CN104833722B - 一种轨道车辆车体焊缝超声检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆焊缝超声检测装置及检测方法,包括超声检测单元、水槽单元和控制单元，所述水槽单元由主体框架、水槽及固定装置组成，所述水槽为顶面及一个侧面敞口的箱形体，在所述水槽敞口侧的边缘设置有一圈密封条，所述固定装置用于将水槽固定在待测工件上使所述水槽与待测工件表面共同围成储水空间，所述水槽、固定装置和超声检测单元固定在所述主体框架上。本发明利用敞口结构的水槽与待测工件的表面共同围成储水空间，从而进行局部的水浸自动扫描，可以在轨道车辆整车组装后或检修等情况下对车体进行自动扫描检测，解决了现有技术中无法对组焊后的整车进行水浸超声探伤的问题，而且操作方便快捷。

Description

一种轨道车辆车体焊缝超声检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种焊缝超声检测设备，尤其是一种用于检测轨道车辆车体焊缝的超声检测装置及检测方法，属于超声波检测技术。

背景技术

焊缝是焊接结构中最薄弱部位，焊接结构失效引起的事故大部分是由焊缝失效引起的，所以为确保焊接结构的质量，焊接后都需要对焊缝进行探伤。目前，普遍采用的是超声波探伤，从超声流反射波的位置和波形即可得到金属内部缺陷的深度和缺陷的性质，超声波探伤被广泛地应用于锻件、铸件及焊接件的质量检测。

目前超声波检测主要采用水浸的方法，将待检测的工件全部浸没在水箱中，利用水浸探头对焊缝进行逐点扫描。而对于轨道车辆的车体，如车体侧墙，主要由电阻点焊、激光焊、弧焊等方法焊接而成，整车组焊后无法如上所述的将待测工件浸没在水箱中，所以对组焊后的车体进行自动化缺陷检测存在较大的难度。

随着搅拌摩擦焊、激光焊接等新兴焊接技术在轨道车辆制造中的应用逐渐扩大，对组焊后的车体进行探伤检测，对确保轨道车辆可靠安全运营具有重要意义。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种整体结构简单，操作方便，可以对组焊后的车体进行精确探伤检测的轨道车辆焊缝超声检测装置。

本发明的另一个主要目的在于，提供一种操作方便，可以对组焊后的车体进行精确探伤检测的轨道车辆焊缝超声检测方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种轨道车辆焊缝超声检测装置，包括超声检测单元、水槽单元和控制单元，所述水槽单元由主体框架、水槽及固定装置组成，所述水槽为顶面及一个侧面敞口的箱形体，所述固定装置用于将水槽密封固定在待测工件上使所述水槽与待测工件表面共同围成储水空间，所述水槽、固定装置和超声检测单元固定在所述主体框架上。

进一步，所述固定装置为吸附部件，检测时用于将所述水槽敞口侧的边缘密封 固定在待测工件的表面。

进一步，所述吸附部件包括真空泵及多个真空吸盘，所述真空吸盘固定在所述主体框架上。

进一步，在所述主体框架上设置有滑槽，在所述滑槽内预装多个螺栓，所述真空吸盘固定在安装座上，多个所述安装座分别与预装的多个螺栓固定连接。

进一步，在所述水槽上设置有进水口及排水口，所述进水口和排水口分别通过进水管和排水管与储水箱连接，在所述进水管上连接水泵，所述水泵由所述控制单元控制。

进一步，所述超声检测单元包括超声探头、探头支架、X轴运动组件及Z轴运动组件，所述X轴运动组件固定在所述主体框架上，所述Z轴运动组件固定在所述X轴运动组件上，所述探头支架固定在所述Z轴运动组件上，所述超声探头固定在所述探头支架上。

进一步，所述X轴运动组件包括滚珠直线导轨和伺服电机，所述伺服电机与滚珠直线导轨通过同步带及带轮传动，所述伺服电机与控制单元连接。

进一步，所述Z轴运动组件包括步进电机及滚珠直线导轨，所述步进电机与滚珠直线导轨通过滚珠丝杆传动，所述步进电机与控制单元连接。

进一步，所述主体框架由前主梁框架及后辅梁框架组成，所述前主框架和后辅框架之间通过多根连接梁连接，所述水槽和固定装置安装在所述前主梁框架上，所述超声检测单元安装在所述后辅梁框架上。

