CN103353480A

CN103353480A - 一种机车轮轴超声自动探伤方法及装置

Info

Publication number: CN103353480A
Application number: CN2013102865815A
Authority: CN
Inventors: 吴文焘; 李平; 肖灵
Original assignee: Institute of Acoustics CAS
Current assignee: Institute of Acoustics CAS
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2013-10-16

Abstract

本发明涉及一种机车轮轴超声自动探伤方法及装置，该方法包括：向机械模块发送命令，将机车轮轴载入到轮轴转动机构上；启动纵波穿轴检测移动机构，使纵波穿轴检测探头紧贴轮轴端面进行穿轴探测；超声相控阵探伤移动机构下移，直至相控阵探伤探头紧贴轮轴轴身；向超声电子模块发送命令，对轮轴进行超声穿轴探测和超声相控阵探测，获得的超声穿轴回波信号和超声相控阵成像数据传送至主控工控机模块；对超声穿轴回波信号进行自动识别，对超声相控阵成像数据处理后，得到的超声C扫描图像进行图像识别。本发明可以对超声穿轴回波信号和超声C扫描图像进行自动图像识别，提高机车轮轴超声自动探伤的准确性、精度以及智能化程度。

Description

一种机车轮轴超声自动探伤方法及装置

技术领域

本发明涉及超声探伤领域，尤其涉及一种机车轮轴超声自动探伤的方法及装置。

背景技术

机车轮轴是机车车辆系统的关键部件之一，在高速度、长距离及循环交变的破坏性应力作用下，机车轮轴很容易发生疲劳裂纹，且位置隐蔽，这些都存在极大隐患。为避免事故的发生，及时发现车轴的疲劳缺陷，必须对车轴进行无损探伤检测。

由于超声波探伤方法适用范围广，对金属、非金属、陶瓷及复合材料等可以进行快速准确的表面及内部探伤，因此，超声探伤特别适合于进行机车轮轴探测。传统的超声波探伤检测方法中，运用小角度纵波探头或者横波探头，对轮轴进行探测，根据缺陷回波波形、波高判断故障，提高了轮轴探伤效率和结果的一致性，减轻了劳动量。但是检测方法较单一，单个探头灵敏度不高，分辨率低，超声探头工作状态受机械结构影响较大，检测结果依靠波形判断致使检测率低和结果不直观，而且智能化程度较低。因此，如何提高机车轮轴探伤的准确性、精度及智能化程度是当前面临的问题。

发明内容

本发明的目的是能够提供一种克服上述缺陷的机车轮轴超声自动探伤方法及装置。

在本发明的第一方面，提供了一种机车轮轴超声自动探伤装置，包括：机械模块：用于承载轮轴，包括：纵波穿轴检测移动机构和超声相控阵探伤移动机构；还包括纵波穿轴检测探头，对机车轮轴的穿轴进行探测；超声相控阵探伤探头，对机车轮轴轴身进行探测。主控工控机模块：控制纵波穿轴检测移动机构，将纵波穿轴检测探头移动到轮轴穿轴的适当位置；控制超声相控阵探伤移动机构，将超声相控阵探伤探头移动到轮轴轴身的适当位置；对超声穿轴回波信号进行自动识别，对超声C扫描图像进行图像识别。超声电子模块：通过纵波穿轴检测探头和超声相控阵探伤探头分别对轮轴进行纵波穿轴探测和超声相控阵探测。

在本发明的第二方面，提供了一种机车轮轴超声自动探伤方法，包括：主控工控机模块向机械模块发送命令，将机车轮轴载入到轮轴转动机构上；主控工控机模块启动纵波穿轴检测移动机构，使纵波穿轴检测探头紧贴轮轴穿轴；超声相控阵探伤移动机构下移，直至相控阵探伤探头紧贴轮轴轴身；主控工控机模块向超声电子模块发送命令，超声电子模块对轮轴进行超声穿轴探测和超声相控阵探测，获得的超声穿轴回波信号和超声相控阵成像数据传送至主控工控机模块；主控工控机模块对所述超声穿轴回波信号进行自动识别，对所述超声相控阵成像数据进一步处理，得到超声C扫描图像后，对超声C扫描图像进行图像识别。

