本發(fā)明涉及一種檢測系統(tǒng)及其檢測方法，特別是一種鋼軌焊縫超聲檢測系統(tǒng)及其檢測方法。

背景技術(shù)：

鋼軌焊縫探傷一直是鐵路無損檢測的難點，目前國內(nèi)國外都沒有公認(rèn)的好辦法，針對鋼軌接頭處焊縫，主要采用超聲波進行檢測。

目前，在國內(nèi)鐵路工務(wù)部門檢測過程中，針對鋼軌焊縫中體積型缺陷，主要采用大角度單晶斜探頭、直探頭檢測，在鋼軌的軌頭踏面和軌腳斜坡面使用a型脈沖反射式超聲進行掃查，在鋼軌軌頭踏面需要分別用斜探頭和直探頭進行掃查，用斜探頭進行鋸齒形掃查，斜探頭掃查過程中需要保持一定的偏轉(zhuǎn)角，用直探頭在鋼軌踏面作橫向和縱向移動掃查，在軌腳斜面用斜探頭進行鋸齒形掃查，斜探頭掃查過程中需要保持一定的偏轉(zhuǎn)角；針對鋼軌焊縫中面積型缺陷，采用雙探頭法進行在踏面進行串列式掃查，采用雙探頭法在軌頭側(cè)面及軌底側(cè)面進行k型掃查。

工務(wù)部門在鋼軌焊縫檢測過程中通過探傷作業(yè)人員，對超聲波探傷儀a掃波形進行監(jiān)看，并根據(jù)經(jīng)驗進行判斷是否存在傷損，這種探傷方法嚴(yán)重依賴于探傷工的操作，效率低、且易出現(xiàn)誤探和漏探。針對上述鋼軌焊縫超聲探傷工作中效率低、易漏探等情況，中國專利第201610968932.4號公開了“一種鋼軌焊縫超聲波檢測裝置及檢測方法”，該發(fā)明采用多個a型超聲探頭同時對鋼軌焊縫進行檢測，一定程度上提高了效率。但該發(fā)明提供的鋼軌焊縫超聲波檢測裝置無法對鋼軌整個截面全覆蓋檢測，檢測過程中仍需要人工補充掃查較多位置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種軌焊縫超聲檢測系統(tǒng)及其檢測方法，對鋼軌截面進行有效全覆蓋檢測。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種鋼軌焊縫超聲檢測系統(tǒng)，其特征在于：包含掃查模塊、超聲相控陣模塊和成像處理模塊，掃查模塊用于掃查鋼軌各面情況，超聲相控陣模塊與掃查模塊連接用于產(chǎn)生超聲信號并將接收返回的超聲信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，成像處理模塊與超聲相控陣模塊連接用于從超聲相控陣模塊獲取數(shù)據(jù)進行顯示、成像、存儲、分析。

進一步地，所述掃查模塊包含框架、導(dǎo)向桿、傳動組件、第一支臂、第二支臂、踏面第一相控陣探頭、踏面第二相控陣探頭、軌底斜面第一相控陣探頭、軌底斜面第二相控陣探頭、踏面第一探頭、踏面第二探頭、軌頭側(cè)面第一探頭、軌頭側(cè)面第二探頭、軌底側(cè)面第一探頭、軌底側(cè)面第二探頭和探頭信號分配器，導(dǎo)向桿水平設(shè)置并且導(dǎo)向桿兩端固定在框架上，第一支臂和第二支臂滑動設(shè)置子導(dǎo)向桿上并且第一支臂和第二支臂設(shè)置在傳動組件上由傳動組件驅(qū)動沿導(dǎo)向桿滑動，踏面第一相控陣探頭、軌底斜面第一相控陣探頭、踏面第一探頭、軌頭側(cè)面第一探頭、軌底側(cè)面第一探頭固定在第一支臂上，踏面第二相控陣探頭、軌底斜面第二相控陣探頭、踏面第二探頭、軌頭側(cè)面第二探頭、軌底側(cè)面第二探頭固定在第二支臂上，踏面第一相控陣探頭、踏面第二相控陣探頭、軌底斜面第一相控陣探頭、軌底斜面第二相控陣探頭、踏面第一探頭、踏面第二探頭、軌頭側(cè)面第一探頭、軌頭側(cè)面第二探頭、軌底側(cè)面第一探頭和軌底側(cè)面第二探頭與探頭信號分配器連接由探頭信號分配器分配信號。

進一步地，所述傳動組件與電機連接由電機驅(qū)動，電機與電池組連接由電池組進行供電。

進一步地，所述傳動組件包含同步帶、第一同步帶輪和第二同步帶輪，第一同步帶輪和第二同步帶輪分別轉(zhuǎn)動設(shè)置在框架兩側(cè)，同步帶設(shè)置在第一同步帶輪和第二同步帶輪上，第一同步帶輪與電機連接由電機驅(qū)動，第二同步帶輪上設(shè)置有編碼器，第一支臂和第二支臂分別與同步帶固定連接。

