JPH08243894A

JPH08243894A - 長尺材継目溶接部の自動削正装置

Info

Publication number: JPH08243894A
Application number: JP5385395A
Authority: JP
Inventors: Ken Fujita; 藤田　　憲; Shoji Kushimoto; 彰司櫛本; Yoshitaro Tsuji; 吉太郎辻; Tsunehiro Kageyama; 経広蔭山; Yoshifumi Tamon; 美文多門; Takatoshi Tanaka; 隆敏田中
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Central Japan Railway Co
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Central Japan Railway Co
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1996-09-24
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JP3392569B2

Abstract

(57)【要約】【目的】削正作業の自動化により能率向上と品質の安
定化が図れる長尺材継目溶接部の自動削正装置を提供す
る。【構成】レール６の長手方向へ移動可能な台車１９上
に、レール頭頂面を計測する計測センサ１０及びリニア
スケール１２等を有して台車１９上方へ待避可能な計測
装置８と、そのデータに基づき最短の径路となるように
指定された曲率以上の円弧形状で繋いだ曲線を最終形状
とするように、予め求められたグラインダ砥石２の押付
力及び研削速度並びに研削量との関係のデータベースよ
り、研削条件と研削シーケンスを自動計算する制御装置
１５と、その指令に基づきレール頭頂面を削正する、グ
ラインダ砥石２を加圧する加圧機構１６等を備えた削正
装置１とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レール等長尺材継目溶
接部の凹凸を自動的に削正する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レール継目溶接部の凹凸の修正
は、１頭式の平面グラインダ砥石により熟練作業者が経
験と勘に頼って、指定された精度内にレール形状を削正
（研削）していた。また、レールの形状は、専用の接触
式計測機をレール頭頂面にセットして、手で操作してチ
ャートを紙に描かせ、それを作業者が判断して精度内に
入っていなければ、再度削正するということを繰り返し
行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来方式で
は、作業能率の向上は望めず、将来的にも熟練作業者の
不足が指摘されており、これを自動化し、効率化したい
という要求があった。しかしながら、この作業は熟練作
業者のノウハウで削正されていることもあり、自動化が
困難であった。

【０００４】そこで、本発明の目的は、削正作業の自動
化により能率向上と品質の安定化が図れる長尺材継目溶
接部の自動削正装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の、本発明に係る長尺材継目溶接部の自動削正装置は、
長尺材の長手方向へ移動可能な装置本体上に、長尺材頭
頂面を計測するセンサを有した計測装置と、そのデータ
に基づき最短の径路となるように指定された曲率以上の
円弧形状で繋いだ曲線を最終形状とするように、予め求
められた砥石の押付力及び研削速度並びに研削量との関
係のデータベースより、研削条件と研削シーケンスを自
動計算する制御装置と、その指令に基づき長尺材頭頂面
を削正する削正装置とを備えたことを特徴とする。

【０００６】また、計測装置に跳上げ機構を備えて、装
置本体を移動せずに削正前後で計測できるようにすると
好適である。

【０００７】

【作用】前記構成によれば、計測装置により、長尺材頭
頂面の形状を２次元情報として得ることが出来る。これ
を指定精度内に切り込むために、この形状を基に最終の
形状をいくつかの円弧と直線とでつないだ曲線で求め、
その最終の形状になるように、元の形状と最終形状との
差を求め、この差に応じて切込み回数や削正の押付け圧
力を求め、削正を繰り返すことで、指定精度内に長尺材
頭頂面を仕上げることができる。

【０００８】ここで、指定精度内とは、例えば新幹線の
レールでは、一般に、削正部の全ての曲線を通して１点
から２０cm先の弦を描いた時、弦に対する最終仕上がり
曲線の弦からのずれが最大±０．０５mm（２０cm弦で±
０．０５mm）以内の段差と決められている。従って、上
記の円弧でつなぐ場合の円弧の半径ｒは、１００ｍ以上
の半径の円弧となる。さらに、砥石で研削することを考
えるとその面粗度の関係で、最終形状に少し粗さが加わ
るために、もう少し大きい円弧の半径ｒとする必要があ
る。

