CN113804756A - 钢轨缺陷实时修正系统和方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种钢轨缺陷实时修正系统，包括：声波探伤系统，用于检测钢轨缺陷；钢轨焊缝自动识别系统，用于检测钢轨焊缝；该声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统被配置为在同一时间检测钢轨的同一位置；时间单元，用于生成所检测出的钢轨缺陷对应的第一时间信息以及所检测出的钢轨焊缝对应的第二时间信息；修正单元，根据所检测出的钢轨焊缝、第一时间信息和第二时间信息实时修正所检测到的钢轨缺陷信息。还提供一种钢轨缺陷实时修正方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢轨缺陷实时修正系统和方法，属于钢轨无损探伤技术领域。
背景技术
声波检测是目前钢轨无损探伤的重要方式，对确保机车运行安全具有重要意义。钢轨探伤仪在运行过程中通过声波传感器发射声波并接收回波，以发现钢轨中的缺陷。
经研究发现，采用声波检测钢轨缺陷时，焊缝的焊筋出波与钢轨母材轨头核伤出波近似，使得仅根据回波信号难以/无法区分所检测到的是焊缝还是缺陷，增加了人工复检的工作量，探伤效率低，难以满足工务探伤要求。
因此，有必要研究一种钢轨缺陷实时修正系统和方法来解决上述的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明提供一种钢轨缺陷实时修正系统，其特征在于包括：
声波探伤系统，用于检测钢轨缺陷；
钢轨焊缝自动识别系统，用于检测钢轨焊缝；
该声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统被配置为在同一时间检测钢轨的同一位置；
时间单元，用于生成所检测出的钢轨缺陷对应的第一时间信息以及所检测出的钢轨焊缝对应的第二时间信息；
修正单元，根据所检测出的钢轨焊缝、第一时间信息和第二时间信息实时修正所检测到的钢轨缺陷信息。
根据本发明的另一方面，所述同一位置包括垂直于钢轨延伸方向的钢轨断面范围。
根据本发明的另一方面，声波探伤系统包括：第一传感器，用于检测钢轨踏面至轨鄂的第一区域的缺陷；以及第二传感器，用于检测钢轨轨鄂至轨头轨距角的第二区域的缺陷；通过该声波探伤系统，可以实现对轨鄂和轨头侧部的缺陷的全面检测。
根据本发明的另一方面，所述钢轨焊缝自动识别系统，包括用于检测钢轨焊缝的第三传感器。
根据本发明的另一方面，所述第三传感器为声波传感器，用于发射声波以及接收来自钢轨反射的回波。通过该钢轨焊缝自动识别系统可自动识别钢轨焊缝。
根据本发明的另一方面，所述回波包括来自焊缝处轨头鄂部带状凸起带来的二面角反射。
根据本发明的另一方面，所述第三传感器用于向钢轨发射声波以及接收来自钢轨的回波，当所述回波来自焊缝处轨头鄂部带状凸起带来的二面角反射时判定为焊缝。
根据本发明的另一方面，所述第三传感器配置为使得其发射的声波在钢轨踏面的入射点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.14～0.4L，且在钢轨踏面处形成35～50度的折射角，且与钢轨纵剖面形成8～15度夹角，其中，L为钢轨侧面与钢轨踏面中心线之间的距离。
根据本发明的另一方面，所述钢轨缺陷实时修正系统可放置在钢轨探伤仪上，该钢轨探伤仪可沿钢轨移动，且左右两侧分别设置有探轮，优选的左右两侧分别设置有两个相互紧邻的第一探轮和第二探轮。
根据本发明的另一方面，所述探轮包括耦合介质和皮轮，所述传感器发出的声波依次穿过耦合介质、皮轮后入射到钢轨内，所述皮轮与钢轨踏面以滚动摩擦的方式压接触。
根据本发明的另一方面，所述探轮中还设置有：第四传感器，用于检测钢轨中的水平裂纹；和/或第五传感器，用于检测钢轨轨腰中10-30度倾斜角裂纹；和/或第六传感器，用于检测钢轨轨腰中大于30度倾斜角的裂纹；和/或第七传感器，用于检测轨头中部裂纹。
根据本发明的另一方面，所述的钢轨缺陷实时修正系统还包括警示单元，用于当该钢轨声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统在同一时间只检测到焊缝而未检测到钢轨缺陷时，提示钢轨声波探伤系统工作异常。
