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(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】2024-06-14
(45)【発行日】2024-06-24
(54)【発明の名称】スラブ軌道用打音試験装置
(51)【国際特許分類】
G01N 29/04 20060101AFI20240617BHJP
G01N 29/24 20060101ALI20240617BHJP
G01N 29/265 20060101ALI20240617BHJP
G01N 29/44 20060101ALI20240617BHJP
【ＦＩ】
G01N29/04
G01N29/24
G01N29/265
G01N29/44
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020191343
(22)【出願日】2020-11-18
(65)【公開番号】P2022080347
(43)【公開日】2022-05-30
【審査請求日】2022-09-21
【審判番号】
【審判請求日】2023-08-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100116207
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 俊明
(74)【代理人】
【識別番号】100096426
【弁理士】
【氏名又は名称】川合 誠
(72)【発明者】
【氏名】稲葉 紅子
(72)【発明者】
【氏名】桃谷 尚嗣
(72)【発明者】
【氏名】高橋 貴蔵
(72)【発明者】
【氏名】渕上 翔太
【合議体】
【審判長】三崎 仁
【審判官】石井 哲
【審判官】渡▲辺▼ 純也
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１９／０２２０３０パンフレット（ＷＯ，Ａ１）
【文献】打音試験による軌道スラブ底面の隙間の評価，施設研究ニュース，公益財団法人鉄道総合技術研究所 施設研究ニュース編集委員会，２０１８年９月１日，Ｎｏ．３３７，ｐ．１－ｐ．２
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
G01N29/00-29/52
G01B17/00-17/08
E01D 1/00-24/00
G01V 1/00-99/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スラブ軌道のレール上を走行可能な車両に搭載されるスラブ軌道用打音試験装置であって、前記車両に取り付けられ、前記スラブ軌道の幅方向に延在する支持梁と、
前記スラブ軌道の幅方向に並んで前記支持梁に支持された複数の打撃装置であって、重錘を落下させる打撃装置と、
前記スラブ軌道の軌道スラブの上面を前記打撃装置が打撃した際に計測された打音の音圧及び荷重値を記憶する記憶装置を含む制御装置とを備え、
前記打撃装置は、前記軌道スラブの上面から一定の高さを保って重錘を落下させ、落下させた重錘によって前記軌道スラブの上面の各所を一定の打撃力を付与して打撃し、
前記制御装置は、前記音圧と荷重値との比に基づいて、前記軌道スラブの下面側の隙間の有無を評価し、評価結果を出力することを特徴とするスラブ軌道用打音試験装置。
【請求項2】
前記支持梁は前記車両に昇降可能に取り付けられた昇降梁であり、該昇降梁の両端には距離計測装置が取り付けられ、該距離計測装置によって、前記昇降梁の両端から前記軌道スラブの上面までの距離が所定値となるように前記昇降梁を昇降させ、前記打撃装置を前記軌道スラブの上面から所定の高さとする請求項１に記載のスラブ軌道用打音試験装置。
【請求項3】
前記距離計測装置は、前記軌道スラブの上面までの距離を非接触で測定可能な光学式変位計である請求項２に記載のスラブ軌道用打音試験装置。
【請求項4】
前記距離計測装置は、前記軌道スラブの上面に接触する車輪が回転可能に取り付けられた上下方向の寸法が一定の部材である請求項２に記載のスラブ軌道用打音試験装置。
【請求項5】
前記昇降梁を昇降させるシリンダを有する昇降装置を更に備え、前記制御装置は前記昇降装置を制御して前記昇降梁を昇降させる請求項２～４のいずれか１項に記載のスラブ軌道用打音試験装置。
【請求項6】
前記支持梁は前記車両に昇降不能に取り付けられた固定梁であり、該固定梁は複数の昇降ユニットを昇降可能に支持し、各昇降ユニットは打撃装置を有し、各昇降ユニットを昇降させ、前記打撃装置を前記軌道スラブの上面から所定の高さとする請求項１に記載のスラブ軌道用打音試験装置。
【請求項7】
各昇降ユニットは前記音圧を計測する集音装置を更に有し、各昇降ユニットを昇降させ、前記集音装置を前記軌道スラブの上面から所定の高さとする請求項６に記載のスラブ軌道用打音試験装置。
【請求項8】
前記制御装置は、前記評価結果を、コンター図として表示することによって、出力する請求項１～７のいずれか１項に記載のスラブ軌道用打音試験装置。
【請求項9】
前記音圧と荷重値との比は、前記音圧及び荷重値の時刻歴応答のデータから求めた音圧の最大値と荷重値の最大値との比であり、該比が判定値より大きい場合、前記制御装置は、前記軌道スラブの下面側に隙間があると評価する請求項１～７のいずれか１項に記載のスラブ軌道用打音試験装置。
【請求項10】
前記音圧と荷重値との比は、前記音圧及び荷重値の時刻歴応答のデータのＦＦＴ解析によって導出された音圧及び荷重値の周波数応答から求めた共振周波数の音圧と荷重値との比であり、該比が判定値より大きい場合、前記制御装置は、前記軌道スラブの下面側に隙間があると評価する請求項１～７のいずれか１項に記載のスラブ軌道用打音試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、スラブ軌道用打音試験装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、鉄道の線路、すなわち、軌道としては、路盤上に砕石（バラスト）による道床を設け、その上にまくら木及びレールを敷設した、いわゆるバラスト軌道の他に、コンクリート道床上に軌道スラブと称されるコンクリート製の板材を配設し、その上にレールを敷設したスラブ軌道が広く使用されている。該スラブ軌道は、軌道狂いが起こりにくく、保守管理の手間が軽減される。
