WO2016003326A1 - Способ ультразвукового контроля с разностной компенсацией мешающих факторов - Google Patents

Способ ультразвукового контроля с разностной компенсацией мешающих факторов Download PDF

Info

Publication number
WO2016003326A1
WO2016003326A1 PCT/RU2015/000410 RU2015000410W WO2016003326A1 WO 2016003326 A1 WO2016003326 A1 WO 2016003326A1 RU 2015000410 W RU2015000410 W RU 2015000410W WO 2016003326 A1 WO2016003326 A1 WO 2016003326A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flaw detector
channels
receivers
channel
pairs
Prior art date
Application number
PCT/RU2015/000410
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Алексей Михайлович КАШИН
Original Assignee
Алексей Михайлович КАШИН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Михайлович КАШИН filed Critical Алексей Михайлович КАШИН
Priority to JP2017518027A priority Critical patent/JP6408145B2/ja
Publication of WO2016003326A1 publication Critical patent/WO2016003326A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids

Definitions

  • the invention relates to means for ultrasonic (ultrasonic) control of extended objects, including products of sheet, long and shaped steel.
  • the technical solution can be used for high-speed operational control of a rail track.
  • a method of ultrasonic testing including the formation of the first and second measuring channels for the shadow method of control, bringing the system of flaw detector transducers into motion and sounding the object of control of the ultrasonic beam, as well as processing signals from the outputs of the channels.
  • An ultrasonic flaw detector is also known from RU 2340495 C1, which contains a generator-receiver pair for radiation / reception of an ultrasonic flaw and a data processing device connected by its inputs to the outputs of the receivers.
  • the practical implementation of the shadow method and, in particular, technical solutions known from RU 2340495 C1 is difficult due to possible false positives caused by a drop in the level of the useful signal for various reasons.
  • the measurement signal from the electro-acoustic transducer is attenuated due to the scattering of part of the energy of the ultrasonic waves in different directions or changes in the propagation path of ultrasonic waves relative to the receivers.
  • the presence of corrosion on the reflecting surface of the rail head also causes partial scattering of ultrasonic waves and, as a result, attenuation of the recorded signal for transducers of any type. Pollution on the reflecting surface of the rail head leads to the absorption of ultrasonic waves and the weakening of the useful signal.
  • a weakening of the signal is also caused by a change in the gap between the transducer and the test object due to bouncing on surface irregularities, etc.
  • the attenuation of ultrasonic waves differs in rails of different manufacturers, which means that the amplitudes of the received signals differ from the same defects, if such rails stacked in one way.
  • the level of the useful signal in the receiver will drop so much that it will become lower than the rejection level and the flaw detector will be triggered spontaneously, caused not by the presence of a defect, but by too much scattering or absorption of the ultrasonic beam. For this reason, the shadow method of ultrasonic testing has found insufficient distribution in high-speed flaw detection of such an important object as a rail track. Disclosure of invention
  • the technical task is to reduce the number of false positives in the process of high-speed ultrasonic testing, while maintaining the high sensitivity of the flaw detector.
  • the provided positive effect consists, in relation to the technical solution according to RU 2340495 C1, in increasing the selectivity of the ultrasonic flaw detector to the controlled defects of the test object during the scanning process.
  • the method of ultrasonic testing including the formation of the first and second measuring channels for the shadow control method, bringing the system of flaw detector transducers into motion and sounding the object of control by ultrasonic beam, as well as processing signals from the outputs of the channels, is characterized by the fact that both channels have identical characteristics of the electron-acoustic path, the second measuring channel is displaced in space relative to the first channel along the axis of movement, and the processing of signals from the outputs of the channels It is the reception of their difference signal.
  • the offset between the measuring channels is selected in the range from 3 to 900 mm.
  • the number of measuring channels is selected from the condition N> 2, where N is the number of channels, which is even.
  • the channels are shifted evenly, and the measurement information signal is obtained as the average difference between the signals from the channels with even and odd numbers.
  • the channels are shifted unevenly, and the weighted coefficients are added to the difference signals and averaged.
  • the generators and receivers are located on one line in a row, and the data processing device is arranged to receive differential signal.
  • pairs of generators and receivers have the same characteristics of the electron-acoustic path.
  • the offset between the receivers is equal to the offset between the generators.
  • the pairs of the generator-receiver are located with mutual overlap.
  • the displacement between the generators is from 3 to 900 mm.
  • the pairs are shifted uniformly, and the data processing device is configured to averag the measurement result.
