CN109725064A - 一种轮辋超声检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮辋探伤领域，具体而言，涉及一种轮辋超声检测装置及检测方法。具体的，轮辋超声检测装置包括底座、水箱、加载装置、扫描机构、驱动机构；水箱分别设于加载装置两侧并与底座围成检测空间；扫描机构分别设于检测空间内；扫描机构包括超声波探头和往复驱动装置。轮辋超声检测方法利用上述的轮辋超声检测装置对轮辋进行检测。本发明提供了一种轮辋超声检测装置，操作简便，智能化程度高，并且相对于现有扫描装置，其能够得到更直观、准确的数据并且可用于更深度的图像识别。本发明还提供了一种轮辋超声检测方法，该方法利用上述轮辋超声检测装置能够快速、准确的对轮对上轮辋进行检测扫描，效率高。

Description

一种轮辋超声检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及轮辋探伤领域，具体而言，涉及一种轮辋超声检测装置及检测方法。

背景技术

轮辋，火车车轮和铁轨接触的圆周区域，大约厚70毫米，宽130毫米环形区域。踏面，轮辋和铁轨接触的表面，大约90毫米宽，周长约3000毫米。踏面并不是圆柱面，他是一个锥面，与车轴的夹角大约3.5度，外侧直径小，内侧直径大。

轮辋周向，指轮辋内与轮辋踏面大致平行的圆周面，轮辋周向缺陷就是指在这样的面上发生的缺陷，是轮辋缺陷最多的一种，也叫辋裂。轮辋径向，是指与轮辋踏面垂直的方向，被经常关注的径向面有两个，一个是延车轴方向的面，也可以理解为轮辋的横剖面。另一个是延车轮周向的面，也可以理解为轮辋的纵剖面。在这两个面上的缺陷称为径向缺陷，前者是轴向径向缺陷，后者是周向径向缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种轮辋超声检测装置，其利用水浸耦合方式通过超声波对轮辋进行超声波成像扫描，相对于现有扫描装置，其能够得到更直观、准确的数据并且可用于更深度的图像识别。

本发明的实施例是这样实现的：

一种轮辋超声检测装置，其包括底座、水箱、加载装置、扫描机构、驱动机构；

所述加载装置设于所述底座上；所述水箱分别设于所述加载装置两侧并与所述底座围成检测空间；所述扫描机构分别设于所述检测空间内；

所述加载装置被构造成控制轮对两端的轮辋局部没入所述水箱；

所述扫描机构包括超声波探头和往复驱动装置；所述超声波探头与所述轮辋靠近所述底座一侧对应；所述往复驱动装置用于控制所述超声波探头沿所述轮辋轴向往复运动；

所述驱动机构用于驱动所述轮对沿其轴线转动。

本发明的一种实施例中：

所述加载装置包括相互连接的伸缩缸和托架；所述托架与所述轮对中间位置可分离的连接。

本发明的一种实施例中：

所述驱动机构包括传动连接的转轮和电机；所述电机设于所述底座上；所述转轮与所述轮辋传动连接。

本发明的一种实施例中：

所述扫描机构还包括滑动平台；所述超声波探头设于所述滑动平台上；所述往复驱动装置包括步进电机以及传动连接的曲柄转盘和连杆；所述步进电机与所述曲柄转盘传动连接；所述连杆与所述滑动平台传动连接。

本发明的一种实施例中：

所述滑动平台的运动轨迹与所述轮辋的踏面锥度一致。

本发明的一种实施例中：

所述往复驱动装置还包括柔性缓冲垫；所述柔性缓冲垫与所述曲柄转盘和连杆连接，用于减少换向加速度。

本发明的一种实施例中：

所述超声波探头包括纵波探头和/或横波探头。

本发明的一种实施例中：

所述超声波探头包括两个横波探头和一个纵波探头；所述纵波探头设于两个所述横波探头之间；所述纵波探头和所述横波探头在水平方向上沿所述轮辋径向设置。

本发明的一种实施例中：

所述纵波探头为点聚焦水浸探头。

一种轮辋超声检测方法，其利用上述的轮辋超声检测装置对轮辋进行检测，包括以下步骤：

步骤1：轮对延铁轨线滚到所述加载装置上方，所述加载装置将车轮顶起到脱离轨道线；操作人员推动所述轮对旋转90度，所述加载装置车轮控制所述轮对两端的轮辋落在检测空间内，并且所述轮辋在水箱内浸没所述轮辋厚度；