進一步地，所述第一支臂固定在同步帶上側(cè)，第二支臂固定在同步帶下側(cè)，第一支臂和第二支臂沿相反方向滑動。

進一步地，所述框架上側(cè)設(shè)置有紅外準(zhǔn)直器。

進一步地，所述成像處理模塊包括電源單元、電源分配板、工控板、顯示器、鍵盤板、安全及通訊接口板、指示燈和報警器，電源單元連接電源分配板，電源分配板連接工控板、顯示器、安全及通訊接口板，提供工控板、顯示器和安全及通訊接口板工作所需電源，工控板連接鍵盤板、顯示器和安全及通訊接口板，安全及通訊接口板連接指示燈和報警器，工控板通過信號傳輸線連接超聲相控陣模塊，電源分配板連接超聲相控陣模塊并為其提供工作所需電源。

一種鋼軌焊縫超聲檢測方法，其特征在于包含以下步驟：

步驟1：連接上電，首先將各部件連續(xù)上電，成像處理模塊向電源分配板發(fā)出電源指令，將超聲相控陣模塊上電，然后成像處理模塊通過數(shù)據(jù)線與超聲相控陣模塊進行連接，對超聲相控陣模塊進行參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)讀?。?/p>

步驟2：初始化，超聲相控陣模塊通過信號線、探頭分配器項探頭組發(fā)出信號并收回超聲信號，掃查模塊通過傳動單元將探頭組移動到初始位置；成像處理模塊將編碼器的值置為初值，將成像顯示置為空；

步驟3：校準(zhǔn)靈敏度，在試塊上校準(zhǔn)本鋼軌焊縫檢測系統(tǒng)中各個探頭的靈敏度；

步驟4：校準(zhǔn)完畢探頭靈敏度后，用戶向成像處理模塊發(fā)出檢測操作指令，并同時向掃查模塊發(fā)出掃查指令，探頭組開始移動，超聲相控陣模塊將從探頭組獲取的超聲數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)匠上裉幚硐到y(tǒng)，成像處理模塊進行實時成像處理，并生成指定a掃和圖譜；探頭組到達終點位置后，成像處理模塊將檢測數(shù)據(jù)和成像數(shù)據(jù)存儲到存儲器。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：本發(fā)明將超聲相控陣技術(shù)和傳統(tǒng)a超技術(shù)有機的進行了結(jié)合，所開發(fā)的鋼軌焊縫超聲檢測系統(tǒng)充分利用超聲相控陣扇掃覆蓋范圍大的特征，實現(xiàn)了超聲聲束對鋼軌截面全覆蓋，配合探頭組的移動，實現(xiàn)對鋼軌焊縫區(qū)域全覆蓋檢測，并在軟件中加入鋼軌仿真圖，判傷更加簡便、快捷。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種鋼軌焊縫超聲檢測系統(tǒng)的示意圖。

圖2是本發(fā)明的一種鋼軌焊縫超聲檢測系統(tǒng)的掃查模塊示意圖。

圖3是本發(fā)明的一種鋼軌焊縫超聲檢測系統(tǒng)的掃查模塊俯視圖。

圖4是本發(fā)明的一種鋼軌焊縫超聲檢測系統(tǒng)的連接框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實施例。

如圖1所示，本發(fā)明的一種鋼軌焊縫超聲檢測系統(tǒng)，包含掃查模塊、超聲相控陣模塊和成像處理模塊，掃查模塊用于掃查鋼軌各面情況，超聲相控陣模塊與掃查模塊連接用于產(chǎn)生超聲信號并將接收返回的超聲信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，成像處理模塊與超聲相控陣模塊連接用于從超聲相控陣模塊獲取數(shù)據(jù)進行顯示、成像、存儲、分析。

掃查模塊與超聲相控陣模塊通過多芯信號線和編碼器線相連，超聲相控陣模塊與成像處理模塊通過信號傳輸線相連。掃查模塊通過多芯信號線與超聲相控陣模塊實現(xiàn)雙向通信，超聲相控陣模塊通過編碼器獲取位置信號，超聲相控陣模塊與成像處理模塊通過信號傳輸線雙向通信。掃查模塊負(fù)責(zé)穩(wěn)定可靠的掃查，包括探頭的運動、探頭與鋼軌的耦合、編碼器的脈沖產(chǎn)生及傳輸，是超聲檢測的輔助工裝。超聲相控陣模塊負(fù)責(zé)產(chǎn)生超聲信號并將接收返回的超聲信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，是超聲相控陣檢測的核心部件。成像處理模塊負(fù)責(zé)從超聲相控陣模塊獲取數(shù)據(jù)進行顯示、成像、存儲、分析等工作，是超聲相控陣檢測中與探傷人員交互信息的關(guān)鍵。

