ES2929398T3 - Método y sistema para inspeccionar una rueda de carril con sondas de matriz en fase - Google Patents

Abstract

Se presentan métodos y sistemas para inspeccionar una rueda de riel. En una realización, una sonda de matriz en fase inspecciona, tras la rotación de la rueda de riel, múltiples porciones anulares de la rueda de riel, incluida la porción de alma, desde múltiples posiciones radiales de al menos una sonda de matriz en fase. En otra realización, el sistema incluye sondas opuestas para inspeccionar lados opuestos de la rueda de riel y brazos automatizados para mover las sondas opuestas para inspeccionar las múltiples partes anulares de la rueda de riel. Los objetivos automatizados mueven las sondas opuestas a lo largo de pistas con múltiples posiciones radiales. En aún otra realización, los lados opuestos de la rueda del riel se inspeccionan con sondas de conjuntos en fase opuestas. Cada una de las sondas de matriz en fase opuestas se mueve a lo largo de una pista radial correspondiente con múltiples posiciones radiales. La rueda de riel se hace girar para inspeccionar las partes anulares de la rueda de riel, incluida la parte de alma. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y sistema para inspeccionar una rueda de carril con sondas de matriz en fase

Antecedentes

El objeto descrito en el presente documento se refiere a sistemas y a métodos para inspeccionar una rueda de carril con una sonda de matriz en fase, que incluye inspeccionar una porción de velo y/o una porción de cubo de la rueda de carril.

Pueden usarse dispositivos de ensayo no destructivos para inspeccionar objetos de ensayo para detectar y analizar anomalías en los objetos. Los ensayos no destructivos implican normalmente colocar una o más sondas sobre la superficie del objeto de ensayo para realizar ensayos de la estructura subyacente. Un método de ensayos no destructivos emplea ondas acústicas de ultrasonidos.

El documento WO 00/08459 A1 describe un dispositivo para detectar una grieta en una rueda ferroviaria. Un grupo de emisores son estacionarios con respecto al eje de rotación de una rueda ferroviaria.

Generalmente, un sistema de ensayos de ultrasonidos incluye una sonda de ultrasonidos para transmitir y recibir ondas acústicas de ultrasonidos hacia y desde un objeto de ensayo, y un cable de sonda para conectar la sonda de ultrasonidos a una unidad de ensayo de ultrasonidos que incluye una pantalla para ver los resultados del ensayo. En un sistema de ensayo de ultrasonidos, se alimentan pulsos eléctricos desde la unidad de ensayo de ultrasonidos a una sonda de ultrasonidos donde se transforman en pulsos acústicos mediante uno o más transductores de ultrasonidos (por ejemplo, elementos piezoeléctricos) en la sonda de ultrasonidos. Durante el funcionamiento, se aplican pulsos eléctricos a los electrodos de uno o más transductores de ultrasonidos, generando así ondas acústicas de ultrasonidos que se transmiten al objeto de ensayo al que está acoplada la sonda. Por el contrario, cuando se refleja una onda acústica de ultrasonidos a partir del objeto de ensayo y entra en contacto con la superficie del/de los transductor(es) de ultrasonidos, hace que el/los transductor(es) vibre(n), generando una tensión que se detecta como una señal de recepción por la unidad de ensayo de ultrasonidos. A medida que las ondas acústicas de ultrasonidos pasan a través del objeto de ensayo, se producen varias reflexiones, denominadas ecos, a medida que las ondas acústicas de ultrasonidos interaccionan con anomalías dentro del objeto de ensayo.

Cuando se inspecciona un objeto con una sonda de ultrasonidos de un solo elemento convencional, la ubicación y la orientación de la sonda de ultrasonidos se cambian varias veces para inspeccionar diferentes regiones del objeto. Para inspeccionar el volumen completo del objeto, puede ser necesario explorar el objeto docenas de veces con diferentes ángulos y ubicaciones, recolocando y reorientando cada vez la sonda de ultrasonidos, lo que puede requerir mucho tiempo.

Por ejemplo, la inspección por ultrasonidos se usa actualmente para inspeccionar una rueda 10 de carril para detectar defectos volumétricos (por ejemplo, agujeros de fondo plano). Como se muestra en las Figs. 1A y 1B, la rueda 10 de carril incluye una llanta 11, un cubo 13 y un velo 12 que conecta la llanta 11 y el cubo 13. La rueda 10 de carril tiene una superficie 14 interior y una superficie 15 exterior. Varios requisitos de inspección estándar para ruedas de carril (por ejemplo, DIN EN 13262) requieren la inspección de la llanta 11 (inspección radial y axial), el velo 12 y el cubo 13 desde ambos lados de la rueda 10 de carril y con un barrido de haz recto, donde la onda acústica de ultrasonidos entra en contacto con la superficie de la rueda 10 de carril en la ubicación de inspección normal a la superficie. Como se muestra en la Fig. 1B, con el fin de inspeccionar adecuadamente la llanta 11, el velo 12 y el cubo 13 de la rueda 10 de carril, deben usarse varias sondas de ultrasonidos de un solo elemento convencionales y deben recolocarse y/o reorientarse docenas de veces para cubrir las zonas de ensayo, que requieren docenas de exploraciones, lo cual requiere una cantidad significativa de tiempo. Cada exploración requiere a menudo una rotación completa de la rueda 10 de carril. La inspección del velo 12 de la rueda 10 de carril requiere una cantidad significativa de reposicionamiento dada la longitud y los ángulos de superficie variables del velo 12.