本发明可以根据对机车轮轴进行纵波穿轴探测和超声相控阵探测这两种探测方法组合，分别对得到的超声穿轴回波信号和超声C扫描图像进行自动图像识别，提高了机车轮轴超声自动探伤方法的准确性和精度。

附图说明

图1为本发明一个实施例的机车轮轴超声自动探伤装置结构软件和硬件模块示意图；

图2为本发明一个实施例的机车轮轴超声自动探伤装置的结构图；

图3为本发明实施例的机车轮轴超声自动探伤方法的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为一种机车轮轴超声自动探伤装置结构软件和硬件模块示意图，该装置包括：机械模块，主控工控机模块及超声电子模块。

其中，主控工控机模块用于控制纵波穿轴检测移动机构和超声相控阵探伤移动机构，将纵波穿轴检测探头和超声相控阵探伤探头移动到轮轴的适当位置；主控工控机模块控制超声电子模块，使超声电子模块通过纵波穿轴检测探头和超声相控阵探伤探头分别对轮轴进行超声穿轴探测和超声相控阵探测，主控工控机模块对获得的超声穿轴回波信号进行自动识别，对超声C扫描图像进行图像识别，判断缺陷种类、位置及大小，完成缺陷识别处理。

图2为一种机车轮轴超声自动探伤装置结构图，其中主控工控机模块和超声电子模块放置于工控机机柜中连为一体；机械模块、主控工控机模块及超声电子模块互相电连接。机械模块包括龙门和底座，纵波穿轴检测移动机构，纵波穿轴检测探头，轮径测量机构，超声相控阵探伤移动机构，超声相控阵探伤探头，轮轴，耦合剂供给及回收系统，轮轴转动机构，耦合剂喷射机构。

龙门和底座由长方形金属框架构成，纵波穿轴检测移动机构在龙门和底座的左右两侧，带动纵波穿轴检测探头移动，检测轮轴的穿轴，轮径测量机构正对轮轴，超声相控阵探伤移动机构位于龙门和底座的上部，轮轴转动机构对轮轴进行转动，使超声相控阵探伤探头可以自由探测轮轴的一整圈。

图3为本发明实施例的机车轮轴超声自动探伤方法的流程图。如图3所示，本发明提供的机车轮轴超声自动探伤的方法包括以下步骤：

a）开启机车轮轴超声自动探伤装置，启动自动探伤软件，测试员通过软件登陆系统，进行系统校验并填写相关的检测日期和检测员信息，主控工控机模块启动机械模块，载入轮轴，当轮轴进入检测区域后，填入被测轮轴的轴型及轴号。

b）启动轮径测量机构，轮径测量机构控制触点下降测得轮径数据，反馈给主控工控机。

c）主控工控机模块启动纵波穿轴检测移动机构，使纵波穿轴检测探头紧贴轮轴的穿轴。

d）超声相控阵探伤移动机构下移，直至相控阵探伤探头紧贴轮轴轴身。

e）启动轮轴转动机构，使轮轴均与转动。

需要指出的是，步骤b）-c）可以并行执行，也可以依次执行或倒置执行。步骤d）中也可以不对轮轴进行转动。

f）以步骤a)-e)为基础，主控工控机模块向超声电子模块发送命令，超声电子模块对轮轴进行超声穿轴探测和超声相控阵探测，获得的超声穿轴回波信号和超声相控阵成像数据传送至主控工控机模块。

g)在进行超声穿轴回波信号进行自动识别时，先对超声穿轴回波信号进行带通处理，去除带外噪声和干扰，然后根据轮轴的声传播时间，截取轮轴穿轴横截面回波，按照回波的位置确定缺陷存在的位置，如果可疑缺陷处于轴身外露部位时，用磁粉探伤方法对缺陷性质进行确认，如果可疑缺陷处于镶入部时，则进一步根据超声相控阵轮轴C模式图像识别评定。