本发明的另一个技术方案是：

一种采用如上所述的轨道车辆焊缝超声检测装置的检测方法，包括如下步骤：

A、利用固定装置将水槽贴紧待测工件的表面而固定在焊缝的位置，主体框架上的定位标线与焊缝中心线对齐；

B、向由水槽与待测工件表面共同围成的储水空间内注水，水位到达设定位置后，停止注水；

C、超声检测单元开始工作，移动超声探头对待测工件的表面进行扫描；

D、扫描结束后，将水槽内的水排空；

E、将该检测装置移动到新的扫描位置，重复上述步骤。

综上所述，本发明所提供的一种轨道车辆焊缝超声检测装置及检测方法，与现 有技术相比，具有如下优点：

(1)利用敞口结构的水槽与待测工件的表面共同围成储水空间，从而进行局部的水浸自动扫描，可以在轨道车辆整车组装后或检修等情况下对车体进行自动扫描检测，解决了现有技术中无法对组焊后的整车进行水浸超声探伤的问题，而且操作方便快捷。

(2)由于该检测装置不需要足够大的体积以将待测工件全部浸没，使得该检测装置整体结构简单，装置体积小，重量轻，特别方便搬运和安装，不但适用于车体侧墙的焊缝检测，同时也适用于体积较大的板状工件的焊缝检测。

(3)利用真空吸盘将主体框架和水槽固定在待测的车体表面，安装和拆卸非常方便，而且有利于水槽的侧边与车体表面之间的密封。

(4)X轴运动组件及Z轴运动组件均采用精密的定位移动机构，提高了该检测装置的扫查效率，扫查速度可达到300mm/s，重复精度±0.1mm，扫查精度高，具有良好的探伤准确性和可靠性，亦可实现ABC扫描数据的联动与组合显示，保证扫描图像清晰准确。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是图1的侧向视图；

图3是图1的正向视图；

图4是本发明水槽单元结构示意图。

如图1至图4所示，超声检测单元1，水槽单元2，主体框架3，前主梁框架3a，后辅梁框架3b，连接梁3c，水槽4，真空吸盘5，密封条6，滑槽7，安装座8，壳体9，螺栓10，壳体11，探头支架12，X轴运动组件13，Z轴运动组件14，步进电机15，滚珠直线导轨16，伺服电机17,滚珠直线导轨18。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1至图3所示，本发明提供了一种轨道车辆焊缝超声检测装置，包括超声检测单元1、水槽单元2和控制单元(图中未示出)，用于检测整车组装后的轨道车辆车体侧墙焊缝。

如图1至图4所示，水槽单元2由主体框架3、水槽4及固定装置组成。主体框架3 是由铝合金型材焊接拼接而成的，不但可以保证承载强度，还可以降低自重，也美观大方。主体框架3由长方形的前主梁框架3a及长方形的后辅梁框架3b组成，前主梁框架3a和后辅梁框架3b之间相互平行设置并且通过四个连接梁3c连接，在前主梁框架3a中的下边梁与后辅梁框架3b的下边梁之间也可以再另外安装一底板(图中未示出)，水槽4粘结固定在前主梁框架3a中的下边梁上。

如图4所示，水槽4是一个顶面及其中一个侧面敞口的箱形体，面向车体侧墙的侧面敞口，即水槽4仅由四个面构成，水槽4采用有机玻璃粘结拼接而成，不但外形美观，而且重量轻，便于搬运，水槽4敞口侧的侧面突出于前主梁框架3a，水槽4敞口侧的边缘设置有一圈橡胶密封条6，密封条6用胶粘接在有机玻璃上，密封条6也可以用来调节水槽4边缘与车体侧墙表面之间的间隙，保证有效密封，确保主体框架3吸附在车体侧墙表面后水槽4和车体侧墙表面紧密贴合。

在检测时，将水槽4敞口侧的侧边与车体侧墙的表面密贴，水槽4与车体侧墙的表面共同围成检测所需的储水空间，利用密封条6实现储水空间的密封。在水槽4上设置有进水口及排水口(图中未示出)，进水口和排水口分别通过进水管和排水管与一个储水箱连接，在进水管上连接水泵，水泵由控制单元控制。检测前，通过控制单元启动水泵，向由水槽4与车体侧墙的表面共同围成的储水空间内注水，水槽4上设置有液位开关，当达到设定水位时，控制单元控制水泵停止工作，停止向储水空间内注水，检测结束后，打开排水口，将储水空间内的水排放到储水箱内供下次使用。

本实施例中，利用一侧敞口的水槽4与车体侧墙的表面共同围成储水空间，不需要如现有技术中所述的将待测工件全部浸没在水槽内，从而实现局部的水浸自动扫描，使该检测装置可以在轨道车辆整车组装后或检修等情况下对车体的焊缝进行自动扫描探伤检测，解决了现有技术中无法对组焊后的整车进行水浸超声探伤的问题，进一步有效保证了车体的质量，保证车辆运行安全。同时，由于该检测装置不需要足够大的体积以将待测工件全部浸没，使得该检测装置整体结构简单，装置体积小，重量轻，特别方便搬运和安装，不但适用于车体侧墙的焊缝检测，同时也适用于体积较大的板状工件的焊缝检测。