Además, como se muestra en las Figs. 2A y 2B, dado que diferentes ruedas 20, 30, 40, 50 de carril tienen diseños y geometrías ampliamente diferentes para el velo 22, 32, 42, 52, cualquier sistema de inspección requiere un posicionamiento de sonda de ultrasonidos flexible significativo para inspeccionar el velo 22, 32, 42, 52, especialmente cuando se requiere un barrido de haz recto. Una solución existente para inspeccionar un velo 22, 32, 42, 52 y cubo es usar un manipulador complejo como se muestra en las Figs. 3A-3D, para ajustar las ubicaciones y orientaciones de las sondas de ultrasonidos de un solo elemento convencionales a lo largo de la superficie del velo 22, 32, 42, 52 y el cubo. Incluso con manipulación automatizada, esta inspección con una sonda de ultrasonidos de un solo elemento convencional requerirá a menudo docenas de rotaciones completas de la rueda de carril y, por lo tanto, tardará una cantidad sustancial de tiempo en inspeccionar completamente un velo y un cubo de una rueda de carril, a menudo mayor que el tiempo de producción para la propia rueda de carril, creando un cuello de botella de fabricación y ralentizando los tiempos de producción. Este tiempo de inspección prolongado es particularmente problemático ya que las normas más recientes (por ejemplo, DIN EN 13262) para inspección requieren inspeccionar porcentajes más altos de ruedas de carril, incluyendo velos, en un ciclo de producción particular (por ejemplo, algunos fabricantes requieren una inspección del cien por ciento).

Sumario

La invención se define en las reivindicaciones adjuntas. Se describe un método y un sistema para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con una sonda de matriz en fase.

Según la invención, el sistema incluye sondas de matriz en fase opuestas para inspeccionar lados opuestos de la rueda de carril y los brazos automatizados para mover las sondas de matriz en fase opuestas para inspeccionar las múltiples porciones anulares de la rueda de carril. Las sondas de matriz en fase opuestas están configuradas para tener múltiples posiciones radiales para inspeccionar múltiples porciones anulares de la rueda de carril incluyendo la porción de velo tras la rotación de la rueda de carril. Los brazos automatizados están configurados para mover las sondas de matriz en fase opuestas a lo largo de pistas con las múltiples posiciones radiales.

Según la invención, se inspeccionan lados opuestos de la rueda de carril con sondas de matriz en fase opuestas. Cada una de las sondas de matriz en fase opuestas se mueve a lo largo de una pista radial correspondiente con múltiples posiciones radiales. Se hace rotar la rueda de carril para inspeccionar porciones anulares de la rueda de carril incluyendo la porción de velo con las sondas de matriz en fase opuestas. Las porciones anulares corresponden a las múltiples posiciones radiales.

Una ventaja que puede realizarse en la práctica de algunas de las realizaciones descritas para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con una sonda de matriz en fase son tiempos de inspección reducidos basándose en el número reducido de exploraciones requeridas para inspeccionar completamente el velo y el cubo de la rueda de carril.

Las realizaciones anteriores son solamente ilustrativas. Otras realizaciones están dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos

De modo que la manera en que se puedan entender las características de la invención, una descripción detallada de la invención se puede mostrar con referencia a determinadas realizaciones, algunas de las cuales se ilustran en los dibujos adjuntos. Sin embargo, se debe observar que las figuras ilustran solamente ciertas realizaciones de esta invención y, por lo tanto, no debe considerarse que limitan su alcance, ya que el alcance del objeto descrito también abarca otras realizaciones. Los dibujos no están necesariamente a escala, poniendo énfasis generalmente para ilustrar las características de ciertas realizaciones de la invención. En los dibujos, se usan números similares para indicar partes similares en todas las distintas vistas.

