一種鋼軌缺陷的多模態(tài)信號檢測方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋼軌缺陷的多模態(tài)信號檢測方法及 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲技術(shù)已經(jīng)在無損檢測領(lǐng)域得到了廣泛而成熟的應(yīng)用，而光聲成像技術(shù)作為近 年來發(fā)展起來的一種無損檢測技術(shù)，也得到了充分地發(fā)展。在高鐵鋼軌的缺陷檢測上，超聲 技術(shù)充分利用了超聲信號的高穿透性，以及鋼軌與傷損空隙、銹蝕等對聲波的聲阻抗差異， 利用探頭發(fā)射超聲波束并獲取回波信號，通過對信號進(jìn)行分析和處理，來判斷與識別鋼軌 的缺陷信息。光聲成像技術(shù)則結(jié)合了純光學(xué)成像的高對比度特性和純超聲成像的高穿透特 性，鋼軌對超聲的衰減散射遠(yuǎn)小于鋼軌對光的衰減和散射，用寬帶超聲探測器檢測超聲波 代替光學(xué)成像中檢測散射光子，可以提供高對比度和高分辨率的影像，其成像達(dá)到厘米量 級深度和微米量級分辨率。以短脈沖激光作為激勵源、光聲信號作為信息載體，根據(jù)鋼軌與 傷損空隙、銹蝕等對特定波長激光的光學(xué)吸收系數(shù)具有較大差別進(jìn)而輻射不同強(qiáng)度超聲波 的原理進(jìn)行成像，通過對采集到的光聲信號進(jìn)行圖像重建，從而得到鋼軌缺陷信息。
[0003] 大多數(shù)無損檢測技術(shù)都需要在對鋼軌進(jìn)行全面掃查后才能得到鋼軌存在的缺陷 信息，檢測效率很低。另外，超聲對于鋼軌表面及淺層缺陷、光聲對于鋼軌內(nèi)部缺陷的檢測 存在不足，檢測范圍有限。然而，針對鋼軌這類檢測對象，其缺陷大多起源于表面，僅能夠確 定表面缺陷的位置，無法向內(nèi)部進(jìn)行檢測，因此，檢測范圍有限且檢測效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種鋼軌缺陷的多模態(tài)信號檢測方法及裝置，以解決 現(xiàn)有無損檢測技術(shù)對鋼軌表面缺陷檢測技術(shù)中存在的檢測范圍有限且檢測效率較低的問 題。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種鋼軌缺陷的多模態(tài)信號檢測方法，該方法包 括：
[0006] 獲取待測鋼軌的表面待測區(qū)域的光學(xué)信號，并根據(jù)所述光學(xué)信號，確定鋼軌表面 傷損的空間分布信息及表面?zhèn)麚p類型；
[0007] 獲取鋼軌表面?zhèn)麚p所在位置區(qū)域的光聲信號，并根據(jù)所述光聲信號，確定鋼軌淺 層傷損的空間分布信息及淺層傷損類型；
[0008] 獲取鋼軌淺層傷損所在位置區(qū)域以及更深處的區(qū)域的超聲回波信號，并根據(jù)所述 超聲回波信號，確定鋼軌深層傷損的空間分布信息及深層傷損類型；
[0009] 根據(jù)鋼軌表面?zhèn)麚p的空間分布信息及表面?zhèn)麚p類型、鋼軌淺層傷損的空間分布信 息及淺層傷損類型及鋼軌深層傷損的空間分布信息及深層傷損類型，對該待測鋼軌進(jìn)行三 維重建。
[0010] 可選的，所述獲取鋼軌表面?zhèn)麚p所在位置區(qū)域的光聲信號，并根據(jù)所述光聲信號， 確定鋼軌淺層傷損的空間分布信息及淺層傷損類型，具體包括：
[0011] 獲取鋼軌表面?zhèn)麚p所在位置區(qū)域的產(chǎn)生光聲信號，根據(jù)所述光聲信號進(jìn)行圖像重 建，得到光聲圖像；
[0012] 對所述光聲圖像進(jìn)行處理與分析，確定鋼軌淺層傷損的空間分布信息及淺層傷損 類型。
[0013] 可選的，所述鋼軌表面?zhèn)麚p的空間分布信息，包括：鋼軌表面?zhèn)麚p的位置、尺寸、延 伸方向。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種鋼軌缺陷的多模態(tài)信號檢測裝置，該裝置 包括：
[0015] 光源、C⑶相機(jī)、光纖、聚焦鏡、多元陣列超聲探頭、脈沖激光器、擴(kuò)束鏡、多通道并 行采集電路和計算機(jī)；所述光源、CCD相機(jī)、脈沖激光器、多元陣列超聲探頭分別與所述多 通道并行采集電路的控制端相連，所述多通道并行采集電路與所述計算機(jī)相連；
[0016] 所述光源，用于照射待測鋼軌；
[0017] 所述CCD相機(jī)，用于采集待測鋼軌的表面待測區(qū)域的光學(xué)信號，并將采集到的光 學(xué)信號傳輸?shù)剿龆嗤ǖ啦⑿胁杉娐罚?br>[0018] 所述脈沖激光器，用于產(chǎn)生對鋼軌表面的待測區(qū)域進(jìn)行掃描的脈沖激光，所述脈 沖激光依次經(jīng)過所述擴(kuò)束鏡和聚焦鏡進(jìn)行擴(kuò)束和聚焦后，耦合至所述光纖照射到鋼軌表面 的待測區(qū)域，以產(chǎn)生光聲信號；