  • the pairs are shifted unevenly, and the data processing device is configured to impart weighting coefficients to the difference signals during averaging.
  • FIG. 1 and 2 mirror-shadow scheme of ultrasonic inspection of the rail in the absence of defects, top view; waveform at the output of the measuring channel.
  • FIG. 3 and 4 mirror-shadow diagram of a rail monitoring with a defect near the working face of the head and the shape of the corresponding output signal.
  • FIG. 5 and b mirror-shadow circuit for monitoring a rail with a defect in the central part of the head and the waveform at the output.
  • FIG. 7 and 8 mirror-shadow diagram of the control rail with a defect near the outer part of the head and the shape of the measuring signal.
  • FIG. 9 and 10 shows the increase in the width of the dip of the measuring signal when a longer defect is detected.
  • FIG. 11 diagram of the ultrasonic inspection of the rails according to this invention, top view.
  • FIG. 12 monoblock arrangement of ultrasonic converters on the rail head with an internal defect, view from the end of the rail.
  • FIG. 13 arrangement of a two-channel monoblock of ultrasonic converters on the rail head, side view.
  • FIG. 14 a schematic diagram of an ultrasonic flaw detector.
  • FIG. 15 and 16 the waveform at the output of the first measuring channel with a short-term separation of the monoblock from the rail head and in the absence of separation, respectively.
  • FIG. 17 and 18 waveform at the output of the second measuring channel with a short-term separation of the monoblock from the rail head and in the absence of separation.
  • FIG. 19 and 20 the form of the difference signal when the monoblock is torn off the rail surface and in the absence of separation.
  • FIG. 21 four-channel monoblock with uniform channel offset.
  • FIG. 22 four-channel monoblock with uneven channel offset.
  • a flaw detector using a mirror-shadow circuit for controlling the rail head on the way contains a pair of acoustically coupled electro-acoustic transducers 1 and 2 (Fig. 1).
  • Converter 1 performs the function of a generator of ultrasonic vibrations
  • converter 2 serves as a receiver of reflected ultrasonic waves. Both transducers are placed on the side of the working lateral surface of the rail 3.
  • the mirror-shadow circuit of the ultrasonic monitoring of the rail allows us to determine the depth of the internal defect 4 and its size from the waveform (Fig. 3-10).
  • the flaw detector includes electromagnetic-acoustic transducers (EMAT) 1, 2, 5 and 6.
  • EMAT 1 and 2 form the first pair of acoustically coupled transducers.
  • the second pair is formed by EMAT 5 and 6.
  • EMAT 1 and 5 serve as generators of ultrasonic vibrations
  • EMAT 2 and 6 serve as receivers of ultrasonic waves reflected from the opposite face of the rail head 3.
  • the centers of the acoustic axes of all EMATs are located in one row and are on the same L – L line (Figs. 11 and 13), constructively forming a linear monoblock of 7 transducers on a common carrier platform.
  • the working surfaces of EMAT 1, 2, 5 and 6 lie in the same plane and face the object of control.
  • EMAT pairs are arranged with mutual overlap, since the elements of the first pair of converters alternate with the elements of the second pair. Due to the alternation of the elements of the pairs, the generators 1, 5 form in their arrangement the first homogeneous group, and the receivers 2, b form the second homogeneous group, distant from the first group.
  • the first pair of EMAT (1, 2) is part of the first measuring channel
  • the second pair of EMAT (5, 6) is part of the second measuring channel.
  • Both channels are located in the same sounding plane and are characterized by acoustic coupling, respectively, of generator 1 with receiver 2 and generator 5 with receiver 6 according to a mirror-shadow control scheme, for which generators 1, 5 provide an inclined input of the ultrasound beam to the object of control, and receivers 2 , 6 are shifted from them by a distance corresponding to the thickness of the rail head 3 and the angle of entry of the ultrasound beam.
  • the offset d between the centers of the receivers is equal to the offset between the centers of the generators (Fig. 13) and is 100 mm. Since EMAT 1, 2, 5 and 6 are of the same type, and the regularity of their location the same, the characteristics of the electro-acoustic paths are completely identical.
  • EMAP 1, 2, 5, and 6 are electrically connected by their inputs / outputs to a control device and a data processing device, structurally made as a single digital computing device 8 with an interface part and analog functional units, one of which is a difference amplifier (subtractor) 9 measuring signals.
  • a control device and a data processing device structurally made as a single digital computing device 8 with an interface part and analog functional units, one of which is a difference amplifier (subtractor) 9 measuring signals.
  • the ultrasonic flaw detector is mounted on a railway carriage and the monoblock 7 is brought to the working side surface of the rail 3.
  • the device is put into operation and they begin to move along the rail by scanning the head 3 of the ultrasonic rail with the beam in search of internal defects such as transverse cracks 4.
  • the direction of movement is conditional shown by arrow V, however, due to the uniformity of EMAT 1, 2, 5 and 6 and the symmetry of the sounding scheme, the device is also able to work when moving in the opposite direction.
  • the control device supplies electric pulses to the generators 1, 5 for the emission of ultrasonic vibrations at the same angle to the rail surface.
