特許 7447045 検査システム、検査装置及び検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-01

(45)【発行日】2024-03-11

(54)【発明の名称】検査システム、検査装置及び検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/14 20060101AFI20240304BHJP

   G01N 29/44 20060101ALI20240304BHJP

   G01M 17/08 20060101ALI20240304BHJP

   B61F 5/00 20060101ALI20240304BHJP

   B61K 13/00 20060101ALI20240304BHJP

【ＦＩ】

G01N29/14

G01N29/44

G01M17/08

B61F5/00 Z

B61K13/00 Z

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2021046769

(22)【出願日】2021-03-22

(65)【公開番号】P2022146002

(43)【公開日】2022-10-05

【審査請求日】2023-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】碓井 隆

(72)【発明者】

【氏名】高安 俊貴

(72)【発明者】

【氏名】渡部 一雄

(72)【発明者】

【氏名】大西 敦郎

(72)【発明者】

【氏名】高橋 博

(72)【発明者】

【氏名】砂押 貴光

【審査官】村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０９６１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０４７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１５１９６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００７／００７１２２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

Ｇ０１Ｈ １７／００

Ｇ０１Ｍ １７／００－１７／１０

Ｂ６１Ｆ ５／００－５／５２

Ｂ６１Ｋ １３／００－１３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査システムであって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサと、
前記１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定する位置標定部と、
を備え、
前記１以上のセンサは、前記複数の側梁と前記横梁のそれぞれに少なくとも１つ以上設置され、
前記位置標定部は、前記複数の側梁と前記横梁のそれぞれに設置された各センサによって検出された弾性波の特徴量に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定する、
検査システム。

【請求項2】

前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査システムであって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサと、
前記１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定する位置標定部と、
を備え、
前記複数の側梁は、第一の側梁と、第二の側梁であり、
前記１以上のセンサは、少なくとも前記第一の側梁、又は、前記第二の側梁のいずれかの両端部付近に設置され、
前記位置標定部は、前記第一の側梁、又は、前記第二の側梁のいずれかの両端部付近に設置された各センサで検出された弾性波の時刻差に基づいて、側梁において発生した弾性波の発生源位置を標定する、
検査システム。

【請求項3】

前記位置標定部は、前記両端部付近に設置された各センサのそれぞれで弾性波が検出された時刻又は弾性波の振幅の少なくともいずれかに基づいて、前記横梁から伝搬した弾性波を特定し、特定した前記横梁から伝搬した弾性波を除く弾性波に基づいて、前記側梁において発生した弾性波の発生源位置を標定する、
請求項２に記載の検査システム。

【請求項4】

前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査システムであって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサと、
前記１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定する位置標定部と、
を備え、
前記１以上のセンサは、前記横梁の両端部付近に設置され、
前記位置標定部は、前記横梁の両端部付近に設置された各センサで検出された弾性波の時刻差に基づいて、横梁において発生した弾性波の発生源位置を標定する、
検査システム。

【請求項5】

前記位置標定部は、前記両端部付近に設置された各センサのそれぞれで弾性波が検出された時刻又は弾性波の振幅の少なくともいずれかに基づいて、側梁から伝搬した弾性波を特定し、特定した前記側梁から伝搬した弾性波を除く弾性波に基づいて、前記横梁において発生した弾性波の発生源位置を標定する、
請求項４に記載の検査システム。

【請求項6】

前記横梁の両端部付近は、前記横梁と前記複数の側梁との連結部分である、
請求項４又は５に記載の検査システム。

【請求項7】

前記位置標定部により標定された弾性波の発生源位置に基づいて、前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかの劣化状態を評価する評価部をさらに備える、
請求項２から６のいずれか一項に記載の検査システム。

【請求項8】

前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査システムであって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサと、
前記１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定する位置標定部と、
を備え、
前記１以上のセンサによって検出された弾性波の特徴量を抽出する信号処理部と、
前記信号処理部によって抽出された前記弾性波の特徴量のデータを送信する無線送信部と、
前記信号処理部と前記無線送信部に給電する電源供給部と、
をさらに備え、
前記信号処理部、前記無線送信部及び前記電源供給部は前記台車に設置される、
検査システム。

【請求項9】

電源供給部は、前記台車の所定の位置に設置された振動発電機である、
請求項８に記載の検査システム。

【請求項10】

前記振動発電機の固有振動数は、前記台車の１次曲げ固有振動数近傍である、
請求項９に記載の検査システム。

【請求項11】

前記台車は、鉄道車両の台車であり、
前記振動発電機が設置された前記所定の位置は、前記鉄道車両を支持する空気ばね近傍、又は、軸箱直上位置近傍である、
請求項９又は１０に記載の検査システム。

【請求項12】

前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査装置であって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定する位置標定部、
を備え、
前記１以上のセンサは、前記複数の側梁と前記横梁のそれぞれに少なくとも１つ以上設置され、
前記位置標定部は、前記複数の側梁と前記横梁のそれぞれに設置された各センサによって検出された弾性波の特徴量に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定する検査装置。

【請求項13】

前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査装置であって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定する位置標定部、
を備え、
前記複数の側梁は、第一の側梁と、第二の側梁であり、
前記１以上のセンサは、少なくとも前記第一の側梁、又は、前記第二の側梁のいずれかの両端部付近に設置され、
前記位置標定部は、前記第一の側梁、又は、前記第二の側梁のいずれかの両端部付近に設置された各センサで検出された弾性波の時刻差に基づいて、側梁において発生した弾性波の発生源位置を標定する検査装置。

【請求項14】

前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査装置であって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定する位置標定部、
を備え、
前記１以上のセンサは、前記横梁の両端部付近に設置され、
前記位置標定部は、前記横梁の両端部付近に設置された各センサで検出された弾性波の時刻差に基づいて、横梁において発生した弾性波の発生源位置を標定する検査装置。

【請求項15】

前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査装置であって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定する位置標定部と、
前記１以上のセンサによって検出された弾性波の特徴量を抽出する信号処理部と、
前記信号処理部によって抽出された前記弾性波の特徴量のデータを送信する無線送信部と、
前記信号処理部と前記無線送信部に給電する電源供給部と、
を備え、
前記信号処理部、前記無線送信部及び前記電源供給部は前記台車に設置される検査装置。

【請求項16】

前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査装置が行う検査方法であって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定し、
前記１以上のセンサは、前記複数の側梁と前記横梁のそれぞれに少なくとも１つ以上設置され、
前記複数の側梁と前記横梁のそれぞれに設置された各センサによって検出された弾性波の特徴量に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定する検査方法。

【請求項17】

前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査装置が行う検査方法であって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定し、
前記複数の側梁は、第一の側梁と、第二の側梁であり、
前記１以上のセンサは、少なくとも前記第一の側梁、又は、前記第二の側梁のいずれかの両端部付近に設置され、
前記第一の側梁、又は、前記第二の側梁のいずれかの両端部付近に設置された各センサで検出された弾性波の時刻差に基づいて、側梁において発生した弾性波の発生源位置を標定する検査方法。

【請求項18】

前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査装置が行う検査方法であって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定し、
前記１以上のセンサは、前記横梁の両端部付近に設置され、
前記横梁の両端部付近に設置された各センサで検出された弾性波の時刻差に基づいて、横梁において発生した弾性波の発生源位置を標定する検査方法。

【請求項19】

前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査装置が行う検査方法であって、
前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定し、
前記１以上のセンサによって検出された弾性波の特徴量を抽出する信号処理部と、前記信号処理部によって抽出された前記弾性波の特徴量のデータを送信する無線送信部に給電し、
前記信号処理部、前記無線送信部及び前記給電を行う電源供給部は前記台車に設置される検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、検査システム、検査装置及び検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境負荷の観点から鉄道輸送に対する期待が高まっている。その一方で、鉄道車両の台車の損傷は重大な事故に繋がる可能性があり、台車そのものの健全性を監視するシステムが重要になってきている。しかしながら、従来の手法では、検査に時間を要してしまったり、損傷が大きくなった後でなければ検出することができない。損傷の初期段階で異常を捉えることができればより効果的な対策が期待でき、重大事故防止の観点からも望ましい。なお、上記に示す問題は、鉄道車両の台車に限らず、他の台車においても同様に生じる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１０－５２７８２８号公報

