CN113804757A - 自动探伤仪 - Google Patents

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Abstract

提供一种自动探伤仪，包括声波伤损检测单元，其包括：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；自对准单元，用于自动将容纳第一传感器和/或第二传感器的探轮对准钢轨踏面的中心线；声波焊缝检测单元，其包括第三传感器，用于检测钢轨焊缝；和修正单元，用于根据检测到的钢轨焊缝信息，修正检测到的钢轨伤损信息。还提供了一种自动探伤方法。

Description

自动探伤仪
技术领域
本发明涉及一种自动探伤仪，属于自动探伤仪技术领域。
背景技术
声波检测是目前钢轨无损检测的重要方式，通过声波传感器发射声波并接收回波，以发现钢轨中的伤损。
例如中国专利ZL 201710998122.8公开了一种铁路钢轨探伤轮探头及铁路钢轨探伤方法，其中，轮探头内设有多种角度的超声换能器；所述多种角度的超声换能器用于测量铁路钢轨伤损回波，所述铁路钢轨伤损回波用于确定铁路钢轨伤损位置；所述多种角度的超声换能器包括0°超声换能器，所述0°超声换能器还用于测量铁路钢轨界面回波，所述铁路钢轨界面回波用于确定所述轮探头与铁路钢轨的距离，所述轮探头与铁路钢轨的距离用于修正铁路钢轨伤损位置。
然而，现有技术中仍存在以下的一个或多个缺点：
通常需要人工对准探轮与钢轨踏面的中心线，这种方式受人为因素影响大，不同人员难以保证操作一致性，从而影响检测效果；
在运动过程中，探伤仪不可避免的存在水平或偏摆晃动，导致声波传感器声波角度偏离预先设计，降低灵敏度的同时还容易产生干扰波，对探伤结果影响很大；
检测信号可能受到外界的各种干扰，其检测结果的准确性还存在进一步提升的空间。
因此，有必要研究一种自动探伤仪来解决上述的一个或多个技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，本发明提供一种自动探伤仪，其特征在于包括：
声波伤损检测单元，其包括：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；
声波焊缝检测单元，其包括第三传感器，用于检测钢轨焊缝；
自对准单元，用于自动将容纳第一传感器、第二传感器和/或第三传感器的探轮对准钢轨踏面的中心线；和
修正单元，用于根据检测到的钢轨焊缝信息，修正检测到的钢轨伤损信息。
通过该声波伤损检测单元，可以实现对轨鄂和轨头侧部的伤损的全面检测。通过该声波焊缝检测单元可自动识别钢轨焊缝。
经过研究发现，在采用声波检测钢轨伤损时，焊缝的焊筋出波与钢轨母材轨头核伤出波近似，难以/无法区分是焊缝还是伤损。对此，本发明通过设置声波焊缝检测单元，有利于修正焊缝对检测的干扰。
根据本发明另一方面，所述自动探伤仪可沿钢轨移动，且左右两侧分别设置有两个紧邻的探轮。
根据本发明另一方面，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；第五传感器，用于检测钢轨轨腰中10-30度倾斜角裂纹；第六传感器，用于检测钢轨轨腰中大于30度倾斜角的裂纹；第七传感器，用于检测轨头中部裂纹。
根据本发明另一方面，所述第三传感器用于发射声波以及接收来自焊缝反射的回波。
根据本发明另一方面，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。
根据本发明另一方面，自动探伤仪同时检测左右两条钢轨，该自动探伤仪还包括：
定位单元，用于生成所检测出的伤损在钢轨上的第一位置，且用于生成检测到的焊缝在钢轨上的第二位置；
所述修正单元用于根据第第二位置信息，修正检测到的钢轨伤损信息。
根据本发明另一方面，该自对准单元包括：
水平调节单元，用于在水平方向上调节所述探轮；
摆动调节单元，用于在摆动方向上调节所述探轮；以及
控制单元，用于控制所述探轮对准钢轨踏面的中心线。
根据本发明另一方面，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距离钢轨踏面中心线0.15～0.35L，且在钢轨踏面处形成38～48度的折射角，其中，L为钢轨侧面与钢轨踏面中心线之间的距离。
根据本发明另一方面，还提供了一种自动探伤方法，其采用前述的自动探伤仪对钢轨进行探伤。
根据本发明另一方面，声波传感器例如可以是超声波传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下一个或多个技术效果：1)可全面检测钢轨中的各种位置和类型的伤损；2)可自动快速对准容纳传感器的探头与钢轨踏面中心线；3)可实现钢轨伤损的快速定位和维护；4)可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。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的自动探伤仪结构示意图；
图2为根据本发明优选实施例的声波焊缝检测单元的原理图；
图3为根据本发明优选实施例的一种自动探伤仪的整体正视图。
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1-2，图1为根据本发明优选实施例的自动探伤仪结构示意图；图2为根据本发明优选实施例的声波焊缝检测单元的原理图。