  • receivers 2 and 6 constantly receive an acoustic through signal reflected from the opposite wall of the rail head 3. The appearance of defect 4 leads to a drop in the level of the useful signal.
  • two identical measuring channels are formed with as close as possible characteristics, the second channel being offset in space by a distance d relative to the first channel along the axis of movement coinciding with the longitudinal axis of the rail (Fig. 11).
  • the electrical signals from the outputs of the receivers 2 and 6 have the form shown in FIG.
  • A is a small defect
  • In - the average defect accompanied by the separation of the monoblock of 7 converters from the surface of the head 3 of the rail
  • C rail joint
  • D is a significant defect.
  • the measuring signals are fed to the input of the difference amplifier 9.
  • the resulting difference signal (Fig. 19 or 20) from the output of the amplifier 9 is transmitted to the input of the computing device 8, which compares the level of the received difference signal with the rejection level and implements other algorithms for processing the measurement results. If the drop in the difference signal level exceeds the rejection level, then the ultrasonic flaw detector informs the operator about the presence of defect 4 in the rail head 3.
  • the second measuring channel is displaced in space relative to the first channel along the axis of movement.
  • defect 4 first crosses the first ultrasound beam, and after a while the second beam.
  • interfering factor that reduces the level of the received signal (bouncing, scattering, corrosion, changing the shape of the profile, the difference between the properties of a real rail from the tuning one, etc.), acts on the measuring channels simultaneously and equally, accordingly, the changes in the measuring signals of the time delay caused by the interfering factor do not have a time delay, and therefore their difference will be close to zero, which allows you to filter out this interference signal, and not to deal with the interfering factor by increasing the gain of the flaw detector, which can lead to the omission of a small or even medium defect.
  • the separation of the monoblock 7 from the rail head 3 had practically no effect on the resulting signal difference, although for each channel individually this was significant, which means an increase in the selectivity of the ultrasonic flaw detector to the controlled defects of the test object during scanning and, as a result, a decrease in the number of false positives in the process of high-speed ultrasonic testing while maintaining the high sensitivity of the flaw detector.
  • the selectivity of the ultrasonic flaw detector to the controlled defects of the test object will be the higher, the closer to each other the characteristics of the electron-acoustic path of the measuring channels, which is determined by a significant the accuracy of setting the equality of the bias between the receivers to the bias between the generators.
  • the distance d is chosen empirically depending on the requirements, in particular, on the speed of control and the size of the detected defects.
  • the increase in the selectivity of the ultrasonic flaw detector to the controlled defects of the test object during the scanning process is achieved with a d value of 3 to 900 mm.
  • the number of generator-receiver pairs for this is chosen from the condition N> 2, where N is the number of channels, which is even.
  • N the number of channels, which is even.
  • two options for the location of the pairs of the generator-receiver are possible: uniform and uneven.
  • the measurement information signal is obtained as the average difference between the signals from the channels with even and odd numbers, which allows you to get rid of random noise. If the channels are shifted unevenly (Fig. 22, where K is a constant), then the difference signals are first weighted, thereby adjusting the result for more accurate selectivity, and then averaged.
  • Possible implementation of the present invention is not limited to the presented example.
  • the technical solution is also suitable for monitoring the rail track from the ski surface to sound the entire rail and even from the side of the rail neck. It is also possible to improve the selectivity, for example, of the multiple mirror-shadow method (multiple shadow method), when the receiver is located at such a distance from the generator that it receives a signal reflected several times from the parallel walls of the test object.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Способ УЗ сканирующего контроля с разностной компенсацией влияния мешающих факторов относится к средствам для дефектоскопического контроля. Способ включает формирование первого и второго измерительных каналов для теневого метода контроля. Оба канала имеют одинаковые характеристики электронно-акустического тракта. Систему преобразователей дефектоскопа приводят в движение и прозвучивают объект контроля. Причем второй измерительный канал смещают в пространстве относительно первого канала по оси движения. Обработка сигналов с выходов каналов включает получение их разностного сигнала. Дефектоскоп содержит пары УЗ генератор-приемник и устройство для обработки данных. Выходы приемников связаны со входом устройства для обработки данных. Причем генераторы и приемники расположены по одной линии в ряд. Устройство для обработки данных выполнено с возможностью получения разностного сигнала. Повышена избирательность дефектоскопа к контролируемым дефектам в процессе сканирования. Уменьшено число ложных срабатываний в процессе скоростного УЗ контроля при условии сохранения высокой чувствительности дефектоскопа.