La Fig. 1A es una vista en sección transversal parcial de una rueda de carril a modo de ejemplo, que muestra la llanta, el velo y el cubo de la rueda de carril;

la Fig. 1B es una vista en sección transversal de una rueda de carril a modo de ejemplo, que muestra la llanta, el velo y el cubo de la rueda de carril junto con una pluralidad de sondas de ultrasonidos de un solo elemento convencionales usadas para inspeccionar la rueda de carril en múltiples ubicaciones/zonas de ensayo;

las Figs. 2A y 2B son vistas en sección transversal de ruedas de carril a modo de ejemplo que muestran una pluralidad de diseños y geometrías diferentes para los velos de las ruedas de carril;

las Figs. 3A y 3B son una vista frontal y una vista en sección de un sistema de inspección de cubo convencional, mientras que las Figs. 3C y 3D son una vista superior y una vista de concepto de un sistema de inspección de velo convencional. Cada sistema tiene manipuladores para ajustar las ubicaciones y orientaciones de las sondas de ultrasonidos de un solo elemento convencionales a lo largo de la superficie del velo y el cubo de una rueda de carril;

las Figs. 4A y 4B son una vista lateral y una vista frontal, respectivamente, de un sistema de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con un par de sondas de matriz en fase;

la Fig. 5 es una vista en sección transversal de un sistema de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo de una rueda de carril con un par de sondas de matriz en fase, que muestra una pluralidad de posiciones (pistas) para cada una de las sondas para explorar todas las partes del velo mediante las sondas virtuales de las sondas de matriz en fase;

las Figs. 6A y 6B ilustran un intervalo de direccionamiento a modo de ejemplo de un haz de ultrasonidos desde una sonda de matriz en fase posicionada con respecto al velo de la rueda de carril y una superficie circular curva, respectivamente;

las Figs. 7A, 7B y 7C son imágenes a modo de ejemplo del modelado de CIVA de una sonda de matriz en fase a modo de ejemplo posicionada adyacente a la superficie interior de una rueda de carril en una primera posición interior;

las Figs. 8A y 8B ilustran una sonda de matriz en fase a modo de ejemplo posicionada adyacente a la superficie exterior de una rueda de carril en una primera posición exterior (pista 1B) junto con un análisis para determinar el número de posiciones (pistas) requeridas para cubrir todas las partes del velo por las sondas virtuales de la sonda de matriz en fase;

la Fig. 9A ilustra un análisis a modo de ejemplo para determinar el número de posiciones (pistas) y el tiempo requerido para cubrir todas las partes del velo por las sondas virtuales de la sonda de matriz en fase de las Figs. 8A y 8B;

la Fig. 9B ilustra un análisis a modo de ejemplo para determinar el número de posiciones (pistas) y el tiempo requerido para cubrir todas las partes del velo de las Figs. 8A y 8B mediante una sonda de ultrasonidos de un solo elemento convencional;

las Figs. 10A y 10B son una vista en sección transversal lateral y una vista en sección transversal frontal, respectivamente, de un sistema de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con un par de sondas de matriz en fase, con la rueda de carril y las sondas de matriz en fase soportadas por un sistema de pórtico a modo de ejemplo;

las Figs. 11 es una vista en perspectiva de un sistema de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con un par de sondas de matriz en fase, con la rueda de carril y las sondas de matriz en fase soportadas por un sistema de pórtico a modo de ejemplo;

las Figs. 12A y 12B son una vista lateral y una vista en sección transversal, respectivamente, del sistema de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con un par de sondas de matriz en fase de la Fig. 11;

las Figs. 13A y 13B son una vista lateral y una vista en perspectiva lateral del sistema de pórtico a modo de ejemplo de la Fig. 11 para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con un par de sondas de matriz en fase;

la Fig. 14 es una vista superior del sistema de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con un par de sondas de matriz en fase de la Fig. 11; y

la Fig. 15 es un diagrama de circuito a modo de ejemplo de un sistema de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con un par de sondas de matriz en fase.

Descripción detallada

La presente descripción proporciona, en parte, sistemas y métodos para inspeccionar una rueda de carril. Por ejemplo, se posiciona una sonda de matriz en fase en una de múltiples posiciones radiales con respecto a la rueda de carril. Se hace rotar la rueda de carril y la sonda de matriz en fase inspecciona una porción de la rueda de carril en rotación en la posición radial. El método puede repetirse con la misma sonda y/o sondas adicionales en diferentes posiciones radiales o diferentes lados de la rueda de carril para inspeccionar más porciones de la rueda de carril. Otras realizaciones están dentro del alcance de la materia descrita.

A modo de ejemplo, en una realización, se posiciona una primera sonda de matriz en fase adyacente a la superficie interior de la rueda de carril en una primera posición interior (es decir, pista 1A) y se posiciona una segunda sonda de matriz en fase adyacente a la superficie exterior de la rueda de carril en una primera posición exterior (es decir, pista 1B). Cuando se hace rotar la rueda de carril, las sondas virtuales (por ejemplo, diferentes grupos de elementos transductores de ultrasonidos) de las sondas de matriz en fase de velo exploran una primera parte del velo que puede cubrirse con las sondas de matriz en fase en la primera posición interior y la primera posición exterior. La primera sonda de matriz en fase adyacente a la superficie interior de la rueda de carril se reposiciona en una segunda posición interior (es decir, pista 2A) y la segunda sonda de matriz en fase adyacente a la superficie exterior de la rueda de carril se reposiciona en una segunda posición exterior (es decir, pista 2B). A medida que se hace rotar la rueda de carril, las sondas virtuales (por ejemplo, diferentes grupos de elementos transductores de ultrasonidos) de las sondas de matriz en fase de velo exploran una segunda parte del velo que puede cubrirse con las sondas de matriz en fase en la segunda posición interior y la segunda posición exterior. Este reposicionamiento continúa hasta que todas las partes del velo se exploran por las sondas virtuales de la primera sonda de matriz en fase y la segunda sonda de matriz en fase, que funcionan en ambos lados de la rueda de carril.