【０００９】また、さらに２ｍ弦で−０．２〜＋０．３
mm以内という規定もある。そのためには、左右に全体的
に長く削正する必要が生じる。つまり、２ｍ長さで、−
０．２〜＋０．３mm以内の段差に入り、かつ２０cm弦で
±０．０５mmに入る曲線あるいは直線でつないだ仕上げ
曲線を定義することで最終形状を定義できる。

【００１０】これらを１例を用いて説明する。つまり、
図４（ａ）の如く計測されたデータの（削正しない）左
右の端点Ｐ１，Ｐ２に対してのレールの凹凸の最下端Ｐ
Ｌ（ＰＬＸ，ＰＬＹ），最上端位置ＰＵ（ＰＵＸ，ＰＵ
Ｙ）をまず求める（真ん中が凹んでいる場合は左右に分
かれて右側の最上点ＰＵと左側の最上点ＰＵ’を求め
る）。

【００１１】次にレール上のある２点間の弦が仕上がり
の精度内に入るように設定された半径ｒを求める（前述
したように、一般に新幹線のレールでは、２０cm弦で±
０．０５mmの段差以内と規定されており、これと、研削
の面粗度２０〜５０μｍを考慮し、半径ｒは１００ｍ以
上の半径で設定する）。

【００１２】この半径ｒを基に最下端が凹んだレールに
ついては、図４（ｂ）の如くレールの凹凸最下端を完全
に削り込むためにその最下端の位置ＰＬから指定された
量Δｆ分少し奥まで切り込むような点（ＰＬＸ，ＰＬＹ
−Δｆ）に接するの円弧を求める。次に、このの円
弧に接し、凸側は最小限の凸内Δｕ（指定された凸部分
の最大値Ｙｍａｘで新幹線では、この凹凸の最大は＋
０，２mmと規定されているため、これより上記同様にΔ
ｆ分少し奥まで下げたΔｕ＝＋０．２−Δｆ）のの直
線に接するの円弧を求める。さらにの直線と接し、
左右のレール上面（指定された凹凸精度Ｙｍａｘまたは
Ｙｍｉｎ内に入ったレール上面位置）と接するの円弧
を求める。

【００１３】ここで、の直線と接するレール上面がな
いとき（即ちΔｕ以下の時）は、の円弧とそのレール
上面の直線’と接する’の円弧を求める（図４
（ｂ）の左側の円弧の例）。このように最下点を基準に
左右両方の円弧について求める。これら求まった円弧を
つなぎ合わせて最終のレールを仕上げる形状として求め
ることができる（この例では、左側のレール上面から
’の直線，’の円弧，の円弧，の円弧，の直
線，の円弧，そして右側のレール上面とつないだ曲線
が求める仕上げ形状となる）。

【００１４】ここで、図４（ｃ）のように凹みがない場
合には、最大の凸ビード点位置ＰＧ（ＰＵＸ，Δｕ）に
接する直線と削正しない左右のレール上面とに接する
左右の円弧，とで作る曲線（円弧−直線−円弧
でつながった線）を求める。このように元の形状に応
じた仕上げ曲線を求めることで、削正範囲は最短の幅で
削正できることになる。

【００１５】この削正曲線を基準に図５の如く、元のレ
ール形状との差を求め、これと予めデータベース化され
ていた最大削り込み量で仕上げ代分を残して削正回数と
削正順序を決定する。

【００１６】以上求められた削正順序に従って、残った
削正代に見合った押付圧になるように制御しながら仕上
げ代分を残して繰り返し削正を行う。押付圧は、圧力セ
ンサ（ロードセルや力覚センサ等）により検出する。

【００１７】さらに、最終の仕上げ代分の削正をする時
は仕上げ時の一定圧力で削正し、最終形状を理論値であ
る削正曲線に合うように仕上げる（または、最終形状と
同じ軌跡で数値制御し、位置決めして削正する）。

【００１８】また、最終形状が精度内に削正されている
かチェックし、記録するため、計測ヘッドを再度待避位
置からレール上面にシリンダなどで自動的にセットし、
計測装置によりレール形状を計測する。この時、もし精
度内に削れていないなら、上記の工程を精度内に入れる
まで繰り返す。以上の構成と制御方法により、本発明は
正確な削正ができると共に、高能率な削正装置を提供で
きる。

【００１９】

【実施例】以下添付図面に基づいて、本発明の一実施例
を説明する。図１は本発明に係る装置の正面図、図２は
その削正作業時の側面図、図３は同じく計測作業時の側
面図である。

