一種動車組空心車軸超聲波檢測系統(tǒng)及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種動車組空心車軸內(nèi)部缺陷超聲波檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]動車組空心車軸作為列車的重要部件之一，空心車軸在實際運用中的運行受載狀態(tài)比較復(fù)雜，不僅承受制動力和鋼軌的反作用力，而且承受來自線路的沖擊載荷和通過曲線時橫向作用于輪緣的導(dǎo)向力。此外，車軸的各配合部位有著大小不一的軸向力、徑向力、剪切力、彎矩、扭矩等載荷的單獨作用或共同作用，因而車軸在列車運行過程中容易損毀。從普通的列車、特快列車、動車組再到高速鐵路，速度大大提高，在高速運行的狀態(tài)下，空心車軸的要求越來越高，空心車軸的內(nèi)部小小裂紋或者缺陷給列車安全帶來了巨大的安全隱患。動力軸如果出現(xiàn)2毫米或超過2毫米的材質(zhì)缺陷，就達到鐵道部的報廢標(biāo)準(zhǔn)；如不報廢，繼續(xù)使用可能造成車輛斷軸、脫軌顛覆。如果高鐵動力車廂的動力軸出問題，列車可能會脫軌，給人們的生命財產(chǎn)安全造成巨大的威脅。
[0003]目前，動車組空心車軸缺陷檢測有兩種方法:一種是基于電磁感應(yīng)原理的渦流檢測法，另一種是超聲波檢測方法。渦流探傷是以交流電磁線圈在金屬構(gòu)件表面感應(yīng)產(chǎn)生渦流的無損探傷技術(shù)。它主要適用于導(dǎo)電的材料，包括鐵磁性和非鐵磁性金屬材料構(gòu)件的缺陷檢測。盡管在檢測時不要求線圈與構(gòu)件緊密接觸，不需需要使用藕合劑，容易實現(xiàn)檢驗自動化，但是渦流探傷僅適用于導(dǎo)電材料，只能檢測表面或近表面層的缺陷，不便使用于形狀復(fù)雜的構(gòu)件，不能檢測空心車軸內(nèi)部缺陷。超聲波探傷是利用超聲波能夠透入金屬材料的深處，并由一截面進入另一截面時，在界面邊緣發(fā)生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法，當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時就分別發(fā)生反射波，根據(jù)反射的回波強度判斷內(nèi)部缺陷的。
[0004]目前的超聲波檢測設(shè)備有日本的第一代產(chǎn)品HI S-3LF型和其后的改進型產(chǎn)品SBA-60HS型超聲波探傷設(shè)備。但是，它們超聲波探頭數(shù)目少、通道少，只能檢測外表面和近表面的周向裂紋，檢測能力非常有限并且人工依賴程度高，主觀性強，因此誤判率高。不僅如此，空心車軸軸型兼容性較差，不能實現(xiàn)實時A掃B掃C掃顯示，不能夠?qū)崟r切換，耗時長且效率低。
[0005]日本產(chǎn)品SBA-60HS型只有4個探頭，4通道數(shù)，探傷能力較弱，只能檢測出外表附近周向裂紋，探測能力非常有限。在探測過程中，只能實現(xiàn)實時A掃顯示，回放B掃C掃顯示，不能實時顯示，必須探測結(jié)束后回放依靠人工判讀才能詳細得出缺陷位置大小等信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明旨在實現(xiàn)的技術(shù)問題為:設(shè)計一種動車組空心軸超聲波檢測系統(tǒng)，使之具有兼容性強、檢測范圍廣、精度高、誤判率低、人工依賴程度低的特點；能夠?qū)崟rA掃顯示并能實時切換B掃C掃顯示類型，回放時也能夠動態(tài)變換顯示類型；對超聲波的探傷數(shù)據(jù)進行顏色空間的映射，并用不同顏色表示缺陷與否，不同深度表示缺陷大??