Description

Способ ультразвукового контроля с разностной компенсацией мешающих факторов
Область техники
Изобретение относится к средствам для ультразвукового (УЗ) контроля протяженных объектов, включая изделия листового, сортового и фасонного проката. Техническое решение может быть использовано для скоростного эксплуатационного контроля железнодорожного рельсового пути.
Предшествующий уровень техники В настоящее время актуален теневой метод УЗ контроля, основанный на регистрации уменьшения амплитуды прошедшей УЗ волны под влиянием дефекта (Алешин Н. П., Белый В. Е., Вопилкин А. X. и др. Методы акустического контроля металлов. Москва: издательство «Машиностроение» , 1989, с. 94-96).
Из патентного документа RU 2340495 С1 известен способ УЗ контроля, включающий формирование первого и второго измерительных каналов для теневого метода контроля, приведение системы преобразователей дефектоскопа в движение и прозвучивание объекта контроля УЗ пучком, а также обработку сигналов с выходов каналов. Также из RU 2340495 С1 известен УЗ дефектоскоп, содержащий пары генератор-приемник для излучения/приема УЗ и устройство для обработки данных, связанное своими входами с выходами приемников. Однако практическая реализация теневого метода и, в частности, известных из RU 2340495 С1 технических решений затруднена из-за возможных ложных срабатываний, вызываемых падением уровня полезного сигнала по разным причинам. Так как форма рабочей грани в сечении рельса отличается от номинальной по причине износа, то измерительный сигнал от электроакустического преобразователя ослабляется вследствие рассеяния части энергии УЗ волн в разные стороны или изменения траектории распространения УЗ волн относительно приемников. Наличие коррозии на отражающей поверхности головки рельса также вызывает частичное рассеивание УЗ волн и как следствие ослабление регистрируемого сигнала для преобразователей любого типа. Загрязнения на отражающей поверхности головки рельса приводят к поглощению УЗ волн и ослаблению полезного сигнала. К ослаблению сигнала приводит и изменение зазора между преобразователем и объектом контроля вследствие подпрыгивания на неровностях поверхности и т. п. Кроме того, затухание УЗ волн отличается в рельсах разных производителей, что означает различие амплитуд принимаемых сигналов от одних и тех же дефектов, если такие рельсы уложены в один путь. В каждом из перечисленных случаев в какой-то момент уровень полезного сигнала в приемнике упадет настолько, что станет ниже браковочного уровня и произойдет ложное срабатывание дефектоскопа, вызванное не наличием дефекта, а слишком большим рассеиванием или поглощением УЗ пучка. По данной причине теневой метод УЗ контроля нашел недостаточное распространение в скоростной дефектоскопии такого важного объекта как рельсовый путь. Раскрытие изобретения
Технической задачей является уменьшение числа ложных срабатываний в процессе скоростного УЗ контроля при условии сохранения высокой чувствительности дефектоскопа.
Обеспечиваемый положительный эффект заключается, по отношению к техническому решению по RU 2340495 С1, в повышении избирательности УЗ дефектоскопа к контролируемым дефектам объекта контроля в процессе сканирования.
Что достигается благодаря тому, что способ УЗ контроля, включающий формирование первого и второго измерительных каналов для теневого метода контроля, приведение системы преобразователей дефектоскопа в движение и прозвучивание объекта контроля УЗ пучком, а также обработку сигналов с выходов каналов, характеризуется тем, что оба канала имеют одинаковые характеристики электронно- акустического тракта, второй измерительный канал смещают в пространстве относительно первого канала по оси движения, а обработка сигналов с выходов каналов включает получение их разностного сигнала.
В частном случае смещение между измерительными каналами выбирают в диапазоне от 3 до 900 мм.
В другом частном случае число измерительных каналов выбирают из условия N > 2, где N— число каналов, являющееся четным.
Также в частном случае каналы смещают равномерно, а сигнал измерительной информации получают как усредненную разность между сигналами из каналов с четными и нечетными номерами. В еще одном частном случае каналы смещают неравномерно, а разностным сигналам придают весовые коэффициенты и усредняют.
Кроме того в УЗ дефектоскопе, содержащем пары генератор-приемник для излучения и приема УЗ, а также устройство для обработки данных, связанное своими входами с выходами приемников, генераторы и приемники расположены по одной линии в ряд, а устройство для обработки данных выполнено с возможностью получения разностного сигнала.
В частном случае пары генераторов и приемников имеют одинаковые характеристики электронно-акустического тракта.
Также в частном случае смещение между приемниками равно смещению между генераторами.
В другом частном случае пары генератор-приемник расположены со взаимным перекрытием.
В другом частном случае смещение между генераторами составляет от 3 до 900 мм.
Также в частном случае все генераторы и приемники собраны в группы из однородных элементов.
В другом частном случае N > 2, где N — число пар генератор-приемник, являющееся четным, а устройство обработки данных выполнено с возможностью получения разностных сигналов с выходов чередующихся измерительных каналов.