【0003】
しかし、長期に亘る使用、凍結等の原因により、軌道スラブの下面とコンクリート道床との間に存在するモルタル等から成る充填層が劣化して、隙間が生じてしまうことがある。このような隙間は、補修する必要があるが、コンクリート製の板材である軌道スラブの下面側に存在するので、検知することが困難である。鉄道や道路のトンネル、橋りょう等の構造物のコンクリート部材の状態を診断するためには、シリンダ制御を使用した打撃装置によって、打撃を付与し、その際の打音を検知する技術が採用されている（例えば、特許文献１～４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００２－３４０８７１号公報
【文献】特開２０１０－１４５４１７号公報
【文献】特開２００１－３４９８７６号公報
【文献】特開２００６－２４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の技術は、鉛直上向きに打撃を付与するものであって、鉛直下向きに打撃を付与することが要求されるスラブ軌道の打音試験には、適していない。軌道スラブの下面側に生じた隙間を正確に検知するためには、軌道スラブの上面に付与される打撃力を一定に保つことによって打音試験の精度を高める必要がある。しかし、レールと締結装置との間でレールの高さを調整するための可変パッドの厚さは、レールの長手方向に関しても、また、左右のレールでも異なっていることが多い。そのため、レールの上面から軌道スラブの上面までの距離が軌道スラブの長手方向に関しても、左右方向に関しても異なるので、レール上の試験装置から軌道スラブの上面に一定の打撃力を付与することが困難である。
【0006】
ここでは、前記従来の技術の問題点を解決して、重錘を落下させる打撃装置の軌道スラブの上面からの高さを一定に保つようにして、軌道スラブの上面の各所に一定の打撃力を付与することができ、高精度の打音試験を行うことができ、軌道スラブの各所の下面側に生じた隙間を正確に検知することができるスラブ軌道用打音試験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】
【0007】
そのために、スラブ軌道用打音試験装置においては、スラブ軌道のレール上を走行可能な車両に搭載されるスラブ軌道用打音試験装置であって、前記車両に取り付けられ、前記スラブ軌道の幅方向に延在する支持梁と、前記スラブ軌道の幅方向に並んで前記支持梁に支持された複数の打撃装置であって、重錘を落下させる打撃装置と、前記スラブ軌道の軌道スラブの上面を前記打撃装置が打撃した際に計測された打音の音圧及び荷重値を記憶する記憶装置を含む制御装置とを備え、前記打撃装置は、前記軌道スラブの上面から一定の高さを保って重錘を落下させ、落下させた重錘によって前記軌道スラブの上面の各所を一定の打撃力を付与して打撃し、前記制御装置は、前記音圧と荷重値との比に基づいて、前記軌道スラブの下面側の隙間の有無を評価し、評価結果を出力する。
【0008】
他のスラブ軌道用打音試験装置においては、さらに、前記支持梁は前記車両に昇降可能に取り付けられた昇降梁であり、該昇降梁の両端には距離計測装置が取り付けられ、該距離計測装置によって、前記昇降梁の両端から前記軌道スラブの上面までの距離が所定値となるように前記昇降梁を昇降させ、前記打撃装置を前記軌道スラブの上面から所定の高さとする。
【0009】
更に他のスラブ軌道用打音試験装置においては、さらに、前記距離計測装置は、前記軌道スラブの上面までの距離を非接触で測定可能な光学式変位計である。
【0010】
更に他のスラブ軌道用打音試験装置においては、さらに、前記距離計測装置は、前記軌道スラブの上面に接触する車輪が回転可能に取り付けられた上下方向の寸法が一定の部材である。
【0011】
更に他のスラブ軌道用打音試験装置においては、さらに、前記昇降梁を昇降させるシリンダを有する昇降装置を更に備え、前記制御装置は前記昇降装置を制御して前記昇降梁を昇降させる。
【0012】
更に他のスラブ軌道用打音試験装置においては、さらに、前記支持梁は前記車両に昇降不能に取り付けられた固定梁であり、該固定梁は複数の昇降ユニットを昇降可能に支持し、各昇降ユニットは打撃装置を有し、各昇降ユニットを昇降させ、前記打撃装置を前記軌道スラブの上面から所定の高さとする。
【0013】
更に他のスラブ軌道用打音試験装置においては、さらに、各昇降ユニットは前記音圧を計測する集音装置を更に有し、各昇降ユニットを昇降させ、前記集音装置を前記軌道スラブの上面から所定の高さとする。
【0014】
更に他のスラブ軌道用打音試験装置においては、さらに、前記制御装置は、前記評価結果を、コンター図として表示することによって、出力する。
【0015】
更に他のスラブ軌道用打音試験装置においては、さらに、前記音圧と荷重値との比は、前記音圧及び荷重値の時刻歴応答のデータから求めた音圧の最大値と荷重値の最大値との比であり、該比が判定値より大きい場合、前記制御装置は、前記軌道スラブの下面側に隙間があると評価する。
【0016】
更に他のスラブ軌道用打音試験装置においては、さらに、前記音圧と荷重値との比は、前記音圧及び荷重値の時刻歴応答のデータのＦＦＴ解析によって導出された音圧及び荷重値の周波数応答から求めた共振周波数の音圧と荷重値との比であり、該比が判定値より大きい場合、前記制御装置は、前記軌道スラブの下面側に隙間があると評価する。
【発明の効果】
【0017】