h)再进行C扫描图像进行图像识别时，首先对得到的C扫描灰度图像进行均衡处理；接着对均衡后的C扫描图像进行去噪处理，因为机械转动、耦合等问题使得C扫描图像包含颗粒噪声，去噪利于后续处理；去噪后对C扫描图像进行二值化处理，得到二值灰度图像；根据界面回波特点对图像角度方向叠加，找到固定界面回波处，去掉固定界面回波；最后对缺陷尺寸进行标定，根据缺陷在C扫描图像上的大小，主要根据回波下降6dB，确定缺陷大小，在图像中进行标注，根据检测行业对缺陷大小要求，进行报警。

超声相控阵轮轴C模式图像有固定界面回波和裂纹缺陷回波两种形式。当超声波束传播到车轴表面凹槽结构处时，就会反射回来，形成界面回波，由于车轴为圆柱状，所以检测过程中裂纹缺陷在检测数据图像中只占很短的一部分。在进行超声相控阵轮轴C模式图像识别时，图像处理可以采用传统的滤波器方式，也可以采用小波变换阈值滤波方式。

i)系统停止机械模块，按照系统启动的相反顺序，依次进行机械部分复位。

由于本发明采用超声穿轴探测和超声相控阵探测两种探测方法组合，并使用超声穿轴回波自动识别和超声相控阵轮轴C模式图像识别相结合，使得机车轮轴超声探伤的准确性和精度大大提高，另外，由于本发明中，纵波穿轴探伤机构和超声相控阵探伤机构以及耦合剂喷射机构的组合，使自动化及智能化程度大大提高。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种机车轮轴超声自动探伤装置，其特征在于，包括：

机械模块（11），用于承载轮轴（7），包括：纵波穿轴检测移动机构（2）和超声相控阵探伤移动机构（5）；纵波穿轴检测探头（3），对机车轮轴（7）的整轴进行穿轴探测；超声相控阵探伤探头（6），对机车轮轴（7）的关键部位进行探测；

主控工控机模块（12），控制纵波穿轴检测移动机构（2），将纵波穿轴检测探头（3）移动到轮轴（7）穿轴的端面；控制超声相控阵探伤移动机构（5），将超声相控阵探伤探头（6）移动到轮轴（7）轴身的适当位置；对超声穿轴回波信号进行自动识别，对超声C扫描图像进行图像识别；

超声电子模块（13），通过纵波穿轴检测探头（3）和超声相控阵探伤探头（6）分别对轮轴（7）进行纵波穿轴探测和超声相控阵探测。

2.如权利要求1所述的机车轮轴超声自动探伤装置，其特征在于，所述机械模块（11）包括轮轴转动机构（9），转动载入的轮轴（7）。

3.如权利要求1所述的机车轮轴超声自动探伤装置，其特征在于，所述机械模块（11）包括龙门和底座（1），用于承载轮轴转动机构（9）。

4.如权利要求1所述的机车轮轴超声自动探伤装置，其特征在于，所述机械模块（11）包括轮径测量机构（4），测量轮径相关数据。

5.如权利要求1所述的机车轮轴超声自动探伤装置，其特征在于，所述机械模块（11）包括耦合剂喷射机构（10），为所述超声相控阵探伤探头（6）喷射耦合剂。

6.如权利要求5所述的机车轮轴超声自动探伤装置，其特征在于，耦合剂供给及回收系统（8）为所述耦合剂喷射机构（10）提供耦合剂。

7.如权利要求5或6所述的机车轮轴超声自动探伤装置，其特征在于，所述耦合剂喷射机构（10）中具有耦合剂喷射管道，所述耦合剂供给回收系统（8）中具有耦合剂回收容器及耦合剂泵。