【文献】国際公開第２０１９／０８１７７０号

【非特許文献】

【0004】

【文献】鈴木 康文、長南 征二、阿久津、勝則、“鉄道車両の台車枠の曲げ剛性を考慮した台車振動解析”、 日本機械学会論文集 C編, 1997, 63 巻, 611 号, p. 2221－2228

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、損傷が大きくなる前段階で台車における異常を簡便に特定することができる検査システム、検査装置及び検査方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の検査システムは、前後方向へ伸びて、左右方向へ離間して配置される複数の側梁と、前記複数の側梁を連結する横梁とで構成される台車の検査を行うための検査システムである。検査システムは、１以上のセンサと、位置標定部とを持つ。１以上のセンサは、前記複数の側梁、又は、前記横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する。位置標定部は、前記１以上のセンサによって検出された前記弾性波に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定、又は、前記弾性波の発生源位置を標定する。前記１以上のセンサは、前記複数の側梁と前記横梁のそれぞれに少なくとも１つ以上設置され、前記位置標定部は、前記複数の側梁と前記横梁のそれぞれに設置された各センサによって検出された弾性波の特徴量に基づいて、前記弾性波が発生した梁を特定する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態における台車の一例を示す図。

【図2】実施形態における弾性波伝搬モデルの一例を示す図。

【図3】第１の実施形態におけるセンサの配置例を示す図。

【図4】第１の実施形態における検査システムの構成を表す図。

【図5】第１の実施形態における信号処理部の機能を表す概略ブロック図。

【図6】第１の実施形態における検査システムの処理の流れを示すシーケンス図。

【図7】第２の実施形態におけるセンサの配置例を示す図。

【図8】第２の実施形態における検査システムの構成を表す図。

【図9】第２の実施形態における検査装置が行う処理の流れを示すフローチャート。

【図10】従来手法を用いて標定を行った実験結果と、第２の実施形態における手法を用いて標定を行った実験結果とを表す図。

【図11】第３の実施形態におけるセンサの配置例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態の検査システム、検査装置及び検査方法を、図面を参照して説明する。

【0009】

（概要）
実施形態における検査システムは、鉄道車両の台車の検査を行うためのシステムである。鉄道車両の台車の検査とは、例えば台車の損傷や損傷などの異常が発生していると推定される位置の特定及び損傷の有無の特定である。実施形態における検査システムでは、鉄道車両の台車の検査に、台車で発生する弾性波を用いる。鉄道台車においては、台車への荷重負荷が印加されたときに、主に構造部材間の溶接部で発生する微小な欠陥から弾性波が発生する。そこで、実施形態における検査システムでは、台車に設置した１以上のセンサにおいて、台車への荷重負荷印加時に発生する弾性波を検出し、検出した弾性波に基づいて、少なくとも弾性波の発生源（以下「弾性波源」という。）の梁の特定又は弾性波源の位置標定を行う。ここで、弾性波源の梁とは、弾性波が発生している梁であって、側梁又は横梁の少なくともいずれかである。

【0010】

鉄道車両の台車１は、図１に示すように、一般的に、鉄道車両の前後方向へ伸びて、鉄道車両の左右方向へ離間して配置される１対２本の側梁２－１～２－２と、２本の側梁２－１～２－２を連結する横梁３と、複数の車輪Ｗとで構成される（参考文献１～３参照）。なお、以下の説明において側梁２－１～２－２を特に区別しない場合には、側梁２と記載する。鉄道車両の前後方向とは、鉄道車両の長手方向である。鉄道車両の左右方向とは、鉄道車両の長手方向に垂直な方向である。側梁２－１～２－２と、横梁３それぞれの部位には、電動機や、鍛造部品などが溶接により接続されている。
（参考文献１：特開２０２０－１６３８８３号公報）
（参考文献２：特開２０１９－１３０９８２号公報）
（参考文献３：特開２０１８－７５９５４号公報）

【0011】

実施形態における検査システムで検査を行うにあたり、３次元的に複雑な構造を有する鉄道車両の台車１を、弾性波源の梁の特定又は弾性波源の位置標定という目的の元に単純化することを考える。側梁２と横梁１との接続部分は、溶接により接続されている。そのため、側梁２と横梁１との接続部分である溶接部においては、形状の不連続性により反射などが発生して信号が減衰する。例えば、溶接部ではおよそ２０ｄＢほど信号が減衰する。以下の説明では、溶接部では信号が２０ｄＢ減衰するものとして説明する。この点を踏まえ、台車１を図２に示すように単純化する。以下、図２に示すモデルを弾性波伝搬モデルと記載する。図２は、実施形態における弾性波伝搬モデルの一例を示す図である。

【0012】

図２に示すように、側梁２は台車１の前後方向に延びる１次元要素に単純化し、横梁３は台車１の左右方向へ伸びる１次元要素に単純化する。２本の側梁２－１，２－２は、中央付近で横梁３により接続される。さらに、側梁２と横梁３との接点においては、２０ｄＢの信号減衰を加える溶接部４を設けることで、より精度の高い解析が可能になる。その結果、図１に示した台車１は“Ｈ”字の構造に単純化することができる。実施形態における検査システムでは、複雑な形状の台車１を単純化した弾性波伝搬モデルを加味して台車１の検査を行う。
以下、検査システムの具体的な構成について説明する。

【0013】

（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態におけるセンサ１０の配置例を示す図である。
図３に示すように第１の実施形態では、センサ１０を側梁２－１，２－２と、横梁３のそれぞれ１つ設置するものとする。側梁２－１上に設置したセンサ１０をセンサ１０－１、側梁２－２上に設置したセンサ１０をセンサ１０－２、横梁３上に設置したセンサ１０をセンサ１０－３とする。なお、各センサ１０－１，１０－２，１０－３の設置位置は、図３に示す場所に限られず、各センサ１０－１，１０－２，１０－３が設置された梁上であればどの位置であってもよい。さらに、側梁２－１と横梁３との溶接部を溶接部４－１、側梁２－２と横梁３との溶接部を溶接部４－２とする。

【0014】

図４は、第１の実施形態における検査システム１００の構成を表す図である。検査システム１００は、複数のセンサ１０－１～１０－ｎ（ｎは２以上の整数）、信号処理部２０、無線通信部３０、電源供給部４０及び検査装置５０を備える。センサ１０－１～１０－ｎと信号処理部２０とは、有線により通信可能に接続される。第１の実施形態において、センサ１０－１～１０－ｎ、信号処理部２０、無線通信部３０及び電源供給部４０は、台車１で発生した弾性波を検出する検出装置として構成される。なお、以下の説明において、センサ１０－１～１０－ｎを特に区別しない場合にはセンサ１０と記載する。

【0015】

センサ１０は、台車１に設置される。信号処理部２０、無線通信部３０及び電源供給部４０は、台車１に設置されてもよいし、鉄道車両に搭載されてもよいし、車輪Ｗに搭載されてもよい。検査装置５０は、検出装置と同じ場所に設けられてもよいし、検出装置が設置されている場所と異なる場所（例えば、検査システム１００の管理者がいる管理所等）に設けられてもよい。

【0016】

センサ１０は、台車１において発生した弾性波を検出する。より具体的には、センサ１０は、台車１を構成する側梁２又は横梁３の少なくともいずれかにおいて発生した弾性波を検出する。センサ１０は、検出した弾性波を電気信号に変換する。

【0017】

センサ１０には、例えば１０ｋＨｚ～１ＭＨｚの範囲に感度を有する圧電素子が用いられる。センサ１０としてより好適なものは、１００ｋＨｚ～２００ｋＨｚに感度を有する圧電素子である。センサ１０は、周波数範囲内に共振ピークをもつ共振型、共振を抑えた広帯域型等の種類があるが、センサ１０の種類はいずれでもよい。センサ１０が弾性波１３を検出する方法は、電圧出力型、抵抗変化型及び静電容量型等があるが、いずれの検出方法でもよい。センサ１０は、増幅器を内蔵していてもよい。