如圖2和3所示，掃查模塊包含框架15、導(dǎo)向桿14、傳動組件9、第一支臂7、第二支臂8、踏面第一相控陣探頭1、踏面第二相控陣探頭2、軌底斜面第一相控陣探頭3a、軌底斜面第二相控陣探頭3b、踏面第一探頭4a、踏面第二探頭4b、軌頭側(cè)面第一探頭5a、軌頭側(cè)面第二探頭5b、軌底側(cè)面第一探頭6a、軌底側(cè)面第二探頭6b和探頭信號分配器，導(dǎo)向桿14水平設(shè)置并且導(dǎo)向桿14兩端固定在框架15上，第一支臂7和第二支臂8滑動設(shè)置子導(dǎo)向桿14上并且第一支臂7和第二支臂8設(shè)置在傳動組件9上由傳動組件9驅(qū)動沿導(dǎo)向桿14滑動，踏面第一相控陣探頭1、軌底斜面第一相控陣探頭3a、踏面第一探頭4a、軌頭側(cè)面第一探頭5a、軌底側(cè)面第一探頭6a固定在第一支臂7上，踏面第二相控陣探頭2、軌底斜面第二相控陣探頭3b、踏面第二探頭4b、軌頭側(cè)面第二探頭5b、軌底側(cè)面第二探頭6b固定在第二支臂8上，踏面第一相控陣探頭1、踏面第二相控陣探頭2、軌底斜面第一相控陣探頭3a、軌底斜面第二相控陣探頭3b、踏面第一探頭4a、踏面第二探頭4b、軌頭側(cè)面第一探頭5a、軌頭側(cè)面第二探頭5b、軌底側(cè)面第一探頭6a和軌底側(cè)面第二探頭6b與探頭信號分配器連接由探頭信號分配器分配信號。

傳動組件9與電機10連接由電機10驅(qū)動，電機10與電池組11連接由電池組11進行供電。傳動組件9包含同步帶、第一同步帶輪和第二同步帶輪，第一同步帶輪和第二同步帶輪分別轉(zhuǎn)動設(shè)置在框架15兩側(cè)，同步帶設(shè)置在第一同步帶輪和第二同步帶輪上，第一同步帶輪與電機10連接由電機10驅(qū)動，第二同步帶輪上設(shè)置有編碼器13，第一支臂7和第二支臂8分別與同步帶固定連接。第一支臂7固定在同步帶上側(cè)，第二支臂8固定在同步帶下側(cè)，第一支臂7和第二支臂8沿相反方向滑動。傳動組件9為同步帶輪和同步帶傳動結(jié)構(gòu)，亦可為鏈輪和鏈板傳送結(jié)構(gòu)、滾輪和鋼絲繩傳動結(jié)構(gòu)，傳動組件9與電機10通過聯(lián)軸器鏈接?？蚣?5上側(cè)設(shè)置有紅外準(zhǔn)直器12。

踏面第一探相控陣探頭1、踏面第二相控陣探頭2、軌底斜面第一相控陣探頭3a、軌底斜面第二相控陣探頭3b、踏面第一探頭4a、踏面第二探頭4b、軌頭側(cè)面第一探頭5a、軌頭側(cè)面第二探頭5b、軌底側(cè)面第一探頭6a和軌底側(cè)面第二探頭6b檢測鋼軌焊縫中體積型缺陷和面積型缺陷，超聲相控陣模塊整合編碼器編譯的位置信號和探頭信號分配器通過多芯信號線傳來的超聲信號。踏面第一探相控陣探頭1檢測鋼軌軌頭、軌腰及軌腰延伸部，踏面第二相控陣探頭2檢測檢測鋼軌軌頭、軌腰及軌腰延伸部，其中，踏面第一相控陣探頭1扇掃聲束面垂直于鋼軌與鋼軌平行,踏面第二探相控陣探頭2扇掃聲束面垂直于鋼軌與鋼軌截面平行。軌底斜面第一相控陣探頭3a布置于軌底斜面上，與鋼軌成一定的偏轉(zhuǎn)方向，檢測鋼軌對側(cè)軌腳和軌底三角區(qū)，軌底斜面第一相控陣探頭3a和軌底斜面第二相控陣探頭3b的檢測范圍覆蓋了整個鋼軌軌底和軌底三角區(qū)。踏面第一探頭4a和踏面第二探頭4b布置于鋼軌踏面，采用雙探頭串列式掃查對軌頭、軌腰及軌腰延伸部面積型缺陷進行檢測，軌頭側(cè)面第一探頭5a和軌頭側(cè)面第二探頭5b，采用雙探頭k型掃查對軌頭區(qū)域面積型缺陷進行檢測；軌底側(cè)面第一探頭6a和軌底側(cè)面第二探頭6b布置于鋼軌軌底側(cè)面，采用雙探頭k型掃查對軌底區(qū)域面積型缺陷進行檢測。