根据本发明一种优选实施方式，参见图1，提供了一种自动探伤仪，其特征在于包括声波伤损检测单元、自对准单元、修正单元和声波焊缝检测单元。
声波伤损检测单元包括：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。声波焊缝检测单元包括第三传感器，用于检测钢轨焊缝。
自对准单元用于自动将容纳第一传感器、第二传感器和/或第三传感器的探轮对准钢轨踏面的中心线。
修正单元用于根据检测到的钢轨焊缝信息，修正检测到的钢轨伤损信息。
经过研究发现，在采用声波检测钢轨伤损时，焊缝的焊筋出波与钢轨母材轨头核伤出波近似，难以/无法区分是焊缝还是伤损。对此，本发明通过设置声波焊缝检测单元，有利于修正焊缝对检测的干扰。
通过该声波伤损检测单元，可以实现对轨鄂和轨头侧部的伤损的全面检测。通过该声波焊缝检测单元可自动识别钢轨焊缝。探轮的数量不限，例如为可以两个或更多等等，第一传感器、第二传感器、第三传感器可以设置在不同的探轮中，也可以设置在同一探轮中。
可以理解的是，本发明通过设置声波焊缝检测单元，有利于修正焊缝对钢轨伤损检测的干扰。
根据本发明一种优选实施方式，参见图3，其示出了根据本发明优选实施例的一种自动探伤仪。所述自动探伤仪可沿钢轨移动，且左右两侧分别设置有两个紧邻的探轮8。有利的是，自动探伤仪可沿钢轨移动，例如通过行走轮9沿着钢轨移动，通过容纳第一传感器、第二传感器和/或第三传感器的探轮8对钢轨伤损进行自动检测和修正。两侧设置探轮8可以实现两条钢轨的同时检测。每一侧设置的两个紧邻的探轮8可以提供更大的空间设置更多的传感器，且提供紧凑的结构，有利于实现小型化。
根据本发明一种优选实施方式，参见图2，所述探轮8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。传感器2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。第四传感器6为0°超声探头，自对准单元通过第四传感器6的回波变化，自动将容纳第一传感器、第二传感器和/或第三传感器的探轮对准钢轨踏面的中心线，此外第四传感器6还可以检测钢轨内水平裂纹。
根据本发明一种优选实施方式，所述探轮中还设置有：第四传感器6，用于检测钢轨中的水平裂纹；第五传感器，用于检测钢轨轨腰中10-30度倾斜角裂纹；第六传感器，用于检测钢轨轨腰中大于30度倾斜角的裂纹；第七传感器，用于检测轨头中部裂纹。
有利地，通过研究和论证，第一、第二、第四至第六传感器的设置可以实现钢轨伤损的全面检测，提高检测的全面性和精确度。
根据本发明一种优选实施方式，所述第三传感器2用于发射声波以及接收来自焊缝4反射的回波。
根据本发明一种优选实施方式，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。有利地，通过该二面角5的检测，可以高效地实现对焊缝的可靠检测。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。
根据本发明一种优选实施方式，自动探伤仪同时检测左右两条钢轨，该自动探伤仪还包括：
定位单元，用于生成所检测出的伤损在钢轨上的第一位置，且用于生成检测到的焊缝在钢轨上的第二位置；
所述修正单元用于根据第第二位置信息，修正检测到的钢轨伤损信息。
例如，通过生成伤损的位置(第一位置)以及焊缝的位置(第二位置)，可以利用第二位置信息来标记伤损位置信息，例如将第一位置信息中与第二位置相同的部分，标记为焊缝，以供例如人工再次确认。或者，直接将第一位置信息中与第二位置相同的部分移除，保留其余位置的伤损信息。
可以理解的是，定位单元可以为编码器单元，用于检测行走轮9的转动距离，以确定第一和/或第二位置，但不限于此，例如还可以为GPS单元等等。
根据本发明一种优选实施方式，该自对准单元包括：
水平调节单元，用于在水平方向上调节所述探轮8；
摆动调节单元，用于在摆动方向上调节所述探轮8；以及
控制单元，用于控制所述探轮8对准钢轨踏面的中心线。
可以理解的是，对于有多个探轮8的情形，可以针对每一个探轮8设置一个自对准单元，以对各个探轮8进行个性化的自对准操作。
根据本发明一种优选实施方式，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距离钢轨踏面中心线0.15～0.35L，且在钢轨踏面处形成38～48度的折射角，其中，L为钢轨侧面与钢轨踏面中心线之间的距离。
根据研究发现，通过上述的相对位置设置，可以进一步提高焊缝的反射回波信号幅值，有利于快速、精确地检测出焊缝。
根据本发明一种优选实施方式，声波焊缝检测单元还包括回波距离幅度补偿单元，用于根据存储的声波传输距离与增益值补偿回波信号，以提高二角面回波的检测灵敏度。
根据本发明一种优选实施方式，还提供了一种自动探伤方法，其采用前述的自动探伤仪对钢轨进行探伤。
根据本发明一种优选实施方式，声波传感器例如可以是超声波传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下一个或多个技术效果：1)可全面检测钢轨中的各种位置和类型的伤损；2)可自动快速对准容纳传感器的探头与钢轨踏面中心线；3)可实现钢轨伤损的快速定位和维护；4)可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。
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)