【0018】

センサ１０に代えて加速度センサが用いられてもよい。この場合、加速度センサは、台車１において発生した弾性波を検出する。加速度センサは、センサ１０と同様の処理を行うことによって、検出した弾性波を電気信号に変換する。

【0019】

信号処理部２０は、センサ１０から出力された電気信号を入力とする。信号処理部２０は、入力した電気信号に対して信号処理を行う。信号処理部２０が行う信号処理は、例えば、ノイズ除去、到達時刻の決定、パラメータ抽出等である。信号処理部２０は、信号処理により得られた弾性波の特徴量のデータを送信データとして無線通信部３０に出力する。

【0020】

信号処理部２０は、アナログ回路又はデジタル回路を用いて構成される。デジタル回路は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やマイクロコンピュータにより実現される。不揮発型のＦＰＧＡを用いることで、待機時の消費電力を抑えることができる。デジタル回路は、専用のＬＳＩ（Large-Scale Integration）により実現されてもいい。信号処理部２０は、フラッシュメモリ等の不揮発メモリや、取り外し可能なメモリを搭載してもよい。

【0021】

無線通信部３０は、信号処理部２０から出力された送信データを、所定のタイミングで検査装置５０に送信する。

【0022】

電源供給部４０は、信号処理部２０及び無線通信部３０に電源を供給する。電源供給部４０は、自立電源であることが好ましい。電源供給部４０は、例えば１次電池、帰線電流による二次電池の充電又は振動発電機に代表されるエナジーハーベスタを利用する装置である。

【0023】

なお、電源供給部４０としては、振動発電機を用いることがより好ましい。振動発電機は、台車の所定の位置に設置され、台車の上下振動を利用して発電する。これにより、電池交換が不要でかつ配線を台車上で完結することができ、設置コストを低減することができる。振動発電機における可動子の固有振動数が、設置する台車枠の固有振動周波数±１０％の範囲に含まれるように構成することで、より大きな発電量が得られる。特に振動発電機における可動子の固有振動数が台車枠の１次曲げ固有振動数近傍に設定されることが望ましい。台車枠の１次曲げ固有振動数は、台車加速度のスペクトルのうち、低周波側から数えて２番目の卓越周波数付近に相当する。例えば、台車枠の１次曲げ固有振動数は、４０Ｈｚ近傍であることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。所定の位置は、側梁２の中央部近傍もしくは両端部近傍であることが望ましい。側梁２の中央部近傍とは、鉄道車両を支持する空気ばね近傍、側梁２の両端部近傍とは軸箱直上位置近傍を含む。

【0024】

検査装置５０は、無線通信部３０から送信された所定期間分の送信データを用いて、台車１の検査を行う。第１の実施形態における検査装置５０では、無線通信部３０から送信された所定期間分の送信データを用いて、弾性波が発生した梁を特定する。

【0025】

図５は、第１の実施形態における信号処理部２０の機能を表す概略ブロック図である。信号処理部２０は、フィルタ２１、Ａ／Ｄ変換器２２、波形整形フィルタ２３、ゲート生成回路２４、到達時刻決定部２５、特徴量抽出部２６、送信データ生成部２７、メモリ２８及び出力部２９を備える。

【0026】

フィルタ２１では、センサ１０から出力された電気信号において信号帯域以外のノイズ成分が除去される。フィルタ２１は、例えばバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band pass filter）である。

【0027】

Ａ／Ｄ変換器２２は、ノイズ成分が除去された電気信号を量子化してデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器２２は、デジタル信号を波形整形フィルタ２３に出力する。

【0028】

波形整形フィルタ２３は、入力された時系列データのデジタル信号から所定の信号帯域外のノイズ成分を除去する。波形整形フィルタ２３は、例えばバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）である。波形整形フィルタ２３は、例えばフィルタ２１と同じ周波数帯域を通過させるように設定されているものとする。波形整形フィルタ２３は、ノイズ成分除去後の信号（以下「ノイズ除去信号」という。）をゲート生成回路２４及び特徴量抽出部２６に出力する。

【0029】

ゲート生成回路２４は、波形整形フィルタ２３から出力されたノイズ除去信号を入力とする。ゲート生成回路２４は、入力したノイズ除去信号に基づいてゲート信号を生成する。ゲート信号は、ノイズ除去信号の波形が持続しているか否かを示す信号である。

【0030】

ゲート生成回路２４は、例えばエンベロープ検出器及びコンパレータにより実現される。エンベロープ検出器は、ノイズ除去信号のエンベロープを検出する。エンベロープは、例えばノイズ除去信号を二乗し、二乗した出力値に対して所定の処理（例えばローパスフィルタを用いた処理やヒルベルト変換）を行うことで抽出される。コンパレータは、ノイズ除去信号のエンベロープが所定の閾値以上であるか否かを判定する。

【0031】

ゲート生成回路２４は、ノイズ除去信号のエンベロープが所定の閾値以上となった場合、ノイズ除去信号の波形が持続していることを示す第１のゲート信号を到達時刻決定部２５及び特徴量抽出部２６に出力する。一方、ゲート生成回路２４は、ノイズ除去信号のエンベロープが所定の閾値未満になった場合、ノイズ除去信号の波形が持続していないことを示す第２のゲート信号を到達時刻決定部２５及び特徴量抽出部２６に出力する。

【0032】

到達時刻決定部２５は、不図示の水晶発振器などのクロック源から出力されるクロックと、ゲート生成回路２４から出力されたゲート信号とを入力とする。到達時刻決定部２５は、第１のゲート信号が入力されている間に入力されたクロックを用いて、弾性波到達時刻を決定する。到達時刻決定部２５は、決定した弾性波到達時刻を時刻情報として送信データ生成部２７に出力する。到達時刻決定部２５は、第２のゲート信号が入力されている間に処理を行わない。到達時刻決定部２５は、クロック源からの信号をもとに、電源投入時からの累積の時刻情報を生成する。具体的には、到達時刻決定部２５は、クロックのエッジをカウントするカウンタとし、カウンタのレジスタの値を時刻情報とすればよい。カウンタのレジスタは所定のビット長を有するように決定される。

【0033】

特徴量抽出部２６は、波形整形フィルタ２３から出力されたノイズ除去信号と、ゲート生成回路２４から出力されたゲート信号とを入力とする。特徴量抽出部２６は、第１のゲート信号が入力されている間に入力されたノイズ除去信号を用いて、ノイズ除去信号の特徴量を抽出する。特徴量抽出部２６は、第２のゲート信号が入力されている間に処理を行わない。特徴量は、ノイズ除去信号の特徴を示す情報である。

【0034】

特徴量は、例えば波形の振幅［ｍＶ］、波形の立ち上がり時間［ｕｓｅｃ］、ゲート信号の持続時間［ｕｓｅｃ］、ゼロクロスカウント数［ｔｉｍｅｓ］、波形のエネルギー［ａｒｂ．］、周波数［Ｈｚ］及びＲＭＳ（Root Mean Square：二乗平均平方根）値等である。特徴量抽出部２６は、抽出した特徴量に関するパラメータを送信データ生成部２７に出力する。特徴量抽出部２６は、特徴量に関するパラメータを出力する際に、特徴量に関するパラメータにセンサＩＤを対応付ける。センサＩＤは、台車１に設置されているセンサ１０を識別するための識別情報を表す。これにより、特徴量に関するパラメータが、どのセンサ１０により検出された弾性波の特徴量であるのかを特定することができる。

【0035】

波形の振幅は、例えばノイズ除去信号の中で最大振幅の値である。波形の立ち上がり時間は、例えばゲート信号の立ち上がり開始からノイズ除去信号が最大値に達するまでの時間Ｔ１である。ゲート信号の持続時間は、例えばゲート信号の立ち上がり開始から振幅が予め設定される値よりも小さくなるまでの時間である。ゼロクロスカウント数は、例えばゼロ値を通る基準線をノイズ除去信号が横切る回数である。