Las Figs. 4A y 4B son una vista lateral y una vista frontal, respectivamente, de un sistema 400 de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo 12 de una rueda 10 de carril para detectar, por ejemplo, defectos volumétricos (por ejemplo, agujeros de fondo plano), con un par de sondas 410, 420 de matriz en fase de velo. Una sonda de matriz en fase tiene una pluralidad de transductores de ultrasonidos eléctrica y acústicamente independientes montados en un único alojamiento. Haciendo variar el sincronismo de los pulsos eléctricos aplicados a los transductores de ultrasonidos y/o qué transductores se activan, una sonda de ultrasonidos de matriz en fase físicamente orientada formando un único ángulo puede generar haces de ultrasonidos (sondas virtuales) a diferentes ángulos, permitiendo que la sonda de ultrasonidos de matriz en fase dirija el haz de ultrasonidos a diferentes ángulos a través del objeto de ensayo para intentar detectar anomalías. Las ondas de ultrasonidos recibidas a los diversos ángulos pueden procesarse para producir una vista de proyección o una imagen de visión de desplazamiento de tiempo (o exploración de TD) del objeto de ensayo, permitiendo la identificación visual de cualquier anomalía. Por lo tanto, desde una sola posición, una sola sonda de matriz en fase puede explorar una gran porción de un objeto que está inspeccionándose, mientras que una sonda de ultrasonidos convencional sólo puede explorar una pequeña porción del objeto.

La primera sonda 410 de matriz en fase de velo puede posicionarse adyacente a la superficie 14 interior de la rueda 10 de carril y la segunda sonda 420 de matriz en fase de velo puede posicionarse adyacente a la superficie 15 exterior de la rueda 10 de carril, por ejemplo, en relación opuesta a la primera sonda 410 de matriz en fase de velo. En una realización, la primera sonda 410 de matriz en fase de velo puede posicionarse de manera asimétrica con la segunda sonda 420 de matriz en fase de velo para garantizar que las dos sondas 410, 420 no se afecten entre sí. Por ejemplo, si las dos sondas 410, 420 se disponen directamente una frente a la otra, las señales de ultrasonidos de una pueden interferir con la otra, reduciendo así la relación señal-ruido de las sondas. Como se muestra en las Figs. 4A y 4B, las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo pueden estar configuradas para inspeccionar también el cubo 13 de la rueda 10 de carril además del velo 12, reduciendo el número de sondas requeridas para realizar una inspección completa de la rueda 10 de carril. El sistema 400 de inspección también puede incluir una primera sonda 430 de matriz en fase de llanta para realizar una inspección axial de la llanta 11 y una segunda sonda 440 de matriz en fase de llanta para realizar una inspección radial de la llanta 11. En una realización, la primera sonda 430 de matriz en fase de llanta puede estar ubicada adyacente a la superficie 14 interior de la rueda 10 de carril. En una realización a modo de ejemplo, las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo pueden incluir 64 elementos transductores y las sondas 430, 440 de matriz en fase de llanta pueden incluir 128 elementos transductores.

A medida que se hace rotar la rueda 10 de carril, las sondas virtuales de las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo exploran una primera parte del velo 12 que puede cubrirse con las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo. Por ejemplo, la primera parte puede tener una forma anular debido a la rotación de la rueda 10 de carril. Como se ilustra en las Figs. 4A y 4B, las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo pueden recolocarse/reposicionarse y reorientarse mediante un brazo de manipulación automatizado para cubrir diferentes partes del velo 12. Por ejemplo, las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo pueden trasladarse radialmente con respecto a la rueda 10 de carril y/o hacerse rotar a una posición dada de modo que las sondas estén orientadas hacia diferentes porciones de la rueda 410 de carril.

Aunque no se muestra en las Figs. 4A y 4B, las sondas 410, 420, 430, 440 de matriz en fase y la rueda 10 de carril se sumergen en un líquido (por ejemplo, agua) en un depósito para permitir una inspección por inmersión de tipo sin contacto de la rueda 10 de carril por las sondas 410, 420, 430, 440 a través del líquido.