В частном случае пары смещены равномерно, а устройство обработки данных выполнено с возможностью усреднения результата измерений. В другом частном случае пары смещены неравномерно, а устройство обработки данных выполнено с возможностью придания разностным сигналам весовых коэффициентов при усреднении.
Описание фигур чертежей Изобретение поясняется следующими иллюстрациями.
Фиг. 1 и 2: зеркально-теневая схема УЗ контроля рельса при отсутствии дефектов, вид сверху; форма сигнала на выходе измерительного канала.
Фиг. 3 и 4: зеркально- теневая схема контроля рельса с дефектом вблизи рабочей грани головки и форма соответствующего сигнала на выходе.
Фиг. 5 и б: зеркально- теневая схема контроля рельса с дефектом в центральной части головки и форма сигнала на выходе.
Фиг. 7 и 8: зеркально-теневая схема контроля рельса с дефектом вблизи внешней части головки и форма измерительного сигнала.
Фиг. 9 и 10: показано увеличение ширины провала измерительного сигнала при обнаружении более протяженного дефекта.
Фиг. 11: схема УЗ контроля рельсов согласно данному изобретению, вид сверху.
Фиг. 12: расположение моноблока УЗ преобразователей на головке рельса с внутренним дефектом, вид с торца рельса.
Фиг. 13: расположение двухканального моноблока УЗ преобразователей на головке рельса, вид сбоку.
Фиг. 14: принципиальная схема УЗ дефектоскопа. Фиг. 15 и 16: форма сигнала на выходе первого измерительного канала при кратковременном отрыве моноблока от головки рельса и при отсутствии отрыва соответственно.
Фиг. 17 и 18: форма сигнала на выходе второго измерительного канала при кратковременном отрыве моноблока от головки рельса и при отсутствии отрыва.
Фиг. 19 и 20: форма разностного сигнала при отрыве моноблока от поверхности рельса и при отсутствии отрыва.
Фиг. 21: четырехканальный моноблок с равномерным смещением каналов.
Фиг. 22: четырехканальный моноблок с неравномерным смещением каналов.
Лучший вариант осуществления изобретения
Использующий зеркально- теневую схему УЗ контроля дефектоскоп для контроля головки железнодорожных рельсов в пути содержит пару акустически связанных между собой электроакустических преобразователей 1 и 2 (фиг. 1). Преобразователь 1 выполняет функцию генератора УЗ колебаний, а преобразователь 2 служит приемником отраженных УЗ волн. Оба преобразователя размещены со стороны рабочей боковой поверхности рельса 3. Зеркально- теневая схема УЗ контроля рельса позволяет по форме сигнала определить глубину нахождения внутреннего дефекта 4 и его размер (фиг. 3-10).
Лучший из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения показан на следующем примере.
Дефектоскоп включает в себя электромагнитно- акустические преобразователи (ЭМАП) 1, 2, 5 и 6. ЭМАП 1 и 2 образуют первую пару акустически связанных преобразователей. Вторая пара образована ЭМАП 5 и 6. ЭМАП 1 и 5 выполняют функцию генераторов УЗ колебаний, а ЭМАП 2 и 6 служат приемниками отраженных от противоположной грани головки рельса 3 УЗ волн. При этом центры акустических осей всех ЭМАП расположены в один ряд и находятся на одной линии L— L (фиг. 11 и 13), конструктивно образуя линейный моноблок 7 преобразователей на общей несущей платформе. Рабочие поверхности ЭМАП 1, 2, 5 и б лежат в одной плоскости и обращены к объекту контроля. Пары ЭМАП расположены со взаимным перекрытием, т. к. элементы первой пары преобразователей чередуются с элементами второй пары. За счет чередования элементов пар генераторы 1, 5 образуют по своему расположению первую однородную группу, а приемники 2, б образуют вторую однородную группу, отдаленную от первой группы.
Первая пара ЭМАП (1, 2) является частью первого измерительного канала, а вторая пара ЭМАП (5, 6) представляет собой часть второго измерительного канала. Оба канала расположены в одной плоскости зондирования и характеризуются акустической связью, соответственно, генератора 1 с приемником 2 и генератора 5 с приемником 6 по зеркально- теневой схеме контроля, для чего генераторы 1, 5 обеспечивают наклонный ввод УЗ луча в объект контроля, а приемники 2, 6 сдвинуты от них на расстояние, соответствующее толщине головки 3 рельса и углу ввода УЗ луча. Смещение d между центрами приемников равно смещению между центрами генераторов (фиг. 13) и составляет 100 мм. Так как ЭМАП 1, 2, 5 и 6 являются однотипными, а закономерность их расположения одинакова, то характеристики электронно-акустических трактов полностью идентичны.
ЭМАП 1, 2, 5 и 6 электрически связаны своими входами/выходами с устройством управления и устройством для обработки данных, конструктивно выполненных в виде единого цифрового вычислительного устройства 8 с интерфейсной частью и аналоговыми функциональными узлами, одним из которых является разностный усилитель (вычитатель) 9 измерительных сигналов.
УЗ дефектоскоп устанавливают на железнодорожную тележку и подводят моноблок 7 к рабочей боковой поверхности рельса 3. Устройство переводят в рабочий режим и начинают перемещать вдоль рельсового пути сканируя таким образом головку 3 рельса УЗ пучком в поисках внутренних дефектов типа поперечных трещин 4. На фигурах направление движения условно показано стрелкой V, однако благодаря однотипности ЭМАП 1, 2, 5 и 6 и симметричности схемы прозвучивания устройство способно работать и при перемещении в противоположном направлении.