【0036】

波形のエネルギーは、例えば各時点においてノイズ除去信号の振幅を二乗したものを時間積分した値である。なお、エネルギーの定義は、上記例に限定されず、例えば波形の包絡線を用いて近似されたものでもよい。周波数は、ノイズ除去信号の周波数である。ＲＭＳ値は、例えば各時点においてノイズ除去信号の振幅を二乗して平方根により求めた値である。

【0037】

送信データ生成部２７は、センサＩＤと、時刻情報と、特徴量に関するパラメータとを入力とする。送信データ生成部２７は、入力したセンサＩＤと、時刻情報と、特徴量に関するパラメータとを含む送信データを生成する。送信データ生成部２７は、生成した送信データをメモリ２８に記録してもよいし、メモリ２８に記録せずに出力部２９に出力してもよい。

【0038】

メモリ２８は、送信データを記憶する。メモリ２８は、例えばデュアルポートＲＡＭ（Random Access Memory）である。

【0039】

出力部２９は、メモリ２８に記憶されている送信データ、又は、送信データ生成部２７から出力された送信データを無線通信部３０に逐次出力する。

【0040】

図４に戻って説明を続ける。
検査装置５０は、無線通信部５１、制御部５２、記憶部５３及び表示部５４を備える。

【0041】

無線通信部５１は、無線通信部３０から送信された送信データを受信する。無線通信部５１は、受信した送信データを制御部５２に出力する。

【0042】

制御部５２は、検査装置５０全体を制御する。制御部５２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部５２は、プログラムを実行することによって、取得部５２１、イベント抽出部５２２及び位置標定部５２３として機能する。

【0043】

取得部５２１、イベント抽出部５２２及び位置標定部５２３の機能部のうち一部または全部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡなどのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置などの非一時的な記憶媒体である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

【0044】

取得部５２１、イベント抽出部５２２及び位置標定部５２３の機能の一部は、予め検査装置５０に搭載されている必要はなく、追加のアプリケーションプログラムが検査装置５０にインストールされることで実現されてもよい。

【0045】

取得部５２１は、各種情報を取得する。例えば、取得部５２１は、無線通信部５１によって受信された送信データを取得する。取得部５２１は、取得した送信データを記憶部５３に保存する。

【0046】

イベント抽出部５２２は、記憶部５３に記憶されている送信データの中から１イベントにおける送信データを抽出する。イベントとは、台車１で起こった弾性波発生事象を表す。本実施形態における弾性波発生事象は、台車１に対する加重である。例えば、鉄道車両において、台車１には少なくとも台車１に設けられている車体の重さによる荷重が加わる。１回のイベントが発生した場合、複数のセンサ１０で略同時刻に弾性波が検出されることになる。すなわち、記憶部５３には、略同時刻に検出された弾性波に関する送信データが記憶されていることになる。そこで、イベント抽出部５２２は、所定の時間窓を設け、到達時刻が時間窓の範囲内に存在する全ての送信データを１イベントにおける送信データとして抽出する。イベント抽出部５２２は、抽出した１イベントにおける送信データを位置標定部５２３に出力する。以下、所定の時間窓を設けて１イベントにおける送信データを抽出する方法を第１の抽出方法と記載する。

【0047】

時間窓の範囲Ｔｗは、対象とする台車１における弾性波伝搬速度ｖと、最大のセンサ間隔ｄｍａｘを用いて、Ｔｗ≧ｄｍａｘ／ｖの範囲になるように決定してもよい。誤検出を避けるためには、Ｔｗをできるだけ小さい値に設定することが望ましいため、実質的にはＴｗ＝ｄｍａｘ／ｖとすることができる。弾性波伝搬速度ｖは、予め求められていてもよい。

【0048】

弾性波伝搬速度ｖは、予め用意されたルックアップテーブルを用いてもよい。材料中を伝わる弾性波伝搬速度ｖは、材質の体積弾性率ｋ（Ｐａ）と、密度ρ_０（ｋｇ／ｍ３）を用いて、以下の式（１）のように表すことができる。

【0049】

【数1】

【0050】

３次元体で考えるとせん断弾性率Ｇを考慮して、弾性波伝搬速度ｖは以下の式（２）に基づいて計算することができる。

【0051】

【数2】

【0052】

このことは、伝搬速度が材料固有の物性値であるｋ、密度ρ_０のみで決定されることを意味している。したがって、材料に対して予め伝搬速度を計算しておき、ルックアップテーブルを用意することができる。位置標定部５２３において伝搬速度を選択する際に、ルックアップテーブルを参照し、材料に応じて適切な伝搬速度を選択することが可能となる。

【0053】

なお、イベント抽出部５２２は、送信データに含まれるパラメータ間の類似度を計算することで、１イベントにおける送信データを抽出してもよい。具体的には、イベント抽出部５２２は、類似度が所定の閾値以上となる送信データを同一の発生源から発生した弾性波から得られたデータとする。類似度の算出には、例えば標準ユークリッド距離、ミンコフスキー距離、マハラノビス距離が用いられてもよい。以下、パラメータ間の類似度を計算して１イベントにおける送信データを抽出する方法を第２の抽出方法と記載する。

【0054】

位置標定部５２３は、イベント抽出部５２２によって抽出された１イベントにおける複数の送信データそれぞれに含まれるセンサＩＤ及び波形の振幅の情報と、センサ位置情報と、弾性波伝搬モデルとに基づいて弾性波が発生した梁を特定する。

【0055】

センサ位置情報には、センサＩＤに対応付けてセンサ１０の設置位置に関する情報が含まれる。センサ位置情報は、例えば検査対象となっている台車１の弾性波伝搬モデル上の位置情報であってもよいし、台車１の特定位置からの水平方向および垂直方向の距離など等の情報であってもよい。

【0056】

記憶部５３は、取得部５２１によって取得された送信データ、弾性波伝搬モデル及びセンサ位置情報を記憶する。記憶部５３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。

【0057】

表示部５４は、制御部５２の制御に従って情報を表示する。例えば、表示部５４は、位置標定部５２３による特定結果を表示する。表示部５４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の画像表示装置である。表示部５４は、画像表示装置を検査装置５０に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、表示部５４は、特定結果を表示するための映像信号を生成し、自身に接続されている画像表示装置に映像信号を出力する。

【0058】

図６は、第１の実施形態における検査システム１００の処理の流れを示すシーケンス図である。
各センサ１０は、弾性波を検出する（ステップＳ１０１）。各センサ１０は、検出した弾性波を電気信号に変換して信号処理部２０に出力する。信号処理部２０は、各センサ１０から出力された各電気信号に対して信号処理を行う（ステップＳ１０２）。具体的には、信号処理部２０は、各電気信号に対してノイズ除去、到達時刻の決定、パラメータ抽出等の信号処理を行う。信号処理部２０は、上記の信号処理をセンサ１０から電気信号が得られる度に実行する。

【0059】

信号処理部２０は、信号処理後のデータを用いてセンサ１０毎の送信データを生成する（ステップＳ１０３）。信号処理部２０は、生成したセンサ１０毎の送信データを無線通信部３０に出力する。ここで、信号処理部２０は、送信データを生成する度に無線通信部３０に出力してもよいし、ある期間分の送信データを生成したタイミングでまとめて無線通信部３０に出力してもよい。無線通信部３０は、信号処理部２０から出力された送信データを無線により検査装置５０に送信する（ステップＳ１０４）。

【0060】

検査装置５０の無線通信部５１は、無線通信部３０から送信された送信データを受信する。取得部５２１は、無線通信部５１によって受信された送信データを取得する。取得部５２１は、取得した送信データを記憶部５３に記録する（ステップＳ１０５）。イベント抽出部５２２は、記憶部５３に記憶されている１イベントにおける複数の送信データを抽出する（ステップＳ１０６）。例えば、イベント抽出部５２２は、第１の抽出方法又は第２の抽出方法のいずれかの方法で１イベントにおける送信データを抽出する。イベント抽出部５２２は、抽出した１イベントにおける送信データを位置標定部５２３に出力する。

