CN115394142B - 一种钢轨探伤仿真学习实训仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨探伤仿真学习实训仪，利用步行器和钢轨探伤仪的组合模式，通过步行器控制探伤速度，同步钢轨探伤仪显示探伤波形的显示，实现波形显示和学员步行速度一致，显示屏用于显示模拟的铁轨轨道环境，甚至可以使用VR技术模拟轨道环境，结合伤损波形图像，高度仿真还原钢轨探伤情境，实现仿真模拟在铁轨上探伤的真实工作流程环节，建立沉浸式的学习教学模式，解决了原本只能在集中的实训基地才能进行实训演练的问题，解决了真实的实训轨道上伤损不集中，频繁更换钢轨进行训练的难题，大大提高了效率和缩减了培训成本，易于推广和普及，能快速、低成本的建立学习和培训、测试作业实现探伤技能人才快速培养。
Description
技术领域
本发明涉及铁道铁轨应用设备技术中，对于轨道探伤的技术学习、培训的技术领域，具体为一种钢轨探伤仿真学习实训仪。
背景技术
钢轨探伤工是钢轨防断的主力军，属于单人作业，自身技能水平的高低直接决定了探伤工作的误判率和漏探率，而误判和漏探事件的发生，轻则造成维修成本的浪费，重则直接威胁铁路运输安全。
目前钢轨探伤培训领域都采用建实训基地，在实训基地里放置实物伤损轨作为培训手段，以口口相传的师带徒培训模式开展，一方面重复投资，且投资分散、培训伤损轨不共享又难于形成规模效应；另一方面钢轨探伤工培养周期长、培养成本高、培训难度大，工学矛盾突出。另一方面，目前的钢轨探伤培训，缺乏实训训练的条件，一方面是轨道伤损不集中，每个伤损存在的间距长，要想进行实训练习所需时间长，耗费精力、各方面成本高，导致目前的培训学习都在实训基地完成，但这样的实训基地又很少，也无法满足日益练习、多点化、碎片化的练习。再者，实物伤损轨是线路上的在役钢轨，在高负荷的列车碾压过程中自然形成的带有特定伤损的钢轨，每一根自然伤损轨都是独一无二的，无法人为复制。因其形成需要时间成本，且伤损类型带有深厚的地域特征，从下道、收集、运输到存储需要投入大量的人力、物力和场地，历来都是一个段或是一个局的实训稀缺资源。以申请人为例：2016年建段之初，从4个兄弟单位抽调15名探伤工，成立探伤工区，历时四年，在工务部的大力支持和我们自己大力培养下，才勉强培养出25名探伤工，绝大部分现在还是1级，加之我们养护的是2016年底开通的沪昆高铁和南昆客专，钢轨条件好，无法积累实训经验，探伤技能整体偏弱，这对高铁养护来说是非常不利的。
在科技飞速发展的今天，传统的培训方式已不能满足年轻人精力充沛、求知欲旺盛的要求，一个具备独立探伤能力的合格的探伤工需要3-5年的培养周期，也无法跟上近年来集团公司大量增开设备的脚步。如何快速、高效、高质量的培养、训练处合格能力的探伤工，已是目前行业内的难题。
发明内容
为解决上述现有技术存在的不足和缺陷，为加快探伤人员的培养，扭转现场钢轨探伤技能人才储备不足的局面，发明人研发团队经过研发和设计，目前构建了钢轨探伤仿真实作平台，有效整合伤损轨数据资源，建立伤损波形数据库，开发了一套以仿真的手段和沉浸式的培训方式，实现快速提升探伤工业务技能的设备。具体的，本发明是这样实现的：
一种钢轨探伤仿真学习实训仪，包括有：行走底盘、安装于行走底盘前端的安装架，安装架上安装有主机和操作显示屏，于行走底盘前端一侧安装有仿制钢轨模型，在仿制钢轨模型上安装有一台钢轨探伤仪，主机和操作显示屏以有线或无线的方式与钢轨探伤仪实现数据互联，钢轨探伤仪上安装的示波器用于显示来自主机发出的探伤数据波形图像。所述主机和操作显示屏4为一体设计的工控一体机，安装在安装架2顶部并面对行走底盘1的中间，工控一体机通过无线或有线的通信方式连接至钢轨探伤仿真实训系统平台的服务器或独立安装运行钢轨探伤仿真实训系统平台；
所述钢轨探伤仿真实训系统平台包括有：
钢轨损伤数据资源库：用于对实际使用中的产生的真实钢轨损伤进行实物伤损波形采集、并将实物伤损轨向数字伤损轨的转化形成伤损波形数据存储；并对每处伤损进行定性、定位和定量分析，作为判伤标准答案并形成数据库；
其包括有：钢轨损伤数据资源库：用于对实际使用中的产生的真实钢轨损伤进行实物伤损波形采集、并将实物伤损轨向数字伤损轨的转化形成伤损波形数据存储；并对每处伤损进行定性、定位和定量分析，作为判伤标准答案并形成数据库；
