CN115656343B - 一种基于串列式矩阵扫查的钢轨焊缝缺陷定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声检测技术领域，尤其涉及一种基于串列式矩阵扫查的钢轨焊缝缺陷定位方法。采用如下技术方案：先利用串列式矩阵扫查装置对待测钢轨进行检测并采集回波信号，对缺陷回波信号分别计算理论缺陷深度，对于理论深度小于钢轨高度的有效的缺陷回波信号，根据该组缺陷回波信号的实际声程对该缺陷回波信号的缺陷深度进行修正计算，并计算缺陷的水平距离，以此实现对缺陷的准确检测。有益效果在于：通过利用缺陷回波的实际声程对缺陷的深度进行修正计算，并利用该修正后的缺陷深度计算缺陷水平位置，从而可以对由于发射探头的扩散波产生的回波缺陷信号所计算的缺陷位置进行修正，提高缺陷的检测准确率，且对于靠近的缺陷也能准确分辨出来。

Description

一种基于串列式矩阵扫查的钢轨焊缝缺陷定位方法

技术领域

本发明涉及超声检测技术领域，尤其涉及一种基于串列式矩阵扫查的钢轨焊缝缺陷定位方法。

背景技术

串列式矩阵扫查装置主要对焊缝中的垂直裂纹进行检测，在双探头串列扫查原理的基础上增加多个探头，通过固定探头之间的距离代替双探头串列式扫查中移动两个探头的方式，使得一次扫查可覆盖的范围更广。当焊缝中存在垂直裂纹时，由发射探头发射的超声波在裂纹处发生反射，然后在工件底部再次进行反射，最终由接收探头接收，通过不断移动串列式矩阵扫查装置进行多次回波采集，即可得到完整的缺陷位置及范围。

然而，在实际检测过程中，由于发射探头发射的超声波不可能完全集中于理论的路线传播，其不可避免会产生扩散的声波，这导致了在探头从远离缺陷的位置向缺陷位置靠近的过程中，接收探头会由于发射探头的扩散波先接收到一个相对较弱的缺陷回波信号，随着探头逐渐接近缺陷，该回波信号会逐渐增强，当探头继续移动远离缺陷时，该回波信号又会逐渐减弱，直至低于缺陷回波的闸门值。而在计算缺陷位置和大小的时候，都是按照发射探头和接收探头的发射接收超声波的理论路径进行计算的，这使得接收探头在接收到的部分由于发射探头的扩散波打在缺陷位置产生的回波信号，会按照理论路径进行计算，而扩散波与理论路径并不重合，这使得根据接收探头对缺陷处的大小判别出现偏差，会导致得出的缺陷在水平方向的长度比实际大。

另外，由于串列式矩阵扫查装置是由两个相邻设置的发射探头进行超声波的发射，并同时根据两个发射探头发射的超声波产生的回波信号对缺陷进行检测，上述提及的由于扩散波导致的缺陷大小偏差，会由于两个发射探头的扩散波互相重叠，会导致在进行缺陷位置和大小的图像呈现时，出现相邻缺陷互相重合，出现大块缺陷而无法对缺陷进行准确判别的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于串列式矩阵扫查的钢轨焊接缺陷定位方法，具体在于提供一种利用实际回波声程对缺陷位置进行修正计算的定位方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于串列式矩阵扫查的钢轨焊缝缺陷定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

S01、控制串列式矩阵扫查装置的不同发射探头向待测钢轨发射超声波，通过多个接收探头采集回波，并通过移动串列式矩阵扫查装置进行多次发射接收采集回波。

S02、根据采集到的回波数据，对采集到回波波幅超过阀门值的发射接收探头组合计算缺陷的理论深度，理论深度D'= H - W / (2×K)，其中，H为所述待测钢轨的高度，W为发射探头和接收探头之间的距离，K为探头角度的正切值。

S03、若0≤D'≤H，则判断该缺陷为存在，并对该缺陷的理论深度进行修正计算，修正计算后实际缺陷深度为D=H-[(tanA-tanδ)×H+W]/(2×tanA)，其中，H为所述待测钢轨的高度，A为探头角度，δ为修正因子，W为发射探头与接收探头的距离；其中修正因子δ为利用实际回波声程计算得到的与探头角度A相近的修正角度。

S04、根据步骤S03计算得到的实际深度D计算缺陷水平距离，缺陷水平距离R=tanA×D。

S05、根据计算得到的缺陷深度和缺陷水平距离，确定待测钢轨焊缝中缺陷的数量和范围。

具体的，步骤S03中，修正因子δ=π/2-{(H×cosA)/(2×S×cosA-H)+[(H×cosA)/(2×S×cosA-H)]³/6}，其中，H为所述待测钢轨的高度，A为探头角度，S为实际回波声程，S=V×T/2，其中V为超声波在待测钢轨中的传播速度，T为发射探头发射超声波到接收探头接收到回波的时间。

本发明的有益效果在于：通过利用缺陷回波的实际声程对缺陷的深度进行修正计算，并利用该修正后的缺陷深度计算缺陷水平位置，从而可以对由于发射探头的扩散波产生的回波缺陷信号所计算的缺陷位置进行修正，从而提高缺陷的检测准确率，且对于靠近的缺陷也能准确分辨出来。

