CN108020595B - 一种实心轮轴超声波探伤方法及探伤装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实心轮轴超声波探伤方法及探伤装置，第一步、根据轮轴结构尺寸确定至少两个探头的布局以及探头的参数选择，探头设置在实心轮轴的一侧端面；第二步、利用每个探头进行超声波回波成像；第三步，将至少两个探头的超声波回波成像错位重叠。第四步，对超声波回波成像中的结构回波进行去除。参数选择包括外形尺寸、频率及折射角度，外形尺寸为轮轴的外形尺寸，频率的大小随轮轴的材质的变化而变化，折射角度随待检区域位置的变化而变化。超声回波成像使用颜色表、查表法、DMA方法确定和读写图像颜色。采用此发明使得在不拆卸轮轴时即可对实心轮轴进行超声波探伤检测，并有效避免结构波对超声波探伤检测的影响。
Description
技术领域
本发明涉及超声探伤领域，具体涉及一种实心轮轴超声波探伤方法及探伤装置。
背景技术
目前，对铁路车辆的在役轮轴的运行状态主要采取定期、规定里程进行检测的方法来监控轮轴的状态，检测方法之一就是采用超声波对轮轴进行伤损检测。常规的轮轴超声检测是对轮轴采取落轮检测，即轮轴从车辆上拆卸后在进行相应的检测，但是，实际的车辆轮轴日常维护和检测过程中，需要在不落轮轴的情况下进行检测，可用的探测面仅为轮轴端面，检测空间狭小。
当前在不落轮检测轮轴主要采用手工单探头超声波检测的办法，由于轮轴外形结构的原因，存在较多的结构波，同时由于手工探伤天然存在的偶合、重复性等因素，探伤结果不稳定、可靠性差，难以界定检测过程的有效性。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种实心轮轴超声波探伤方法及探伤装置，使得在不拆卸轮轴时即可对实心轮轴进行超声波探伤检测，并有效避免结构波对超声波探伤检测的影响。
为解决上述问题，本发明提供一种实心轮轴超声波探伤方法及探伤装置，为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
第一步，根据实心轮轴结构尺寸确定至少两个探头的布局以及探头的参数选择，探头设置在实心轮轴的一侧端面；第二步，利用每个探头进行超声波回波成像；第三步，将至少两个探头的超声波回波成像错位重叠。
采用上述技术方案的有益效果是：使得在不拆卸轮轴时即可对实心轮轴进行超声波探伤检测，并有效避免结构波对超声波探伤检测的影响。轮轴不落轮的基础上只需对暴露出的轴端进行作业便可以对轮轴进行检测，工程量小、检测快捷。
作为本发明的更进一步改进，还包括第四步，对超声波回波成像中的结构回波进行去除。
采用上述技术方案的有益效果是：排除轮轴自身固有外形轮廓对探测结果的影响，仅凸显轮轴损伤的信息，防止误报。
作为本发明的进一步改进，参数选择包括外形尺寸、频率及折射角度，外形尺寸为轮轴的外形尺寸，频率的大小随轮轴的材质的变化而变化，折射角度随待检区域位置的变化而变化。
采用上述技术方案的有益效果是：根据不同材质、尺寸、形状的轮轴来调整断面端头的状态，提高检测的准确度，同时通用性广。
作为本发明的更进一步改进，超声回波成像是根据单个探头的一维超声回波成像变换为的二维B型扫描图像。
采用上述技术方案的有益效果是：二维B型扫描图像更加形象直观。
作为本发明的又进一步改进，超声回波成像使用颜色表、查表法、 DMA方法确定和读写图像颜色。
采用上述技术方案的有益效果是：这样时间和空间的利用效率高。
作为本发明的又进一步改进，超声波回波成像错位重叠是将多个探头的成像进行合成处理。
采用上述技术方案的有益效果是：将多个探头的数据进行合成，形成总体检测结果。
作为本发明的又进一步改进，超声波回波成像错位重叠依赖于预先测定的单个探头在检测区域上的声压分布表以及探头布局中的确定的各个探头的相互错位值。
采用上述技术方案的有益效果是：得出相互错位值便于准确得对成像进行错位重叠，声压表可以将不同位置相同大小的缺陷补偿到同一数值。
作为本发明的又进一步改进，结构回波进行去除是指去除由于轮轴外形轮廓的原因产生的固定位置的回波。
采用上述技术方案的有益效果是：排除轮轴自身固有外形轮廓对探测结果的影响，仅凸显轮轴损伤的信息，防止误报。
作为本发明的又进一步改进，探头为三至五个探头，探头具备不同的折射角度，探头的检测面均为实心轮轴端面。
采用上述技术方案的有益效果是：多个探头可以实现不同空间角度的指向，即对应覆盖轮轴的圆周面的各个局部位置。
作为本发明的更进一步改进，沿实心轮轴的轴向视图中，探头呈环形阵列布置，探头具备齿轮，齿轮相互啮合，齿轮的转轴与实心轮轴的轴线的垂直距离相等。