【0061】

位置標定部５２３は、１イベントにおける送信データそれぞれに含まれるセンサＩＤ及び波形の振幅の情報と、記憶部５３に記憶されているセンサ位置情報及び弾性波伝搬モデルとに基づいて弾性波が発生した梁を特定する（ステップＳ１０７）。弾性波が発生した梁の特定方法について図３を用いて説明する。なお、センサ１０の配置は、図３に示す配置とする。一例として、側梁２－１に損傷があり、側梁２－１で弾性波が発生したことを想定する。

【0062】

上記の想定の場合、側梁２－１上に設置したセンサ１０－１では減衰の影響をほとんど受けずに弾性波を検出することができる。一方で、横梁３上に設置したセンサ１０－３では、溶接部４－１を介して弾性波を検出することになる。そのため、センサ１０－３では、弾性波源における振幅よりもおよそ２０ｄＢ減衰した弾性波が検出されることになる。さらに、側梁２－２上に設置したセンサ１０－２では、センサ１０－３で検出される弾性波よりもさらに２０ｄＢ（弾性波源からは累計４０ｄＢ）減衰した弾性波が検出されることになる。この場合、側梁２－１上に設置されたセンサ１０－１で検出された弾性波の振幅が最も大きくなる。一般的に、弾性波は微弱である。そのため、４０ｄＢ減衰した弾性波は、雑音レベル以下に低下している可能性があり、検出が困難になる。このように、台車１では、特有の現象が発生する。

【0063】

位置標定部５２３は、各センサ１０（例えば、センサ１０－１～１０－３）で検出された弾性波の振幅の情報に基づいて、振幅が最も高い弾性波を検出したセンサ１０が設置されている梁を、弾性波が発生した梁として特定する。より具体的には、まず位置標定部５２３は、振幅の情報を用いて、振幅が最も高い弾性波を検出したセンサ１０を決定する。次に位置標定部５２３は、振幅の情報に対応付けられているセンサＩＤと、センサ位置情報とを用いて、振幅が最も高い弾性波を検出したセンサ１０の配置位置を特定する。位置標定部５２３は、弾性波伝搬モデルにより、各センサ１０が台車１のどの位置（例えば、どの梁）に配置されているのかを把握できるため、振幅が最も高い弾性波を検出したセンサ１０の配置位置に基づいて弾性波が発生した梁を特定することができる。

【0064】

なお、側梁２－２又は横梁３に損傷がある場合にも、同様の処理を行うことで特定することができる。例えば、横梁３に損傷があり、横梁３で弾性波が発生したとする。この場合、横梁３上に設置されているセンサ１０－３では減衰の影響をほとんど受けずに弾性波を検出することができる。一方で、側梁２－１上に設置したセンサ１０－１及び側梁２－２上に設置したセンサ１０－２ではそれぞれ、溶接部４－１又は４－２を介して弾性波を検出することになる。そのため、センサ１０－１及び１０－２では、弾性波源における振幅よりもおよそ２０ｄＢ減衰した弾性波が検出されることになる。この場合、横梁３上に設置されているセンサ１０－３で検出された弾性波の振幅が最も大きくなる。

【0065】

そして、位置標定部５２３は、各センサ１０で検出された弾性波の振幅の情報に基づいて、振幅が最も高い弾性波を検出したセンサ１０が設置されている梁を、弾性波が発生した梁として特定する。なお、横梁３において発生する弾性波は、横梁３そのものに発生するものと、横梁３に溶接された電動機等との溶接部に発生するものを含んでいる。

【0066】

以上の処理が１イベントにおける送信データに基づく処理である。各梁に損傷がある場合、又は、同じ梁に複数の損傷がある場合には、ステップＳ１０６及びステップＳ１０７の処理を繰り返し実行することにより、弾性波が発生した梁を特定することができる。

【0067】

位置標定部５２３は、特定結果を出力する（ステップＳ１０８）。例えば、位置標定部５２３は、弾性波が発生した梁の情報を表示部５４に表示させる。

【0068】

従来、台車枠の健全性評価には、超音波探傷法（ＵＴ：Ultrasonic Testing）などの非破壊検査手法が適用されてきた。例えば、ＵＴでは超音波プローブを利用して側梁の内部に超音波を送信し、欠陥で反射して戻ってきた超音波を受信することで欠陥の有無を把握する。しかし、検査部位全体を下地処理した後に、超音波プローブを１点１点移動させながら検査を進めるため、台車枠全体では半日以上の時間が必要となる。複数の超音波プローブを使えば検査時間の短縮は可能だが、その数は数十～数百個と膨大となる。その上、１台の鉄道車両には複数台車が存在するため、大幅なコストアップは避けられない。

【0069】

運行中のモニタリングに関しては、加速度センサを台車枠や車軸軸箱に設置し、固有振動の変化から以上を検知する手法が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。しかしながら、固有振動が変化する状態は、すでに大きくき裂が進展するなど剛性に影響が出ている状態であり、初期段階の損傷を検知できない。

【0070】

それに対して、第１の実施形態における検査システム１００では、複数の側梁２－１，２－２、横梁３のそれぞれに少なくとも１つ以上設置され、弾性波を検出するセンサ１０と、複数の側梁２－１，２－２と横梁３のそれぞれに設置された各センサ１０によって検出された弾性波の特徴量に基づいて、弾性波が発生した梁を特定する位置標定部５２３と、を備える。このように、第１の実施形態における検査システム１００では、初期段階の損傷を検出するために、弾性波を検出するセンサを、複数の側梁２－１，２－２、横梁３のそれぞれに設置する。そして、検査システム１００では、各センサ１０によって検出された弾性波の特徴量に基づいて弾性波が発生した梁を特定する。これにより、どの梁で弾性波が発生したかを特定することができる。そのため、損傷が大きくなる前段階で台車における異常を簡便に特定することができる。

【0071】

さらに検査システム１００では、１以上のセンサ１０と、１以上のセンサ１０によって検出された弾性波の特徴量を抽出する信号処理部２０と、弾性波の特徴量のデータを含む送信データを無線により送信する無線通信部３０と、信号処理部２０及び無線通信部３０に給電する電源供給部４０と、を備え、センサ１０と信号処理部２０と無線通信部３０と電源供給部４０とが台車に設置されている。これにより、検出装置は、電源供給部４０から給電される電力で動作可能になる。さらに、無線化することにより、ケーブルの敷設や管理の作業コストを削減することができる。

【0072】

（第１の実施形態における検査システム１００の変形例）
上記の実施形態では、センサ１０が、複数の側梁２－１，２－２、横梁３のそれぞれに少なくとも１つ以上設置される構成を示した。センサ１０は、複数の側梁２－１，２－２、又は、横梁３の少なくともいずれかに設置されるように構成されてもよい。

【0073】

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、弾性波が発生した梁を特定することはできるが、弾性波が発生した位置を特定することはできない。第２の実施形態では、弾性波が発生した位置を特定する構成について説明する。なお、第２の実施形態では、側梁上における弾性波源の位置を特定する構成について説明する。

【0074】

図７は、第２の実施形態におけるセンサ１０の配置例を示す図である。
図７に示すように第２の実施形態では、センサ１０を側梁２－１，２－２の両端部付近と、横梁３上に設置するものとする。側梁２－１の両端部付近に設置したセンサ１０をセンサ１０－１１，１０－１２、側梁２－２の両端部付近に設置したセンサ１０をセンサ１０－２１，１０－２２、横梁３上に設置したセンサ１０をセンサ１０－３とする。なお、センサ１０－３の設置位置は、図７に示す場所に限られず、センサ１０－３が設置された梁上であればどの位置であってもよい。

【0075】

図８は、第２の実施形態における検査システム１００ａの構成を表す図である。検査システム１００ａは、複数のセンサ１０－１～１０－ｎ、信号処理部２０、無線通信部３０、電源供給部４０及び検査装置５０ａを備える。検査装置５０ａ以外の構成は、第２の実施形態と同様である。

【0076】

検査装置５０ａは、無線通信部５１、制御部５２ａ、記憶部５３及び表示部５４を備える。制御部５２ａは、検査装置５０ａ全体を制御する。制御部５２ａは、ＣＰＵ等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部５２ａは、プログラムを実行することによって、取得部５２１、イベント抽出部５２２、位置標定部５２３ａ、評価部５２４として機能する。