8.如权利要求1所述的机车轮轴超声自动探伤装置，其特征在于，所述超声相控阵探伤移动机构（5）上有三角形楔块，将超声纵波变换成横波，折射进入轮轴（7）。

9.如权利要求1所述的机车轮轴超声自动探伤装置，其特征在于，所述纵波穿轴检测探头（3）为2-5MHz的纵波探头。

10.如权利要求1所述的机车轮轴超声自动探伤装置，其特征在于，所述超声相控阵探伤探头（6）为多通道超声波换能器，频率为2-5MHz,阵元数目为16-64之间。

11.一种机车轮轴超声自动探伤方法，包括，

a)主控工控机模块（12）向机械模块（11）发送命令，将机车轮轴（7）载入到轮轴转动机构（9）上；

b)主控工控机模块（12）启动纵波穿轴检测移动机构（2），使纵波穿轴检测探头（3）紧贴轮轴（7）端面；

c)超声相控阵探伤移动机构（5）下移，直至相控阵探伤探头（6）紧贴轮轴（7）轴身；

d)主控工控机模块（12）向超声电子模块（13）发送命令，超声电子模块（13）对轮轴（7）进行超声穿轴探测和超声相控阵探测，获得的超声穿轴回波信号和超声相控阵成像数据传送至主控工控机模块（12）；

e)主控工控机模块（12）对所述超声穿轴回波信号进行自动识别，对所述超声相控阵成像数据进一步处理，得到超声C扫描图像后，对超声C扫描图像进行图像识别。

12.如权利要求11所述的机车轮轴超声自动探伤方法，其中，所述主工控机模块（12）启动机械模块（11）的步骤包括：

启动轮径测量机构（4），轮径测量机构（4）控制触点下降测得轮径数据，将该数据反馈给主控工控机模块（12）,所述主控工控模块（12）根据反馈数据计算实际轮径（7）的尺寸和轮径（7）穿轴距左右端面的相对长度后，启动纵波穿轴检测移动机构（2），

启动轮轴转动机构（9），轮轴（7）均匀转动，

启动耦合剂供给和回收系统（8），通过耦合剂供给回收系统（8）和耦合喷射机构（11）提供耦合剂，进行纵波穿轴探测和超声相控阵探测。

13.如权利要求11所述的机车轮轴超声自动探伤方法，其中，所述超声穿轴回波信号自动识别的步骤包括:

根据轮轴（7）的声传播时间，截取轮轴（7）穿轴端面回波，根据标定结果，对波形进行分析，如果底面回波与始波间有可疑回波，进行危害性分析：

a)确定缺陷存在的位置：按照回波位置，计算缺陷所处的位置；

b)判定缺陷的性质：根据缺陷的位置采取不同的判定方法，如果可疑缺陷处于轴身外露部位时，则用磁粉探伤方法确认；如果可疑缺陷处于镶入部时，则进一步根据超声相控阵轮轴C模式图像识别评定。

14.如权利要求11所述的机车轮轴超声相控阵自动探伤方法，其中，所述超声相控阵轮轴C模式图像识别的步骤包括：

a）对得到的超声C扫描图像进行均衡和去噪处理；

b）对去噪后的超声C扫描图像进行二值化处理，得到二值灰度图像；

c）通过对图像角度方向叠加，找到固定界面回波处，去掉固定界面回波；

d）对缺陷尺寸进行标定，根据缺陷在超声C扫描图像上的大小，确定缺陷的大小，并在图像中进行标注。

15.如权利要求13或14所述的机车轮轴超声自动探伤方法，其特征在于，所述主控工控机模块（12）对轮轴（7）进行缺陷识别时，

如果超声穿轴回波信号异常波高小于额定范围，并且超声C扫描图像模式识别结果为正常，则轮轴的状态正常；

如果超声穿轴回波信号异常波高超过额定范围，或者超声C扫描图像模式识别结果异常，则通过声光报警，提示操作员，对轮轴进行人工复查。