[0019] 所述多元陣列超聲探頭，浸入耦合液中，用于采集鋼軌表面的待測區(qū)域的光聲信 號，以及該區(qū)域更深處的超聲回波信號，并將采集到的光聲信號和超聲回波信號傳輸?shù)剿?述多通道并行采集電路；
[0020] 所述多通道并行采集電路對所述光學(xué)信號、光聲信號和超聲回波信號進(jìn)行預(yù)處理 后上傳至所述計算機(jī)；
[0021] 所述計算機(jī)根據(jù)接收到的光學(xué)信號、光聲信號和超聲回波信號，確定鋼軌表面?zhèn)?損的空間分布信息及表面?zhèn)麚p類型、鋼軌淺層傷損的空間分布信息及淺層傷損類型，以及 鋼軌深層傷損的空間分布信息及深層傷損類型，并對該待測鋼軌進(jìn)行三維重建。
[0022] 可選的，所述裝置還包括：
[0023] 伺服電機(jī)驅(qū)動平臺，用于承載并固定所述光源、CCD相機(jī)、光纖和多元陣列超聲探 頭，并在所述多通道并行采集電路的控制下，對所述光源、CCD相機(jī)、光纖和多元陣列超聲探 頭進(jìn)行位置控制。
[0024] 可選的，所述脈沖激光器產(chǎn)生的脈沖激光，其波長為532nm，脈沖寬度為6nm。
[0025] 本發(fā)明的有益效果為：
[0026] 本發(fā)明提供的鋼軌缺陷的多模態(tài)信號檢測方法及裝置，具有以下有益效果：
[0027] 1.本發(fā)明使用了光學(xué)、光聲與超聲三種模態(tài)的信號進(jìn)行高鐵鋼軌傷損的檢測，利 用光學(xué)信號首先確定鋼軌表面?zhèn)麚p的位置，再利用脈沖激光器與多陣元超聲探頭采集所確 定鋼軌淺層的光聲信號與深層的超聲信號，能夠更加徹底地檢測高鐵鋼軌缺陷；
[0028] 2.本發(fā)明針對鋼軌缺陷幾乎全都起源于表面并向內(nèi)發(fā)展的特點(diǎn)，首先使用CCD相 機(jī)采集高鐵鋼軌表面的光學(xué)信號以確定鋼軌傷損的分布，之后再分別利用光聲信號和超聲 信號來確定該分布區(qū)域內(nèi)的缺陷在淺層與內(nèi)部的情況，從而克服了普通無損檢測方法全面 掃查效率低下的缺點(diǎn)；
[0029] 3.本發(fā)明通過采集到的對高鐵鋼軌光學(xué)信號、光聲信號與超聲信號的處理與融 合，最終建立所檢測鋼軌的三維模型，能夠更直觀更形象的展現(xiàn)該鋼軌存在的問題，從而更 利于制定后期的維護(hù)方案。
【附圖說明】
[0030] 通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明 的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：
[0031] 圖1為本發(fā)明實施例提出的一種鋼軌缺陷的多模態(tài)信號檢測方法的流程圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明實施例提出的一種鋼軌缺陷的多模態(tài)信號檢測方法的邏輯示意圖；
[0033] 圖3為本發(fā)明實施例提出的高鐵鋼軌三種模態(tài)信號的采集區(qū)域示意圖；
[0034] 圖4為本發(fā)明實施例中CCD相機(jī)采集到的高鐵鋼軌表面光學(xué)信號；
[0035] 圖5為本發(fā)明實施例中根據(jù)表面缺陷空間分布確定的（鋼軌表面）激光掃描區(qū) 域；
[0036] 圖6為本發(fā)明實施例中多元陣列超聲探頭采集到的高鐵鋼軌光聲信號示意圖；
[0037] 圖7為本發(fā)明實施例中鋼軌淺層不同深度下的光聲圖像；
[0038] 圖8為本發(fā)明實施例中鋼軌內(nèi)部裂紋在Imm深度下的超聲圖像；
[0039] 圖9為本發(fā)明實施例中鋼軌內(nèi)部裂紋在2mm深度下的超聲圖像；
[0040] 圖10為本發(fā)明實施例中鋼軌內(nèi)部裂紋在3mm深度下的超聲圖像；
[0041] 圖11為本發(fā)明實施例中鋼軌內(nèi)部裂紋在4mm深度下的超聲圖像；
[0042] 圖12為本發(fā)明實施例中鋼軌內(nèi)部裂紋在5mm深度下的超聲圖像；
[0043] 圖13為本發(fā)明實施例中鋼軌內(nèi)部裂紋在6mm深度下的超聲圖像；
[0044] 圖14為本發(fā)明實施例提出的一種鋼軌缺陷的多模態(tài)信號檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實施方式】
[0045] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0046] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式"一"、"一 個"、"所述"和"該"也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措 辭"包括"是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加 一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0047