【0077】

取得部５２１、イベント抽出部５２２、位置標定部５２３ａ、評価部５２４の機能部のうち一部または全部は、ＡＳＩＣやＰＬＤ、ＦＰＧＡなどのハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置などの非一時的な記憶媒体である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

【0078】

取得部５２１、イベント抽出部５２２、位置標定部５２３ａ、評価部５２４の機能の一部は、予め検査装置５０ａに搭載されている必要はなく、追加のアプリケーションプログラムが検査装置５０ａにインストールされることで実現されてもよい。

【0079】

制御部５２ａは、位置標定部５２３に代えて位置標定部５２３ａを備える点、評価部５２４を新たに備える点で制御部５２と構成が異なる。以下、相違点について説明する。

【0080】

位置標定部５２３ａは、イベント抽出部５２２によって抽出された１イベントにおける複数の送信データそれぞれに含まれるセンサＩＤ、時刻情報及び波形の振幅の情報と、センサ位置情報と、弾性波伝搬モデルとに基づいて、弾性波源の位置を標定する。第２の実施形態における位置標定部５２３ａは、側梁２において発生した弾性波源の位置を標定する。例えば、第２の実施形態における位置標定部５２３ａは、弾性波源の位置を一次元で標定する。

【0081】

図７のように、側梁２－１の両端部付近に１つずつセンサ１０－１１，１０－１２が設置されている場合、センサ１０－１１，１０－１２への到達時刻差を基に１次元の位置標定を行うことで、側梁２－１における損傷位置を特定することができる。さらに、側梁２－２の両端部付近に１つずつセンサ１０－２１，１０－２２が設置されている場合、センサ１０－２１，１０－２２への到達時刻差を基に１次元の位置標定を行うことで、側梁２－２における損傷位置を特定することができる。

【0082】

しかしながら、台車１の構造上、側梁２で発生した弾性波以外に横梁３で発生した弾性波が、溶接部４－１又は４－２を介して、側梁２上に設置されたセンサ１０で検出されてしまう。位置標定部５２３ａにおいて横梁３で発生した弾性波を用いて位置標定を行った場合、誤った標定結果が得られてしまう。そのため、第２の実施形態においては、横梁３で発生した弾性波をノイズとして除外する必要がある。

【0083】

横梁３で発生した弾性波の判断基準として、振幅の情報と時刻情報とを用いることができる。横梁３で発生した弾性波は、溶接部４－１又は４－２を介して、側梁２上に設置されたセンサ１０－１１，１０－１２，１０－２１，１０－２２で検出される。そのため、横梁３で発生した弾性波においては、側梁２上に設置されたセンサ１０－１１，１０－１２，１０－２１，１０－２２で検出される弾性波の振幅が、横梁３上に設置されたセンサ１０－３で検出される弾性波の振幅よりも低くなる。

【0084】

さらに、横梁３で発生した弾性波は、側梁２上に設置されたセンサ１０－１１，１０－１２，１０－２１，１０－２２へ到達するよりも先に、横梁３上に設置されたセンサ１０－３に到達する。そのため、横梁３で発生した弾性波においては、側梁２上に設置されたセンサ１０－１１，１０－１２，１０－２１，１０－２２で検出される弾性波の到達時刻が、横梁３上に設置されたセンサ１０－３で検出される弾性波の到達時刻よりも遅くなる。

【0085】

上記の条件を踏まえ、位置標定部５２３ａは、１イベントにおける送信データの中から、以下の除外条件を満たす送信データをノイズとして除外する。ここでいう除外とは、位置標定に利用しないことを意味する。なお、位置標定部５２３ａは、以下に示す除外条件（１）（２）のうち１つを満たした送信データをノイズとして除外してもよいし、両方を満たした送信データをノイズとして除外してもよい。すなわち、位置標定部５２３ａは、弾性波が検出された時刻、又は、弾性波の振幅の少なくとも一方に基づいて、横梁３から伝搬した弾性波を特定してもよい。

【0086】

（第２の実施形態における除外条件）
（１）：（側梁振幅［ｄＢ］＋減衰値）＜横梁振幅［ｄＢ］
（２）：側梁到達時刻＞横梁到達時刻

【0087】

上記の除外条件（１）において、側梁振幅［ｄＢ］は側梁２上に設置されたセンサ１０－１１，１０－１２，１０－２１，１０－２２で検出された弾性波の振幅［ｄＢ］を表し、横梁振幅［ｄＢ］は横梁３上に設置されたセンサ１０－３で検出された弾性波の振幅［ｄＢ］を表す。減衰値は、溶接部４－１又は４－２を介したことによる信号の減衰を表す値であり、例えば－１０［ｄＢ］から－３０［ｄＢ］の範囲であることが好適である。

【0088】

上記の除外条件（２）において、側梁到達時刻は側梁２上に設置されたセンサ１０－１１，１０－１２，１０－２１，１０－２２への弾性波の到達時刻を表し、横梁到達時刻は横梁３上に設置されたセンサ１０－３への弾性波の到達時刻を表す。上記の除外条件（２）は、側梁到達時刻が横梁到達時刻よりも遅いことを意味している。なお、横梁到達時刻が側梁到達時刻よりも速いと言い換えても同様である。

【0089】

（位置標定の方法）
ここで、一次元で標定する方法について説明する。２つのセンサＳ１、Ｓ２があり、センサＳ１とセンサＳ２との間でき裂が発生した場合、弾性波源からセンサＳ１までの距離と、弾性波源からセンサＳ２までの距離に応じて、弾性波がセンサに到達するまでの時間差が生じることが分かる。２つのセンサＳ１，Ｓ２間の距離をｌ、弾性波源のセンサ中心からの距離をΔｘとすると、到達時間差Δｔは、以下の式（３）のように表される。

【0090】

【数3】

【0091】

よってΔｔを観測することで、Δｘが求まり、センサＳ１，Ｓ２間の距離ｌが既知であれば、弾性波源の位置を標定することができる。

【0092】

２次元の場合においても同様の考え方ができる。４つのセンサＳ１～Ｓ４があるとする。ＳＲＣ１においてき裂が発生した場合、弾性波はＳＲＣ１を中心に同心円状に速度Ｖで伝搬していく。弾性波はセンサＳ１～Ｓ４へ時間差をもって到達する。センサの位置及び伝搬速度が既知であれば、弾性波源の位置のみに依存して時間差が決定する。一方、時間差が検出されると、各センサＳ１～Ｓ４を中心とした円周ＡＲＣ＿Ｓ１～ＡＲＣ＿Ｓ４上に弾性波源が標定される。複数のセンサＳ１～Ｓ４があればそれぞれの円が交わった位置が推定発生源であると求めることができる。

【0093】

３次元においても、少なくとも（次元数＋１）個のセンサを用いることで、同様の位置標定が可能となる。

【0094】

位置標定部５２３ａは、位置標定の結果、所定の観測範囲外から生じていると判定された弾性波をノイズとみなして除去してもよい。このようにノイズ除去においては、所定の閾値をもとに、ノイズであるか、意味のある信号であるかを判定するが、検査装置５０ａ側でノイズ処理を行うことにより、閾値条件を柔軟に変更することができる。すなわち、設置状況や、測定対象物の条件、気候条件など、多くの条件を加味し、柔軟に決定できることになり、ノイズをより効果的に除去することができるようになる。

【0095】

評価部５２４は、位置標定部５２３ａにおける一次元の標定結果に基づいて、側梁２、又は、横梁３の少なくともいずれかの劣化状態を評価する。第２の実施形態における評価部５２４は、位置標定部５２３ａにおける一次元の標定結果に基づいて、側梁２の劣化状態を評価する。具体的には、評価部５２４は、一次元の標定結果に基づいて、弾性波源の空間密度が所定の閾値以上となった側梁２の領域に損傷があると評価する。