为了方便安装和拆卸，本实施例中，固定装置优选采用吸附部件，特别优选采用多个真空吸盘5，多个真空吸盘5与一个真空泵连接，多个真空吸盘5由真空泵统一 控制动作，以把主体框架3牢靠地吸附在车体侧墙的外表面上。在主体框架3的前主梁框架3a上安装多个真空吸盘5，如图4所示，在前主梁框架3a的上边梁及两侧的侧边梁的侧面上均安装多个真空吸盘5，以将整个检测装置牢固固定在车体侧墙的表面上，真空泵可以人工控制，也可以与控制单元连接，由控制单元自动控制。检测时，操作人员启动真空泵，即可将多个真空吸盘5同时吸附固定在车体侧墙的表面上，检测结束后，关闭真空泵，真空吸盘5即与车体侧墙的表面脱开，换至下一个检测位置再启动真空泵吸附固定，操作简单方便。

本实施例中，在主体框架3的前主梁框架3a的上边梁、侧边梁上设置有滑槽7，滑槽7为铝合金型材上的C形槽，在滑槽7内预装多个螺栓(图中未标示)，每个真空吸盘5通过螺栓10固定在安装座8上，安装座8再分别与预装在主体框架3上的螺栓固定连接，从而将真空吸盘5固定在主体框架3上。采用滑槽7的结构，方便操作人员根据车体检测部位的情况，调节多个真空吸盘5的安装位置，使固定更加牢固，又不影响检测。

如图1至图3所示，超声检测单元1包括超声探头(图中未标示)、探头支架12、X轴运动组件13及Z轴运动组件14，X轴运动组件13固定在主体框架3的后辅梁框架3b上，Z轴运动组件14固定在X轴运动组件13上，探头支架12固定在Z轴运动组件13，超声探头固定在探头支架12上。

其中，X轴运动组件13用于带动超声探头在水平方向上移动，控制超声探头的扫查范围，X轴运动组件13采用精密的定位移动机构，优选采用滚珠直线导轨16和伺服电机17，滚珠直线导轨16用于传动支撑和导向，伺服电机17与滚珠直线导轨16通过同步带及带轮传动，滚珠直线导轨16、同步带及带轮等安装在壳体11内，伺服电机17固定在壳体11的一侧，壳体11采用工业铝型材。利用伺服电机17带动同步带，再进而驱动滚珠直线导轨16移动，具有运动平稳、噪音低、寿命长、免维护、精度高的优点，而且通过同步带传动，使扫查精度更高，达到重复精度±0.1mm，扫查行程500mm，扫查速度可达300mm/s，提高了局部水浸自动扫描装置扫差效率，具有良好的探伤准确性和可靠性。滚珠直线导轨16的两端设置有用于限定超声探头在水平方向上移动行程的两个限位传感器，还设置有一个回零传感器，限位传感器和回零传感器与控制单元连接。

本实施例中，在主体框架3的后辅梁框架3b上，也设置有与铝合金型材一体成型的C形滑槽结构，X轴运动组件13的壳体11通过螺栓固定在后辅梁框架3b上，采用滑槽的结构，方便操作人员调节X轴运动组件13的壳体11的固定安装位置，使固定更加牢固。

Z轴运动组件14用于带动超声探头在垂直方向上的步进移动，Z轴运动组件14同样采用精密的定位移动机构，包括步进电机15、滚珠丝杆及滚珠直线导轨18，滚珠丝杆及滚珠直线导轨18安装在壳体9内，滚珠丝杆由步进电机15驱动，可以更好地控制步进分辨率，步进分辨率可以达到0.1mm，进一步提高了扫查精度和效率。Z轴运动组件14中的滚珠直线导轨两端也设置有用于限定超声探头在垂直方向上移动行程的两个限位传感器，还设置一个回零传感器，限位传感器和回零传感器与控制单元连接。

控制单元由电源、运动控制模块、数据采集模块、扫查模块及计算机组成。

其中，电源用于为检测装置中的各部件提供电源，运动控制模块控制X轴运动组件13及Z轴运动组件14的运动行程和运动速度，从而控制超声探头的运动速度和运动位置，运动控制模块负责连接运动控制卡，对X轴运动组件13及Z轴运动组件14的运动进行速度控制及位置控制，同时控制各轴位置显示的界面，并为扫查模块提供运动控制接口。

扫查模块负责扫查范围、精度、速度等参数的设定和控制，并调用运动控制模块和数据采集模块同时工作，得到ABC扫查成像结果。由于在运动同时需进行数据采集，实时绘制图像，因此控制单元采用多线程技术，以提高扫查效率。