1.一种自动探伤仪，其特征在于包括：
声波伤损检测单元，其包括：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；
声波焊缝检测单元，其包括第三传感器，用于检测钢轨焊缝；
自对准单元，用于自动将容纳第一传感器、第二传感器和/或第三传感器的探轮对准钢轨踏面的中心线；和
修正单元，用于根据检测到的钢轨焊缝信息，修正检测到的钢轨伤损信息。
2.根据权利要求1所述的自动探伤仪，其特征在于所述自动探伤仪可沿钢轨移动，且左右两侧分别设置有两个紧邻的探轮。
3.根据权利要求1或2所述的自动探伤仪，其特征在于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。
4.根据权利要求3所述的自动探伤仪，其特征在于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；第五传感器，用于检测钢轨轨腰中10-30度倾斜角裂纹；第六传感器，用于检测钢轨轨腰中大于30度倾斜角的裂纹；第七传感器，用于检测轨头中部裂纹。
5.根据权利要求4所述的自动探伤仪，其特征在于所述第三传感器用于发射声波以及接收来自焊缝反射的回波。
6.根据权利要求5所述的自动探伤仪，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所述的自动探伤仪，其特征在于自动探伤仪同时检测左右两条钢轨，该自动探伤仪还包括：
定位单元，用于生成所检测出的伤损在钢轨上的第一位置，且用于生成检测到的焊缝在钢轨上的第二位置；
所述修正单元用于根据第第二位置信息，修正检测到的钢轨伤损信息。
8.根据权利要求4所述的自动探伤仪，其特征在于该自对准单元包括：
水平调节单元，用于在水平方向上调节所述探轮；
摆动调节单元，用于在摆动方向上调节所述探轮；以及
控制单元，用于控制所述探轮对准钢轨踏面的中心线。
9.根据权利要求7所述的自动探伤仪，其特征在于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距离钢轨踏面中心线0.15～0.35L，且在钢轨踏面处形成38～48度的折射角，其中，L为钢轨侧面与钢轨踏面中心线之间的距离。
10.一种自动探伤方法，其采用权利要求1-9任一项所述的自动探伤仪对钢轨进行探伤。
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