La Fig. 5 es una vista en sección transversal de un sistema 500 de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo 12 de una rueda 10 de carril con un par de sondas de matriz en fase, que muestra una pluralidad de posiciones (pistas) 501-503, 511-513 para cada una de las sondas para explorar todas las partes del velo 12 mediante las sondas virtuales de las sondas de matriz en fase. Con fines ilustrativos, la primera sonda 410 de matriz en fase de velo se muestra posicionada adyacente a la superficie 14 interior de la rueda 10 de carril, mientras que la segunda sonda 420 de matriz en fase de velo se muestra posicionada adyacente a la superficie 15 exterior de la rueda 10 de carril. Como se ha descrito anteriormente, aunque no se muestra en la Fig. 5, las sondas 410, 420 de matriz en fase y la rueda 10 de carril se sumergen en un líquido (por ejemplo, agua) en un depósito para permitir una inspección por inmersión de tipo sin contacto de la rueda 10 de carril por las sondas 410, 420 a través del líquido.

Como se muestra en la Fig. 5, en una realización, la primera sonda 410 de matriz en fase de velo puede posicionarse adyacente a la superficie 14 interior de la rueda 10 de carril en una primera posición interior (pista 1A) 501 y una segunda sonda 420 de matriz en fase de velo puede posicionarse adyacente a la superficie 15 exterior de la rueda 10 de carril en una primera posición exterior (pista 1B) 511. A medida que se hace rotar la rueda 10 de carril, las sondas virtuales de las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo exploran una primera parte del velo 12 que puede cubrirse con las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo en la primera posición 501 interior y la primera posición 511 exterior. Después de que completarse la exploración en las primeras posiciones 501, 511, la primera sonda 410 de matriz en fase de velo adyacente a la superficie 14 interior de la rueda 10 de carril puede reposicionarse en una segunda posición interior (pista 2A) 502 y la segunda sonda 420 de matriz en fase de velo adyacente a la superficie 15 exterior de la rueda 10 de carril se reposiciona en una segunda posición exterior (pista 2B) 512. A medida que se hace rotar la rueda 10 de carril, las sondas virtuales de las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo exploran una segunda parte del velo 12 que puede cubrirse con las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo en la segunda posición 502 interior y la segunda posición 512 exterior. Después de completarse la exploración en las segundas posiciones 502, 512, la primera sonda 410 de matriz en fase de velo adyacente a la superficie 14 interior de la rueda 10 de carril puede reposicionarse en una tercera posición interior (pista 3A) 503 y la segunda sonda 420 de matriz en fase de velo adyacente a la superficie 15 exterior de la rueda 10 de carril se reposiciona en una tercera posición exterior (pista 3B) 513. A medida que se hace rotar la rueda 10 de carril, las sondas virtuales de las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo exploran una tercera parte del velo 12 que puede cubrirse con las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo en la tercera posición 503 interior y la tercera posición 513 exterior. Este reposicionamiento continúa hasta que todas las partes del velo 12 se han explorado por las sondas virtuales de la primera sonda 410 de matriz en fase de velo y la segunda sonda 420 de matriz en fase de velo. Como se muestra en las Figs. 4A, 4B y 5, en una realización a modo de ejemplo, las pistas para cada sonda 410, 420 de matriz en fase de velo pueden posicionarse en tres ejes para controlar la distancia a la superficie y la altura desde el reborde y el ángulo. Además, los tres pares de pistas indicados anteriormente pueden disponerse de manera asimétrica con respecto a la rueda 10 de carril, para evitar la interferencia cruzada de las dos sondas 410, 420.

Las Figs. 6A y 6B son ilustraciones de un intervalo de direccionamiento a modo de ejemplo de un haz de ultrasonidos desde una sonda 410 de matriz en fase posicionada con respecto al velo 12 de la rueda 10 de carril y una superficie 90 circular curva, respectivamente. Como se ha descrito anteriormente, aunque no se muestra en las Figs. 6A y 6B, la sonda 410 de matriz en fase y la rueda 10 de carril y la superficie 90 circular curva se sumergen en un líquido (por ejemplo, agua) en un depósito para permitir una inspección por inmersión de tipo sin contacto por la sonda 410 a través del líquido. Como se muestra en la Fig. 6A, con el fin de llevar a cabo el barrido de haz recto, los haces de ultrasonidos (sondas virtuales) pueden optimizarse mediante direccionamiento para entrar en contacto con la superficie 14 interior del velo 12 de la rueda 10 de carril normal a la superficie 14. Por ejemplo, la sonda 612 virtual central transmitida a un ángulo 632 de sonda virtual central (por ejemplo, 0 grados) forma un ángulo perpendicular con la superficie 622 interior del velo 12 en una ubicación central. De manera similar, la primera sonda 611 virtual transmitida a un primer ángulo 631 de sonda virtual forma un ángulo perpendicular con la superficie 621 interior del velo 12 en una primera ubicación, y la última sonda 613 virtual transmitida a un último ángulo 633 de sonda virtual forma un ángulo perpendicular con la superficie 623 interior del velo 12 en una última ubicación. Como puede verse en la Fig. 6A, para realizar el barrido de haz recto con la sonda 410 de matriz en fase posicionada como se muestra en la Fig. 6A, las sondas virtuales de la sonda 410 de matriz en fase sólo pueden explorar la parte del velo 12 entre la primera sonda 611 virtual y la última sonda virtual 613. La cantidad de cobertura del velo 12 depende, por ejemplo, de la forma (por ejemplo, la curvatura) del velo 12, la anchura de la sonda 410 de matriz en fase y la distancia entre la sonda 410 de matriz en fase y la superficie 14 del velo 12. Esta pista de ensayo más amplia por cada rotación de rueda reduce el número de exploraciones requeridas y el número de veces que debe rotar la rueda 10 de carril, reduciendo el tiempo de inspección. Para explorar una parte del velo 12 fuera de esa zona se requiere el reposicionamiento de la sonda 410 de matriz en fase.