本開示によれば、重錘を落下させる打撃装置の軌道スラブの上面からの高さを一定に保つようにして、軌道スラブの上面の各所に一定の打撃力を付与することができ、高精度の打音試験を行うことができ、軌道スラブの各所の下面側に生じた隙間を正確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】第１の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置の斜視図である。
【図2】第１の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置の側面図である。
【図3】第１の実施の形態における軌道スラブの上面から打撃装置までの距離を調整する動作を説明する模式正面図である。
【図4】第１の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置のデータ処理動作を説明するフローチャートである。
【図5】第２の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置の側面図である。
【図6】第３の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置の斜視図である。
【図7】第３の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置の側方から観た斜視図である。
【図8】第３の実施の形態における昇降ユニットの側方から観た斜視図である。
【図9】第３の実施の形態における昇降ユニットの連結梁への取付状態を説明する図である。
【図10】第３の実施の形態における昇降ユニットの要部を示す拡大図である。
【図11】第３の実施の形態におけるチャネルの位置関係を示す図である。
【図12】第３の実施の形態におけるインターフェイスの概念を示す図である。
【図13】第３の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置のデータ処理動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0020】
図１は第１の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置の斜視図、図２は第１の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置の側面図、図３は第１の実施の形態における軌道スラブの上面から打撃装置までの距離を調整する動作を説明する模式正面図である。
【0021】
図において、１１は、本実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置１０が搭載されたスラブ軌道を走行可能な車両であり、具体的には、人力で運搬可能なトロリーの一種である軽便トロである。該軽便トロ１１は、本体１１ａと、該本体１１ａの下部に回転可能に取付けられた複数の車輪１１ｂとを含み、レール２３上を走行可能な車両であり、オペレータが押したり引いたりすることにより、走行することができる。
【0022】
前記レール２３は、スラブ軌道を構成するものであって、コンクリート製の板材である軌道スラブ２１の上面２１ａに、複数のレール締結装置２４を介して、敷設されている。ここで、前記軌道スラブ２１は、コンクリート道床２２の上に配設されたものであって、前記軌道スラブ２１の下面とコンクリート道床２２の上面との間には、モルタル等から成る充填層が介在しているものとする。
【0023】
なお、本実施の形態において、スラブ軌道用打音試験装置１０及び軌道スラブ２１の各部及びその他の部材の構成及び動作を説明するために使用される上、下、左、右、前、後等の方向を示す表現は、絶対的なものでなく相対的なものであり、スラブ軌道用打音試験装置１０及び軌道スラブ２１の各部及びその他の部材が図に示される姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。
【0024】
そして、前記軽便トロ１１の本体１１ａの前端には、支持梁としての昇降梁１５が昇降可能に取り付けられている。該昇降梁１５は、スラブ軌道の幅方向に延在する細長い梁状部材であり、左右一対の昇降装置１５ａを介して、本体１１ａに対して昇降可能に取り付けられている。そして、前記昇降梁１５の前面には、複数個（図に示される例においては、１１個）の打撃装置１６が、軌道の幅方向に間隔を空けて並ぶように配置されて取り付けられ、支持されている。なお、前記打撃装置１６の配置されている範囲は、軌道スラブ２１の幅方向のほぼ全体に亘ることが望ましい。
【0025】
前記打撃装置１６は、重錘落下式の装置であって、重錘の下端に取り付けられた頭部１７が軌道スラブ２１の上面２１ａを打撃するようになっている。そして、前記頭部１７が軌道スラブ２１の上面２１ａを打撃した際に発生する音である打音を、図示されないマイクロフォンによって集音し、前記打音の音圧を計測する。なお、前記マイクロフォンは、前記打撃装置１６の数と同数で、防音カバーを有するとともに、前記昇降梁１５とは別の昇降部材に取り付けられ、防音カバーを軌道スラブ２１の上面２１ａに押し付けることによってノイズの侵入を防止しながら、前記打音を集音することができるものであることが望ましい。
【0026】
また、前記打撃装置１６のいくつか（図３に示される例においては、左右両端と中央の３個）は、ロードセルを備えるロードセル付打撃装置１６ａとなっている。該ロードセル付打撃装置１６ａは、前記頭部１７が軌道スラブ２１の上面２１ａを打撃した際に受ける荷重の値、すなわち、荷重値を計測する。
【0027】
