專利名稱:鋼軌在線超聲波探傷方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于鋼軌無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及應(yīng)用超聲脈沖波反射法檢測(cè)技術(shù)的鋼軌在線探傷方法及其裝置。
背景技術(shù):
鐵路運(yùn)輸向高速化和重載化的方向發(fā)展,對(duì)鋼軌的產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高。對(duì)出廠前鋼軌內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行探傷是鋼軌生產(chǎn)企業(yè)所必須采取的工序,且對(duì)鋼軌探傷的掃查面積越來越高,如時(shí)速達(dá)200Km/h客運(yùn)專線的60Kg/m鋼軌技術(shù)條件中,要求軌頭部分不小于70%,軌腰部分不小于60%。
超聲波檢測(cè)技術(shù)是無損探傷的一種,具有不破壞被檢工件、檢測(cè)速度快、探傷成本相對(duì)低、易于實(shí)現(xiàn)在線探傷等優(yōu)點(diǎn)。目前,被廣泛應(yīng)用到對(duì)鋼軌內(nèi)部質(zhì)量的檢測(cè),該方法的工作原理是產(chǎn)生連續(xù)超聲脈沖波束,再通過耦合介質(zhì)將超聲脈沖波束耦合到待探測(cè)鋼軌內(nèi),然后探測(cè)超聲脈沖波束從鋼軌內(nèi)部反射回來的回波信號(hào),并對(duì)該回波信號(hào)進(jìn)行處理,以判斷鋼軌內(nèi)部有無傷損。
現(xiàn)有技術(shù)中,普遍采用模擬型超聲波探傷儀,如CTS-23、ST-518型為單通道模擬式超聲波探傷儀。在使用過程中,在鋼軌軌頭側(cè)、軌腰及軌底各布置一個(gè)探頭,而探頭起落架控制采用較為簡(jiǎn)單的繼電器與接近開關(guān)組成,該探傷儀存在許多不足1、探傷覆蓋區(qū)域??;2、鋼軌端頭探傷盲區(qū)大,達(dá)300~500mm;3、無界面或背面回波信號(hào)的連續(xù)監(jiān)視功能;4、系統(tǒng)穩(wěn)定性差;5、沒有數(shù)據(jù)采集及自動(dòng)控制裝置;6、調(diào)試探頭不靈活;7、模擬電路探傷儀一臺(tái)只能對(duì)一個(gè)通道進(jìn)行監(jiān)控,如果對(duì)探傷覆蓋面積要求高的鋼軌進(jìn)行檢測(cè)時(shí),就需要很多的通道才能滿足覆蓋面,也就需要很多臺(tái)儀器進(jìn)行監(jiān)控。如果現(xiàn)場(chǎng)儀器過多,放置不方便也不好管理。監(jiān)控多臺(tái)儀器,人為誤判、漏判容易發(fā)生。
現(xiàn)有技術(shù)中,對(duì)鋼軌探傷的機(jī)械裝置進(jìn)行了不斷的改進(jìn),如中國(guó)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?8123430.5,公開號(hào)CN1225453A)公開了一種鋼軌超聲波探傷用探輪以及探傷裝置,其探輪包括由透聲材料制成的輪胎和超聲波發(fā)射/接收組合探頭、滑板以及用于在進(jìn)行探傷時(shí)減小滑板與探輪輪胎壁之間摩擦力的裝置(可以是液體薄膜、可以是在滑板上安裝滾輪或滾珠、還可以是其它裝置),該探傷裝置的特點(diǎn)是,包括用于將該裝置安裝在探傷車體的固定機(jī)構(gòu)和與之相連的升降機(jī)構(gòu),還包括所述的探輪,探輪通過升降機(jī)構(gòu)固定座安裝在所述升降機(jī)構(gòu)上。但該裝置仍然存在一些缺陷設(shè)計(jì)的組合探頭單一,調(diào)節(jié)探頭方便,鋼軌行走過程中無穩(wěn)定裝置,鋼軌表面的毛刺、氧化皮等易損壞探輪。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于,提供了一種能在線對(duì)鋼軌進(jìn)行超聲波探傷的方法,以及提供一種用于實(shí)施該方法的裝置,克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷,滿足生產(chǎn)高質(zhì)量鋼軌的需要。