【0096】

図９は、第２の実施形態における検査装置５０ａが行う処理の流れを示すフローチャートである。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態におけるステップＳ１０１からステップＳ１０５までの処理を実行した後に以下の処理を実行する。
位置標定部５２３ａは、記憶部５３に記憶されている１イベントにおける複数の送信データを抽出する（ステップＳ２０１）。位置標定部５２３ａは、抽出した複数の送信データの中から除外条件に合致する送信データがあるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。除外条件に合致する送信データがある場合（ステップＳ２０２－ＹＥＳ）、位置標定部５２３ａは除外条件に合致する送信データを除外する。

【0097】

位置標定部５２３ａは、除外していない複数の送信データと、センサ位置情報と、弾性波伝搬モデルとに基づいて、側梁２における位置標定を行う（ステップＳ２０３）。例えば、位置標定部５２３ａは、側梁２－１における位置標定を行うものとする。この場合、位置標定部５２３ａは、側梁２－２上に設置されたセンサ１０－２１，１０－２２で検出された弾性波の送信データを用いなくてもよい。

【0098】

これにより位置標定部５２３ａが行った位置標定では、側梁２－１において発生した弾性波源の位置が標定される。位置標定部５２３ａは、位置標定結果を評価部５２４に出力する。位置標定部５２３ａは、ステップＳ２０１からステップＳ２０３までの処理を所定期間実施したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０１からステップＳ２０３までの処理を所定期間実施していない場合（ステップＳ２０４－ＮＯ）、検査装置５０ａはステップＳ２０１以降の処理を繰り返し実行する。

【0099】

検査装置５０ａがステップＳ２０１からステップＳ２０３までの処理を所定期間実施した場合（ステップＳ２０４－ＹＥＳ）、評価部５２４は所定期間の標定結果を用いて側梁２－１の劣化状態を評価する（ステップＳ２０５）。具体的には、評価部５２４は、一次元の標定結果に基づいて、弾性波源の空間密度が所定の閾値以上となった側梁２－１の領域に損傷があると評価する。

【0100】

ステップＳ２０２の処理において、除外条件に合致する送信データがない場合（ステップＳ２０２－ＮＯ）、位置標定部５２３ａはイベント抽出部５２２によって抽出された全ての送信データと、センサ位置情報と、弾性波伝搬モデルとに基づいて、側梁２における位置標定を行う（ステップＳ２０６）。

【0101】

図１０は、従来手法を用いて標定を行った実験結果と、第２の実施形態における手法を用いて標定を行った実験結果とを表す図である。実験では、台車１上でそれぞれ位置を変えた１０か所で、き裂による弾性波を模擬した疑似弾性波を発生させた。疑似弾性波を発生させた箇所は、ＳＲＣ１～ＳＲＣ１０で示されている。ここで、従来手法を用いて標定を行った結果とは、除外条件の処理を行わず、検出された弾性波を全て利用して位置標定を行った結果である。図１０において、図１０（Ａ）は通常の手法を用いて標定を行った結果を表し、図１０（Ｂ）は第２の実施形態における手法を用いて標定を行った結果を表す。

【0102】

従来手法では、側梁２－２で発生した弾性波に加え、対向する位置にある側梁２－１、及び横梁３で発生した弾性波が流入し、側梁２－２上の本来のき裂場所ではない位置に、弾性波源が標定されている（図１０（Ａ）の誤り標定結果参照）。それに対して、第２の実施形態における手法を用いた場合、側梁２－２上で発生した弾性波の発信源のみが標定され、他の梁で発生した弾性波の影響を排除することができている。

【0103】

なお、除外条件に合致しない送信データは、側梁２－２以外の梁から発生したことを示している。そのため、位置標定部５２３ａは、除外条件に合致しない送信データが、側梁２－１又は横梁３で発生した弾性波の送信データであると特定することもできる。そこで、位置標定部５２３ａは、標定結果の出力に加えて、他の梁で弾性波が発生していることを通知してもよい。これにより、他の梁の検査を早期に行うことができる。

【0104】

以上のように構成された検査システム１００ａによれば、センサ１０が、第一の側梁２－１と、第二の側梁２－２それぞれの両端部付近に設置され、位置標定部５２３ａが、両端部付近に設置された各センサ１０で検出された弾性波の時刻差に基づいて、側梁において発生した弾性波源の位置を標定する。そのため、側梁において発生した弾性波源の位置を容易に特定することができる。

【0105】

上述したように横梁３から伝搬した弾性波は、溶接部４を介して、側梁２上に設置されたセンサ１０に到達する。溶接部４を介した弾性波は、およそ２０ｄＢ減衰して側梁２上に設置されたセンサ１０に到達する。さらに、横梁で発生した弾性波は、側梁２上に設置されたセンサ１０に到達するよりも先に、横梁に設置されたセンサ１０に到達する。そこで、位置標定部５２３ａは、両端部付近に設置された各センサ１０のそれぞれで弾性波が検出された時刻又は弾性波の振幅の少なくともいずれかに基づいて横梁３から伝搬した弾性波を特定し、特定した横梁３から伝搬した弾性波を除く弾性波に基づいて、側梁２において発生した弾性波源の位置を標定する。このように、第２の実施形態では、横梁３上に設置されたセンサ１０－３をガードセンサとして用いる。これにより、横梁３上に設置されたセンサ１０－３に早く到達した弾性波、又は、横梁３上に設置されたセンサ１０－３で検出された振幅の大きい弾性波を、側梁２上における位置標定に使用しないようにフィルタリングすることが可能となる。その結果、横梁３から伝搬した弾性波を用いたことによる位置標定精度の劣化を抑制することができる。

【0106】

さらに検査システム１００ａでは、位置標定部５２３により標定された弾性波源の位置に基づいて、複数の側梁２－１，２－１、又は、横梁３の少なくともいずれかの劣化状態を評価する評価部５２４をさらに備える。これにより、側梁２－１，２－１、又は、横梁３に損傷があるか否かを評価することができる。

【0107】

（第２の実施形態における検査システム１００ａの変形例）
図７に示す例では、側梁２－１，２－２それぞれの両端部付近にセンサ１０が設置されている構成を示した。位置標定を行う対象となる側梁２が決まっている場合には、位置標定を行う対象となる側梁２－１又は側梁２－２のいずれか一方の両端部付近にセンサ１０が設置されてもよい。

【0108】

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、横梁上における弾性波源の位置を特定する構成について説明する。第３の実施形態の構成は、基本的には第２の実施形態と同様である。第２の実施形態と異なる点は、センサ１０の配置と、除外条件の内容である。以下、第２の実施形態との相違点について説明する。

【0109】

図１１は、第３の実施形態におけるセンサ１０の配置例を示す図である。
図１１に示すように第３の実施形態では、センサ１０を側梁２－１，２－２の両端部付近と、横梁３の両端部付近に設置するものとする。側梁２－１の両端部付近に設置したセンサ１０をセンサ１０－１１，１０－１２、側梁２－２の両端部付近に設置したセンサ１０をセンサ１０－２１，１０－２２、横梁３の両端部付近に設置したセンサ１０をセンサ１０－３１，１０－３２とする。

【0110】

図１１のように、横梁３の両端部付近に１つずつセンサ１０－３１，１０－３２が設置されている場合、センサ１０－３１，１０－３２への到達時刻差を基に１次元の位置標定を行うことで、横梁３における損傷位置を特定することができる。しかしながら、台車１の構造上、横梁３で発生した弾性波以外に側梁２で発生した弾性波が、溶接部４－１又は４－２を介して、横梁３上に設置されたセンサ１０－３１，１０－３２で検出されてしまう。位置標定部５２３ａにおいて側梁２で発生した弾性波を用いて位置標定を行った場合、誤った標定結果が得られてしまう。そのため、第３の実施形態においては、側梁２で発生した弾性波をノイズとして除外する必要がある。

【0111】

側梁２で発生した弾性波の判断基準として、第２の実施形態と同様に振幅の情報と時刻情報とを用いることができる。側梁２で発生した弾性波は、溶接部４－１又は４－２を介して、横梁３上に設置されたセンサ１０－３１，１０－３２で検出される。そのため、側梁２で発生した弾性波においては、横梁３上に設置されたセンサ１０－３１，１０－３２で検出される弾性波の振幅が、側梁２上に設置されたセンサ１０－１１，１０－１２，１０－２１，１０－２２で検出される弾性波の振幅よりも低くなる。

