CN104309641B - 一种轨道交通线路伤损检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种轨道交通线路伤损检测系统，在探头前方，设置外形测量组件扫描待检测部件的外形，得到待检测部件的外形轮廓数据，控制器将每个位置待检测部件的外形数据记录并存储到数据库中。本发明可以应待检测部件的外形的变化，探头的位置和偏转角做出相应变化，保证在待检测部件因磨损变形的条件下，探头的声束仍能在规定的位置、以规定的折射角扫查规定的区域。本发明可以避免漏检的情况，并可以提高所述轨道交通线路伤损检测系统的工作效率和精确度。

Description

一种轨道交通线路伤损检测系统

技术领域

本发明属于检测系统领域，特别涉及一种轨道交通线路伤损检测系统。

背景技术

轨道是有轨交通的关键部分。随着国民经济的飞速发展，轨道列车的运行速度、运行密度和载重都在不断增长。因此，轨道的完整性对轨道列车运行安全至关紧要。

为保证轨道列车的运行安全，数十年来，已经有大量低速的手推检测车和高速的大型检测车工作在轨道交通线路上。当前广泛使用的检测车使用滑靴式探头或轮式探头。滑靴式探头采用水膜耦合，可以适应较高的检测速度，缺点是难以适应轨面变形，而随着轨道磨损的加剧和不能及时修磨，超声耦合质量难以保证。近年较多采用轮式探头。轮式探头系软性接触，它可以随着轨道表面的变形改变自己的形状，从而保证较可靠的超声耦合。可是，不能忽略的是，尽管轮式探头改善了超声耦合质量，但超声探头声束的入射角是固定的。轨面变形使超声声束与轨面法线间的夹角改变了。由于钢的声速为液体声速的4倍，液体中声波入射角的微小变化就会导致钢中声波折射角的很大变化，大约4倍。这会使声波显著偏离规定的方向，即偏离最可能产生危险缺陷的位置。

据统计，各主要轨道交通国家每年仍然发生数以百计的断轨事故，造成重大损失。这些断轨事故中，相当部分是由检测车漏检造成的。而在漏检原因中，相当一部分是由于轨面磨损变形，而超声探头的超声入射角是固定的，不能根据轨面变形的具体情况作出相应调整，从而使超声波束偏离正确的方向，不能发现危险缺陷造成的。

发明内容

超声检测系统的核心要求是：保证探测缺陷用的超声声束能在规定的位置、以规定的入射角照射到待检测部件的表面上，保证探头和该表面有良好的声耦合，从而使超声声束能以规定的折射角在待检测部件中传播，照射到待检测部件中规定的位置，从而实现对待检测部件的完善扫查。但是，当待检测部件因磨损发生变形时，检测车可能左右晃动，探头组件可能随其表面形状改变而倾斜，从而使探头发出的超声波束偏离规定位置，使待检测部件内的折射声束改变角度。

为解决上述问题，本发明提供一种轨道交通线路伤损检测系统，包括：

探头组件，其用于向待检测部件的表面以规定的入射角发射超声波声束，并接受所述待检测部件反射和折射来的所述超声波声束的回波，并将所述回波信号发送至控制器；

位置测量组件，其用于检测当前系统所在的位置信息，并将该位置信息上传至所述控制器中；

外形测量组件，其用于测量当前位置的待检测部件的外形的数据并将其上传至所述控制器中；

相对位置测量组件，其用于测量当前位置的所述探头组件与所述待检测部件表面之间的相对位置信息并将其上传至控制器中；

探头调整组件，其用于根据所述控制器发来的入射角的调整命令对所述探头组件的入射角进行调整；

所述控制器，其与所述探头组件、所述位置测量组件、所述外形测量组件、所述相对位置测量组件和所述探头调整组件通讯连接，所述控制器用于接收所述位置测量组件发来的位置信息和所述外形测量组件发来的待检测部件的外形数据，并将所述位置信息和所述带检测部件的外形数据绑定存储，所述控制器还用于接收所述相对位置测量组件发来的相对位置信息，所述控制器根据所述绑定信息和所述相对位置信息计算得出当前位置的规定入射角和当前入射角，并根据所述规定入射角和所述当前入射角计算得出入射角的调整量，并将所述调整量的调整命令发送至所述探头调整组件。

优选的是，所述的轨道交通线路伤损检测系统中，所述探头组件、所述位置测量组件、所述外形测量组件、所述相对位置测量组件和所述探头调整组件均设置在一检测车上；

其中，所述探头调整组件可驱动所述探头组件进行直线运动和/或旋转运动。

优选的是，所述的轨道交通线路伤损检测系统中，所述位置测量组件为一编码器，所述编码器固定在所述检测车的车轮上，并在所述车轮的带动下旋转产生与所述车轮的角速度成比例的光栅脉冲并将所述光栅脉冲发送至所述控制器；