根据本发明的另一方面，还提供了一种钢轨缺陷实时修正方法，其采用前述的钢轨缺陷实时修正系统实时修正检测到的钢轨缺陷信息。
与现有技术相比，本发明具有以下一个或多个技术效果：1)可实时自动修正焊缝对探伤结果的干扰，提高了探伤的准确性和效率；2)多个传感器的配合使用可检测处于钢轨不同位置和类型的缺陷，提高缺陷检出率；3)可实现多个传感器的并发工作，提高探伤仪检测速度和探伤效率；4)可实现钢轨缺陷的快速定位和维护。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的钢轨缺陷实时修正系统结构示意图；
图2为根据本发明优选实施例的钢轨焊缝自动识别的原理图。
具体实施方式
下面结合附图，通过优选实施例来描述本发明的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本发明，而不应理解为对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
参见图1，其示出了根据本发明优选实施例的钢轨缺陷实时修正系统的结构示意图。优选地，本发明提供了一种钢轨缺陷实时修正系统，其特征在于包括：
声波探伤系统，用于检测钢轨缺陷；
钢轨焊缝自动识别系统，用于检测钢轨焊缝；
该声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统被配置为在同一时间检测钢轨的同一位置；
时间单元，用于生成所检测出的钢轨缺陷对应的第一时间信息以及所检测出的钢轨焊缝对应的第二时间信息；
修正单元，根据所检测出的钢轨焊缝、第一时间信息和第二时间信息实时修正所检测到的钢轨缺陷信息。
通过该钢轨焊缝自动识别系统可实时自动识别钢轨焊缝。
可以理解的是，该声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统在同一时间同时检测到钢轨缺陷和钢轨焊缝时，则修正单元将该钢轨缺陷修正为焊缝，例如进一步从钢轨缺陷检测结果中去除该被修正为焊缝的缺陷。
优选地，所述同一位置包括垂直于钢轨延伸方向的钢轨断面范围。可以理解的是，该钢轨焊缝自动识别系统配置为检测该钢轨断面范围的焊缝，该声波探伤系统配置为检测该钢轨断面范围的缺陷，例如裂缝等各种位置和类型的缺陷。
有利地，直接根据来自同一时间单元的第一、第二时间信息修正检测到的钢轨缺陷信息，不会引入其它的测量误差，可以高效准确地实时修正检测到的钢轨缺陷信息。可以理解的是，目前钢轨中的焊缝是大量存在的，通过实时自动修正这些来自焊缝的干扰，有利于将关注点集中在真实的钢轨缺陷上，并对真实的钢轨缺陷进行实时的记录和处理，可进一步提高探伤效率，减少数据处理量。
优选地，该声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统在同一时间只检测到焊缝而未检测到钢轨缺陷时，则通过警示单元提示声波探伤系统工作异常，提醒复核、检修和/或维护。
根据本发明一种优选实施方式，声波探伤系统包括：第一传感器，用于检测钢轨踏面至轨鄂的第一区域的伤损；以及第二传感器，用于检测钢轨轨鄂至轨头轨距角的第二区域的伤损；通过该声波探伤系统，可以实现对轨鄂和轨头侧部的缺陷的全面检测。
优选地，所述钢轨焊缝自动识别系统，包括用于检测钢轨焊缝的第三传感器，优选的，该第三传感器为声波传感器，用于发射声波以及接收来自钢轨反射的回波。通过该钢轨焊缝自动识别系统可自动识别钢轨焊缝。
优选地，所述回波来自焊缝处轨头鄂部带状凸起带来的二面角反射。
优选地，所述用于检测钢轨焊缝的声波换能器用于向钢轨发射声波以及接收来自钢轨的回波，当所述回波来自焊缝处轨头鄂部带状凸起带来的二面角反射时判定为焊缝。
优选地，所述第三传感器配置为使得其发射的声波在钢轨踏面的入射点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.14～0.4L，且在钢轨踏面处形成35～50度的折射角，且与钢轨纵剖面形成8～15度夹角，其中，L为钢轨侧面与钢轨踏面中心线之间的距离。