按照本發(fā)明的第一個(gè)方面,提供了一種鋼軌在線超聲波探傷方法,包括下列依次步驟用試塊對(duì)儀器進(jìn)行校正;通過約束裝置使運(yùn)行中的鋼軌達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),鋼軌再進(jìn)入測(cè)速區(qū);通過測(cè)速裝置得到鋼軌的運(yùn)動(dòng)速度信息,將信息傳送給電氣控制計(jì)算機(jī);電氣控制計(jì)算機(jī)控制探頭起落架相對(duì)鋼軌起落;電氣控制計(jì)算機(jī)對(duì)信息處理后,把不同通道要探傷的指令傳送到相應(yīng)的觸發(fā)器,而產(chǎn)生高頻脈沖觸發(fā)相應(yīng)通道的探頭產(chǎn)生超聲波對(duì)鋼軌進(jìn)行探傷;探頭接收鋼軌反射回來的超聲波,并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再通過A/D轉(zhuǎn)換把信息傳給波形處理計(jì)算機(jī);波形處理計(jì)算機(jī)對(duì)有缺陷的鋼軌指令噴標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)標(biāo)記并報(bào)警。
進(jìn)一步的是,探傷過程為多通道多探頭探傷,即在一個(gè)顯示屏上同時(shí)顯示16個(gè)通道,還在另一個(gè)顯示屏中采用了模擬鋼軌形式顯示。
進(jìn)一步的是,在鋼軌測(cè)速過程中,利用一個(gè)固定周長(zhǎng)的測(cè)量輪及編碼器,以測(cè)速輪所轉(zhuǎn)的圈數(shù),通過編碼器輸入給電氣控制計(jì)算機(jī),從而計(jì)算出鋼軌所走的長(zhǎng)度,來控制探頭的起落。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面,提供了一種鋼軌在線超聲波探傷裝置,該裝置包括機(jī)械系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng),其中機(jī)械系統(tǒng)由鋼軌引導(dǎo)機(jī)構(gòu)、鋼軌導(dǎo)向約束機(jī)構(gòu)、多晶片超聲波探頭、兩套測(cè)速機(jī)構(gòu)、接觸耦合式探頭起落架、探頭架調(diào)整機(jī)構(gòu)和噴標(biāo)裝置構(gòu)成;信息處理系統(tǒng)包括數(shù)字型超聲波探傷儀、波形處理計(jì)算機(jī)及其波形顯示器;自動(dòng)控制系統(tǒng)包括探頭起落架、噴標(biāo)裝置和測(cè)速機(jī)構(gòu)的三部分,其中探頭起落架和噴標(biāo)裝置的控制部分由接近開關(guān)、光電旋轉(zhuǎn)編碼器、PLC控制器、電氣控制計(jì)算機(jī)及其顯示器組成。
數(shù)字式超聲波探傷儀能完成超聲波脈沖的發(fā)射、接收、放大及高速采集數(shù)據(jù)和處理波形。
多晶片探頭的耦合方式采用直接接觸法,多晶片探頭包括水箱、安裝軸、探頭晶片,在探頭晶片之間還包括隔聲層,在水箱上設(shè)置有進(jìn)水口,隔聲層凸出探傷平面一定距離,以達(dá)到減少雜波、提高信噪比的目的。多晶片探頭的晶片為2~4個(gè)。
測(cè)速機(jī)構(gòu),為擺動(dòng)機(jī)構(gòu),包括編碼器、擺動(dòng)架、擺動(dòng)軸、支承架、圓柱螺旋壓縮彈簧、制動(dòng)塊和測(cè)量輪,編碼器與測(cè)量輪同軸安裝在擺動(dòng)架的軸承孔內(nèi),擺動(dòng)架通過擺動(dòng)軸安裝在支承架上,圓柱螺旋壓縮彈簧使擺動(dòng)架向上擺動(dòng),直到測(cè)量輪的制動(dòng)軸經(jīng)與制動(dòng)塊壓緊。
接觸耦合式探頭起落架,采用擺動(dòng)導(dǎo)向、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu),包括氣缸、安裝螺栓、調(diào)整螺栓、圓柱螺旋壓縮彈簧、搖臂、擺輪支承座、擺輪軸、擺動(dòng)架、橫向擺動(dòng)軸和探頭,氣缸帶動(dòng)搖臂繞其支承軸擺動(dòng),擺輪支承座通過兩根開口銷固定在搖臂上,擺輪支承座上安裝兩根擺動(dòng)軸,擺動(dòng)軸的兩端各安裝一個(gè)擺輪,擺動(dòng)架通過其扇形滾動(dòng)道與擺輪配合安裝在擺動(dòng)支承座上,并可以繞扇形滾道中心在擺輪支承座上擺動(dòng),探頭通過橫向擺動(dòng)軸安裝在擺動(dòng)架上。
探頭架調(diào)整機(jī)構(gòu)包括橫移手輪、升降手輪、鎖緊螺釘、升降絲桿、橫移絲桿和安裝螺栓,升降絲桿和橫移絲桿互相垂直。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型的裝置有如下明顯優(yōu)點(diǎn)1、減少了探傷盲區(qū)長(zhǎng)度,可以使探傷盲區(qū)降低到100mm以下。
2、采用數(shù)字型超聲波探傷儀,可以自動(dòng)記錄報(bào)警的波形和模擬情況,降低了探傷人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