采用上述技术方案的有益效果是：使得每个探头朝向与实心轮轴的轴线的夹角始终保证相等，这样在调节一个探头的角度时其他探头也随之转动，使得若干个探头探测的位置为轮轴某一段的圆周面。便于理解实心轮轴的损伤位置，便于对实心轮轴进行全面的探伤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种实心轮轴的示意图；
图2是本发明一种实施方式的实心轮轴超声探伤方法的示意图；
图3是本发明一种实施方式的声压曲线示意图；
图4是本发明装置一种实施方式的示意图。
1-探头；2-实心轮轴；3-齿轮；4-转轴。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：
为了达到本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：
一种实心轮轴不落轮超声探伤方法，根据轮轴结构尺寸确定至少两个探头的布局以及探头的参数选择，探头设置在实心轮轴的一侧端面；利用每个探头进行超声波回波成像；将至少两个探头的超声波回波成像错位重叠。
采用上述技术方案的有益效果是：使得在不拆卸轮轴时即可对实心轮轴进行超声波探伤检测，并有效避免结构波对超声波探伤检测的影响。轮轴不落轮的基础上只需对暴露出的轴端进行作业便可以对轮轴进行检测，工程量小、检测快捷。
作为本发明的又进一步改进，在轴端面的探头为三至五个，各个探头具有不同的折射角度，其检测面均为轴端面。探头数目根据待检区域长度来确定，通常待检区域越长，需要的探头越多。多个探头呈圆环形排列，圆环的圆心即为轮轴的轴线，扫查器必须保证在旋转扫查过程中，探头与轮轴轴线的距离不会发生改变，或者改变量在许可的范围内。
采用上述技术方案的有益效果是：探头的朝向与实心轮轴的轴线夹角越大，探头所探测的区域为越靠近探头所在轴端的实心轮轴的圆周面。三至五个探头可以朝向不同的空间角度，可以对实心轮轴的圆周面的各个区域进行探测。
作为本发明的又进一步改进，探头参数包括其外形尺寸、频率及折射角度等，外形应根据轮轴外形及探头数目确定，通常其晶片尺寸为14至20mm，在此基础上外形尺寸尽量小，如果探头数目多，则尺寸应较小；探头频率根据检测声程及轮轴材质确定，检测声程越长，频率应越低，材质晶粒越粗大，频度应越低，通常取2至5MHz；折射角度主要根据待检区域位置来确定，多个探头分别扫查不同的区域，根据三角作图及声强分布确定每个探头的检测中心声束及扫查范围；根据声束覆盖情况来确定探头数目。
采用上述技术方案的有益效果是：尺寸和频度的选择适用于现场实际作业。
作为本发明的又进一步改进，单个探头超声回波成像先建立一个波幅颜色对照表，单个探头的每一次都会获取一组超声回波数据，超声回波数据为一维数组，通过DMA的方式，将该数组直接写入对应的图像文件中，写入的位置由编码器值确定。显示时通过查表法显示对应位置的颜色，不同的颜色即代表着缺损或者合格。
采用上述技术方案的有益效果是：不同的颜色即代表着缺损或者合格，对损伤的表达形象直观。
作为本发明的又进一步改进，超声波回波成像错位重叠是根据探头布局中的角度偏差及编码器值获得各个探头的检测位置在轮轴展开图的错位值，以及单个探头在中心声束两侧的声压分布，以及多个探头对同一位置的声压进行声压合成，从而得到待检测区域上同一角度时轴向方向的声压分布，根据该声压分布转换为一维数组并通过 DMA方式写入图像中。
采用上述技术方案的有益效果是：由于超声从换能器发出后会发生一定的扩散，声束中心声压最强，然后向两边扩散，体现在超声检测的结果上就是同样的缺陷在声束中心回波波幅较高，离声束中心越远波幅越低。利用声压表可以将同样在的缺陷但波幅不同的回波补偿到同一高度。
作为本发明的又进一步改进，结构回波去除是根据轮轴结构图及探头布局预先测定探头结构回波出现位置，对于相同参数的工件以及探头，结构回波出现的位置一致、波幅接近。
采用上述技术方案的有益效果是：可以预先在标样上测得结构回波的位置，对该位置回波采取反向对冲处理，达到消除或者消弱该位置的固定回波的目的。而且经过受力分析与实际验证，轮轴缺陷回波一般不会与结构回波出现在同一位置。
作为本发明的更进一步改进，如图4所示，沿实心轮轴2的轴向视图中，探头1呈环形阵列布置，探头1具备齿轮3，探头1与齿轮 3一体固定，齿轮3相互啮合，齿轮3绕转轴4转动，齿轮3的转轴 4与实心轮轴2的轴线的垂直距离相等。
采用上述技术方案的有益效果是：使得每个探头朝向与实心轮轴的轴线的夹角始终保证相等，这样在调节一个探头的角度时其他探头也随之转动，使得若干个探头探测的位置为轮轴某一段的圆周面。便于理解实心轮轴的损伤位置，便于对实心轮轴进行全面的探伤。
满足了落轮或不落轮轴工况下对轮轴进行超声波检测，易于分辨结构复杂处的伤损回波和结构回波，减少漏判和误判操作，并通过多种扫描显示方式，直观显示出轮轴的超声波探伤信息，有效提高不落轮检测时轮轴探伤的准确性和效率。