Устройство управления подает электрические импульсы на генераторы 1, 5 для излучения УЗ колебаний под одинаковым углом к поверхности рельса. При отсутствии дефекта 4 приемники 2 и 6 постоянно принимают отраженный от противоположной стенки головки 3 рельса акустический сквозной сигнал. Появление дефекта 4 ведет к падению уровня полезного сигнала. Во время сканирования сформированы два идентичных измерительных канала с максимально приближенными характеристиками, причем второй канал смещен в пространстве на расстояние d относительно первого канала по оси движения, совпадающей с продольной осью рельса (фиг. 11). Электрические сигналы с выходов приемников 2 и 6 имеют вид, показанный на фиг. 15-18, где: А— небольшой дефект; В— средний дефект, сопровождающийся отрывом моноблока 7 преобразователей от поверхности головки 3 рельса; С— стык рельсов; D— значительный дефект. Измерительные сигналы поступают на вход разностного усилителя 9. Полученный разностный сигнал (фиг. 19 или 20) с выхода усилителя 9 передают на вход вычислительного устройства 8, сравнивающего уровень полученного разностного сигнала с браковочным уровнем и реализующего другие заложенные в него алгоритмы обработки результатов измерений. Если падение уровня разностного сигнала превышает браковочный уровень, то УЗ дефектоскоп сообщает оператору о присутствии в головке 3 рельса дефекта 4.
Благодаря тому, что генераторы и приемники расположены по одной линии в ряд второй измерительный канал оказывается смещенным в пространстве относительно первого канала по оси движения.
При реализации показанной на фиг. 11 схемы дефект 4 сначала пересекает первый УЗ пучок, а через некоторое время второй пучок. Задержка между падениями сигналов с выходов приемников 2 и б при этом составит St = d/v, где: St — временная задержка между сигналами; d— смещение между каналами; v— скорость движения преобразователей относительно объекта контроля. Благодаря задержке между измерительными сигналами полная амплитуда сигнала от дефекта 4 на разностном сигнале практически удваивается. Однако какой-либо мешающий фактор, снижающий уровень принимаемого сигнала (подпрыгивание, рассеивание, коррозия, изменение формы профиля, отличие свойств реального рельса от настроечного и т. п.), действует на измерительные каналы одновременно и в равной степени, соответственно вызванные мешающим фактором изменения измерительных сигналов временной задержки не имеют, а следовательно их разность будет близка к нулю, что позволяет отфильтровать таким образом данный сигнал помехи, а не бороться с мешающим фактором путем увеличения усиления дефектоскопа, что способно привести к пропуску небольшого или даже среднего дефекта.
Как видно из фиг. 15 и 16 вид сигнала на выходе первого измерительного канала при кратковременном отрыве моноблока 7 от головки 3 рельса существенно отличается от сигнала при отсутствии отрыва. Аналогичная картина наблюдается для второго канала (фиг. 17, 18). Однако при этом кривая разностного сигнала при отрыве (фиг. 19) практически идентична кривой разностного сигнала при отсутствии отрыва (фиг. 20). Таким образом отрыв моноблока 7 от головки 3 рельса практически не сказался на результирующей разнице сигналов, хотя для каждого из каналов по отдельности это было существенно, что означает повышение избирательности УЗ дефектоскопа к контролируемым дефектам объекта контроля в процессе сканирования и как следствие уменьшение числа ложных срабатываний в процессе скоростного УЗ контроля при сохранении высокой чувствительности дефектоскопа.
В процессе сканирования избирательность УЗ дефектоскопа к контролируемым дефектам объекта контроля будет тем выше, чем ближе друг к другу характеристики электронно-акустического тракта измерительных каналов, что определяется в значительной мере точностью задания равенства смещения между приемниками смещению между генераторами.
Расстояние d выбирают опытным путем в зависимости от требований, в частности, к скорости контроля и размерам выявляемых дефектов. На практике повышение избирательности УЗ дефектоскопа к контролируемым дефектам объекта контроля в процессе сканирования достигается при величине d от 3 до 900 мм.
Расположение пар генератор-приемник со взаимным перекрытием, когда все генераторы и приемники собраны в группы из однородных элементов, необходимо если величина d не должна превышать базовое расстояние между преобразователями в паре.
Дополнительно повысить избирательность УЗ дефектоскопа к контролируемым дефектам объекта контроля в процессе сканирования можно при получении измерительной информации с большего числа каналов. Число пар генератор-приемник для этого выбирают из условия N > 2, где N — число каналов, являющееся четным. При этом возможны два варианта расположения пар генератор-приемник: равномерное и неравномерное. При равномерном взаимном смещении пар преобразователей (фиг. 21) сигнал измерительной информации получают как усредненную разность между сигналами из каналов с четными и нечетными номерами, что позволяет избавиться от случайных помех. Если каналы смещены неравномерно (фиг. 22, где К— константа) , то разностным сигналам сначала придают весовые коэффициенты, корректируя таким образом результат для более точной избирательности, а потом усредняют.
Возможные реализация настоящего изобретения не ограничены представленным примером. Техническое решение подходит и для проведения контроля рельсового пути с поверхности катания для прозвучивания всего рельса и даже с боку шейки рельса. Также возможно улучшение избирательности, например, многократно зеркально- теневого метода (метода многократной тени), когда приемник расположен на таком расстоянии от генератора, что принимает сигнал отразившийся несколько раз от параллельных стенок объекта контроля.