3、利用多晶片探頭,具有零敏度高、雜波少、探測(cè)范圍可調(diào)等優(yōu)點(diǎn),提高了探頭的信噪比。
4、鋼軌在探傷過程中行走穩(wěn)定可靠。
附圖1是數(shù)字型超聲波探傷儀的自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖。
附圖2是雙晶片探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3是三晶片探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4(a)、(b)是測(cè)速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖5(a)、(b)是接觸耦合式探頭起落架的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖6是探頭架調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步地闡明。
實(shí)施例1一種鋼軌在線超聲波探傷裝置,該裝置包括機(jī)械系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng),其中機(jī)械系統(tǒng)由鋼軌引導(dǎo)機(jī)構(gòu)、鋼軌導(dǎo)向約束機(jī)構(gòu)、多晶片超聲波探頭1、兩套測(cè)速機(jī)構(gòu)2、接觸耦合式探頭起落架3、探頭架調(diào)整機(jī)構(gòu)4和噴標(biāo)裝置5構(gòu)成;信息處理系統(tǒng)包括數(shù)字型超聲波探傷儀、波形處理計(jì)算機(jī)及其波形顯示器;自動(dòng)控制系統(tǒng)包括探頭起落架3、噴標(biāo)裝置5和測(cè)速機(jī)構(gòu)2的三部分,其中探頭起落架3和噴標(biāo)裝置5的控制部分由接近開關(guān)6、光電旋轉(zhuǎn)編碼器7、PLC控制器、電氣控制計(jì)算機(jī)及其顯示器組成。
多晶片探頭1的耦合方式采用直接接觸法,多晶片探頭1包括水箱11、安裝軸12、晶片13,在晶片13之間還包括隔聲層14,在水箱上設(shè)置有進(jìn)水孔15,隔聲層14凸出探傷平面一定距離;多晶片探頭1的晶片13為2個(gè)(附圖2)。
測(cè)速機(jī)構(gòu)2,為擺動(dòng)機(jī)構(gòu),包括編碼器21、擺動(dòng)架22、擺動(dòng)軸23、支承架24、圓柱螺旋壓縮彈簧25、制動(dòng)塊26和測(cè)量輪27;編碼器21與測(cè)量輪27同軸安裝在擺動(dòng)架22的軸承孔內(nèi),擺動(dòng)架22通過擺動(dòng)軸23安裝在支承架上,圓柱螺旋壓縮彈簧25使擺動(dòng)架22向上擺動(dòng),直到測(cè)量輪27的制動(dòng)軸經(jīng)與制動(dòng)塊26壓緊;利用一個(gè)固定周長(zhǎng)的測(cè)量輪27及編碼器21,以測(cè)量輪27所轉(zhuǎn)的圈數(shù),通過編碼器21輸入給計(jì)算機(jī),從而計(jì)算出鋼軌所走的長(zhǎng)度,來控制探頭的起落。
接觸耦合式探頭起落架3,采用擺動(dòng)導(dǎo)向、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu),包括氣缸31、安裝螺栓32、調(diào)整螺栓33、圓柱螺旋壓縮彈簧34、搖臂35、擺輪支承座36、擺輪軸37、擺動(dòng)架38、橫向擺動(dòng)軸39和探頭30;氣缸31帶動(dòng)搖臂35繞其支承軸擺動(dòng),擺輪支承座36通過兩根開口銷固定在搖臂35上,擺輪支承座36上安裝兩根擺動(dòng)軸,擺動(dòng)軸的兩端各安裝一個(gè)擺輪,擺動(dòng)架38通過其扇形滾動(dòng)道與擺輪配合安裝在擺動(dòng)支承座36上,并可以繞扇形滾道中心在擺輪支承座36上擺動(dòng),探頭1通過橫向擺動(dòng)軸安裝在擺動(dòng)架38上。
探頭架調(diào)整機(jī)構(gòu)4包括橫移手輪41、升降手輪42、鎖緊螺釘43、升降絲桿44、橫移絲桿45和安裝螺栓46;所述的升降絲桿44和橫移絲桿45互相垂直。