优选地，所述钢轨缺陷实时修正系统可放置在钢轨探伤仪上，该钢轨探伤仪可沿钢轨移动，且左右两侧分别设置有探轮，优选的左右两侧分别设置有两个相互紧邻的第一和第二探轮。
优选地，所述探轮包括耦合介质和皮轮，所述传感器发出的声波依次穿过耦合介质、皮轮后入射到钢轨内，所述皮轮与钢轨踏面以滚动摩擦的方式压接触。
优选地，所述探轮中还设置有：第四传感器，用于检测钢轨中的水平裂纹；和/或第五传感器，用于检测钢轨轨腰中10-30度倾斜角裂纹；和/或第六传感器，用于检测钢轨轨腰中大于30度倾斜角的裂纹；和/或第七传感器，用于检测轨头中部裂纹。
优选地，所述的钢轨缺陷实时修正系统还包括警示单元，用于当该声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统在同一时间只检测到焊缝而未检测到钢轨缺陷时，提示钢轨声波探伤系统工作异常。
优选地，钢轨缺陷实时修正系统还可包括存储单元，用于存储声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统检测的原始数据，例如钢轨缺陷数据，钢轨焊缝数据，时间数据等等。
优选地，该钢轨缺陷实时修正系统还包括：显示系统，用于显示所检测到的钢轨上的缺陷信息和/或焊缝信息，或者用于显示修正后的缺陷信息；
优选地，该钢轨缺陷实时修正系统还包括：发送系统，将修正后的缺陷信息实时发送给维护部门或维护人员。
优选地，所述第三传感器设置在第一和/或第二探轮中。有利地是，通过两组用于检测钢轨焊缝的第三传感器来消除干扰，例如分置于一条钢轨的内外两侧对钢轨焊缝进行检测。当两组用于检测钢轨焊缝的第三传感器在钢轨的同一坐标位置均检测到焊缝时，才确定焊缝的存在。这样避免了其中一个换能器故障或误检测时，将潜在的裂缝缺陷误当作焊缝排除在外，造成漏检从而未进行后期维护，可以最大程度地保证列车运行的安全。
优选地，用于检测钢轨焊缝的第三传感器设置在不同于第一和第二探轮的第三探轮中。
优选地，用于检测钢轨焊缝的第三传感器配置为使得其发射的声波在钢轨踏面的入射点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.14～0.4L，且在钢轨踏面处形成35～50度的折射角，且与钢轨纵剖面形成8～15度夹角，其中，L为钢轨侧面与钢轨踏面中心线之间的距离。
优选地，还提供了一种钢轨缺陷实时修正方法，其采用前述的钢轨缺陷实时修正系统实时修正检测到的钢轨缺陷信息。
实施例2
本实施例进一步详细描述了本发明的声波探伤系统的优选实施方式。
通过该钢轨声波探伤系统，可以实现对轨鄂和轨头侧部的缺陷的全面检测，提高了伤损检出率和探伤效率。优选地，该声波例如为超声波。
可以理解的是，第一传感器和第二传感器的数量优选为两个，且其可以设置在同一个探轮中。可替换地，第一传感器和第二传感器的数量也可以为一个，或者更多个，例如四个。例如，四个第一传感器和四个第二传感器可以设置在不同的探轮中，探轮之间因为空间隔离而不会产生声波信号的彼此干扰。
可以理解的是，检测时，各传感器固定在探轮内部而并不随皮轮转动，例如固定设置在探轮的支撑轴上，皮轮在钢轨踏面上滚动，车上设置耦合介质喷洒装置，从而将各传感器发出的声波经由皮轮内部的耦合介质、皮轮、皮轮外部耦合介质耦合进入钢轨内。需要说明的是，皮轮与钢轨踏面滚动接触，有效保证了声波与钢轨踏面的耦合，同时皮轮的滚动有利于减少皮轮的损耗。
优选地，第一探轮和/或第二探轮内设置有两个第一传感器和两个第二传感器，两个第一传感器以相互远离的方式分别对称地或不对称地设置在钢轨纵向中心线的两侧，两个第二传感器以相互远离的方式分别对称地或不对称地设置在钢轨纵向中心线的两侧。
可以理解的是，这样设置的两个第一传感器彼此远离，可互不干扰地实现钢轨左右两侧区域的缺陷检测，提高检测效率，避免了相互干扰。同时，第一探轮和第二探轮沿着钢轨延伸方向间隔设置，彼此独立，因而分处于两个探轮中的传感器之间不会相互干扰。
可以理解的是，第一传感器与第二传感器邻接可减小设备的尺寸，节省空间，同时也不会彼此干扰。
优选地，第一探轮内设置有四个第一传感器，第二探轮内设置有四个第二传感器。