【００２０】図示のように、削正装置１と計測装置８
は、これらを制御する制御装置１５と共に、レール６に
乗せられた４輪の車輪上の台車（装置本体）１９にセッ
トされる。

【００２１】前記台車１９は、前後一対のアウトリガー
１４にてレール上に固定され、削正場所間の移動は、台
車駆動装置７による走行となっている。台車１９の移動
はこの他に手押しまたは他の駆動源による牽引でもよ
い。

【００２２】削正装置１は、グラインダ砥石２がグライ
ンダ用モータ３で駆動されるもので、削正装置走行レー
ル４上を削正装置走行モータ５によりレール６に沿って
移動可能になっている。

【００２３】また、グラインダ砥石２は加圧モータ２０
を備えた加圧機構１６により被削正面に対し加圧し得る
ようになっていて、その加圧力が圧力センサ２１で検出
される。即ち、加圧機構１６の軸は、回転軸を中心に持
った中空軸を上下するものであり、また、圧力センサ２
１は加圧機構１６とグラインダ砥石２上部にベアリング
を介して回転しないように設けた取付台１６ａ上に設け
られる。

【００２４】計測装置８は、計測センサ走行モータ９に
より計測センサ１０（電気式マイクロメータ，エアー式
マイクロメータ，レーザ変位計など）が計測センサ走行
レール１１上をレール６に沿って走行可能になっている
と共に、計測センサ走行レール１１に沿ってリニアスケ
ール１２が設けられてなる。

【００２５】また、計測装置８は押付けシリンダ１７に
より支持ローラ１３を介してレール６に押し付けられる
ようにもなっており、これによりレール６に対する計測
センサ走行レール１１の平行度が保たれると共に計測セ
ンサ１０の位置決めが行われる。さらに、計測装置８全
体が旋回シリンダ１８により台車１９の上方へ旋回して
待避し得るようにもなっている。

【００２６】このように構成されるため、本装置の削正
手順としては、(1)事前計測，(2)削正手順計画，(3)削
正，(4)中間確認計測，(5)削正修正手順計算，(6)削
正，(7)最終確認計測の順で行う。この時、(4)〜(6)項
については、１回で削正がうまく行けば省略することが
出来る。

【００２７】まず、(1)項の事前計測について説明す
る。削正装置１は削正装置走行レール４の端の待避位置
まで持って来ておき、計測装置８と干渉しないようにし
ておく。これの確認後、計測装置８を旋回シリンダ１８
によりレール６の真上にセットする。さらに、押付けシ
リンダ１７にて支持ローラ１３がレール６に設置するま
で押し付ける。

【００２８】計測は、計測センサ走行モータ９により計
測センサ１０が、計測センサ走行レール１１から出た取
付具を介して計測センサ走行レール１１により、左端か
ら右端まで走行される。この時、左右の位置情報をリニ
アスケール１２から得て、レール６の凹凸を計測する計
測センサ１０によりレール形状が２次元情報としてデー
タ収録される。

【００２９】次に(2)項では、このレール形状に従っ
て、制御装置１５により，削正が最小となる最終形状と
これから元のレール形状との差を求め削正手順を計算す
る。これは、制御装置１５内に予め登録されたデータベ
ースを元に計算される。即ち、粗削正時の押付け圧力Ｆ
ｒと研削速度ｆｒとに対するレール最大切込み量ｄ（深
さ）の関係，最終仕上げ量ｄｆとその時の押付け圧力Ｆ
ｆと研削速度ｆｆの関係より求める。

【００３０】まず、最終仕上げ量ｄｆを残した（最終形
状に対し、仕上げ代分上に平行移動した）形状を求め
る。これと元のレール形状との差異を求め、１回の最大
切込み量で最終形状と同じ形状の曲線を上にシフトして
いき、削り込みがなくなるまでの粗削正回数を求める。
また、このとき元のレール形状に対し、左右の削り込み
のなくなる左右の端点位置、即ち削正開始点と終了点お
よび残りの削正代（粗削正では元の形状に対し斜めに残
るところが生じるためにその残りの量に応じ適正な条件
を選定して多く削り込まないようにする）に応じた適正
な削正押付け力と削正速度を各シフトした形状毎に求め
る。これにより粗削正の開始／終了点を上から順に削正
の条件データ（押付け量と削正速度）を付加して最終仕
上げ削正時のデータと共に削正手順を作成する。