測(cè)速機(jī)構(gòu)2、探頭起落架3和噴標(biāo)裝置5的工作過程是(附圖1)鋼軌沿著箭頭方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)軌頭到達(dá)接近開關(guān)6時(shí),電氣控制計(jì)算機(jī)8啟動(dòng)計(jì)數(shù)器,鋼軌經(jīng)過光電旋轉(zhuǎn)編碼器7并帶動(dòng)編碼器軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)開始計(jì)數(shù)。電氣控制計(jì)算機(jī)根據(jù)計(jì)數(shù)器得到的脈沖數(shù),判斷軌頭到達(dá)某個(gè)探頭位置時(shí),控制該探頭起落架壓下。當(dāng)鋼軌尾部脫離編碼器7時(shí),計(jì)算機(jī)將失去測(cè)量信號(hào),為了使鋼軌在整個(gè)探傷區(qū)域內(nèi)部能進(jìn)行測(cè)量,設(shè)計(jì)編碼器7。當(dāng)軌頭到達(dá)接近開關(guān)6時(shí),計(jì)算機(jī)啟動(dòng)編碼器7接著計(jì)數(shù)。在設(shè)計(jì)安裝位置時(shí),必須保證在鋼軌尾部脫離編碼器7之前,軌頭應(yīng)接觸到編碼器7,且探頭起落架3和噴標(biāo)裝置必須安裝在兩個(gè)編碼器7之間。當(dāng)鋼軌尾部脫離接近開關(guān)6時(shí),計(jì)算機(jī)開始計(jì)算鋼軌尾部的位置。當(dāng)尾部到達(dá)某個(gè)探頭位置時(shí)控制探頭起落架抬起,否則尾部毛刺將掛壞探頭。當(dāng)鋼軌逆向運(yùn)動(dòng)時(shí),工作原理相同。
實(shí)施例2一種鋼軌在線超聲波探傷裝置,該裝置的測(cè)速機(jī)構(gòu)2、接觸耦合式探頭起落3和探頭架調(diào)整機(jī)構(gòu)4的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的相同,但其探頭的晶片為3個(gè)(附圖3)。
使用實(shí)施例1和實(shí)施例2提供的鋼軌在線超聲波探傷裝置,鋼軌探傷覆蓋面積盲區(qū)大小及探傷靈敏度如下表
權(quán)利要求
1.鋼軌在線超聲波探傷方法,其特征在于,包括下列依次步驟(1)用試塊對(duì)儀器進(jìn)行校正;(2)通過約束裝置使運(yùn)行中的鋼軌達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),鋼軌再進(jìn)入測(cè)速區(qū);(3)通過測(cè)速裝置得到鋼軌的運(yùn)動(dòng)速度信息,將信息傳送給電氣控制計(jì)算機(jī);(4)電氣控制計(jì)算機(jī)控制探頭起落架相對(duì)鋼軌起落;(5)電氣控制計(jì)算機(jī)對(duì)信息處理后,把不同通道要探傷的指令傳送到相應(yīng)的觸發(fā)器,而產(chǎn)生高頻脈沖觸發(fā)相應(yīng)通道的探頭產(chǎn)生超聲波對(duì)鋼軌進(jìn)行探傷;(6)探頭接收鋼軌反射回來的超聲波,并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再通過A/D轉(zhuǎn)換把信息傳給波形處理計(jì)算機(jī);(7)波形處理計(jì)算機(jī)對(duì)有缺陷的鋼軌指令噴標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)標(biāo)記并報(bào)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼軌在線超聲波探傷方法,其特征在于,探傷過程為多通道多探頭探傷,即在一個(gè)顯示屏上同時(shí)顯示1 6個(gè)通道,還在另一個(gè)顯示屏中采用了模擬鋼軌形式顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼軌在線超聲波探傷方法,其特征在于,在鋼軌測(cè)速過程中,利用一個(gè)固定周長(zhǎng)的測(cè)量輪及編碼器,以測(cè)速輪所轉(zhuǎn)的圈數(shù),通過編碼器輸入給電氣控制計(jì)算機(jī),從而計(jì)算出鋼軌所走的長(zhǎng)度,來控制探頭的起落。
