多相控陣探頭動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)聚焦檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種利用多個(gè)相控陣探頭聯(lián)動(dòng)進(jìn)行超聲波檢測的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)車輪軸是軌道機(jī)車的重要組成部分，機(jī)車的重量最終都壓在輪軸上，在機(jī)車運(yùn)行時(shí)輪軸兩端(主要是指輪座處)受到變剪切力容易產(chǎn)生裂紋，危害極大，機(jī)車運(yùn)行中一旦斷軸將導(dǎo)致機(jī)車脫軌造成嚴(yán)重事故。針對輪座部位的裂紋檢測主要通過超聲檢測實(shí)現(xiàn)。目前國內(nèi)針對輪座裂紋的超聲檢測主要有兩種，一種是采用固定角度的常規(guī)探頭(非相控陣探頭，例如，單晶探頭或雙晶探頭)，另一種是采用單只相控陣探頭。由于裂紋主要為環(huán)向裂紋(即裂紋大體上位于輪軸的橫截面內(nèi)，包括周向、徑向以及介于周向和徑向之間的裂紋)，而壓裝壓痕基本上也呈環(huán)向延伸，二者的回波類似，根據(jù)回波難以分辨出是壓裝壓痕還是裂紋，裂紋具有危害性，而壓裝壓痕沒有，如果將裂紋判定為壓裝壓痕，則造成漏檢，如果將壓裝壓痕判定為裂紋，則將導(dǎo)致廢品率提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)下的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種多相控陣探頭動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)聚焦檢測方法，該方法可以減小漏檢率，提高檢出率，提高周向定量精度，分辨出是壓裝損傷還是自然裂紋，從而顯著提高檢測結(jié)果的可信度。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種多相控陣探頭動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)聚焦檢測方法:所用超聲掃查器設(shè)有左、中、右三個(gè)相控陣探頭，使各個(gè)所述探頭位于待測輪軸的近輪座處，左、右兩個(gè)探頭相對于中探頭對稱分布，各個(gè)所述探頭的波束從不同方向斜向穿過輪軸，使探測區(qū)域位于徑向上與所述中探頭相對的輪座區(qū)域上的另一側(cè)近表面區(qū)域，所述中探頭發(fā)射的波束的中線與所述輪軸的軸線相交，所述左、右探頭的波束相對于所述中探頭的波束對稱，當(dāng)所述中探頭檢測到缺陷回波時(shí)，如果所述左、右探頭針對同一區(qū)域的回波中一個(gè)高于槽的回波而另一個(gè)低于槽的回波，則判定該區(qū)域?yàn)榱鸭y，如果所述左、右探頭得到的同一區(qū)域的兩個(gè)回波均低于槽的回波且波幅高度基本相同，則判定該區(qū)域不是裂紋
進(jìn)一步地，當(dāng)所述中探頭檢測到缺陷回波時(shí)，如果所述左、右探頭針對同一區(qū)域的回波中，一個(gè)高于裂紋判斷上閾值而另一個(gè)低于裂紋判斷下閾值，則判定該區(qū)域?yàn)榱鸭y，如果所述左、右探頭得到的同一區(qū)域的兩個(gè)回波均位于預(yù)設(shè)的壓痕回波上下限之間，且兩個(gè)回波的比值介于預(yù)設(shè)的壓痕回波比值區(qū)間，則判定該區(qū)域不是裂紋。
[0005]各個(gè)所述探頭的波束的可探測范圍為徑向上與所述中探頭相對的輪座區(qū)域上的另一側(cè)全部近表面區(qū)域，所述輪座區(qū)域是包含所述輪座、輪座前肩、輪座后肩和位于輪座前肩前方的防塵擋圈座與輪座之間過渡圓角在內(nèi)的軸段。
[0006]所述左、右探頭的波束與所述中探頭的波束的夾角均優(yōu)選為5-15度。
[0007]各個(gè)所述探頭的工作頻率優(yōu)選為2.5MHz-5MHz。
[0008]各個(gè)所述探頭優(yōu)選采用一維線陣探頭。
[0009]各個(gè)所述探頭的波束偏轉(zhuǎn)方向優(yōu)選為所述中探頭發(fā)射的波束的中線在所述輪軸的橫截面上的投影所在的直徑方向。使得本方法不僅能掃描輪軸近表面區(qū)域，而且能掃描靠近輪軸心部的區(qū)域。
[0010]對于前述任意一種所述的多相控陣探頭動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)聚焦檢測方法，還包括:用所述檢測設(shè)備的輪軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)使所述輪軸定軸旋轉(zhuǎn)，各個(gè)所述探頭與所述輪軸作相對圓周運(yùn)動(dòng)以掃描所述輪座區(qū)域的全部表面。
[0011]各個(gè)所述探頭分別固定安裝在同一個(gè)有機(jī)玻璃楔塊的上面。
[0012]所述有機(jī)玻璃楔塊的折射角度可以為35-55度。
[0013]所述檢測設(shè)備還可以設(shè)有超聲相控陣檢測儀、自動(dòng)檢測掃查器本體、輪軸進(jìn)輪定位裝置、輪軸出輪推動(dòng)裝置、水栗、水槽、耦合水收集裝置和用于控制檢測設(shè)備啟停、輪軸進(jìn)輪定位裝置動(dòng)作、輪軸出輪推動(dòng)裝置動(dòng)作、輪軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作以及水栗啟停的運(yùn)動(dòng)控制裝置，各個(gè)所述探頭安裝在所述自動(dòng)檢測掃查器本體上，各個(gè)所述探頭的檢測信號輸出端通過相控陣電纜連接所述超聲相控陣檢測儀的檢測信號輸入端。