如圖4所示，成像處理模塊包括電源單元、電源分配板、工控板、顯示器、鍵盤板、安全及通訊接口板、指示燈和報警器，電源單元連接電源分配板，電源分配板連接工控板、顯示器、安全及通訊接口板，提供工控板、顯示器和安全及通訊接口板工作所需電源，工控板連接鍵盤板、顯示器和安全及通訊接口板，安全及通訊接口板連接指示燈和報警器，工控板通過信號傳輸線連接超聲相控陣模塊，電源分配板連接超聲相控陣模塊并為其提供工作所需電源。

相控陣板卡分出4路相控陣通道和6路常規(guī)通道，4路相控陣通道連接至相控陣探頭，6路常規(guī)通道連接至6個常規(guī)探頭。成像處理模塊從超聲相控陣獲取數(shù)據(jù)后，將超聲信號以a掃、p掃、b掃、c掃和d掃形式在屏幕上直接顯示，并監(jiān)控是否超標(biāo)，超標(biāo)則發(fā)出警報信號。成像處理模塊生成的傷損圖譜中設(shè)置有鋼軌輪廓仿真，利于傷損的識別。鋼軌焊縫超聲檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上由超聲相控陣模塊和成像處理模塊組成的超聲相控陣主機和掃查模塊組成。鋼軌焊縫超聲檢測系統(tǒng)總體架構(gòu)：工控板、超聲相控陣的硬件架構(gòu)，主機內(nèi)部用信號傳輸線連接工控板和超聲相控陣模塊，操作系統(tǒng)運行于工控板上，上位機軟件運行在操作系統(tǒng)上。工控板采用工業(yè)計算機主板，超聲相控陣板卡為不小于64通道專業(yè)相控陣板卡，工業(yè)計算機主板與相控陣板卡采用usb3.0數(shù)據(jù)傳輸線，操作系統(tǒng)選用嵌入式操作系統(tǒng)，上位機軟件為自主開發(fā)的鋼軌超聲相控陣檢測軟件。電源單元安裝在主機機殼內(nèi)，提供電源供電至電源分配板，并通過電源分配板向計算機主板、相控陣板卡、安全和通訊接口板供電；顯示采用高亮液晶顯示器，亮度達到600流明，室外作業(yè)清晰可見，同時配備工業(yè)級觸摸屏；主機的操作面板采用輕觸開關(guān)構(gòu)成的鍵盤面板為主體，配合工業(yè)級觸摸屏，提供方便可靠的人機交互界面。

一種鋼軌焊縫超聲檢測方法，包含以下步驟：

步驟1：連接上電，首先將各部件連續(xù)上電，成像處理模塊向電源分配板發(fā)出電源指令，將超聲相控陣模塊上電，然后成像處理模塊通過數(shù)據(jù)線與超聲相控陣模塊進行連接，對超聲相控陣模塊進行參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)讀??；

步驟2：初始化，超聲相控陣模塊通過信號線、探頭分配器項探頭組發(fā)出信號并收回超聲信號，掃查模塊通過傳動單元將探頭組移動到初始位置；成像處理模塊將編碼器的值置為初值，將成像顯示置為空；

步驟3：校準(zhǔn)靈敏度，在試塊上校準(zhǔn)本鋼軌焊縫檢測系統(tǒng)中各個探頭的靈敏度；

步驟4：校準(zhǔn)完畢探頭靈敏度后，用戶向成像處理模塊發(fā)出檢測操作指令，并同時向掃查模塊發(fā)出掃查指令，探頭組開始移動，超聲相控陣模塊將從探頭組獲取的超聲數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)匠上裉幚硐到y(tǒng)，成像處理模塊進行實時成像處理，并生成指定a掃和圖譜；探頭組到達終點位置后，成像處理模塊將檢測數(shù)據(jù)和成像數(shù)據(jù)存儲到存儲器。

本發(fā)明將超聲相控陣技術(shù)和傳統(tǒng)a超技術(shù)有機的進行了結(jié)合，所開發(fā)的鋼軌焊縫超聲檢測系統(tǒng)充分利用超聲相控陣扇掃覆蓋范圍大的特征，實現(xiàn)了超聲聲束對鋼軌截面全覆蓋，配合探頭組的移動，實現(xiàn)對鋼軌焊縫區(qū)域全覆蓋檢測，并在軟件中加入鋼軌仿真圖，判傷更加簡便、快捷。

本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明所作的舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明說明書的內(nèi)容或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。