步骤2：开启所述驱动机构，使所述轮对在检测空间内沿其轴线转动；开启所述往复驱动装置，控制所述超声波探头对轮辋的踏面进行超声波成像扫描；判断方式为图像模式法；

步骤3：关闭所述驱动机构和所述扫描机构；将所述超声波探头采集的完整波形数据传输至计算机或保存；

步骤4：利用所述加载装置重新将所述轮对放回至轨道上。

本发明的技术方案至少具备以下有益效果：

本发明提供了一种轮辋超声检测装置，操作简便，智能化程度高，并且相对于现有扫描装置，其能够得到更直观、准确的数据并且可用于更深度的图像识别。

本发明还提供了一种轮辋超声检测方法，该方法利用上述轮辋超声检测装置能够快速、准确的对轮对上轮辋进行检测扫描，效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例中轮辋超声检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中扫描机构处的局部放大结构示意图。

图中：10-轮辋超声检测装置；11-底座；20-轮对；30-扫描机构；40-水箱；50-加载装置；51-电机；52-转轮；31-滑动平台；32-曲柄转盘；33-连杆；34-步进电机；35-横波探头；36-纵波探头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例

参考图1和图2，图中为本实施例提供的一种轮辋超声检测装置10，其利用水浸耦合方式通过超声波对轮辋进行超声波成像扫描，相对于现有扫描装置，其能够得到更直观、准确的数据并且可用于更深度的图像识别。

具体的，轮辋超声检测装置10包括底座11、水箱40、加载装置50、扫描机构30、驱动机构。

加载装置50设于底座11上；水箱40分别设于加载装置50两侧并与底座11围成检测空间；扫描机构30分别设于检测空间内，用于采用水浸耦合方式进行超声波检测，故在水箱40内含有一定水位的水。

加载装置50被构造成控制轮对20两端的轮辋局部没入水箱40；具体的，水箱40内的水位刚好没过轮辋厚度，浸没深度大约100毫米，实现局部水浸。扫描机构30包括超声波探头和往复驱动装置；超声波探头与轮辋靠近底座11一侧对应；往复驱动装置用于控制超声波探头沿轮辋轴向往复运动；超声波探头的定位简单准确，有利于成像。

驱动机构用于驱动轮对20沿其轴线转动，以对踏面进行检测。

具体的，在本实施例中，加载装置50包括相互连接的伸缩缸和托架；托架与轮对20中间位置可分离的连接。

驱动机构包括传动连接的转轮52和电机51；电机51设于底座11上；转轮52与轮辋传动连接。在本实施例中，包括轮辋底部的一对转轮52，在检测时承载轮对20的重量，带动轮对20旋转，超声波探头设于两转轮52之间。

进一步的，为了保证超声波探头的扫描效果，扫描机构30还包括滑动平台31；超声波探头设于滑动平台31上；往复驱动装置包括步进电机34以及传动连接的曲柄转盘32和连杆33；步进电机34与曲柄转盘32传动连接；连杆33与滑动平台31传动连接。将步进电机34的旋转运动转换为探头的直线往复运动。

更进一步的，滑动平台31的运动轨迹与轮辋的踏面锥度一致。滑动平台31轨迹角度大约为3.5度，和踏面的锥度相当，从而保证了在扫描过程中超声波探头和踏面的距离基本不变，使得超声回波稳定。

此外，往复驱动装置还包括柔性缓冲垫；柔性缓冲垫与曲柄转盘32和连杆33连接，用于减少换向加速度，进而减小了换向力，使得在相同的电机51功率下能实现更高的扫描速度。

在实际使用过程中，超声波探头包括纵波探头36和/或横波探头35。在本实施例中，同时包括纵波探头36和横波探头35。具体的，超声波探头包括一个纵波探头36和两个横波探头35；纵波探头36设于两个横波探头35之间；纵波探头36和横波探头35在水平方向上沿轮辋径向设置。

检测辋裂使用纵波探头36，垂直踏面入射，在轮辋内也是纵波。检测轴向径向缺陷使用斜入射，在轮辋内是横波。其特征是：纵波探头36使用了点聚焦水浸探头，使得耦合稳定，保证了检测的可靠性。同时提高了检测的灵敏度，使用同样的标样标定，灵敏度比非聚焦探头提高数倍，使点状小缺陷的检测成为可能。能够进行超声成像，判伤手段由传统的当量法升级为图像模式法，为今后的智能识别提供了基础。

可选的，横波探头35带有姿态保持装置，在更换探头时能使得以往的探头姿态保持不变，降低了探头更换和调整的难度。此外，使用了前置的数字探伤模块，探伤仪和计算机之间用网络传送，提高了信噪比和传输的可靠性。