附图说明

附图1为采用常规未进行修正计算的缺陷定位方法得到的结果；

附图2采用本实施例进行修正计算的缺陷定位方法得到的结果。

具体实施方式

实施例1，一种基于串列式矩阵扫查的钢轨焊缝缺陷定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

S01、控制串列式矩阵扫查装置的不同发射探头向待测钢轨发射超声波，通过多个接收探头采集回波，并通过移动串列式矩阵扫查装置进行多次发射接收采集回波。

S02、根据采集到的回波数据，对采集到回波波幅超过阀门值的发射接收探头组合计算缺陷的理论深度，理论深度D'= H - W / (2×K)，其中，H为所述待测钢轨的高度，W为发射探头和接收探头之间的距离，K为探头角度的正切值。

S03、若0≤D'≤H，则判断该缺陷为存在，并对该缺陷的理论深度进行修正计算，修正计算后实际缺陷深度为D=H-[(tanA-tanδ)×H+W]/(2×tanA)，其中，H为所述待测钢轨的高度，A为探头角度，δ为修正因子，W为发射探头与接收探头的距离；其中修正因子δ为利用实际回波声程计算得到的与探头角度A相近的修正角度。其中，当接收探头接收到的缺陷回波是发射探头发射的理论路径的声波产生的时，修正因子与探头角度相等，即δ=A。

S04、根据步骤S03计算得到的实际深度D计算缺陷水平距离，缺陷水平距离R=tanA×D。

S05、根据计算得到的缺陷深度和缺陷水平距离，确定待测钢轨焊缝中缺陷的数量和范围。

其中，步骤S03中，修正因子δ=π/2-{(H×cosA)/(2×S×cosA-H)+[(H×cosA)/(2×S×cosA-H)]³/6}，其中，H为所述待测钢轨的高度，A为探头角度，S为实际回波声程，S=V×T/2，其中V为超声波在待测钢轨中的传播速度，T为发射探头发射超声波到接收探头接收到回波的时间；其中，(H×cosA)/(2×S×cosA-H)相当于δ的余弦值，δ的计算相当于利用δ的余弦值进行近似计算。当实际回波声程为发射探头和接收探头按照理论路径进行发射接收的回波声程，S×cosA=H，即(H×cosA)/(2×S×cosA-H)=cosA，则此时修正因子δ等于探头角度A。则此时修正计算后的实际深度D=H-[(tanA-tanδ)×H+W]/(2×tanA)=H-W/(2×tanA)，与理论深度的计算结果保持一致。

本实施例中，采用常规未进行修正计算的缺陷定位方法和采用本实施例进行修正计算的缺陷定位方法分别对同一钢轨试块进行缺陷定位检测，得到如下结果：

附图1为采用常规未进行修正计算的缺陷定位方法得到的结果，图中绿色代表0探头发射1~B探头接收得到的缺陷范围，粉色代表1探头发射2~B探头接收得到的缺陷范围；可以看出，1号缺陷和2号缺陷孔波分离不开，4号缺陷和5号缺陷的孔波也分离不开，且钢轨端面与缺陷的位置很靠近，很容易发生混淆。

附图2为采用本实施例进行修正计算的缺陷定位方法得到的结果，同样的，图中绿色代表0探头发射1~B探头接收得到的缺陷范围，粉色代表1探头发射2~B探头接收得到的缺陷范围。根据图中结果可以看出，1号~5号缺陷之间能清楚分离，且钢轨端面与1号~5号缺陷之间也能清楚分离开，不会出现混淆的情况。

当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于串列式矩阵扫查的钢轨焊缝缺陷定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

S01、控制串列式矩阵扫查装置的不同发射探头向待测钢轨发射超声波，通过多个接收探头采集回波，并通过移动串列式矩阵扫查装置进行多次发射接收采集回波；

S02、根据采集到的回波数据，对采集到回波波幅超过阀门值的发射接收探头组合计算缺陷的理论深度，理论深度D'= H - W / (2×K)，其中，H为所述待测钢轨的高度，W为发射探头和接收探头之间的距离，K为探头角度的正切值；

S03、若0≤D'≤H，则判断该缺陷为有效，并对该缺陷的理论深度进行修正计算，修正计算后实际缺陷深度为D=H-[(tanA-tanδ)×H+W]/(2×tanA)，其中，H为所述待测钢轨的高度，A为探头角度，δ为修正因子，W为发射探头与接收探头的距离；其中修正因子δ为利用实际回波声程计算得到的与探头角度A相近的修正角度；具体的，其中修正因子δ=π/2-{(H×cosA)/(2×S×cosA-H)+[(H×cosA)/(2×S×cosA-H)]³/6}，其中，H为所述待测钢轨的高度，A为探头角度，S为实际回波声程，S=V×T/2，其中V为超声波在待测钢轨中的传播速度，T为发射探头发射超声波到接收探头接收到回波的时间；其中，(H×cosA)/(2×S×cosA-H)相当于δ的余弦值，δ的计算公式相当于利用δ的余弦值进行近似计算；

S04、根据步骤S03计算得到的实际深度D计算缺陷水平距离，缺陷水平距离R=tanA×D；

S05、根据计算得到的缺陷深度和缺陷水平距离，确定待测钢轨焊缝中缺陷的数量和范围。

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