所述控制器还根据所述光栅脉冲和所述车轮的直径计算出当前编码器的位置信息。

优选的是，所述的轨道交通线路伤损检测系统中，所述探头组件、所述相对位置测量组件、所述外形测量组件和所述位置测量组件沿着所述检测车的行进方向依次进行排布。

优选的是，所述的轨道交通线路伤损检测系统中，所述相对位置信息包括：所述探头组件和当前待检测部件表面之间的距离和当前入射角。

优选的是，所述的轨道交通线路伤损检测系统还包括数据库，其用于存储所述位置信息和所述待检测部件的外形数据，还用于存储所述相对位置信息；

所述控制器还用于从所述数据库中调取所述位置信息和所述待检测部件的外形数据以及所述相对位置信息。

优选的是，所述的轨道交通线路伤损检测系统中，所述控制器还用于对所述探头组件发出激励脉冲，接收所述探头组件发回的超声回波信号并对其进行处理，将处理结果记录存储在所述数据库中，并进行显示。

本发明设计的轨道交通线路伤损检测系统可以应待检测部件的外形的变化，超声探头的位置和偏转角做出相应变化，保证在待检测部件因磨损变形的条件下，超声探头的声束仍能在规定的位置、以规定的折射角扫查规定的待检测部件的区域。本发明可以避免漏检的情况，并可以提高所述轨道交通线路伤损检测系统的工作效率和精确度。

附图说明

图1为本发明轨道交通线路伤损检测系统的结构示意图；

图2为本发明轨道交通线路伤损检测系统的局部结构示意图；

图3为本发明轨道交通线路伤损检测系统的一个实施例中轨道未磨损时超声波的路线图；

图4为本发明轨道交通线路伤损检测系统的一个实施例中轨道已磨损但探头组件未进行调整时超声波的路线图；

图5为本发明轨道交通线路伤损检测系统的一个实施例中轨道磨损后调整探头组件后的超声波的路线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

以轨道检测为例，本发明提供一种轨道交通线路伤损检测系统，包括：

探头组件24，其用于向轨道3的表面以规定的入射角发射超声波声束，并接受所述轨道3反射和折射来的所述超声波声束的回波，并将所述回波信号发送至控制器4；

位置测量组件5，其用于检测当前系统所在的位置信息，并将该位置信息上传至所述控制器4中；

外形测量组件11，其用于测量当前位置的轨道3外形的数据并将其上传至所述控制器4中，所述外形测量组件11采用激光扫描仪；

相对位置测量组件25，其用于测量当前位置的所述探头组件24与所述轨道3表面之间的相对位置信息并将其上传至控制器4中，所述相对位置测量组件25为数码相机；

探头调整组件242，其用于根据所述控制器4发来的入射角的调整命令对所述探头组件24的入射角进行调整；

所述控制器4，其与所述探头组件24、所述位置测量组件5、所述外形测量组件11、所述相对位置测量组件25和所述探头调整组件242通讯连接，所述控制器4用于接收所述位置测量组件25发来的位置信息和所述外形测量组件11发来的轨道外形数据，并将所述位置信息和所述轨道外形数据绑定存储，所述控制器4还用于接收所述相对位置测量组件25发来的相对位置信息，所述控制器4根据所述绑定信息和所述相对位置信息计算得出当前位置的规定入射角和当前入射角，并根据所述规定入射角和所述当前入射角计算得出入射角的调整量，并将所述调整量的调整命令发送至所述探头调整组件242。

所述的轨道交通线路伤损检测系统中，所述探头组件24、所述位置测量组件5、所述外形测量组件11、所述相对位置测量组件25和所述探头调整组件242均设置在一检测车2上，所述检测车2安装在一拖动车1的后面，所述拖动车1为轨道车或公铁两用车的一种；

其中，所述探头调整组件242可驱动所述探头组件24进行直线运动和/或旋转运动，所述探头调整组件242包括可驱动所述轮式探头进行直线运动的自由调整框架23和可驱动所述探头组件24的探头241进行旋转的探头偏转角调整机构21，所述探头偏转角调整机构21为一微电机旋转驱动器。其中所述自动调整框架23连接在探头偏转角调整机构21上，所述自动调整框架23由一调整控制器22控制，所述调整控制器22为一微电机直线驱动器。

所述的轨道交通线路伤损检测系统中，所述位置测量组件5为一编码器，所述编码器固定在所述检测车2的车轮上，并在所述车轮的带动下旋转产生与所述车轮的角速度成比例的光栅脉冲并将所述光栅脉冲发送至所述控制器4；

所述控制器4还根据所述光栅脉冲和所述车轮的直径计算出当前编码器的位置信息。

所述的轨道交通线路伤损检测系统中，所述探头组件24、所述相对位置测量组件25、所述外形测量组件11和所述位置测量组件5沿着所述检测车的行进方向依次进行排布。

所述的轨道交通线路伤损检测系统中，所述相对位置信息包括：所述探头组件24和当前轨道表面之间的距离和当前入射角。

所述的轨道交通线路伤损检测系统还包括数据库，其用于存储所述位置信息和所述轨道外形数据，还用于存储所述相对位置信息；

所述控制器4还用于从所述数据库中调取所述位置信息和所述轨道外形数据以及所述相对位置信息。

所述的轨道交通线路伤损检测系统中，所述控制器4还用于对所述探头组件24发出激励脉冲，接收所述探头组件24发回的超声回波信号并对其进行处理，将处理结果记录存储在所述数据库中，并进行显示。