Como se muestra en la Fig. 6B, en una realización a modo de ejemplo, los haces 641, 651 de ultrasonidos (sondas virtuales) de la sonda 410 de matriz en fase pueden dirigirse entre -a grados y a grados (por ejemplo, -25 grados y 25 grados) en el agua para una matriz lineal. Fuera de este intervalo, se reduce la transmisión de la energía del campo de onda, por ejemplo, al interior de acero. Por consiguiente, en una realización a modo de ejemplo, la sonda 410 de matriz en fase puede hacerse rotar desde una primera posición 411 hasta una segunda posición 412 después de cubrir cada 25 grados de la parte circular de la geometría del objeto 90 de ensayo.

Las Figs. 7A, 7B y 7C son imágenes a modo de ejemplo del modelado de CIVA de una sonda 410 de matriz en fase a modo de ejemplo posicionada adyacente a la superficie 14 interior de una rueda 10 de carril en una primera posición interior (pista 1A) 501 (Fig. 5). Basándose en el modelado de CIVA, pero sin restringir de ningún modo el alcance de la invención, para una realización a modo de ejemplo del sistema de inspección de las Figs. 4A y 4B, se diseñó el sistema en donde las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo tenían una frecuencia central de 4 MHz, con 128 elementos transductores, y un paso de 0,6 mm. Además, la trayectoria de agua entre las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo y la superficie de la superficie inspeccionada estaba en el intervalo de 40 mm a 60 mm para la inspección del velo y de 20 mm a 25 mm para la inspección del cubo. El modelado de CIVA también indicó que el número óptimo de elementos transductores de un transductor virtual es 16 para el velo y 42 elementos para el cubo. Por último, el modelado de CIVA también indicó que podían detectarse defectos en un zona curva con un grosor de pared de entre 16 mm y 40 mm con el diseño especificado que incorpora las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo. En un ejemplo, la rueda de carril puede analizarse utilizando estos métodos, de modo que pueden revelarse defectos dentro de la rueda de carril. Por ejemplo, una rueda de carril puede incluir una cavidad, una abrasión o una parte defectuosa adicional, y los métodos descritos en el presente documento pueden detectar tal defecto de modo que se pueden tomar medidas correctivas. Además, los datos pueden usarse para establecer los parámetros correctos del sistema.

Las Figs. 8A-9B proporcionan una comparación entre enfoques convencionales y el presente método. Las Figs. 8A y 8B ilustran una sonda 420 de la matriz en fase a modo de ejemplo posicionada adyacente a la superficie 15 exterior de una rueda 10 de carril en una primera posición exterior (pista 1B) 511 (Fig. 5) junto con un análisis (véase la tabla 1 a continuación) para determinar el número de posiciones (pistas) requeridas para cubrir todas las partes del velo 12 por las sondas virtuales de la sonda 420 de matriz en fase. Para la rueda 10 de carril a modo de ejemplo, el uso de la sonda 420 de matriz en fase permitió inspeccionar todo el velo 12 usando un total de 5 pistas, por lo que sólo se requieren 5 rotaciones de la rueda de carril para inspeccionar completamente el velo 12.

Tabla 1 - Análisis a modo de ejemplo de la Fig. 8B

Continuando con el ejemplo, la Fig. 9A ilustra un análisis a modo de ejemplo para determinar el número de posiciones (pistas) y el tiempo requerido para cubrir todas las partes del velo 12 por las sondas virtuales de la sonda 420 de matriz en fase de las Figs. 8A y 8B. La Fig. 9B ilustra un análisis a modo de ejemplo para determinar el número de posiciones (pistas) y el tiempo requerido para cubrir todas las partes del velo 12 de las Figs. 8A y 8B mediante una sonda de ultrasonidos de un solo elemento convencional. Como se muestra en la tabla 2 a continuación, incluyendo el tiempo de cambio entre pistas, la sonda 420 de matriz en fase tardó 2,41 minutos en completar la inspección del velo 12 con sus 5 exploraciones y 5 rotaciones de la rueda 10 de carril. Como se muestra en la tabla 3 a continuación, la sonda de ultrasonidos de un solo elemento convencional tardó 13,8 minutos en completar la inspección del velo 12 con sus 49 exploraciones y 49 rotaciones de la rueda 10 de carril.