前記昇降梁１５の左右両端には、軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離を計測可能な距離計測装置としての変位計１８が、それぞれ、取り付けられている。該変位計１８は、望ましくは、レーザー光を軌道スラブ２１の上面２１ａに反射させて該上面２１ａまでの距離を測定可能な光学式変位計であるが、前記上面２１ａまでの距離を非接触で測定可能な測定器であれば、いかなる種類のものであってもよい。左右の変位計１８によって軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離を計測しつつ、左右の昇降装置１５ａを動作させることによって、図３に示されるように、昇降梁１５の左右両端から軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離が所定値Ｄとなるように調整することができる。これにより、レール締結装置２４が備える可変パッド２４ａの厚さが左右のレール２３において異なっていても、軌道スラブ２１の上面２１ａから昇降梁１５に取り付けられたすべての打撃装置１６までの距離を所定の値に保つことができ、軌道スラブ２１の幅方向に関して、前記上面２１ａの各所に一定の打撃力を付与することができる。
【0028】
また、前記軽便トロ１１の本体１１ａには、制御装置１３が配設されている。該制御装置１３は、例えば、ＣＰＵ等の演算装置、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶装置、有線又は無線の通信装置等を備える１種のコンピュータであって、前記記憶装置にインストールされたアプリケーションソフトウェア等のプログラムに従って動作し、前記マイクロフォンが計測した打音の情報処理、前記ロードセル付打撃装置１６ａが計測した荷重値の情報処理等を行うとともに、前記昇降装置１５ａの動作等の制御を行う。なお、該昇降装置１５ａは、制御可能なシリンダによって昇降梁１５を昇降させるものである。また、前記制御装置１３には、操作装置１３ａが接続されている。該操作装置１３ａは、液晶ディスプレイ等の表示装置、キーボード等の入力装置等を備えるラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ等であって、前記制御装置１３に所望の動作を行わせるために、オペレータが操作するための装置である。
【0029】
さらに、前記軽便トロ１１の本体１１ａには、電源１４が配設されている。該電源１４は、例えば、充電可能な二次電池であって、前記制御装置１３、昇降装置１５ａ、打撃装置１６等に電力を供給する電力源として機能する。
【0030】
次に、前記構成のスラブ軌道用打音試験装置１０の動作について説明する。
【0031】
図４は第１の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置のデータ処理動作を説明するフローチャートである。
【0032】
まず、オペレータは、レール２３上の軽便トロ１１を移動させ、所定の計測位置に到達させる。これにより、打撃装置１６は、軌道の長手方向に関して、軌道スラブ２１の上面２１ａにおける所定の計測位置の上方に位置することとなる。なお、レール２３上の軽便トロ１１を移動させる際に、レール２３に近接した打撃装置１６の下端に位置する頭部１７等がレール２３のレール締結装置２４に引っ掛かる場合もあり得る。この場合には、昇降装置１５ａを作動させて、あらかじめ昇降梁１５を上昇させておき、レール締結装置２４を通過した後に、昇降梁１５を下降させる必要がある。
【0033】
続いて、オペレータは、操作装置１３ａを操作して、左右の変位計１８に軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離を計測させるとともに、左右の昇降装置１５ａを動作させ、軌道スラブ２１の上面２１ａから打撃装置１６までの距離が所定の値となるように調整させる。レール締結装置２４が備える可変パッド２４ａの厚さは、必ずしも一定ではなく、レール２３の長手方向に並ぶレール締結装置２４同士でも、また、図３に示されるように、左右のレール２３におけるレール締結装置２４同士でも異なっていることがある。そのため、左右の変位計１８によって軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離を計測しつつ、左右の昇降装置１５ａを動作させて昇降梁１５を昇降させることによって、図３に示されるように、昇降梁１５の左右両端から軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離が所定値Ｄとなるように調整する必要がある。これにより、軌道スラブ２１の長手方向に関する複数の計測位置のすべてにおいて、昇降梁１５に取り付けられたすべての打撃装置１６を軌道スラブ２１の上面２１ａから所定の高さに保つことができ、軌道スラブ２１の幅方向に関して、前記上面２１ａの複数箇所（図に示される例においては、１１箇所）に一定の打撃力を付与することができる。
【0034】
続いて、オペレータは、操作装置１３ａを操作して、すべての打撃装置１６を作動させて、重錘を落下させ、その下端に取り付けられた頭部１７によって軌道スラブ２１の上面２１ａを打撃させる。そして、マイクロフォンによって集音し、前記打音の音圧を計測させるとともに、ロードセル付打撃装置１６ａのロードセルによって、前記頭部１７が軌道スラブ２１の上面２１ａを打撃した際に受ける荷重値を計測させる。これにより、軌道スラブ２１の長手方向の所定の計測位置において、軌道スラブ２１の幅方向の複数箇所での、音圧及び荷重値の時刻歴応答を計測結果として得ることができる。該計測結果は、制御装置１３の記憶装置に記憶されて蓄積される。
【0035】
続いて、オペレータは、レール２３上の軽便トロ１１を、次の計測位置にまで移動させ、操作装置１３ａを操作して同様の打音試験を行い、前記次の計測位置において、軌道スラブ２１の幅方向の複数箇所での、打音の音圧及び荷重値の時刻歴応答を計測結果として得る。なお、前回の計測位置から次回の計測位置までの間隔は、軽便トロ１１の車輪１１ｂに取り付けたエンコーダにより測定するものとし、あらかじめ所定距離（例えば、約２０〔ｃｍ〕）となるように設定される。
【0036】