行走底盘：包括步行履带，用于学员在其上原地行走，并能采集行走的速度信息和移动方向信息，并将速度信息和移动方向信息以有线或无线的方式发送至主机模块；
钢轨探伤仪：安装在仿制钢轨模型上固定不动或原地行走，以有线或无线的方式连接至钢轨损伤数据资源库和主机模块，用于接收来自钢轨损伤数据资源库的钢轨损伤波形数据，并将接收到的钢轨损伤波形数据以钢轨损伤波的图像形式通过示波器显示出来；
主机模块：用于加载或存储钢轨损伤数据资源库，并以有线或无线的方式连接行走底盘和钢轨探伤仪，并能对钢轨损伤数据资源库中的数据资源进行提取、整理、分类、分析、更新的处理和控制，能将数据资源发送到钢轨探伤仪进行显示输出。
本发明的工作原理介绍：整合目前全局探伤培训基地的实物伤损轨资源，由段钢轨探伤首席技师用同一台GT-20钢轨探伤仪，用两档干扰灵敏度和一档判伤灵敏度进行伤损波形采集，准确对每处伤损进行定性、定位和定量分析，作为判伤标准答案。并带领波形分析团队对伤损波形进行单元拆分，建立伤损数据库，完成实物伤损轨向数字伤损轨的转化，消除单位间实物伤损轨交换壁垒，达到全局共享规模效应，解决实操培训对实物伤损轨的高度依赖；利用钢轨探伤仪、步行器、学习一体机在内的钢轨探伤实训仪，步行器控制探伤速度，钢轨探伤仪显示探伤波形，学习一体机用来学习和答题，高度仿真还原钢轨探伤情境，通过学员在步行器上行走仿真现场探伤行进方向和速度，将探伤作业标准中的反复探伤和探伤速度要求纳入评价体系；通过示波器再现钢轨探伤A/B超波形，仿真现场探伤仪器探测及探伤人员识波、判伤过程；通过两档干扰灵敏度和一档判伤灵敏度采集的伤损波形，经培训组织者的精心组卷，仿真现场探伤灵敏度的调整。通过学员在本发明的产品上的答题或系统自动采集等方式，按钢轨探伤技术比赛的标准进行客观评价，从而达到学员积分智能管理，通过积分升级机制实现对实训学员技能提高兴趣的持续激励。
本发明的有益效果：
(1)将真实的钢轨伤损实现数据化，提取波形图像，再将波形图像与伤损信息的标准答案进行整合，形成可供反复回放的图像信息供学员学习，实现了在本发明的系统平台上即可进行探伤学习、培训的功能，实现可视化、可重复化、可量产、可在线进行的探伤实练，解决了钢轨伤损数据分散不集中的问题；
(2)本发明系统搭建科学合理，利用现有的主流钢轨探伤设备，外加一台笔记本，组成现场波形采集装置，完成对后续发现伤损的波形采集、单元拆分和伤损入库维护，能方便地实现伤损扩容；便于组织专家团队将钢轨探伤标准固化在考核评价体系中，未来将伤损轨实物解剖数据做成唯一的判伤标准答案，在潜移默化中进行良好探伤习惯培养的同时，解决技能和责任心双培养的难题。
(3)利用步行器和钢轨探伤仪的组合模式，通过步行器控制探伤速度，同步钢轨探伤仪显示探伤波形的显示，实现波形显示和学员步行速度一致，显示屏用于显示模拟的铁轨轨道环境，甚至可以使用VR技术模拟轨道环境，结合伤损波形图像，高度仿真还原钢轨探伤情境，实现仿真模拟在铁轨上探伤的真实工作流程环节，建立沉浸式的学习教学模式，解决了原本只能在集中的实训基地才能进行实训演练的问题，解决了真实的实训轨道上伤损不集中，频繁更换钢轨进行训练的难题，大大提高了效率和缩减了培训成本，易于推广和普及，能快速、低成本的建立学习和培训、测试作业；
(4)利用实作培训系统，以分难度等级的伤损波形组卷和学员答题后自动阅卷为核心，建立起以积分管理和游戏升级为载体的个人技能考核评价体系，引领职工趣味式学习，解决厌学情绪；具备多功能，多模式，全方面的针对性学习和培训功能，能有效缩短培养周期，降低培养成本、提高培训效率、提升学习效率和实练效率、整体上达到了出色的培训效果和质量，降低工学矛盾。
附图说明
图1为一种钢轨探伤仿真学习实训仪的结构侧视图；
图2为一种钢轨探伤仿真学习实训仪的结构立体图；
图3为一种钢轨探伤仿真学习实训仪的行走底盘的编码轮结构示意图；
图4为一种钢轨探伤仿真学习实训仪的行走底盘的转动轴安装结构示意图；
图5为一种钢轨探伤仿真学习实训仪的仿制钢轨模型在安装架上的结构示意图；
图6为培训系统平台的结构示意图；
图7为本发明的流程示意图；图8为培训学习模块中的内容模块示意图；
图9为伤损数据库数据数量补充示意图；
图10为使用本发明的产品后，学员每周可以实操培训的时间变化示意图；