La reducción del tiempo se debe a la capacidad del presente método para analizar 5 porciones anulares 901-906 en 5 rotaciones para explorar toda la rueda, en lugar de realizar 49 rotaciones de la rueda y reposicionamiento de sensores para lograr la exploración.

Tabla 2 - Análisis a modo de ejemplo de la Fig. 9A

Tabla 3 - Análisis a modo de ejemplo de la Fig. 9B

Las Figs. 10A y 10B son una vista en sección transversal lateral y una vista en sección transversal frontal, respectivamente, de un sistema 1000 de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo 12 de una rueda 10 de carril con un par de sondas 410, 420 de matriz en fase, con la rueda 10 de carril y las sondas 410, 420 de matriz en fase soportadas por un sistema de pórtico a modo de ejemplo. 1010. El sistema 1000 de inspección a modo de ejemplo incluye un depósito 1020 de inmersión y una placa 1030 de soporte. Un soporte 1040 de rueda a modo de ejemplo está configurado para transportar la rueda 10 de carril dentro y fuera del sistema 1010 de pórtico, así como hacer rotar la rueda 10 de carril durante la inspección. Un primer brazo 1011 manipulador está configurado para manipular la primera sonda 410 de matriz en fase de velo a diferentes ubicaciones y orientaciones para inspeccionar la superficie 14 interior del velo 12 y el cubo 13, mientras que un segundo brazo 1012 manipulador está configurado para manipular la segunda sonda 420 de matriz en fase de velo a diferentes ubicaciones y orientaciones para inspeccionar la superficie 15 exterior del velo 12 y el cubo 13.

La Fig. 11 es una vista en perspectiva de un sistema 1100 de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con un par de sondas de matriz en fase, con la rueda de carril y las sondas de matriz en fase soportadas por un sistema de pórtico a modo de ejemplo. Las Figs. 12A y 12B son una vista lateral y una vista en sección transversal, respectivamente, del sistema 1100 de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con un par de sondas de matriz en fase de la Fig. 11. Las Figs. 13A y 13B son una vista lateral y una vista en perspectiva lateral del sistema de pórtico a modo de ejemplo de la Fig. 11 para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con un par de sondas de matriz en fase. La Fig. 14 es una vista superior del sistema de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con un par de sondas de matriz en fase de la Fig. 11.

La Fig. 15 es un diagrama de circuito a modo de ejemplo de un sistema 1500 de inspección a modo de ejemplo para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con un par de sondas 410, 420 de matriz en fase de velo (y de cubo). En la realización a modo de ejemplo, cada una de las sondas 410, 420 de matriz en fase de velo están conectadas a placas 1511, 1512 de interfaz, que se conectan a continuación a las placas 1530 de matriz en fase. De manera similar, cada una de las sondas 430, 440 de matriz en fase de llanta están conectadas a placas 1513, 1514 de interfaz, que se conectan a continuación a las placas 1530 de matriz en fase a través de un conmutador 1520.

Como se mencionó anteriormente, una ventaja que puede realizarse en la práctica de algunas de las realizaciones descritas para inspeccionar el velo y el cubo de una rueda de carril con una sonda de matriz en fase son tiempos de inspección reducidos basándose en el número reducido de exploraciones requeridas para inspeccionar completamente el velo de la rueda de carril. Además de reducir el tiempo de inspección, las realizaciones descritas reducirán el tiempo de configuración para una nueva geometría de rueda de carril (y velo). Además, cualquier ajuste fino de la sonda puede realizarse automáticamente mediante direccionamiento de haz acústico en lugar de ajustes finos mecánicos.

En la medida en que las reivindicaciones mencionen la expresión “al menos uno de” en referencia a una pluralidad de elementos, se pretende que esto signifique al menos uno o más de los elementos indicados, y no se limita a al menos uno de cada elemento. Por ejemplo, se pretende que “al menos uno de un elemento A, elemento B y elemento C” indique el elemento A solo, o el elemento B solo, o el elemento C solo, o cualquier combinación de los mismos. No se pretende que “al menos uno del elemento A, el elemento B y el elemento C” no se limite a al menos uno de un elemento A, al menos uno de un elemento B y al menos uno de un elemento C.