前記軽便トロ１１を軌道スラブ２１の長手方向に前記所定距離ずつ移動させ、各計測位置で打音試験を行って計測結果を得ることを複数回（例えば、約２５回）繰り返すことにより、１つの軌道スラブ２１の上面２１ａの全体についての打音試験が終了する。
【0037】
そして、ある程度の範囲に亘っての打音試験が終了した後、前記制御装置１３に、指定したＣＳＶ群（ＣＳＶ形式の点群データ）を用いたデータ処理を行わせることにより、支持範囲のコンター図を作成することができる。
【0038】
前記データ処理において、まず、制御装置１３は、マイクロフォン及びロードセルによって計測された打音の音圧及び荷重値の時刻歴応答のデータにアクセスする（ステップＳ１）。なお、該データは、前記制御装置１３の記憶装置に蓄積されている。
【0039】
続いて、制御装置１３は、前記時刻歴応答のデータから、計測された音圧の最大値Ｐａmax 及び荷重値の最大値Ｎmax を求める、すなわち、時刻歴応答の最大値（Ｐａmax 、Ｎmax ）を導出する（ステップＳ２）。
【0040】
続いて、制御装置１３は、音圧の最大値Ｐａmax と荷重値の最大値Ｎmax との比である振幅比（Ｐａmax ／Ｎmax ）を導出する（ステップＳ３）。
【0041】
続いて、制御装置１３は、振幅比（Ｐａmax ／Ｎmax ）があらかじめ設定された判定値ｋより大きいか否か、すなわち、Ｐａmax ／Ｎmax ＞ｋであるか否かを判断する（ステップＳ４）。
【0042】
そして、Ｐａmax ／Ｎmax ＞ｋである場合には、隙間ありと評価する（ステップＳ５）。また、Ｐａmax ／Ｎmax ＞ｋでない場合には、隙間なしと評価する（ステップＳ６）。
【0043】
そして、制御装置１３は、ステップＳ２～Ｓ６の動作を、軌道スラブ２１の上面２１ａにおいて、各打撃装置１６が打撃を付与して音圧及び荷重値を計測した箇所のすべてについて繰り返し、ステップＳ５又はＳ６の評価結果をマッピングし、コンター図として表示することによって、出力する。これにより、図４に示されるように、１つの軌道スラブ２１の各所の下面側に生じた隙間の存在を示すコンター図が作成されて、表示装置に表示される（ステップＳ７）。
【0044】
また、制御装置１３は、振幅比に代えて、共振振幅比に基づいて、隙間のありなしを判断することもできる。
【0045】
この場合、制御装置１３は、まず、前記時刻歴応答のデータのＦＦＴ（Fast Fourier Transform）解析を行い、音圧及び荷重値の周波数応答を導出する（ステップＳ８）。
【0046】
続いて、制御装置１３は、共振周波数の音圧Ｐａと共振周波数の荷重値Ｎとを求める。すなわち、共振周波数の音圧及び荷重値（Ｐａ、Ｎ）を導出する（ステップＳ９）。
【0047】
続いて、制御装置１３は、共振周波数の音圧Ｐａと共振周波数の荷重値Ｎとの比である共振振幅比（Ｐａ／Ｎ）を導出する（ステップＳ１０）。
【0048】
続いて、制御装置１３は、共振振幅比（Ｐａ／Ｎ）があらかじめ設定された判定値ｋより大きいか否か、すなわち、Ｐａ／Ｎ＞ｋであるか否かを判断する（ステップＳ１１）。
【0049】
そして、Ｐａ／Ｎ＞ｋである場合には、隙間ありと評価する（ステップＳ１２）。また、Ｐａ／Ｎ＞ｋでない場合には、隙間なしと評価する（ステップＳ１３）。
【0050】
そして、制御装置１３は、ステップＳ８～Ｓ１３の動作を、軌道スラブ２１の上面２１ａにおいて、各打撃装置１６が打撃を付与して音圧及び荷重値を計測した箇所のすべてについて繰り返し、ステップＳ１２又はＳ１３の評価結果をマッピングし、コンター図として表示することによって、出力する。これにより、図４に示されるように、１つの軌道スラブ２１の各所の下面側に生じた隙間の存在を示すコンター図が作成されて、表示装置に表示される（ステップＳ１４）。
【0051】
したがって、オペレータは、表示されたコンター図を視認することにより、試験対象である軌道スラブ２１の下面側に生じた隙間の存在を正確に、客観的に、かつ、容易に把握することができる。
【0052】
このように、本実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置１０は、スラブ軌道のレール２３上を走行可能な軽便トロ１１に搭載される。そして、軽便トロ１１に昇降可能に取り付けられ、スラブ軌道の幅方向に延在する昇降梁１５と、スラブ軌道の幅方向に並んで昇降梁１５に取り付けられた複数の打撃装置１６であって、重錘を落下させる打撃装置１６と、スラブ軌道の軌道スラブ２１の上面２１ａを打撃装置１６が打撃した際に計測された打音の音圧及び荷重値を記憶する記憶装置を含む制御装置１３とを備え、打撃装置１６は、軌道スラブ２１の上面２１ａから所定の高さにおいて、軌道スラブ２１の上面２１ａを打撃し、制御装置１３は、音圧と荷重値との比に基づいて、軌道スラブ２１の下面側の隙間の有無を評価し、評価結果を出力する。
【0053】
これにより、軌道スラブ２１の上面２１ａの各所に一定の打撃力を付与することができ、高精度の打音試験を行うことができ、軌道スラブ２１の各所の下面側に生じた隙間を正確に検知することができる。
【0054】
また、昇降梁１５の両端に取り付けられた距離計測装置を更に備え、距離計測装置によって、昇降梁１５の両端から軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離が所定値となるように昇降梁１５を昇降させ、打撃装置１６を軌道スラブ２１の上面２１ａから所定の高さとする。なお、距離計測装置は、軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離を非接触で測定可能な光学式の変位計１８である。これにより、レール２３の長手方向に並ぶレール締結装置２４同士で可変パッド２４ａの厚さが異なっていても、左右のレール２３におけるレール締結装置２４同士で可変パッド２４ａの厚さが異なっていても、すべての打撃装置１６の軌道スラブ２１の上面２１ａからの高さを所定の高さとすることができるので、一定の打撃力を付与することができる。
【0055】