图11、12为钢轨伤损的波形图示例。
其中：1—行走底盘、2—安装架、3—阻尼盘、4—操作显示屏、5—仿制钢轨模型、6—钢轨探伤仪、7—示波器、8—步行履带、9—推把、10—转动轴、11—轴承座、13—横担、12—编码轮、14—固定架挂、15—轮盒、16—安装座、17—螺杆、18—行走轮。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1：一种钢轨探伤仿真学习实训仪，包括有：行走底盘1、安装于行走底盘1前端的安装架2，安装架2上安装有主机和操作显示屏4，于行走底盘1前端一侧安装有仿制钢轨模型5，在仿制钢轨模型5上安装有一台钢轨探伤仪6，主机和操作显示屏4以有线或无线的方式与钢轨探伤仪6实现数据互联，钢轨探伤仪6上安装的示波器7用于显示来自主机发出的探伤数据波形图像。学员站在行走底盘1的步行履带8上，启动主机、操作显示屏4后，根据系统语言提示进行探伤工作前的准备工作，选择相应的模式后，主机准备好探伤数据波形图像数据，学员手扶钢轨探伤仪6开始走动，在步行履带8内部，于步行履带8前方的转动轴10上直接或间接传动式安装有编码轮12，编码轮12用于记载步行履带8的转动速度和方向信息，即步行履带8的转动能够将运动信息传导至编码轮12上，带动编码轮12前进或后退转动，从而获取步行履带8的运动信息，并将该运动信息传输至钢轨探伤仪6；钢轨探伤仪6的示波器7内安装有数据接收元件和图像播放元件，数据接收元件用于接收主机端准备好的伤损波形图像信息，图像播放元件用于将接收到的伤损波形图像信息通过示波器7播放出来，而图像播放元件播放伤损波形图像信息的速度，则通过连接至编码轮12进行获取，当接收到编码轮12发出的正转和速度信号，图像播放元件则以相同或相适配的速度正向播放伤损波形图像信，当接收到编码轮12发出的倒转和速度信号，图像播放元件则以相同或相适配的速度逆向播放伤损波形图像，使得示波器7的图像播放和步行履带8同步；学员根据观测到的伤损波形图像进行了解伤损信息，此时，主机向操作显示屏4发送与当前显示的伤损波形图像相对应的伤损信息，学员通过操作显示屏4获取与之对应的信息进行学习，或者，通过操作显示屏4对伤损波形图像所对应的伤损类型、信息作出判断，或答题回答判断信息，从而达到学习和培训的目的。整个过程中，学员在步行履带8上手扶钢轨探伤仪6的扶手进行走动，模拟了实际探伤过程中的行为模式，也仿真的显示了伤损波形的图像，且整个过程和学员的步行速度方向均是同步，所以产生了很强的沉浸式学习体验，模拟了在真实的轨道上进行轨道探伤的过程。
优选地，行走底盘1可承重160kg，运动底盘尺寸长宽2000mm×900mm，弧形底盘的设计，最大贴合人体工程学，虽然该设计优点突出于耐力跑，避免了长时间运动对人体膝盖、脚踝的损伤，远远满足于日常训练、教学或检测的需要，在闲暇时，可完美替代成高端跑步机，步行履带8采用防滑设计，其履带上的摩擦力较大，防止在运动中打滑。由于其为无动力运动方式，更加环保、节能。优选地，若有需求，还可以加装驱动电机，带动步行履带8以可变、可控的速度转动，或者，可以加装微型发电机，形成自发电跑步底盘，为其他设备提供电能。
优选地，仿制钢轨模型5安装架2在靠近步行履带8前端的内侧上，其长度不小于钢轨探伤仪6的长度，且其大小型号与实际应用的钢轨轨道型号相同，钢轨探伤仪6安装在仿制钢轨模型5上，其行驶方向与行走底盘1的前方方向相同，所述示波器7面向步行履带8方向，示波器7下方设有钢轨探伤仪6的推把9。整个过程中，学员在步行履带8上手扶钢轨探伤仪6的把手进行走动，模拟了实际探伤过程中的行为模式，也仿真的显示了伤损波形的图像，且整个过程和学员的步行速度方向均是同步，所以产生了很强的沉浸式学习体验，模拟了在真实的轨道上进行轨道探伤的过程。
步行履带8通过前后的转动轴10和轴承座11安装在行走底盘1的前后两端之间，且步行履带8中部相对于两端部内凹的弧形形状底盘，所述转动轴10上安装有可调阻尼值得阻尼盘3。行走底盘1可承重160kg，运动底盘尺寸长宽2000mm×900mm，弧形底盘的设计，最大贴合人体工程学，虽然该设计优点突出于耐力跑，避免了长时间运动对人体膝盖、脚踝的损伤，远远满足于日常训练、教学或检测的需要，在闲暇时，可完美替代成高端跑步机，步行履带8采用防滑设计，其履带上的摩擦力较大，防止在运动中打滑。由于其为无动力运动方式，更加环保、节能。