本发明在工作时，检测车2带动位置测量组件5旋转，产生与车轮旋转角度成比例的光栅脉冲，该脉冲被送到控制器4，成为轨道交通线路伤损检测系统的同步时钟。在轮式探头前方，设置外形测量组件11扫描轨道3外形，得到轨道外形轮廓数据，经预处理后送到控制器4。控制器4同时读出编码器5的数据，生成每个位置轨道的外形数据记录，存入数据库。在每个伤损检测周期前，控制器4命令数码相机25拍照，得到探头组件24与轨道3的相对位置；所述控制器4从数据库调取当前位置轨道的外形数据，判断当前探头的位置、角度是否符合规定的要求，决定是否需要对探头组件24的位置和入射角进行调整。如果不需要调整，控制器4执行本伤损检测周期的操作；如果需要对探头组件24相对轨道的位置进行调整，则对调整控制器22和探头偏转角调整机构21发出指令，左右调整自动调整框架23；如果需要对超声探头的入射角进行调整，则超声控制系统4向探头偏转角调整机构21发出调整指令，超声探头偏转角旋转给定角度；不进行或进行上述操作后，超声探头应该已经处于正确的状态。控制器4向超声探头发出激励脉冲，接收超声回波信号，处理回波信号、进行显示和记录。

如图3所示，当轨道未磨损时，超声波声束可以照射到规定的检测位置；当轨道已经磨损，但是超声探头未进行调整，如图4所示，超声波声束照射不到规定的检测位置，造成漏检或者检验结果的偏差；当调整了超声探头后，如图5所示，使得超声波在轨道内的轨迹恢复正常，从而能够照射到规定的检测位置，避免了漏检的情况，提高了检测工作的效率。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种轨道交通线路伤损检测系统，其特征在于，包括：

探头组件，其用于向待检测部件的表面以规定的入射角发射超声波声束，并接受所述待检测部件反射和折射来的所述超声波声束的回波信号，并将所述回波信号发送至控制器；

位置测量组件，其用于检测当前系统所在的位置信息，并将该位置信息上传至所述控制器中；

外形测量组件，其用于测量当前位置的待检测部件外形的数据并将其上传至所述控制器中；

相对位置测量组件，其用于测量当前位置的所述探头组件与所述待检测部件表面之间的相对位置信息并将其上传至控制器中；

探头调整组件，其用于根据所述控制器发来的入射角的调整命令对所述探头组件的入射角进行调整；

所述控制器，其与所述探头组件、所述位置测量组件、所述外形测量组件、所述相对位置测量组件和所述探头调整组件通讯连接，所述控制器用于接收所述位置测量组件发来的位置信息和所述外形测量组件发来的待检测部件外形数据，并将所述位置信息和所述待检测部件外形数据绑定后作为绑定信息存储，所述控制器还用于接收所述相对位置测量组件发来的相对位置信息，所述控制器根据所述绑定信息和所述相对位置信息计算得出当前位置的规定入射角和当前入射角，并根据所述规定入射角和所述当前入射角计算得出入射角的调整量，并将所述调整量的调整命令发送至所述探头调整组件。

2.如权利要求1所述的轨道交通线路伤损检测系统，其特征在于，所述探头组件、所述位置测量组件、所述外形测量组件、所述相对位置测量组件和所述探头调整组件均设置在一检测车上；

其中，所述探头调整组件可驱动所述探头组件进行直线运动和/或旋转运动。

3.如权利要求2所述的轨道交通线路伤损检测系统，其特征在于，所述位置测量组件为一编码器，所述编码器固定在所述检测车的车轮上，并在所述车轮的带动下旋转产生与所述车轮的角速度成比例的光栅脉冲并将所述光栅脉冲发送至所述控制器；

所述控制器还根据所述光栅脉冲和所述车轮的直径计算出当前编码器的位置信息。

4.如权利要求3所述的轨道交通线路伤损检测系统，其特征在于，所述探头组件、所述相对位置测量组件、所述外形测量组件和所述位置测量组件沿着所述检测车的行进方向依次进行排布。

5.如权利要求4所述的轨道交通线路伤损检测系统，其特征在于，所述相对位置信息包括：所述探头组件和当前待检测部件表面之间的距离和当前入射角。

6.如权利要求5所述的轨道交通线路伤损检测系统，其特征在于，还包括数据库，其用于存储所述位置信息和所述待检测部件的外形数据，还用于存储所述相对位置信息；

所述控制器还用于从所述数据库中调取所述位置信息和所述待检测部件外形数据以及所述相对位置信息。

7.如权利要求6所述的轨道交通线路伤损检测系统，其特征在于，所述控制器还用于对所述探头组件发出激励脉冲，接收所述探头组件发回的超声回波信号并对其进行处理，将处理结果记录存储在所述数据库中，并进行显示。