さらに、制御装置１３は、評価結果を、コンター図として表示することによって、出力する。したがって、オペレータは、コンター図を視認することにより、軌道スラブ２１の下面側に生じた隙間の存在を正確に、客観的に、かつ、容易に把握することができる。
【0056】
さらに、音圧と荷重値との比は、音圧及び荷重値の時刻歴応答のデータから求めた音圧の最大値と荷重値の最大値との比であり、比が判定値より大きい場合、制御装置１３は、軌道スラブ２１の下面側に隙間があると評価する。さらに、音圧と荷重値との比は、音圧及び荷重値の時刻歴応答のデータのＦＦＴ解析によって導出された音圧及び荷重値の周波数応答から求めた共振周波数の音圧と荷重値との比であり、比が判定値より大きい場合、制御装置１３は、軌道スラブ２１の下面側に隙間があると評価する。
【0057】
次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【0058】
図５は第２の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置の側面図である。
【0059】
前記第１の実施の形態においては、昇降梁１５の左右両端に、軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離を計測可能な距離計測装置として、変位計１８が取り付けられているが、本実施の形態においては、図５に示されるように、距離計測装置として、車輪付間隔材１９が昇降梁１５の左右両端に取り付けられている。
【0060】
前記車輪付間隔材１９は、その下端に車輪１９ａが回転可能に取り付けられた部材であって、その上下方向の寸法が一定であって、車輪１９ａが軌道スラブ２１の上面２１ａに接触した状態で、昇降梁１５の左右両端から軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離が所定値Ｄとなるようにあらかじめ調整されている。
【0061】
したがって、軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離を計測しなくても、車輪１９ａを軌道スラブ２１の上面２１ａに接触させるだけで、昇降梁１５の左右両端から軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離が所定値Ｄになるように、容易に調整することができる。
【0062】
なお、その他の点の構成及び動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【0063】
このように、本実施の形態においては、距離計測装置は、軌道スラブ２１の上面２１ａに接触する車輪１９ａが回転可能に取り付けられた上下方向の寸法が一定の車輪付間隔材１９である。これにより、昇降梁１５の左右両端から軌道スラブ２１の上面２１ａまでの距離が所定値Ｄになるように、容易に調整することができる。
【0064】
次に、第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【0065】
図６は第３の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置の斜視図、図７は第３の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置の側方から観た斜視図である。なお、図６において、（ａ）は前方から観た斜視図、（ｂ）は後方から観た斜視図である。
【0066】
前記第１及び第２の実施の形態においては、複数個の打撃装置１６が支持された支持梁としての昇降梁１５が、軽便トロ１１の本体１１ａの前端に昇降可能に取り付けられ、昇降梁１５を昇降させることにより、軌道スラブ２１の上面２１ａから打撃装置１６までの距離が所定の値となるように調整するようになっているのに対し、本実施の形態においては、支持梁としての連結梁３１は、固定梁であって、軽便トロ１１の本体１１ａの前端に昇降不能に取り付けられ、前記連結梁３１に、各々が打撃装置１６を含む複数個の昇降ユニット３２が昇降可能に取り付けられて支持され、各昇降ユニット３２を昇降させることにより、軌道スラブ２１の上面２１ａから打撃装置１６までの距離が所定の値となるように調整するようになっている。
【0067】
また、本実施の形態において、軽便トロ１１の本体１１ａには、空圧制御装置１３ｂが配設されている。該空圧制御装置１３ｂは、図示されないコンプレッサを有し、各昇降ユニット３２が備える後述されるユニット昇降シリンダ３６や、各打撃装置１６が備える後述される打撃シリンダ１６ｂに圧縮空気を供給する。
【0068】
さらに、本実施の形態において、軽便トロ１１の本体１１ａには、エンコーダ３３が配設されている。該エンコーダ３３は、軽便トロ１１に付属した車輪３３ａに連結され、該車輪３３ａの回転から計測位置を測定する。
【0069】
さらに、本実施の形態において、軽便トロ１１の本体１１ａには、ブレーキレバー１１ｃが配設されている。該ブレーキレバー１１ｃをオペレータが操作することにより、軽便トロ１１が備える図示されないブレーキを作動させることができる。なお、該ブレーキは、安全性を考慮して、常時ロック状態にあり、軽便トロ１１の走行時のみロック解除状態になるようにすることが望ましい。
【0070】
次に、本実施の形態における昇降ユニット３２の構成について説明する。
【0071】
図８は第３の実施の形態における昇降ユニットの側方から観た斜視図、図９は第３の実施の形態における昇降ユニットの連結梁への取付状態を説明する図、図１０は第３の実施の形態における昇降ユニットの要部を示す拡大図である。なお、図９において、（ａ）は通常の状態を示す図、（ｂ）は昇降ユニットを揺動させた状態を示す図である。
【0072】
本実施の形態における昇降ユニット３２の各々は、図８に示されるように、ユニット昇降シリンダ３６を備え、該ユニット昇降シリンダ３６が作動することにより、スライドレール３２ｂに沿って上下方向にスライドして昇降する。なお、該スライドレール３２ｂは、連結梁３１に取付けられた支持片３２ａに固定された上下方向に延在するガイド部材である。また、前記支持片３２ａの上端は、ヒンジ部材３２ｃを介して、連結梁３１に揺動可能に取付けられている。