优选地，所述仿制钢轨模型5以可拆装的安装方式与所述安装架2安装，且可以分别安装固定在行走底盘1的左侧面或右侧面上。用于在训练中模拟对左钢轨和右钢轨探伤操作。
优选地，所述主机和操作显示屏4为一体设计的工控一体机，安装在安装架2顶部并面对行走底盘1的中间，工控一体机通过无线或有线的通信方式连接至钢轨探伤仿真实训系统平台的服务器或独立安装运行钢轨探伤仿真实训系统平台。工控一体机用于加载或存储钢轨损伤数据资源库，并以有线或无线的方式连接行走底盘1和钢轨探伤仪，能将数据资源发送到钢轨探伤仪进行显示输出，工控一体机可以使用云端、远程系统对硬件的替换，通过互联网技术形成云端服务器，对系统平台实现在线化运行。
启动本系统平台后，主机模块运行本系统的主要程序和功能器件，主机模块运行相应的教学模块或培训模块，打开学习或训练的子程序，从而调取钢轨损伤数据资源库中的相应数据，并控制输出至钢轨探伤仪，开启学习或培训。
将行走底盘1采集的速度信息和移动方向信息传输至钢轨探伤仪，使钢轨探伤仪上示波器7显示的钢轨损伤波的图像运动的方向和速度与行走底盘1采集的速度和方向相适配或相一致。目的是让学员在步行履带8上手扶钢轨探伤仪6的扶手进行走动，模拟了实际探伤过程中的行为模式，也仿真的显示了伤损波形的图像，且整个过程和学员的步行速度方向均是同步，所以产生了很强的沉浸式学习体验，模拟了在真实的轨道上进行轨道探伤的过程，提升教学和培训质量。
优选地，安装架2之间还安装有一条横担13，于横担13上挂置安装有固定架挂14，所述固定架挂14向下延伸以可拆装的结构与钢轨探伤仪6进行紧固连接，固定钢轨探伤仪6。使用时，探伤仪可以通过固定架挂14固定其本身，采用机械锁紧的方式将探伤仪行走轮18锁死，这样操作人员在运动底盘上的行走就可以最大限度模拟真实场景，对操作人员的业务水平的提供有很大帮助；
优选地，仿制钢轨模型5的两侧面上分别安装有一对轮盒15，四个轮盒15的设置位置和大小间距、高度均与钢轨探伤仪6自带的四个行走轮18相对应，使得钢轨探伤仪6通过四个行走轮18摆放在四个轮盒15上从而使其放置在仿制钢轨模型5上。仿制钢轨模型5的底部通过可升降调节高度的安装方式安装在安装座16上，安装座16通过螺钉可拆装式的安装在安装座16上。安装座16上设有至少一个安装孔，所述仿制钢轨模型5的底部于相应部位设有至少一根穿过安装孔进行安装的螺杆17，所述仿制钢轨模型5能通过调节螺杆17实现相对于安装座16之间的高度。
整机采用集中式供电结构，主要为工控一体机和探伤仪进行综合供电，行走底盘1为无动力驱动的结构设计无需供电，靠学员在其上行走之力产生转动实现原地行走；
所述综合电源由220V家用电源接入共分出4路分支电源：供给12V/2A的操作显示屏4电源，供给220V的主机电源，供给12V/3A的探伤仪主机电源，供给5V 3A的探伤仪示波器7电源，综合电源由一个单刀双掷开关统一控制，可实现4个的电源的统一打开和关闭。
钢轨探伤仿真学习实训仪在整机外壳喷涂至少一层绝缘层，且内置有变压转换器将220V交流电转换为直流电供钢轨探伤仪6使用，安装架2整体为冷轧钢板制造，安装架2顶部的操作台内嵌式安装操作显示屏4或工控一体机。
在实施例1的基础上，钢轨探伤仿真实训平台，包括有：
钢轨损伤数据资源库：用于对实际使用中的产生的真实钢轨损伤进行实物伤损波形采集、并将实物伤损轨向数字伤损轨的转化形成伤损波形数据存储；并对每处伤损进行定性、定位和定量分析，作为判伤标准答案并形成数据库；伤损波形的采集和数字化伤损数据、波形图像数据的提取和转化已是常规手段，本实施例不对此技术细节详细介绍，本钢轨损伤数据资源库，是搭建基于日常轨道探伤工作中的真实轨道伤损数据建立的伤损轨道信息数据库，包含伤损波形图像、伤损的基本信息等；
行走底盘：包括步行履带，用于学员在其上原地行走，并能采集行走的速度信息和移动方向信息，并将速度信息和移动方向信息以有线或无线的方式发送至主机模块；
钢轨探伤仪：安装在仿制钢轨模型上固定不动或原地行走，以有线或无线的方式连接至钢轨损伤数据资源库和主机模块，用于接收来自钢轨损伤数据资源库的钢轨损伤波形数据，并将接收到的钢轨损伤波形数据以钢轨损伤波的图像形式通过示波器显示出来；钢轨探伤仪，即实施例1中的钢轨探伤仪；