图2是本发明的声压曲线示意图，横坐标为检测面轴向上距离探头中心声束的距离。图3是本发明一种实施方式的声压曲线示意图，图中所示的若干条斜线即探头朝向。
为了达到本发明的目的，其具体包括以下步骤：
步骤一：获取轮轴结构尺寸，确定不落轮轴工况的待检区域，确定探头参数与布局。通过本步骤确定参数后，后续可以不再变动。
步骤二：如图1所示，测定待检区域的结构回波出现的位置及幅度，通过多次测量，建立结构对冲值表，该表一次测定，后续可以不再变动，但变换探头或者探头性能发生明显变化后，应重新测定。该表建立的基础是探头的角度不发生变化以及工件的结构不发生变化，
步骤三：测定探头声压表，用于描述超声回波在检测区域的声压分布，该表一次测定，一定期限内可以不再变动，但变换探头或者探头性能发生明显变化后，应重新测定。该声压表应在标样上测定，该标样应与实际工件材质及结构一致，否则会出现误差。
步骤四：建立波幅颜色对照表，建立DMA缓冲，调节超声参数至合适值。
步骤五：采用端面扫查器对轮轴进行旋转扫查，扫查器上的探头组是根据步骤一获取的布局及参数来确定，扫查器安装有同心定位装置，保证扫查过程中的同心度。
步骤六：根据采集到的各探头回波和步骤四中生成的波幅颜色对照表形成单探头超声成像，该成像将根据步骤二生成结构对冲表对结构回波进行对冲处理，成像位置由编码器值获得，该位置为步骤七错位合成的基础。
步骤七：根据单探头超声成像及步骤三生成的探头声压表进行信号合成叠加，形成重叠成像。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种实心轮轴超声波探伤方法，其特征在于，包括：
第一步，根据实心轮轴结构尺寸确定至少两个探头的布局以及探头的参数选择，所述
探头设置在实心轮轴的一侧端面；
第二步，利用每个探头进行超声波回波成像；
第三步，将至少两个探头的超声波回波成像错位重叠；
第四步，对超声波回波成像中的结构回波进行去除；
超声波回波成像错位重叠是根据探头布局中的角度偏差及编码器值获得各个探头的检测位置在轮轴展开图的错位值，以及单个探头在中心声束两侧的声压分布，以及多个探头对同一位置的声压进行声压合成，从而得到待检测区域上同一角度时轴向方向的声压分布，根据该声压分布转换为一维数组并通过DMA方式写入图像中；
结构回波去除是根据轮轴结构图及探头布局预先测定探头结构回波出现位置，对于相同参数的工件以及探头，结构回波出现的位置一致、波幅接近。
2.根据权利要求1所述的一种实心轮轴超声波探伤方法，其特征在于：所述参数选择包括外形尺寸、频率及折射角度，所述外形尺寸为轮轴的外形尺寸，所述频率的大小随轮轴的材质的变化而变化，所述折射角度随待检区域位置的变化而变化。
3.根据权利要求1所述的一种实心轮轴超声波探伤方法，其特征在于：所述超声回波成像是根据单个探头的一维超声回波成像变换为的二维B型扫描图像。
4.根据权利要求1所述的一种实心轮轴超声波探伤方法，其特征在于：所述超声回波成像使用颜色表、查表法、DMA方法确定和读写图像颜色。
5.根据权利要求1所述的一种实心轮轴超声波探伤方法，其特征在于：结构回波进行去除是指去除由于轮轴外形轮廓的原因产生的固定位置的回波。
6.一种实心轮轴超声波探伤装置，其特征在于：包括如权利要求1至5中任意一项所述的一种实心轮轴超声波探伤方法，所述探头为三至五个探头，所述探头具备不同的折射角度，所述探头的检测面均为实心轮轴端面。
7.根据权利要求6所述的一种实心轮轴超声波探伤装置，其特征在于：沿实心轮轴的轴向视图中，所述探头呈环形阵列布置，所述探头具备齿轮，所述齿轮相互啮合，所述齿轮的转轴与实心轮轴的轴线的垂直距离相等。
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Effective date of registration: 20230901 Address after: No.14, Yongxing Road, Gangzha Economic Development Zone, Nantong City, Jiangsu Province, 226000 Patentee after: Nantong Institute of Technology Address before: No. 188, xinlou Road, Qutang Town, Hai'an City, Nantong City, Jiangsu Province, 226000 Patentee before: Jiangsu Jinshengyuan Control Technology Co.,Ltd. |