本实施例还提供了一种轮辋超声检测方法，其利用上述轮辋超声检测装置10对轮辋进行检测，包括以下步骤：

步骤1：轮对20延铁轨线滚到加载装置50上方，加载装置50将车轮顶起到脱离轨道线；操作人员推动轮对20旋转90度，加载装置50车轮控制轮对20两端的轮辋落在检测空间内，并且轮辋在水箱40内浸没轮辋厚度；

步骤2：开启驱动机构，使轮对20在检测空间内沿其轴线转动；开启往复驱动装置，控制超声波探头对轮辋的踏面进行超声波成像扫描；判断方式为图像模式法；

步骤3：关闭驱动机构和扫描机构30；将超声波探头采集的完整波形数据传输至计算机或保存；

步骤4：利用加载装置50重新将轮对20放回至轨道上。

本实施例中的图像处理所采集的数据不像传统那样主要关心采集点的峰值数据，而是采集并存储了所有扫描点的完整波形数据，这就不仅包含平面的2维坐标信息，含包含了完整的深度位置信息，因此得到的是3D信息，可用于3维成像，就是可以展现缺陷在不同剖面上的形状的反射强度。即可用于事后恢复原始探伤过程，也可用于更深度的图像识别。

本实施例提供的轮辋超声检测装置10，操作简便，智能化程度高，并且相对于现有扫描装置，其能够得到更直观、准确的数据并且可用于更深度的图像识别。

本实施例还提供了一种轮辋超声检测方法，该方法利用上述轮辋超声检测装置10能够快速、准确的对轮对20上轮辋进行检测扫描，效率高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轮辋超声检测装置，其特征在于：所述轮辋超声检测装置包括底座、水箱、加载装置、扫描机构、驱动机构；

所述加载装置设于所述底座上；所述水箱分别设于所述加载装置两侧并与所述底座围成检测空间；所述扫描机构分别设于所述检测空间内；

所述加载装置被构造成控制轮对两端的轮辋局部没入所述水箱；

所述扫描机构包括超声波探头和往复驱动装置；所述超声波探头与所述轮辋靠近所述底座一侧对应；所述往复驱动装置用于控制所述超声波探头沿所述轮辋轴向往复运动；

所述驱动机构用于驱动所述轮对沿其轴线转动。

2.根据权利要求1所述的一种轮辋超声检测装置，其特征在于：

所述加载装置包括相互连接的伸缩缸和托架；所述托架与所述轮对中间位置可分离的连接。

3.根据权利要求1所述的一种轮辋超声检测装置，其特征在于：

所述驱动机构包括传动连接的转轮和电机；所述电机设于所述底座上；所述转轮与所述轮辋传动连接。

4.根据权利要求1所述的一种轮辋超声检测装置，其特征在于：

所述扫描机构还包括滑动平台；所述超声波探头设于所述滑动平台上；所述往复驱动装置包括步进电机以及传动连接的曲柄转盘和连杆；所述步进电机与所述曲柄转盘传动连接；所述连杆与所述滑动平台传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种轮辋超声检测装置，其特征在于：

所述滑动平台的运动轨迹与所述轮辋的踏面锥度一致。

6.根据权利要求4所述的一种轮辋超声检测装置，其特征在于：

所述往复驱动装置还包括柔性缓冲垫；所述柔性缓冲垫与所述曲柄转盘和连杆连接，用于减少换向加速度。

7.根据权利要求1所述的一种轮辋超声检测装置，其特征在于：

所述超声波探头包括纵波探头和/或横波探头。

8.根据权利要求7所述的一种轮辋超声检测装置，其特征在于：

所述超声波探头包括两个横波探头和一个纵波探头；所述波纵探头设于两个所述横波探头之间；所述纵波探头和所述横波探头在水平方向上沿所述轮辋径向设置。

9.根据权利要求8所述的一种轮辋超声检测装置，其特征在于：

所述纵波探头为点聚焦水浸探头。

10.一种轮辋超声检测方法，其特征在于，利用上述权利要求1-9中任意一种所述的轮辋超声检测装置对轮辋进行检测，包括以下步骤：

步骤1：轮对延铁轨线滚到所述加载装置上方，所述加载装置将车轮顶起到脱离轨道线；操作人员推动所述轮对旋转90度，所述加载装置车轮控制所述轮对两端的轮辋落在检测空间内，并且所述轮辋在水箱内浸没所述轮辋厚度；

步骤2：开启所述驱动机构，使所述轮对在检测空间内沿其轴线转动；开启所述往复驱动装置，控制所述超声波探头对轮辋的踏面进行超声波成像扫描；判断方式为图像模式法；

步骤3：关闭所述驱动机构和所述扫描机构；将所述超声波探头采集的完整波形数据传输至计算机或保存；

步骤4：利用所述加载装置重新将所述轮对放回至轨道上。