主机模块：用于加载或存储钢轨损伤数据资源库，并以有线或无线的方式连接行走底盘和钢轨探伤仪，并能对钢轨损伤数据资源库中的数据资源进行提取、整理、分类、分析、更新的处理和控制，能将数据资源发送到钢轨探伤仪进行显示输出。主机模块可以看做是工控一体机，可以是独立在本设备之外的一台电脑主机，以有线或无线的方式连接至本发明的其他功能部件，也可以内置在本发明的产品内。主要用于对伤损数据的处理分析等；例如数据库的扩展、补充，修改编辑，教学方式、教学内容的设置。相应地，主机模块可以使用云端、远程系统对硬件的替换，通过互联网技术形成云端服务器，对系统平台实现在线化运行。
启动本系统平台后，主机模块运行本系统的主要程序和功能器件，主机模块运行相应的教学模块或培训模块，打开学习或训练的子程序，从而调取钢轨损伤数据资源库中的相应数据，并控制输出至钢轨探伤仪，开启学习或培训。
优选地，本实施例的系统平台中，还包括有培训学习模块，与主机模块连接或安装在主机模块中，包括一块交互显示屏，能接收并显示主机模块发送的数据资源、接收学员的操作指令反馈进行与学员之间的多功能交互；能存储、编辑、输出基于数据资源形成的钢轨伤损培训信息，能将钢轨伤损培训信息以测试、练习或教学的模式向学员输出，并能判断学员作出的相应操作或回答是否正确。交互显示屏用于显示系统运行的必要界面、信息、交互按钮等，为触摸屏设计，可以通过交互显示屏控制主机模块进行模式选择，系统登录等操作，并能够调取钢轨损伤数据资源库中的数据，按照设定好的程序对数据进行整理、分类、编排并按程序进行输出，例如具备多个教学模式，包含基础知识、中级知识、高级知识等，按教程内容进行教学模式的播放、演示、训练；也可以按照教学的需要进行测试、错题收集、测验等，达到学习和训练的目的。
优选地，将数据资源发送到钢轨探伤仪进行显示输出，包括：将行走底盘采集的速度信息和移动方向信息传输至钢轨探伤仪，使钢轨探伤仪上示波器显示的钢轨损伤波的图像运动的方向和速度与行走底盘采集的速度和方向相适配或相一致。目的是让学员在步行履带上手扶钢轨探伤仪的扶手进行走动，模拟了实际探伤过程中的行为模式，也仿真的显示了伤损波形的图像，且整个过程和学员的步行速度方向均是同步，所以产生了很强的沉浸式学习体验，模拟了在真实的轨道上进行轨道探伤的过程，提升教学和培训质量。
优选地，实物伤损波形采集包括：用两档干扰灵敏度和一档判伤灵敏度进行伤损波形采集；所述钢轨探伤仪还能由学员在模拟识波判伤过程中对干扰灵敏度或判伤灵敏度的档位进行调整，使得示波器在显示伤损波形图像时，以钢轨探伤相应的A型、B型或A+B超波形进行显示。基于探伤过程中，不同的伤损特征，需要利用不同的频率来进行检测，因此探伤工需要形成对伤损的检测特点的经验，即切换探伤频率，发现伤损，也是需要培训和反复练习的内容，因此，在采集伤损的同时，使用不同波段频率进行多次采集实现全波段数据收集，且单独形成一段数据信息，与同一个伤损进行对应，学员在实际训练过程中，能手动切换当前的频率波段，相应的，在示波器上则显示出相应的波段所对应的图像数据信息，从而实现模拟在探伤过程中的频段切换这一操作细节；本实施例的一种钢轨探伤仿真学习培训系统平台，运用互联网的思维，构建伤损数据库，按特定要求采集现有的实物伤损轨数字波形和解剖图片，将其一一对应后，拆分成一个个独立的伤损单元入库。在系统的学习模块中，从出波通道、波形显示、A/B超对比分析和伤损判定等方面，提供给学员进行分类逐条学习，帮助其探寻伤损出波规律，满足学员在识别阶段短时高频、图像先于文字符号的要求。另外，在拍摄探伤作业标准执行视频，加载到学习模块中，从仪器测试、探伤灵敏度的调试、各种场景下探头位置的调整、仪器日常保养等方面，对学员进行细致入微地言传身教。另外，学习模块中还收集整理了，历年来各兄弟单位积累的伤损波型数据、典型伤损分析报告和事故教训，一方面拓宽学员视野，另一方面加深学员对探伤工作严肃性的感性认识。满足学员在识别阶段可理解的、声音图像先于文字符号的要求。