Claims

Формула изобретения
1. Способ ультразвукового контроля, включающий формирование первого и второго измерительных каналов для теневого метода контроля, приведение системы преобразователей дефектоскопа в движение и прозвучивание объекта контроля ультразвуковым пучком, а также обработку сигналов с выходов каналов, отличающийся тем, что оба канала имеют одинаковые характеристики электронно-акустического тракта, второй измерительный канал смещают в пространстве относительно первого канала по оси движения, а обработка сигналов с выходов каналов включает получение их разностного сигнала.
2. Способ контроля по п. 1, в котором смещение между измерительными каналами выбирают в диапазоне от 3 до 900 мм.
3. Способ контроля по п. 1, в котором число измерительных каналов выбирают из условия N > 2, где N — число каналов, являющееся четным.
4. Способ контроля по п. 3, в котором каналы смещают равномерно, а сигнал измерительной информации получают как усредненную разность между сигналами из каналов с четными и нечетными номерами.
5. Способ контроля по п. 3, в котором каналы смещают неравномерно, а разностным сигналам придают весовые коэффициенты и усредняют.
6. Ультразвуковой дефектоскоп, содержащий пары генератор- приемник для излучения и приема ультразвука, а также устройство для обработки данных, связанное своими входами с выходами приемников, отличающийся тем, что генераторы и приемники расположены по одной линии в ряд, а устройство для обработки данных выполнено с возможностью получения разностного сигнала.
7. Дефектоскоп по п. 6, в котором пары генератор-приемник имеют одинаковые характеристики электронно-акустического тракта.
8. Дефектоскоп по п. 7, в котором смещение между приемниками равно смещению между генераторами.
9. Дефектоскоп по п. 6, в котором пары генератор-приемник расположены со взаимным перекрытием.
10. Дефектоскоп по п. 6, в котором смещение между генераторами составляет от 3 до 900 мм.
11. Дефектоскоп по п. 6, в котором все генераторы и приемники собраны в группы из однородных элементов.
12. Дефектоскоп по п. 6, в котором N > 2, где N — число пар генератор-приемник, являющееся четным, а устройство обработки данных выполнено с возможностью получения разностных сигналов с выходов чередующихся измерительных каналов.
13. Дефектоскоп по п. 12, в котором пары смещены равномерно, а устройство обработки данных выполнено с возможностью усреднения результата измерений.
14. Дефектоскоп по п. 12, в котором пары смещены неравномерно, а устройство обработки данных выполнено с возможностью придания разностным сигналам весовых коэффициентов при усреднении.
PCT/RU2015/000410 2014-07-04 2015-06-30 Способ ультразвукового контроля с разностной компенсацией мешающих факторов WO2016003326A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017518027A JP6408145B2 (ja) 2014-07-04 2015-06-30 妨害因子の差動補償を有する超音波探傷検査の方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014127346 2014-07-04
RU2014127346/28A RU2560753C1 (ru) 2014-07-04 2014-07-04 Зеркально-теневой способ ультразвукового контроля с разностной компенсацией мешающих факторов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016003326A1 true WO2016003326A1 (ru) 2016-01-07

Family

ID=53880819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000410 WO2016003326A1 (ru) 2014-07-04 2015-06-30 Способ ультразвукового контроля с разностной компенсацией мешающих факторов

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6408145B2 (ru)
RU (1) RU2560753C1 (ru)
WO (1) WO2016003326A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2649636C1 (ru) * 2016-11-29 2018-04-04 Анатолий Аркадиевич Марков Электромагнитно-акустический преобразователь для ультразвукового контроля
RU196378U1 (ru) * 2019-12-23 2020-02-26 Общество с ограниченной ответственностью "НПК "ТЕХНОВОТУМ" Акустический блок рельсового сканера дефектоскопа