【0112】

さらに、側梁２で発生した弾性波は、横梁３上に設置されたセンサ１０－３１，１０－３２へ到達するよりも先に、側梁２上に設置されたセンサ１０－１１，１０－１２，１０－２１，１０－２２に到達する。そのため、側梁２で発生した弾性波においては、横梁３上に設置された１０－３１，１０－３２で検出される弾性波の到達時刻が、側梁２上に設置されたセンサ１０－１１，１０－１２，１０－２１，１０－２２で検出される弾性波の到達時刻よりも遅くなる。

【0113】

上記の条件を踏まえ、位置標定部５２３ａは、１イベントにおける送信データの中から、以下の除外条件を満たす送信データをノイズとして除外する。第３の実施形態における除外条件は、以下の通りである。

【0114】

（第３の実施形態における除外条件）
（１）：（横梁振幅［ｄＢ］＋減衰値）＜側梁振幅［ｄＢ］
（２）：横梁到達時刻＞側梁到達時刻

【0115】

第３の実施形態における処理は、図９のフローチャートにおいて、除外条件を第３の実施形態における除外条件とし、側梁２を横梁３、横梁３を側梁２と読み替えればよい。

【0116】

以上のように構成された検査システム１００ｂによれば、センサ１０が、横梁３の両端部付近に設置され、位置標定部５２３ａが、横梁３の両端部付近に設置された各センサ１０で検出された弾性波の時刻差に基づいて、横梁３において発生した弾性波源の位置を標定する。そのため、横梁３において発生した弾性波源の位置を容易に特定することができる。

【0117】

上述したように側梁２から伝搬した弾性波は、溶接部４を介して、横梁３上に設置されたセンサ１０に到達する。溶接部４を介した弾性波は、およそ２０ｄＢ減衰して横梁３上に設置されたセンサ１０に到達する。さらに、側梁２で発生した弾性波は、横梁３上に設置されたセンサ１０に到達するよりも先に、側梁２上に設置されたセンサ１０に到達する。そこで、位置標定部５２３ａは、横梁３の両端部付近に設置された各センサ１０のそれぞれで弾性波が検出された時刻及び弾性波の振幅に基づいて側梁２から伝搬した弾性波を特定し、特定した側梁２から伝搬した弾性波を除く弾性波に基づいて、横梁３において発生した弾性波源の位置を標定する。このように、第３の実施形態では、側梁２上に設置されたセンサ１０をガードセンサとして用いる。これにより、側梁２上に設置されたセンサ１０に早く到達した弾性波、又は、側梁２上に設置されたセンサ１０で検出された振幅の大きい弾性波を、横梁３上における位置標定に使用しないようにフィルタリングすることが可能となる。その結果、側梁２から伝搬した弾性波を用いたことによる位置標定精度の劣化を抑制することができる。

【0118】

（第３の実施形態における検査システム１００ａの変形例）
図１１では、側梁２－１，２－２それぞれの両端部にもセンサ１０が設置されているが、側梁２－１，２－２それぞれには少なくとも１つのセンサ１０が設置されていればよい。

【0119】

（その他の変形例）
第１の実施形態～第３の実施形態は、他の実施形態と組み合わされもよい。例えば、第２の実施形態と第３の実施形態を組み合わせて、側梁における位置標定と横梁における位置標定の両方を行うように構成されてもよい。例えば、第１の実施形態～第３の実施形態を組み合わせて、まず弾性波が発生した梁を特定し、弾性波が発生した梁に応じて、第２の実施形態の手法又は第３の実施形態の手法を適用するように構成されてもよい。以下、詳細に説明する。

【0120】

まず第２の実施形態と第３の実施形態を組み合わせた構成について説明する。この場合、センサ１０を、図１１のように、側梁２－１，２－２の両端部付近と、横梁３の両端部付近に設置するものとする。検査装置５０ａは、まず第２の実施形態に示す方法を用いて、側梁２における弾性波源の位置標定を行う。すなわち、検査装置５０ａは、図９に示す処理を実行することによって側梁２における弾性波源の位置標定を行う。この際、検査装置５０ａは、側梁２－１又は側梁２－２のいずれか一方において弾性波源の位置標定を行ってもよいし、側梁２－１と側梁２－２の両方において弾性波源の位置標定を行ってもよい。側梁２－１と側梁２－２の両方において弾性波源の位置標定を行う場合には、例えば、側梁２－１における弾性波源の位置標定を行った後に側梁２－２における弾性波源の位置標定を行えばよい。側梁２における弾性波源の位置標定は、側梁２－１，２－２のどちらが先でもよい。その後、検査装置５０ａは、第３の実施形態に示す方法を用いて、横梁３における弾性波源の位置標定を行う。

【0121】

第２の実施形態と第３の実施形態を組み合わせた構成において、検査装置５０ａは、第３の実施形態に示す方法を用いて、横梁３における弾性波源の位置標定を行った後に、第２の実施形態に示す方法を用いて、側梁２における弾性波源の位置標定を行ってもよい。

【0122】

次に第１の実施形態～第３の実施形態を組み合わせた構成について説明する。この場合、センサ１０を、図３と図１１を組み合わせた位置に設置するものとする。なお、側梁２－１，２－２の両端部付近と、横梁３の両端部付近に設置されているセンサ１０の一部（例えば、センサ１０－１１，センサ１０－２１，センサ１０－３１）を、弾性波が発生した梁の特定に使用するセンサとする場合には、センサ１０を図１１のように設置してもよい。検査装置５０ａは、まず第１の実施形態に示す方法を用いて、弾性波が発生した梁を特定する。

【0123】

次に、検査装置５０ａは、特定した梁において、第２の実施形態又は第３の実施形態に示す方法を用いて、弾性波源の位置標定を行う。例えば、特定した梁が側梁２である場合には、検査装置５０ａは第２の実施形態に示す方法を用いて弾性波源の位置標定を行う。例えば、特定した梁が横梁３である場合には、検査装置５０ａは第３の実施形態に示す方法を用いて弾性波源の位置標定を行う。

【0124】

以上のように他の実施形態を組み合わせることによって、一度の処理で複数の処理を実行することができる。具体的には、側梁２と横梁３それぞれにおいて発生した弾性波の位置標定や、弾性波が発生した梁の特定から弾性波源の位置標定といった複数の処理を実行することができる。これにより、効率的に損傷が大きくなる前段階で台車における異常を簡便に特定することが可能になる。

【0125】

上記の各実施形態では、鉄道車両の台車を例に説明したが、上記の手法は鉄道車両の台車に限定される必要はない。例えば、車両以外に荷物を運搬する台車であってもよい。

【0126】

上述した側梁、横梁は、その名称、機能によらず相対的な位置関係のみで規定されるものであり、他の機能を兼ね備えていてもよい。例えば側梁は、台車前後方向へ伸びて台車左右方向へ離間して配置されている１対の構造物であれば、軸ばね等の機能を兼ね備えた他の名称の部位であってもよい。台車における代表的なき裂発生個所は、負荷のかかる側梁の下部や、横梁に溶接された電動機との接続部などがある。

【0127】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、複数の側梁、又は、横梁の少なくともいずれかに設置され、弾性波を検出する１以上のセンサと、１以上のセンサによって検出された弾性波に基づいて、弾性波が発生した梁を特定、又は、弾性波の発生源位置を標定する位置標定部とを持つことにより、損傷が大きくなる前段階で台車における異常を簡便に特定することができる。

【0128】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0129】

１０、１０－１～１０－ｎ…センサ，２０、２０ａ…信号処理部，２１…フィルタ，２２…Ａ／Ｄ変換器，２３…波形整形フィルタ，２４…ゲート生成回路，２５…到達時刻決定部，２６…特徴量抽出部，２７…送信データ生成部，２８…メモリ，２９…出力部，３０…無線通信部，４０…電源供給部，５０…検査装置，５１…無線通信部，５２、５２ａ、５２ｂ…制御部，５３…記憶部，５４…表示部，５２１…取得部，５２２…イベント抽出部，５２３、５２３ａ…位置標定部、５２４…評価部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】