【0073】
そして、各昇降ユニット３２は打撃装置１６を備え、該打撃装置１６は、軌道スラブ２１の上面２１ａを打撃する頭部１７と、スプリングバック装置１７ｂと、打撃シリンダ１６ｂとを含んでいる。前記頭部１７とスプリングバック装置１７ｂとで重錘１７ａを構成し、該重錘１７ａと打撃シリンダ１６ｂとで打撃装置１６を構成する。また、該打撃装置１６のいくつか（図６（ａ）に示される例においては、左右両端と中央の３個）は、頭部１７が打撃チップに加えてロードセルを含むロードセル付打撃装置１６ａとなっている。その他の打撃装置１６における頭部１７は、打撃チップのみであって、ロードセルを含んでいないものとする。
【0074】
また、各昇降ユニット３２は集音装置３５を備える。該集音装置３５は、打撃装置１６の頭部１７を軌道スラブ２１の上面２１ａに衝突させて得られる打撃音の音圧を計測する装置であり、マイクロフォンで構成される。なお、前記集音装置３５の下端の周囲には、防音カバー３５ａが取り付けられている。
【0075】
前記打撃装置１６及び集音装置３５の上下方向の位置（高さ）は、調整棒３４によって調整される。例えば、前記打撃装置１６の頭部１７と軌道スラブ２１の上面２１ａとの距離が０～４５〔ｍｍ〕以上の範囲で調整可能なようになっている。また、昇降ユニット３２を上昇させた際には、頭部１７と軌道スラブ２１の上面２１ａとの距離が１４０〔ｍｍ〕以上になるように設定される。さらに、前記集音装置３５の下端と軌道スラブ２１の上面２１ａとの距離が２０〔ｍｍ〕以上の範囲で調整可能なようになっている。また、前記集音装置３５は、打撃装置１６の頭部１７との距離が４０〔ｍｍ〕以上になるように設定される。なお、スラブ軌道用打音試験装置１０の保管時や載線する際には、昇降ユニット３２を上昇させた状態で保持することができるようになっている。
【0076】
また、本実施の形態における昇降ユニット３２は、支持片３２ａの上端が、ヒンジ部材３２ｃを介して、連結梁３１に揺動可能に取付けられているので、図９（ａ）に示されるような通常の状態から、図９（ｂ）に示されるような昇降ユニット３２の下端を持ち上げた状態にまで変化させることができる。
【0077】
次に、本実施の形態における制御装置１３のデータ処理動作について説明する。
【0078】
図１１は第３の実施の形態におけるチャネルの位置関係を示す図、図１２は第３の実施の形態におけるインターフェイスの概念を示す図、図１３は第３の実施の形態におけるスラブ軌道用打音試験装置のデータ処理動作を説明するフローチャートである。
【0079】
本実施の形態において、制御装置１３は、ユニット昇降シリンダ３６や打撃シリンダ１６ｂに圧縮空気を供給する空圧制御装置１３ｂ、及び、エンコーダ３３の制御も行うようになっている。そのため、ラップトップコンピュータ等である操作装置１３ａの表示装置には、図１２に示されるようなインターフェイスが表示される。該インターフェイスには、「距離測定開始・停止」ボタンが表示される。そして、軌道スラブ２１の始端において、オペレータが「距離測定開始・停止」ボタンをクリックすると、計測位置までの距離の測定が開始される。その後は、軽便トロ１１の移動距離がリアルタイムで操作装置１３ａのインターフェイスに表示される。そして、軌道スラブ２１の終端において、オペレータが「距離測定開始・停止」ボタンをクリックすると、前記軌道スラブ２１の長さが測定される。なお、エンコーダ３３による測定に際しては、緯度及び経度の入力が可能であることが望ましい。
【0080】
また、前記操作装置１３ａのインターフェイスには、「荷重・音圧計測開始・停止」ボタンが表示される。そして、オペレータが「荷重・音圧計測開始・停止」ボタンをクリックすると、各昇降ユニット３２の打撃装置１６及び集音装置３５が下降し、続いて、前記打撃装置１６の頭部１７が、打撃シリンダ１６ｂによって押し出され、軌道スラブ２１の上面２１ａに衝突する。このとき、軌道スラブ２１の幅方向に並んで配設された複数の昇降ユニット３２においては、軌道スラブ２１の左右いずれかの端（図６（ａ）に示される例においては、左右両端のいずれか）に位置する昇降ユニット３２から、順次、打撃装置１６の頭部１７を軌道スラブ２１の上面２１ａに衝突させるようにする。軌道スラブ２１の幅方向に隣接する昇降ユニット３２同士において、打撃装置１６の頭部１７が軌道スラブ２１の上面２１ａに衝突する時間間隔は、０．１秒以上１．０秒未満の間で設定可能とすることが望ましい。
【0081】
そして、各計測位置における打音試験が終了すると、前記操作装置１３ａのインターフェイスには、計測結果を保存するか否かを尋ねるダイアログボックスが表示され、オペレータが「はい」をクリックすると計測結果が保存され、オペレータが「いいえ」をクリックすると、計測結果は保存されず、打音試験をやり直すようになっている。
【0082】
本実施の形態において、制御装置１３が行うデータ処理は、計測した荷重及び音圧を記録して処理し、軌道スラブ２１の下面側に隙間があるか否かを評価するものである。
【0083】
まず、制御装置１３は、マイクロフォン及びロードセルによって打音の音圧及び荷重値の時刻歴応答を計測する（ステップＳ２１）。すなわち、打撃装置１６の頭部１７を軌道スラブ２１の上面２１ａに衝突させたときに発生した荷重及び音圧の時刻歴応答を記録する。この際、制御装置１３は、荷重に対するプリトリガ機能により、衝突の３０〔ｍｓｅｃ〕前からの時刻歴応答データの計測を行う。なお、該時刻歴応答データの計測は、例えば、１４チャネル（ｃｈ）（荷重値３チャネル、音圧１１チャネル）で行われるものとする。図１１には、各チャネルの位置関係の例が示されている。
【0084】
続いて、制御装置１３は、記録された時刻歴応答のデータから、計測された音圧の最大値Ｐａmax 及び荷重値の最大値Ｎmax を求める、すなわち、時刻歴応答の最大値（Ｐａmax 、Ｎmax ）を導出する（ステップＳ２２）。