【００３１】これらの情報を元に(3)項で削正を行う。
削正を行う場合は、計測装置８は押付けシリンダ１７と
旋回シリンダ１８により待避位置に逃がしておく。

【００３２】削正装置１は、レール６に沿って左右移動
するが、この時の位置情報は削正装置走行モータ５に取
り付けられたエンコーダ（若しくはレゾルバ，リニアス
ケール等）により得ることができ、また、研削の走行速
度は、削正装置走行モータ５に取り付けられたタコジェ
ネレータにより検出する。

【００３３】削正は、前記削正手順に従って制御装置１
５により削正される。つまり、グラインダ砥石２回転
後、先ず削正装置１を削正開始点に持っていき削正を開
始する。走行速度と削正押付け圧力が指定された値にな
るよう削正開始点から終了点まで削正する。

【００３４】押付け圧力は、圧力センサ２１により計測
されるが、指定圧力より高ければ、加圧機構１６により
グラインダ砥石２を上昇させ、低ければ、グラインダ砥
石２を下降させるようにして制御装置１５で制御され
る。走行速度は指定速度になるよう制御装置１５により
制御される。これを順次仕上げ代手前まで削正順序に従
って削正し、最後に仕上げの工程を行う。

【００３５】仕上では、これも指定押付け量若しくは指
定高さ位置，指定速度で削正を制御しながら最終形状に
仕上げる。

【００３６】次に、(4)項でレール形状をチェックし指
定精度内に入っているか計測する。もし入っていれば、
それを記録（場合によればプリントの出力）してその部
位の削正を完了する。もし入っていなければ、(4)〜(6)
項で削正を繰り返し行い、指定精度内に削正を行う。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、長
尺材の長手方向へ移動可能な装置本体上に、長尺材頭頂
面を計測するセンサを有した計測装置と、そのデータに
基づき最短の径路となるように指定された曲率以上の円
弧形状で繋いだ曲線を最終形状とするように、予め求め
られた砥石の押付力及び研削速度並びに研削量との関係
のデータベースより、研削条件と研削シーケンスを自動
計算する制御装置と、その指令に基づき長尺材頭頂面を
削正する削正装置とを備えたので、従来人手に頼ってい
た削正作業を自動的に行うことができ、能率向上や品質
の安定化、さらには将来の熟練作業者不足にも対応で
き、産業上きわめて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るレール削正装置の正面
図である。

【図２】同じくレール削正装置の削正作業を表した側面
図である。

【図３】同じくレール削正装置の計測作業を表した側面
図である。

【図４】同じくレール頭頂面の形状から最適な仕上げ形
状を求める手法図である。

【図５】同じく削正手順とその削正形状を切込み量毎に
求めた図である。

【符号の説明】

１削正装置２グラインダ砥石３グラインダ用モータ４削正装置走行レール５削正装置走行モータ６レール７台車駆動装置８計測装置９計測センサ走行モータ１０計測センサ１１計測センサ走行レール１２リニアスケール１３支持ローラ１４アウトリガー１５制御装置１６加圧機構１７押付けシリンダ１８旋回シリンダ１９台車２０加圧モータ２１圧力センサ

フロントページの続き (72)発明者辻吉太郎兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者蔭山経広愛知県名古屋市中村区名駅１丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者多門美文愛知県名古屋市中村区名駅１丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者田中隆敏愛知県名古屋市中村区名駅１丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長尺材の長手方向へ移動可能な装置本体
上に、長尺材頭頂面を計測するセンサを有した計測装置
と、そのデータに基づき最短の径路となるように指定さ
れた曲率以上の円弧形状で繋いだ曲線を最終形状とする
ように、予め求められた砥石の押付力及び研削速度並び
に研削量との関係のデータベースより、研削条件と研削
シーケンスを自動計算する制御装置と、その指令に基づ
き長尺材頭頂面を削正する削正装置とを備えたことを特
徴とする長尺材継目溶接部の自動削正装置。
【請求項２】計測装置は、跳上げ機構を備える請求項
１記載の長尺材継目溶接部の自動削正装置。