4.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1,2或3所述方法的鋼軌在線超聲波探傷裝置,該裝置包括機(jī)械系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng),其中機(jī)械系統(tǒng)由鋼軌引導(dǎo)機(jī)構(gòu)、鋼軌導(dǎo)向約束機(jī)構(gòu)、多晶片超聲波探頭、兩套測(cè)速機(jī)構(gòu)、接觸耦合式探頭起落架、探頭架調(diào)整機(jī)構(gòu)和噴標(biāo)裝置構(gòu)成;信息處理系統(tǒng)包括數(shù)字型超聲波探傷儀、波形處理計(jì)算機(jī)及其波形顯示器;自動(dòng)控制系統(tǒng)包括探頭起落架、噴標(biāo)裝置和測(cè)速機(jī)構(gòu)的三部分,其中探頭起落架和噴標(biāo)裝置的控制部分由接近開關(guān)、光電旋轉(zhuǎn)編碼器、PLC控制器、電氣控制計(jì)算機(jī)及其顯示器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼軌在線超聲波探傷裝置,其特征在于,所述多晶片探頭的耦合方式采用直接接觸法,多晶片探頭包括水箱、安裝軸、探頭晶片,在探頭晶片之間還包括隔聲層,在水箱上設(shè)置有進(jìn)水口,隔聲層凸出探傷平面一定距離;多晶片探頭的晶片為2~4個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼軌在線超聲波探傷裝置,其特征在于,所述的測(cè)速機(jī)構(gòu),為擺動(dòng)機(jī)構(gòu),包括編碼器、擺動(dòng)架、擺動(dòng)軸、支承架、圓柱螺旋壓縮彈簧、制動(dòng)塊和測(cè)量輪,編碼器與測(cè)量輪同軸安裝在擺動(dòng)架的軸承孔內(nèi),擺動(dòng)架通過擺動(dòng)軸安裝在支承架上,圓柱螺旋壓縮彈簧使擺動(dòng)架向上擺動(dòng),直到測(cè)量輪的制動(dòng)軸經(jīng)與制動(dòng)塊壓緊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼軌在線超聲波自動(dòng)探傷裝置,其特征在于,所述的接觸耦合式探頭起落架,采用擺動(dòng)導(dǎo)向、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu),包括氣缸、安裝螺栓、調(diào)整螺栓、圓柱螺旋壓縮彈簧、搖臂、擺輪支承座、擺輪軸、擺動(dòng)架、橫向擺動(dòng)軸和探頭,氣缸帶動(dòng)搖臂繞其支承軸擺動(dòng),擺輪支承座通過兩根開口銷固定在搖臂上,擺輪支承座上安裝兩根擺動(dòng)軸,擺動(dòng)軸的兩端各安裝一個(gè)擺輪,擺動(dòng)架通過其扇形滾動(dòng)道與擺輪配合安裝在擺動(dòng)支承座上,并可以繞扇形滾道中心在擺輪支承座上擺動(dòng),探頭通過橫向擺動(dòng)軸安裝在擺動(dòng)架上。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼軌在線超聲波自動(dòng)探傷裝置,其特征在于,所述的探頭架調(diào)整機(jī)構(gòu)包括橫移手輪、升降手輪、鎖緊螺釘、升降絲桿、橫移絲桿和安裝螺栓;所述的升降絲桿和橫移絲桿互相垂直。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋼軌無損探傷技術(shù)領(lǐng)域,公開了一種鋼軌在線超聲波探傷方法及其裝置。鋼軌在線超聲波探傷裝置包括機(jī)械系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng),其中機(jī)械系統(tǒng)由鋼軌引導(dǎo)機(jī)構(gòu)、鋼軌導(dǎo)向約束機(jī)構(gòu)、多晶片超聲波探頭、測(cè)速機(jī)構(gòu)、兩套接觸耦合式探頭起落架、探頭架調(diào)整機(jī)構(gòu)和噴標(biāo)裝置構(gòu)成;信息處理系統(tǒng)包括數(shù)字型超聲波探傷儀、波形處理計(jì)算機(jī)及其波形顯示器;自動(dòng)控制系統(tǒng)包括探頭起落架、噴標(biāo)和測(cè)速三部分,由接近開關(guān)、光電旋轉(zhuǎn)編碼器、PLC控制器、電氣控制計(jì)算機(jī)及其顯示器組成。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于減少了探傷盲區(qū)長(zhǎng)度,可以使探傷盲區(qū)降低到100mm以下;調(diào)節(jié)探頭方便,提高工作效率;鋼軌行走穩(wěn)定性提高;本系統(tǒng)可以自動(dòng)記錄報(bào)警的波形和模擬情況,降低了探傷人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G01N29/04GK1508540SQ0215567
公開日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者李楊輝, 李高龍, 戰(zhàn)金龍, 趙國(guó)立, 范方靈, 王彥中, 梅東生, 陳朝明, 曾富, 顧延風(fēng) 申請(qǐng)人:攀枝花鋼鐵有限責(zé)任公司