【0085】
続いて、制御装置１３は、音圧の最大値Ｐａmax と荷重値の最大値Ｎmax との比である振幅比（Ｐａmax ／Ｎmax ）を導出する（ステップＳ２３）。具体的には、昇降ユニット３２毎に、振幅比（Ｐａmax ／Ｎmax ）を計算する。ここで、振幅比（Ｐａmax ／Ｎmax ）は、次の式（１）によって定義される。
振幅比＝Ｐａt max ／Ｎt max ・・・式（１）
振幅比＝Ｐａt max ／Ｎt max ・・・式（１）
【0086】
なお、Ｐａt
max は音圧の時刻歴応答の最大振幅（Ｐａ）であり、Ｎt
max は荷重の時刻歴応答の最大振幅（Ｎ）である。
【0087】
また、参照する荷重のチャネルは、次の（ａ）～（ｃ）の通りである。
（ａ）音圧１ｃｈ～３ｃｈ：荷重１ｃｈ
（ｂ）音圧４ｃｈ～８ｃｈ：荷重６ｃｈ
（ａ）音圧９ｃｈ～１１ｃｈ：荷重１１ｃｈ
（ａ）音圧１ｃｈ～３ｃｈ：荷重１ｃｈ
（ｂ）音圧４ｃｈ～８ｃｈ：荷重６ｃｈ
（ａ）音圧９ｃｈ～１１ｃｈ：荷重１１ｃｈ
【0088】
続いて、制御装置１３は、振幅比（Ｐａmax ／Ｎmax ）があらかじめ設定された判定値ｋより大きいか否か、すなわち、Ｐａmax ／Ｎmax ＞ｋであるか否かを判断する（ステップＳ２４）。
【0089】
そして、Ｐａmax ／Ｎmax ＞ｋである場合には、隙間ありと評価する（ステップＳ２５）。また、Ｐａmax ／Ｎmax ＞ｋでない場合には、隙間なしと評価する（ステップＳ２６）。なお、前記判定値ｋは、操作装置１３ａから任意に入力することができる。
【0090】
制御装置１３は、ステップＳ２２～Ｓ２６の動作を、軌道スラブ２１の上面２１ａにおいて、各打撃装置１６が打撃を付与して音圧及び荷重値を計測した箇所のすべてについて繰り返し、ステップＳ２５又はＳ２６の評価結果を操作装置１３ａのインターフェイスに表示することによって、出力する。また、制御装置１３は、音圧及び荷重の時刻歴応答をＣＳＶファイルの形式で出力することができる。
【0091】
また、制御装置１３は、振幅比に代えて、共振振幅比に基づいて、隙間のありなしを判断することもできる。
【0092】
この場合、制御装置１３は、まず、前記第１の実施の形態と同様に、時刻歴応答のデータのＦＦＴ解析を行い、音圧及び荷重値の周波数応答を導出する（ステップＳ２７）。なお、ＦＦＴ解析においては、サンプリング周波数を５０００〔Ｈｚ〕とし、サンプリング時間を０～１１秒以上の範囲で設定される。
【0093】
続いて、制御装置１３は、共振周波数の音圧Ｐａと共振周波数の荷重値Ｎとを求める。すなわち、共振周波数の音圧及び荷重値（Ｐａ、Ｎ）を導出する（ステップＳ２８）。
【0094】
続いて、制御装置１３は、共振周波数の音圧Ｐａと共振周波数の荷重値Ｎとの比である共振振幅比（Ｐａ／Ｎ）を導出する（ステップＳ２９）。具体的には、昇降ユニット３２毎に、共振振幅比（Ｐａmax ／Ｎmax ）を計算する。ここで、共振振幅比（Ｐａmax ／Ｎmax ）は、次の式（２）によって定義される。
共振振幅比＝Ｐａf max ／Ｎf max ・・・式（２）
共振振幅比＝Ｐａf max ／Ｎf max ・・・式（２）
【0095】
なお、Ｐａf
max は音圧の周波数応答の最大値（Ｐａ）であり、Ｎf
max はＰａf
max に対応する周波数における荷重の時刻歴応答の応答値（Ｎ）である。
【0096】
続いて、制御装置１３は、共振振幅比（Ｐａ／Ｎ）があらかじめ設定された判定値ｋより大きいか否か、すなわち、Ｐａ／Ｎ＞ｋであるか否かを判断する（ステップＳ３０）。
【0097】
そして、Ｐａ／Ｎ＞ｋである場合には、隙間ありと評価する（ステップＳ３１）。また、Ｐａ／Ｎ＞ｋでない場合には、隙間なしと評価する（ステップＳ３２）。なお、前記判定値ｋは、操作装置１３ａから任意に入力することができる。
【0098】
制御装置１３は、ステップＳ２７～Ｓ３２の動作を、軌道スラブ２１の上面２１ａにおいて、各打撃装置１６が打撃を付与して音圧及び荷重値を計測した箇所のすべてについて繰り返し、ステップＳ３１又はＳ３２の評価結果を操作装置１３ａのインターフェイスに表示することによって、出力する。また、制御装置１３は、音圧及び荷重の周波数応答をＣＳＶファイルの形式で出力することができる。
【0099】
したがって、オペレータは、操作装置１３ａのインターフェイスを視認することにより、試験対象である軌道スラブ２１の下面側に生じた隙間の存在を正確に、客観的に、かつ、容易に把握することができる。
【0100】
なお、その他の点の構成及び動作については、前記第１及び第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【0101】
このように、本実施の形態においては、各昇降ユニット３２を個別に昇降させることが可能なので、各打撃装置１６の頭部１７及び各集音装置３５と軌道スラブ２１の上面２１ａとの距離を、容易に調整することができる。
【0102】
なお、本明細書の開示は、好適で例示的な実施の形態に関する特徴を述べたものである。ここに添付された特許請求の範囲内及びその趣旨内における種々の他の実施の形態、修正及び変形は、当業者であれば、本明細書の開示を総覧することにより、当然に考え付くことである。
【産業上の利用可能性】
【0103】
本開示は、スラブ軌道用打音試験装置に適用することができる。
【符号の説明】
【0104】
１０ 軌道用打音試験装置
１１ 軽便トロ
１３ 制御装置
１５ 昇降梁
１６ 打撃装置
１８ 変位計
１９ 車輪付間隔材
１９ａ 車輪
２１ 軌道スラブ
２１ａ 上面
３１ 連結梁
３２ 昇降ユニット
３５ 集音装置
１１ 軽便トロ
１３ 制御装置
１５ 昇降梁
１６ 打撃装置
１８ 変位計
１９ 車輪付間隔材
１９ａ 車輪
２１ 軌道スラブ
２１ａ 上面
３１ 連結梁
３２ 昇降ユニット
３５ 集音装置
【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】