优选地，根据实训需要，培训学习模块对单元伤损组合成的一条条有特定培训意图的探伤数据，供学员进行伤损识别和判断，以解剖数据作为伤损定性、定位和定量的标准答案，完美诠释钢轨探伤工从伤损识别到判断的整个培训过程，且避免了伤损定量的不确定性。其次在课程设置时，培训组织者可自主设置实训场景和伤损类型和难易程度，从仪器测试、上道前准备、各种场景下探伤到作业后仪器保养，构建起沉浸式培训环境，后台同时提供由两档干扰灵敏度和一档判伤灵敏度组成的三条探伤波形供学员切换，强化探伤仪推行过程中的灵敏度调整，将钢轨探伤一日作业标准固化在课程设置和考核评价体系中，从填写探伤日志、伤损通知书和比赛答题卡的重复训练中，体现探伤工作的严谨性，在潜移默化的实训过程中对学员进行良好探伤习惯的培养，进而解决技能和责任心双培养的难题。
具体的，所述钢轨伤损培训信息的资源数据形式包括以下之一或多种：
按钢轨损伤的伤损类型进行分类整理，并能按伤损类型进行单类别或混类别方式进行培训输出；
按钢轨损伤的伤损深度距离进行分类整理，并能按伤损深度距离有序或无序排列方式进行培训输出；
按钢轨损伤的伤损裂纹长度进行分类整理，并能按伤损裂纹长度有序或无序排列方式进行培训输出；
按钢轨损伤的伤损等级进行分类整理，并能按伤损等级有序或无序排列方式进行培训输出；
按钢轨损伤的判伤难易程度进行分类整理，并能按判伤难易程度同程度或不同程度混合的方式进行培训输出；
按实际真实的轨道采集的伤损数据，以真实产生的顺序或随机顺序的方式进行培训输出。
同时，培训学习模块能建立学员个人档案信息，并能记录、存储、输出、分析每个学员每次或所有的学习数据，能统计并记录学员对学习过程中形成的准确率、出错信息、探伤速率；建立学员积分模式并形成排行榜，能制定学习阶段任务、学习周期、学习模式、错题复查、阶段测试或/和学员评价功能。
例如，开发实作培训系统，以分难度等级的伤损波形组卷和学员答题后系统自动阅卷为核心，分学习、实训、攻擂、练赛四个模块，从探伤入门学习、四个实训层级晋升、同层级攻擂排行榜到练赛实训，满足不同层次探伤工个人技能提升和实训组织练赛需求，实现转化阶段和输出阶段的无缝对接。同时建立起以积分管理和游戏升级为载体的个人技能考核评价体系，引领职工趣味式学习，解决厌学情绪。
本系统平台自2020年4月在我段研制成功试用以来，形成了以学习模块和实训模块为主的个人学习系统，以攻擂模块为主的个人激励系统，和以练赛模块为主的技能PK系统。我们先后整合集团公司5个探伤培训基地的实物伤损轨资源180根，由段钢轨探伤首席技师采用同一台GT-20钢轨探伤仪，用两档干扰灵敏度和一档判伤灵敏度进行伤损波形采集，入库单元伤损200条，组织季度技术比赛2次，解决了我段没有自然伤损轨资源的实训难题，改变了段、车间和工区以仪器测试为主的探伤实训现状。
因该平台集健身和实训为一体，利用碎片时间趣味式学习，既解决了工学矛盾，又丰富了大家的学习体验，该平台试用以来，深受职工欢迎，昆明南探伤工区职工日常实训时间由以前的每月人均0.17小时，增加到每月人均8小时。
钢轨探伤仿真实训平台，是集碎片化、游戏化和沉侵式学习理念为一体的实训技术装备。一方面为实训组织者提供大量的规范的实作培训素材，创造性地定制培训课程实现培训意图；另一方面为实训人员提供自主学习环境，在高效完成技能训练的同时，严格作业标准的执行，从而达到全面提升受训者职业素养目的。该平台营造沉浸式实训环境，遵循人脑自然习得原理，基于伤损波形大数据运用，既能突出学员对探测波形识别、分析判断、标准执行等核心实操训练，又能以积分管理和游戏升级，吸引和激励学员自主、高效地提升业务技能，在实现探伤技能人才快速培养方面，具有推广价值。
实施例3：使用本实训仪的操作步骤，包括以下步骤：
S1、对实际使用中的产生的真实钢轨损伤进行实物伤损波形采集、并将实物伤损轨向数字伤损轨的转化形成伤损波形数据存储；并对每处伤损进行定性、定位和定量分析，作为判伤标准答案并形成数据库；
S2、加载或读取钢轨损伤数据资源库，将伤损波形数据以波形图像的形式输送至钢轨探伤仪；
S3、学员在步行履带上行走的速度信息、方向信息传输至钢轨探伤仪，钢轨探伤仪的示波器上将接收到的伤损波形图像以接收到的速度信息、方向信息以相应的速度和方向显示出来；1.可依照人体行进速度人为控制(行走速度支持自行控制在1-10公里/小时范围内)；2.增加后退和原地止步功能，符合人体工程学和安全操作要求，满足模拟现场仿真探伤要求；购买普通无动力走步机进行改装，走步机能将走行方向和速度参数传递到钢轨探伤仪上，并作为控制信号决定探伤波形数据A、B超显示；3.对GT-20探伤仪的编码轮和示波器进行改造，将步行器与探伤仪进行连接，对步行器的阻尼盘进行调整，4.利用工控一体机实现显示内容操作提示、题目显示灯，21.5英寸屏幕；功耗小于90W；CPU4核、1.8GHz主频；4.4G内存；5.64G内置存储器；向示波器输送伤损波形图像；