；實時存儲讀取數(shù)據(jù)、快速繪制二維圖形，用戶軟件內(nèi)存性能高度的優(yōu)化；系統(tǒng)能夠靈活配置軸型、檢測范圍等參數(shù)，具有存儲回放等功能；探桿探頭的選型、安裝；多用戶登陸系統(tǒng)，不同權(quán)限的分配。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種動車組空心車軸超聲波檢測系統(tǒng)，本系統(tǒng)的主要組成是安裝探頭的探桿模塊、用于控制探桿進給和旋轉(zhuǎn)的電機控制模塊、用于探傷接收上位機用戶軟件命令并收發(fā)超聲波探傷數(shù)據(jù)的UT模塊、接收探傷數(shù)據(jù)、處理探傷數(shù)據(jù)、繪制探傷圖形及存儲回放等其它功能的用戶軟件。本系統(tǒng)的整個結(jié)構(gòu)如附圖1所示。所述系統(tǒng)的檢測步驟如下:
[0008]步驟1:登陸用戶軟件，獲得管理員操作權(quán)限；檢測UT設(shè)備和上位機基于UDP和TCP協(xié)議的通信和電機控制模塊的串口通信及其油泵是否正常，如果不正常，將會提示相關(guān)錯誤，退出系統(tǒng)后查找相關(guān)錯誤并調(diào)試正常后，方可進入系統(tǒng)；
[0009]步驟2:進入系統(tǒng)后，基于UDP協(xié)議對UT設(shè)備進行初始化設(shè)置，基于串口協(xié)議對電機控制模塊進行初始化，設(shè)置空心車軸的原點；用戶界面繪出軸型輪廓圖和探桿位置；預(yù)置繪圖RGB顏色空間；
[0010]步驟3:進入系統(tǒng)探傷界面，選擇軸型、檢測范圍等參數(shù)，生成配置數(shù)據(jù)簇；電機控制模塊根據(jù)配置數(shù)據(jù)簇，探桿進給到探傷起點位置，進給過程中油泵給油，確保探桿頭和軸型空腔嚙合，用戶界面軸型輪廓空腔內(nèi)的探桿根據(jù)實時位置重新繪制，視覺上具有實時“移動”的效果，移動到探傷起點位置；根據(jù)選擇的參數(shù)對UT進行設(shè)置，等待探傷開始；
[0011]步驟4:探桿到達探傷起點、UT配置完畢后，探傷開始；電機模塊驅(qū)動探桿進給和旋轉(zhuǎn)并給潤滑油，使得探桿頭在于軸型空腔內(nèi)有效腔嚙合情況下螺旋式移動；用戶界面空心車軸內(nèi)部空腔內(nèi)的探頭，模擬旋轉(zhuǎn)和進給，圖中位置和實際位置成比例對應(yīng)；υτ設(shè)備通過探頭發(fā)送超聲波，并接受超聲波回波，經(jīng)過UT設(shè)備的初步整理后，基于TCP協(xié)議發(fā)送給上位機用戶軟件；原始超聲波探傷數(shù)據(jù)的接收流程如圖2所示；
[0012]步驟5:上位機用戶軟件接收到探傷數(shù)據(jù)后，分類處理，轉(zhuǎn)換A掃B掃C掃數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換后的A掃B掃C掃每個通道數(shù)據(jù)，存儲于各自移位寄存器中；讀取選擇的A掃數(shù)據(jù)通道，將對應(yīng)通道的移位寄存器中的數(shù)據(jù)送至界面的示波器予以顯示探傷波形；讀取選擇的顯示類型和通道，提取移位寄存器中的數(shù)據(jù)后，根據(jù)相關(guān)閾值，將超聲波數(shù)據(jù)映射到RGB顏色空間，將預(yù)置的顏色空間中的數(shù)據(jù)替換為超聲波對應(yīng)的RGB空間；超聲波探傷數(shù)據(jù)至RGB空間映射流程如圖3所示；