下面详细描述检测方法，具体包括如下步骤：

A、将该检测装置放置在待检测的焊缝位置，并将水槽4敞口的一侧及真空吸盘5贴紧车体的侧墙，同时使主体框架3上的定位标线与焊缝中心线对齐，确保声束垂直入射到待测表面，按下真空泵开关按钮，将多个真空吸盘5都紧紧吸附在车体侧墙表面，进而将整个装置紧紧吸附在车体侧墙的扫查位置，此时，水槽4敞口侧的侧边与车体侧墙的表面密贴，水槽4与车体侧墙的表面共同围成检测所需的储水空间，利用密封条6实现储水空间的密封。

B、控制单元控制水泵开启，向由水槽4与车体侧墙表面共同围成的储水空间内注水，水位到达设定位置后，液位开关发出信号给控制单元，控制单元控制水泵自动关闭，停止注水。

C、超声检测单元开始工作：

C1、由扫查模块设定扫描分辨率、步进分辨率、扫查速度、扫查行程范围等参数。

C2、运动控制模块控制X轴运动组件13中的伺服电机17启动，带动Z轴运动组件14左右运动，使超声探头在水平方向上左右扫查，同时，控制步进电机15启动，使安装在Z轴运动组件14在垂直方向步进，使超声探头在垂直方向上步进扫查，进而通过超声探头对车体侧墙的表面进行ABC扫描。

C3、计算机控制超声探头发射超声波脉冲信号，经过水层进入到侧墙的内部，遇到缺陷后反射回来，超声探头接收超声波脉冲信号，数据采集模块对反射回来的脉冲信号进行接收及处理后送到计算机，形成ABC扫查图像。

D、扫描结束后，打开水槽4上的排水口，将水槽4内的水排空，水通过排水管流回储水箱。

E、关闭真空泵，使真空吸盘5从车体侧墙表面脱开，取下整个装置，移动到新的扫描位置，再重复上述步骤，直至扫描结束。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种轨道车辆焊缝超声检测装置，包括超声检测单元、水槽单元和控制单元，其特征在于：所述水槽单元由主体框架、水槽及固定装置组成，所述水槽为顶面及一个侧面敞口的箱形体，所述固定装置用于将水槽密封固定在待测工件的局部表面上，所述水槽与待测工件表面共同围成储水空间，使局部焊缝浸没在水中，所述水槽、固定装置和超声检测单元固定在所述主体框架上，所述固定装置为吸附部件，所述吸附部件包括真空泵及多个真空吸盘，所述真空吸盘固定在所述主体框架上，所述水槽敞口侧的边缘设置有一圈橡胶密封条，检测时用于将所述水槽敞口侧的边缘密封固定在待测工件的表面，所述超声检测单元包括超声探头、探头支架、X轴运动组件及Z轴运动组件，所述X轴运动组件固定在所述主体框架上，所述Z轴运动组件固定在所述X轴运动组件上，所述探头支架固定在所述Z轴运动组件上，所述超声探头固定在所述探头支架上，整个待测工件表面的焊缝分多次测量。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆焊缝超声检测装置，其特征在于：在所述主体框架上设置有滑槽，在所述滑槽内预装多个螺栓，所述真空吸盘固定在安装座上，多个所述安装座分别与预装的多个螺栓固定连接。

3.根据权利要求1所述的轨道车辆焊缝超声检测装置，其特征在于：在所述水槽上设置有进水口及排水口，所述进水口和排水口分别通过进水管和排水管与储水箱连接，在所述进水管上连接水泵，所述水泵由所述控制单元控制。

4.根据权利要求1所述的轨道车辆焊缝超声检测装置，其特征在于：所述X轴运动组件包括滚珠直线导轨和伺服电机，所述伺服电机与滚珠直线导轨通过同步带及带轮传动，所述伺服电机与控制单元连接。

5.根据权利要求1所述的轨道车辆焊缝超声检测装置，其特征在于：所述Z轴运动组件包括步进电机及滚珠直线导轨，所述步进电机与滚珠直线导轨通过滚珠丝杆传动，所述步进电机与控制单元连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的轨道车辆焊缝超声检测装置，其特征在于：所述主体框架由前主梁框架及后辅梁框架组成，所述前主梁框架和后辅梁框架之间通过多根连接梁连接，所述水槽和固定装置安装在所述前主梁框架上，所述超声检测单元安装在所述后辅梁框架上。

7.一种采用如权利要求1-6任一项所述的轨道车辆焊缝超声检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、利用固定装置将水槽贴紧待测工件的表面而固定在焊缝的位置，主体框架上的定位标线与焊缝中心线对齐；

B、向由水槽与待测工件表面共同围成的储水空间内注水，水位到达设定位置后，停止注水；

C、超声检测单元开始工作，移动超声探头对待测工件的表面进行扫描；

D、扫描结束后，将水槽内的水排空；

E、关闭真空泵，使真空吸盘从车体侧墙表面脱开，取下整个装置，移动到新的扫描位置，再重复上述步骤，直至扫描结束。