Esta descripción escrita utiliza ejemplos para describir la invención, incluido el mejor modo y también para permitir que cualquier experto en la técnica ponga en práctica la invención, incluidos la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y realizar cualquier método incorporado. El ámbito patentable de la invención está definido por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos que puedan concebir los expertos en la técnica. Estos otros ejemplos pretenden estar dentro del alcance de las reivindicaciones si tienen elementos estructurales que no difieren del lenguaje literal de las reivindicaciones, o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias insustanciales del lenguaje literal de las reivindicaciones.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES

   i. Un sistema (1000) para inspeccionar una rueda (10) de carril, comprendiendo el sistema al menos una sonda (410) de matriz en fase para inspeccionar la rueda (10) de carril, estando la al menos una sonda (410) de matriz en fase configurada para inspeccionar, tras la rotación de la rueda (10) de carril, múltiples porciones anulares de la rueda (10) de carril, incluyendo una porción (12) de velo, desde múltiples posiciones radiales de la al menos una sonda (410) de matriz en fase;

   caracterizado por un par de sondas (410, 420) de matriz en fase opuestas para inspeccionar lados opuestos de la rueda (10) de carril, brazos (1011, 1012) automatizados conectados a las sondas de matriz en fase para mover cada una de las sondas (410, 420) de matriz en fase opuestas a lo largo de pistas radiales correspondientes con múltiples posiciones radiales y un sistema (1010, 1040) de pórtico para soportar y hacer rotar la rueda (10) de carril.
2. 2. El sistema de la reivindicación 1, en donde las sondas (410, 420) de matriz en fase opuestas están posicionadas de manera asimétrica con respecto a la rueda (10) de carril.
3. 3. El sistema de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde los brazos automatizados están configurados para mover al menos una sonda (410) de matriz en fase para seguir una pista con las múltiples posiciones (501,502, 503) radiales
4. 4. El sistema de la reivindicación 3, en donde el brazo (1011) automatizado está configurado para trasladar la al menos una sonda (410) de matriz en fase a lo largo de la pista con las múltiples posiciones (501, 502, 503) radiales y hacer rotar la al menos una sonda (410) de matriz en fase en una dada de las múltiples posiciones (501,502, 503) radiales.
5. 5. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la al menos una sonda (410) de matriz en fase comprende múltiples elementos transductores de ultrasonidos y el sistema está configurado para activar diferentes grupos de los múltiples elementos transductores de ultrasonidos para permitir la inspección completa de una de las múltiples porciones anulares de la rueda (10) de carril a partir de una sola de las múltiples posiciones (501,502, 503) radiales tras la rotación de la rueda (10) de carril.
6. 6. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los brazos automatizados están configurados para orientar la al menos una sonda (410) de matriz en fase para la orientación normal a superficies de la porción (12) de velo de la rueda (10) de carril
7. 7. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un depósito (1020) de inmersión para sumergir la al menos una sonda (410) de matriz en fase y la rueda (10) de carril para la inspección en un medio líquido.
8. 8. Uso del sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la rueda (10) de carril comprende una porción (13) de cubo y la al menos una sonda (410) de matriz en fase está configurada además para inspeccionar la porción (13) de cubo de la rueda (10) de carril.
9. 9. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, que comprende además un dispositivo de análisis, configurado el dispositivo de análisis para recibir datos a partir de la al menos una sonda (410) de matriz en fase y usar los datos para detectar defectos dentro de la rueda (10) de carril.
10. 10. Un método para inspeccionar una rueda (10) de carril, comprendiendo el método:

    inspeccionar lados opuestos de la rueda (10) de carril con sondas (410, 420) de matriz en fase opuestas;

    mover cada una de las sondas (410, 420) de matriz en fase opuestas con brazos automatizados a lo largo de una pista radial correspondiente con múltiples posiciones (501, 502, 503, 511, 512, 513) radiales; y hacer rotar la rueda (10) de carril con un sistema (1010) de pórtico para inspeccionar porciones anulares de la rueda (10) de carril, incluyendo una porción (12) de velo, con las sondas (410, 420) de matriz en fase opuestas, correspondiendo las porciones anulares a las múltiples posiciones (501,502, 503, 511,512, 513) radiales.
11. 11. El método de la reivindicación 10, que comprende además posicionar las sondas (410, 420) de matriz en fase opuestas asimétricamente con respecto a la rueda (10) de carril para inhibir la interferencia entre las sondas (410, 420) de matriz en fase opuestas.
12. 12. El método de la reivindicación 10 o la reivindicación 11, en donde cada una de las sondas (410, 420) de matriz en fase comprende múltiples elementos transductores de ultrasonidos y el método comprende además activar diferentes grupos de los múltiples elementos transductores de ultrasonidos para permitir la inspección completa de una de las porciones anulares de la rueda (10) de carril a partir de una sola de las múltiples posiciones (501,502, 503, 511,512, 513) radiales durante la rotación.
13. 13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que comprende además orientar las sondas (410, 420) de matriz en fase opuestas normales a superficies de la porción (12) de velo de la rueda (10) de carril.
14. 14. El método de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, que comprende además proporcionar un medio líquido en el que se sumergen las sondas (410, 420) de matriz en fase opuestas y la rueda de carril.