S4、学员基于所见的伤损波形图像作出相应的判伤结果；伤损波形图像如图11、12的图例所示；
S5、对学员作出的判伤结果与该伤损波形图像所对应的判伤标准答案信息进行比对，判断学员作出的判伤结果是否正确并记录或即时反馈标准答案。
实物伤损波形采集包括：用两档干扰灵敏度和一档判伤灵敏度进行伤损波形采集；所述步骤S4中，还包括：学员能在模拟识波判伤过程中对干扰灵敏度或判伤灵敏度的档位进行调整，使得示波器在显示伤损波形图像时，以钢轨探伤相应的A型、B型或A+B超波形进行显示。
优选地，加载或读取钢轨损伤数据资源库还包括：
按钢轨损伤的伤损类型进行分类整理，并能按伤损类型进行单类别或混类别方式进行培训输出；用于对各种常见类型的伤损进行分类管理，能便于学员针对自己薄弱的环节类型进行专项练习，提高学习培训的针对性；相应地，还可以按钢轨损伤的伤损深度距离进行分类整理，并能按伤损深度距离有序或无序排列方式进行培训输出；按钢轨损伤的伤损裂纹长度进行分类整理，并能按伤损裂纹长度有序或无序排列方式进行培训输出；按钢轨损伤的伤损等级进行分类整理，并能按伤损等级有序或无序排列方式进行培训输出；按钢轨损伤的判伤难易程度进行分类整理，并能按判伤难易程度同程度或不同程度混合的方式进行培训输出，便于形成由易到难的逐步渐进似学习过程，提高学习质量；也能实际真实的轨道采集的伤损数据，以真实产生的顺序或随机顺序的方式进行培训输出，进行拟真模拟，提高实训经验。具体学习、培训内容可以根据实际情况拟定，如图8所示。
本实施例中的伤损数据，是通过共享各工务段自然伤损轨采集数据，用实物伤损轨超声波探伤波形信息资源替代实物伤损轨，如图9所示，实现伤损轨数据库的扩容，以满足探伤实训条件的要求。探伤工区职工每天利用30分钟的碎片时间培训，每月22天的工作时间，可实现每人每月不少于8个学时的培训时长，如图10所示。
本实施例分析结论：小组成员素质较高，在实训仪研制成功的基础上，对探伤实训采取针对性的管理措施，目标可行。
钢轨探伤工是钢轨防断的主力军，属于单人作业，日常探伤实操训练对提升探伤工技能尤为重要。探伤实训仪的研制，为日常探伤实训提供了全新的解决方案。
本发明的成果基于对既有钢轨伤损波形、图谱信息等计算机整合再现技术及钢轨探伤作业操作人员行为仿真研究，试制相应钢轨探伤作业实训装备，以增强作业人员钢轨探伤实操体验度，达到较既有培训模式，快速提高探伤人员分析判伤能力的目的。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种钢轨探伤仿真学习实训仪，其特征在于包括有：行走底盘、安装于行走底盘前端的安装架，安装架上安装有主机和操作显示屏，于行走底盘前端一侧安装有仿制钢轨模型，在仿制钢轨模型上安装有一台钢轨探伤仪，主机和操作显示屏以有线或无线的方式与钢轨探伤仪实现数据互联，钢轨探伤仪上安装的示波器用于显示来自主机发出的探伤数据波形图像;所述主机和操作显示屏（4）为一体设计的工控一体机，安装在安装架（2）顶部并面对行走底盘（1）的中间，工控一体机通过无线或有线的通信方式连接至钢轨探伤仿真实训系统平台的服务器或独立安装运行钢轨探伤仿真实训系统平台；
所述钢轨探伤仿真实训系统平台包括有：
钢轨损伤数据资源库：用于对实际使用中的产生的真实钢轨损伤进行实物伤损波形采集、并将实物伤损轨向数字伤损轨的转化形成伤损波形数据存储；并对每处伤损进行定性、定位和定量分析，作为判伤标准答案并形成数据库；
行走底盘：包括步行履带，用于学员在其上原地行走，并能采集行走的速度信息和移动方向信息，并将速度信息和移动方向信息以有线或无线的方式发送至主机模块；
钢轨探伤仪：安装在仿制钢轨模型上固定不动或原地行走，以有线或无线的方式连接至钢轨损伤数据资源库和主机模块，用于接收来自钢轨损伤数据资源库的钢轨损伤波形数据，并将接收到的钢轨损伤波形数据以钢轨损伤波的图像形式通过示波器显示出来；