[0013]所述探傷數(shù)據(jù)處理方法為:將所述探傷數(shù)據(jù)按通道分類，相同的通道進入不同的數(shù)據(jù)處理線程；將接收到的一幀數(shù)據(jù)存儲在數(shù)組，在用戶界面示波器中顯示A掃圖；將接收到的一幀數(shù)據(jù)取出最大值存入預(yù)置數(shù)組，旋轉(zhuǎn)一周后得到數(shù)組，即為C掃數(shù)據(jù)；旋轉(zhuǎn)一周后，得到多幀探傷數(shù)據(jù)，提取對應(yīng)點上的數(shù)據(jù)最大值組成數(shù)組，即為B掃數(shù)據(jù)；
[0014]步驟6:改變相關(guān)閾值，觀察B掃C掃繪制的圖形，如果符合探傷缺陷范圍要求則繼續(xù)探傷，否則可以停止探傷節(jié)省時間；探傷結(jié)束，保存以備回放；如果停止探傷，UT停止發(fā)送超聲波數(shù)據(jù)，探桿停止并移動到初始化位置；
[0015]步驟7:探傷完畢后，UT設(shè)備停止發(fā)送數(shù)據(jù)，探桿停止并移動到初始化位置；提示保存以否，保存以備回放；如果保存，所有通道的探傷數(shù)據(jù)在閾值為100%的條件下對應(yīng)RGB空間數(shù)據(jù)保存于數(shù)據(jù)庫中；回放讀取數(shù)據(jù)庫中探傷數(shù)據(jù)流程如圖4所示；
[0016]所述探傷結(jié)果的查閱方法為:根據(jù)對缺陷的嚴(yán)格程度設(shè)定閾值，閾值范圍為0-100%，0%表示所有的缺陷都視為嚴(yán)重不可忽略缺陷，100%表示所有的缺陷都視為輕微可忽略缺陷；對于特定閾值，閾值以下缺陷以黑色不同深度表示，閾值以上缺陷以紅色不同深度表示；
[0017]所述探傷數(shù)據(jù)和顏色映射方法為:以閾值為界限，閾值以下所述探傷數(shù)據(jù)的大小對應(yīng)RGB空間的值，探傷數(shù)據(jù)為O時對應(yīng)RGB值為OxFFFFFF，顏色為白色，探傷數(shù)據(jù)為臨界閾值是對應(yīng)RGB值為0x000000，顏色為黑色，其它探傷數(shù)據(jù)值均勻?qū)?yīng)顏色值；閾值界限以上對應(yīng)紅色，遠離閾值顏色為深紅，對應(yīng)RGB值為OxFFOOOO，靠近閾值顏色為淺紅，對應(yīng)RGB值為FFF0F0，其它探傷數(shù)據(jù)值對應(yīng)RGB空間后16位均勻分配。
[0018]步驟8:點擊記錄查詢，選擇查詢?nèi)掌诜秶业綄?yīng)的文件，雙擊進入回放模式；數(shù)據(jù)庫中的各通道探傷數(shù)據(jù)預(yù)存至移位寄存器中，對應(yīng)空心車軸輪廓圖繪制在面板上，在默認(rèn)通道和閾值下繪制出B掃C掃圖；根據(jù)實際需要，調(diào)節(jié)閾值和顯示類型通道，移位寄存器中的數(shù)據(jù)根據(jù)閾值映射到RGB空間，繪制探傷圖形，肉眼即可判斷是否有紅色區(qū)域，紅色區(qū)域即為缺陷，也可以生成報表；
[0019]所述探傷結(jié)果繪圖方法為:每一個探傷數(shù)據(jù)點對應(yīng)繪圖二維空間的兩個像素點；預(yù)置繪圖空間，對應(yīng)RGB值為OxFFFFFF顏色為白色；接收到探傷數(shù)據(jù)后，經(jīng)過處理映射后得到的數(shù)據(jù)點置換預(yù)置二維數(shù)組中對應(yīng)的點；
[0020]步驟9:退出回放界面，點擊安全退出；檢查所有設(shè)備是否回復(fù)到正常位置，如果未回復(fù)正常位置，則提示相關(guān)內(nèi)容，人工選擇回復(fù)正常后不再提示錯誤，退出用戶，關(guān)閉權(quán)限并退出整個系統(tǒng)。
[0021]本設(shè)計