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU564592A1 (ru) * 1975-03-03 1977-07-05 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Разработке Неразрушающих Методов И Средств Контроля Качества Материалов Ультразвуковой дефектоскоп
US5677490A (en) * 1993-02-18 1997-10-14 F. H. Gottfeld Gesellschaft Fur Zerstorungsfreie Werkstoffprufung Mbh Ultrasonic testing device for weld seams in pipes, sheets and containers
RU2137120C1 (ru) * 1997-11-04 1999-09-10 Анненков Андрей Станиславович Способ ультразвукового контроля и устройство для его осуществления
RU2158001C1 (ru) * 1999-12-06 2000-10-20 5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации Способ радиопеленгования
JP2006242770A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects 電磁超音波探傷・計測方法及び装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3960005A (en) * 1974-08-09 1976-06-01 Canac Consultants Limited Ultrasonic testing device for inspecting thermit rail welds
JPS6029661A (ja) * 1983-07-27 1985-02-15 Kubota Ltd 溶接部の超音波探傷装置
US4549437A (en) * 1983-09-27 1985-10-29 Weins Janine J Acoustic testing of complex multiple segment structures
JP2000046809A (ja) * 1998-07-31 2000-02-18 Kawasaki Steel Corp 探傷方法
JP2005106597A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Nippon Steel Corp 超音波探傷方法およびその装置
JP2008134209A (ja) * 2006-11-29 2008-06-12 Nagoya Institute Of Technology 超音波探傷方法
JP2013036824A (ja) * 2011-08-05 2013-02-21 East Japan Railway Co 超音波レール探傷装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU564592A1 (ru) * 1975-03-03 1977-07-05 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Разработке Неразрушающих Методов И Средств Контроля Качества Материалов Ультразвуковой дефектоскоп
US5677490A (en) * 1993-02-18 1997-10-14 F. H. Gottfeld Gesellschaft Fur Zerstorungsfreie Werkstoffprufung Mbh Ultrasonic testing device for weld seams in pipes, sheets and containers
RU2137120C1 (ru) * 1997-11-04 1999-09-10 Анненков Андрей Станиславович Способ ультразвукового контроля и устройство для его осуществления
RU2158001C1 (ru) * 1999-12-06 2000-10-20 5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации Способ радиопеленгования
JP2006242770A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects 電磁超音波探傷・計測方法及び装置

Also Published As

Publication number Publication date
RU2560753C1 (ru) 2015-08-20
JP2017517755A (ja) 2017-06-29
JP6408145B2 (ja) 2018-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101467035B (zh) 超声波探伤方法、焊接钢管的制造方法及超声波探伤装置
US8291766B2 (en) Method and device for ultrasound testing
US5165280A (en) Device for testing of oblong objects by means of ultrasonic waves
CN109196350B (zh) 通过超声检测材料中的缺陷的方法
JP2007500340A (ja) 被検体の超音波無破壊試験のための方法及び回路装置
KR20130103508A (ko) 이동 금속 스트립의 검사 장치
CN113939735A (zh) 超声波探伤方法、超声波探伤装置、钢材制造设备列、钢材制造方法及钢材品质保证方法
Murav’ev et al. An analysis of the comparative reliability of acoustic testing methods of bar stock from spring steels
JPS6326345B2 (ru)
WO2016003326A1 (ru) Способ ультразвукового контроля с разностной компенсацией мешающих факторов
US20100128281A1 (en) Microstructural feature and material property monitoring device for metallic material
Edwards et al. Ultrasonic detection of surface-breaking railhead defects
RU152257U1 (ru) Ультразвуковой дефектоскоп для контроля по теневой схеме с разностной компенсацией влияния мешающих факторов при сканировании
RU2613574C1 (ru) Способ ультразвукового обнаружения микротрещин на рабочей выкружке головки рельса
WO2017030458A1 (ru) Ультразвуковая диагностика вертикально-ориентированных дефектов в призматической металлопродукции
Kartashev et al. Pattern-noise in ultrasonic inspection of articles made of complexly structured materials
CN114397365A (zh) 一种超声波检测钢砼结构缺陷方法
JPS61160053A (ja) 超音波探傷試験方法
JP6761780B2 (ja) 欠陥評価方法
JP3629908B2 (ja) ラインフォーカス型超音波探傷方法および装置
RU2587536C1 (ru) Способ измерения коэффициента затухания ультразвука
RU2644438C1 (ru) Способ ультразвукового контроля поверхностных и подповерхностных дефектов металлопродукции и устройство для его осуществления
JPH07253414A (ja) 超音波探傷方法および装置
RU2219538C2 (ru) Способ обнаружения трещин в твердом теле
RU2720043C1 (ru) Способ высокоскоростной ультразвуковой дефектоскопии с использованием эффекта Доплера

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15815635

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017518027

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15815635

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1