主机模块：用于加载或存储钢轨损伤数据资源库，并以有线或无线的方式连接行走底盘和钢轨探伤仪，并能对钢轨损伤数据资源库中的数据资源进行提取、整理、分类、分析、更新的处理和控制，能将数据资源发送到钢轨探伤仪进行显示输出。
2.根据权利要求1所述的钢轨探伤仿真学习实训仪，其特征在于，所述钢轨探伤仿真实训系统平台还包括有培训学习模块，与主机模块连接或安装在主机模块中，包括一块交互显示屏，能接收并显示主机模块发送的数据资源、接收学员的操作指令反馈进行与学员之间的多功能交互；能存储、编辑、输出基于数据资源形成的钢轨伤损培训信息，能将钢轨伤损培训信息以测试、练习或教学的模式向学员输出，并能判断学员作出的相应操作或回答是否正确。
3.根据权利要求1所述的钢轨探伤仿真学习实训仪，其特征在于，所述将数据资源发送到钢轨探伤仪进行显示输出，包括：将行走底盘采集的速度信息和移动方向信息传输至钢轨探伤仪，使钢轨探伤仪上示波器显示的钢轨损伤波的图像运动的方向和速度与行走底盘采集的速度和方向相适配或相一致；
所述实物伤损波形采集包括：用两档干扰灵敏度和一档判伤灵敏度进行伤损波形采集；所述钢轨探伤仪还能由学员在模拟识波判伤过程中对干扰灵敏度或判伤灵敏度的档位进行调整，使得示波器在显示伤损波形图像时，以钢轨探伤相应的A型、B型或A+B超波形进行显示。
4.根据权利要求2所述的钢轨探伤仿真学习实训仪，其特征在于，所述钢轨伤损培训信息的资源数据形式包括以下之一或多种：
按钢轨损伤的伤损类型进行分类整理，并能按伤损类型进行单类别或混类别方式进行培训输出；
按钢轨损伤的伤损深度距离进行分类整理，并能按伤损深度距离有序或无序排列方式进行培训输出；
按钢轨损伤的伤损裂纹长度进行分类整理，并能按伤损裂纹长度有序或无序排列方式进行培训输出；
按钢轨损伤的伤损等级进行分类整理，并能按伤损等级有序或无序排列方式进行培训输出；
按钢轨损伤的判伤难易程度进行分类整理，并能按判伤难易程度同程度或不同程度混合的方式进行培训输出；
按实际真实的轨道采集的伤损数据，以真实产生的顺序或随机顺序的方式进行培训输出。
5.根据权利要求2所述的钢轨探伤仿真学习实训仪，其特征在于，所述培训学习模块，还能用于以下功能之一或多种：
建立学员个人档案信息，并能记录、存储、输出、分析每个学员每次或所有的学习数据，能统计并记录学员对学习过程中形成的准确率、出错信息、探伤速率；
建立学员积分模式并形成排行榜，能制定学习阶段任务、学习周期、学习模式、错题复查、阶段测试或/和学员评价功能。
6.根据权利要求1所述的钢轨探伤仿真学习实训仪，其特征在于，行走底盘（1）上设有步行履带（8），在步行履带（8）内部，于步行履带（8）前方的转动轴（10）上直接或间接传动式安装有编码轮（12）；编码轮（12）用于记载步行履带（8）的转动速度和方向信息，并将转动速度和方向信息传输至钢轨探伤仪（6）。
7.根据权利要求1所述的钢轨探伤仿真学习实训仪，其特征在于，钢轨探伤仪（6）的示波器（7）内安装有数据接收元件和图像播放元件，数据接收元件用于接收主机端的伤损波形图像信息，图像播放元件用于将接收到的伤损波形图像信息通过示波器（7）播放出来，示波器7的图像播放和步行履带（8）同步。
8.根据权利要求1所述的钢轨探伤仿真学习实训仪，其特征在于包括有：安装架（2）在靠近步行履带（8）前端的内侧上，其长度不小于钢轨探伤仪（6）的长度，且其大小型号与实际应用的钢轨轨道型号相同，钢轨探伤仪（6）安装在仿制钢轨模型（5）上，其行驶方向与行走底盘（1）的前方方向相同，所述示波器（7）面向步行履带（8）方向，示波器（7）下方设有钢轨探伤仪（6）的推把（9）。
9.根据权利要求1所述的钢轨探伤仿真学习实训仪，其特征在于包括有：工控一体机用于加载或存储钢轨损伤数据资源库，并以有线或无线的方式连接行走底盘1和钢轨探伤仪，能将数据资源发送到钢轨探伤仪进行显示输出，通过互联网技术形成云端服务器，对系统平台实现在线化运行。
10.根据权利要求1所述的钢轨探伤仿真学习实训仪，其特征在于包括有：将行走底盘（1）采集的速度信息和移动方向信息传输至钢轨探伤仪，使钢轨探伤仪上示波器（7）显示的钢轨损伤波的图像运动的方向和速度与行走底盘（1）采集的速度和方向相适配或相一致。
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