距離計１ａ，１ｂにより測定されたレール２の側面変位から算出した柱厚分布を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）の柱厚データを移動平均処理により平滑化して得た柱厚分布を示すグラフである。
【図３】（ａ）は図２の（ｂ）に示すデータの絶対値一次微分を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）の絶対値一次微分データを±Ｍ個で窓積分処理して得たグラフである。
【図４】図３の（ｂ）のデータより、ＭＡＸ，ＭＩＮ及び中間値ＳＨ５０を抽出し、ロールマーク部の中点Ｋ１，Ｋ２及びロールマーク間隔Ｌ１を抽出する方法を示す図である。
【図５】図１に示すコントローラ４及び計算機６の柱厚判定処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ：スポット式レーザ距離計２：レール
３ａ，３ｂ：搬送ロール４：レーザ距離計コントローラ
５：Ａ／Ｄ変換器６：計算機
７：ロータリエンコーダＤ：搬送方向
８：ロールマーク

Claims

鉄道用レールの製造ラインにおける柱厚判定方法であって、
鉄道用レールの長手方向のレール側面変位データＦ１と長手方向の測定位置データＸをオンラインで連続測定し、前記レール側面変位データＦ１と前記位置データＸをディジタル化してメモリに記憶する工程と、
前記レール側面変位データＦ１と前記位置データＸを基に柱厚データＧ（Ｘ）を求める工程と、
前記柱厚データＧ（Ｘ）からノイズを低減した柱厚データＨ（Ｘ）を求めるノイズ低減工程と、
前記柱厚データＨ（Ｘ）に対して前記鉄道用レールのロールマーク部の凹凸を強調する強調処理をして柱厚データＩ（Ｘ）を求めた後に、ロールマーク部中点Ｋｉを抽出する抽出処理を施す工程と、
前記柱厚データＩ（Ｘ）から、前記ロールマーク部中点Ｋｉの前後それぞれにおいて、標準ロールマーク長さの半分より大きな所定の長さの寄与を削除して、柱厚品質合否を判定する工程と、
からなる鉄道用レールの柱厚判定方法。
前記ノイズ低減工程は、前記位置データＸについて移動平均処理を施すものである請求項１に記載の鉄道用レールの柱厚判定方法。
前記強調処理は、前記ノイズを低減した柱厚データＨ（Ｘ）を位置データＸについて絶対値一次微分し、さらに、±Ｍ個の窓積分を施した柱厚データＩ（Ｘ）を求める処理であり、
前記抽出処理は、前記柱厚データＩ（Ｘ）についてピークの中間値に基づいて、該ピークの位置の中点及びピークの間隔Ｌｉを導き、該間隔Ｌｉと標準ロールマーク間隔とを比較することによって、前記ピークの位置の中点をロールマーク部中点Ｋｉとして抽出する処理である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉄道用レールの柱厚判定方法。