可以理解的是，双轨式钢轨探伤仪可以同时探测两条钢轨，能够实现高效的缺陷探测。钢轨探伤仪还可包括定位系统，定位系统例如可以是随探伤仪的车轮同转的编码器，车轮的半径是已知的，一定转角对应在钢轨上的位移或距离可以确定，因而换能器在钢轨上的位置可以确定。本发明的定位系统不限于此。
实施例3
本实施例进一步详细描述了本发明的钢轨焊缝自动识别系统的优选实施方式。
参见图2，所述探轮包括耦合介质和皮轮1，所述第三传感器2发出的声波依次穿过耦合介质、皮轮1后经由钢轨踏面3入射到钢轨内，所述皮轮1与钢轨踏面3以滚动摩擦的方式压接触。有利地，耦合介质、皮轮1、喷洒在皮轮1和钢轨之间的耦合液、以及钢轨之间形成了声波的耦合和传输通道。其它传感器的声波耦合通道与此类似。各个传感器并不随皮轮1的滚动而滚动，其相对于钢轨踏面的距离、角度以及声波在钢轨踏面的入射点位置是相对固定的，目的是为了连续识别钢轨中不同位置的缺陷。优选地，声波例如可以为超声波。
第四传感器6为0°声波探头，在探伤开始之前及探伤整个过程中可根据其回波变化，自动将探轮对准钢轨踏面的中心线。
优选地，所述回波来自焊缝处轨头鄂部带状凸起带来的二面角5的反射。当所述回波来自焊缝处轨头鄂部带状凸起带来的二面角5的反射时判定为焊缝4。有利地，通过该二面角5的检测，可以高效地实现对焊缝4的可靠检测。可以理解的是，本发明并不限于此，例如还可以选择通过焊缝的其它部位对声波反射，尽管其检测效果可能并不是最佳的。
优选地，钢轨焊缝自动识别系统还包括回波距离幅度补偿单元，其中存储有声波传输距离和增益值的对应数据表，以提高来自所述二面角的回波的灵敏度并抑制该回波以外的干扰波。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钢轨缺陷实时修正系统，其特征在于包括：
声波探伤系统，用于检测钢轨缺陷；
钢轨焊缝自动识别系统，用于检测钢轨焊缝；
该声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统被配置为在同一时间检测钢轨的同一位置；
时间单元，用于生成所检测出的钢轨缺陷对应的第一时间信息以及所检测出的钢轨焊缝对应的第二时间信息；
修正单元，根据所检测出的钢轨焊缝、第一时间信息和第二时间信息实时修正所检测到的钢轨缺陷信息。
2.根据权利要求1所述的钢轨缺陷实时修正系统，其特征在于，所述同一位置包括垂直于钢轨延伸方向的钢轨断面范围。
3.根据权利要求1所述的钢轨缺陷实时修正系统，其特征在于，所述声波探伤系统包括：
第一传感器，用于检测钢轨踏面至轨鄂的第一区域的缺陷；
以及第二传感器，用于检测钢轨轨鄂至轨头轨距角的第二区域的缺陷。
4.根据权利要求1所述的钢轨缺陷实时修正系统，其特征在于，所述钢轨焊缝自动识别系统，包括用于检测钢轨焊缝的第三传感器。
5.根据权利要求4所述的钢轨缺陷实时修正系统，其特征在于，所述第三传感器为声波传感器，用于发射声波以及接收来自钢轨反射的回波。
6.根据权利要求5所述的钢轨缺陷实时修正系统，其特征在于，所述回波来自焊缝处轨头鄂部带状凸起带来的二面角反射。
7.根据权利要求5所述的钢轨缺陷实时修正系统，其特征在于，当所述回波来自焊缝处轨头鄂部带状凸起带来的二面角反射时判定为焊缝。
8.根据权利要求5所述的钢轨缺陷实时修正系统，其特征在于，所述第三传感器配置为使得其发射的声波在钢轨踏面的入射点与钢轨踏面中心线之间的距离为0.14～0.4L，且在钢轨踏面处形成35～50度的折射角，且与钢轨纵剖面形成8～15度夹角，其中，L为钢轨侧面与钢轨踏面中心线之间的距离。
9.根据权利要求1所述的钢轨缺陷实时修正系统，其特征在于还包括警示单元，用于当所述声波探伤系统和钢轨焊缝自动识别系统在同一时间只检测到焊缝而未检测到钢轨缺陷时，提示声波探伤系统工作异常。
10.一种钢轨缺陷实时修正方法，其采用权利要求1-9任一项所述的钢轨缺陷实时修正系统实时修正检测到的钢轨缺陷信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Peng Zhaobin Inventor after: Wang Chong Inventor before: Wang Chong |