[0014]所述多相控陣探頭動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)聚焦檢測方法可以采用如下步驟:
(1)將帶有所述輪軸的輪對通過軌道移動(dòng)到檢測位置，將所述探頭置于所述輪軸相應(yīng)的探頭放置位置；
(2)啟動(dòng)噴水耦合以及輪軸定軸旋轉(zhuǎn)，所述探頭相對于所述輪軸做周向運(yùn)動(dòng)，輪軸旋轉(zhuǎn)過程中使各個(gè)所述探頭對所述輪座進(jìn)行掃描檢測；
(3)各個(gè)所述探頭的檢測數(shù)據(jù)通過相控陣電纜傳遞給超聲相控陣檢測儀，所述檢測數(shù)據(jù)保存到所述超聲相控陣檢測儀中；
(4)檢測同時(shí)所述超聲相控陣檢測儀中的數(shù)據(jù)同步顯示在計(jì)算機(jī)上，進(jìn)行可疑信號分析，排除壓裝壓痕，對檢測缺陷進(jìn)行標(biāo)記報(bào)警。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明用多個(gè)探頭同時(shí)從不同方向發(fā)射波束指向并匯聚到同一個(gè)探測區(qū)域，各探頭均采用自發(fā)自收工作方式，通過對多個(gè)探頭針對同一探測區(qū)域的回波的綜合分析，實(shí)現(xiàn)對同一個(gè)缺陷的更高精度的定位定量檢測。該檢測方法彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)下采用固定角度的常規(guī)探頭或單只相控陣探頭檢測時(shí)由于缺陷取向與探測方向之間角度的局限性導(dǎo)致的漏檢、誤報(bào)或檢測精度低的不足，還利用左、右探頭各自的回波實(shí)現(xiàn)了確定缺陷準(zhǔn)確邊界的目的。
[0016]尤其是在深入探究空間中裂紋的不規(guī)則特點(diǎn)和槽的規(guī)則特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，充分利用所述左、右探頭針對同一探測區(qū)域的回波之間的差異性，實(shí)現(xiàn)了對裂紋還是表面槽的有效區(qū)分，既不會因?yàn)檎`將裂紋判定為表面槽導(dǎo)致漏檢，也不會因?yàn)檎`將表面槽判定為裂紋導(dǎo)致的廢品率增加，由此顯著提高了超聲探傷時(shí)的檢出率，降低漏檢率、誤報(bào)率和輪軸報(bào)廢率，提尚周向定量精度，大幅度提尚檢測結(jié)果的精確性和可?目度。
[0017]由于所述探頭的波束是穿過輪徑指向所述輪座對側(cè)的探測區(qū)域，因此，該方法可以在車輪仍然安裝在輪軸輪座上的狀態(tài)下進(jìn)行檢測，降低維護(hù)成本。
[0018]由于三只探頭均為相控陣探頭，可使探測區(qū)域從輪座近表面位置一直深入到輪軸的心部，因此無論是區(qū)分裂紋和壓裝壓痕還是檢測裂紋的位置和尺寸等，在輪軸輪座的整體實(shí)體范圍都能獲得較高的探測精度和準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明采用三只探頭檢測時(shí)各部分的縱向結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的橫向結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是各個(gè)所述探頭在輪座周向展開平面上的投影示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]參見圖1-3，本發(fā)明公開了一種多相控陣探頭動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)聚焦檢測方法:所用超聲掃查器設(shè)有左、中、右三個(gè)相控陣探頭，使各個(gè)所述探頭位于待測輪軸4的近輪座43處，左、右兩個(gè)探頭2、3相對于中探頭I對稱分布，各個(gè)所述探頭的波束從不同方向斜向穿過輪軸，使探測區(qū)域位于徑向上與所述中探頭相對的輪座區(qū)域上的另一側(cè)近表面區(qū)域，所述中探頭發(fā)射的波束的中線與所述輪軸的軸線42相交(二者所構(gòu)成的面可以稱為對稱平面)，所述左、右探頭的波束相對于所述中探頭的波束對稱(也可以視為相對所述對稱平面左右對稱)，綜合各探頭針對同一探測區(qū)域檢測的結(jié)果實(shí)現(xiàn)對同一個(gè)缺陷的檢測。各探頭均為自發(fā)自收工作方式，當(dāng)所述中探頭檢測到缺陷回波時(shí)，如果所述左、右探頭針對同一區(qū)域的回波中一個(gè)高于槽的回波而另一個(gè)低于槽的回波，則判定該區(qū)域?yàn)榱鸭y，如果所述左、右探頭得到的同一區(qū)域的兩個(gè)回波均低于槽的回波且波幅高度基本相同，則判定該區(qū)域不是裂紋。
[0021]進(jìn)一步地，對于某個(gè)區(qū)域是否存在裂紋的判斷方法可以具體為:當(dāng)所述中探頭檢測到缺陷回波時(shí)，如果所述左、右探頭針對同一區(qū)域的回波中，一個(gè)高于裂紋判斷上閾值而另一個(gè)低于裂紋判斷下閾值，則判定該區(qū)域?yàn)榱鸭y，如果所述左、右探頭得到的同一區(qū)域的兩個(gè)回波均位于預(yù)設(shè)的壓痕回波上下限之間，且兩個(gè)回波的比值介于預(yù)設(shè)的壓痕回波比值區(qū)間，則判定該區(qū)域不是裂紋，可能是表面槽或壓裝壓痕。
[0022]所述裂紋判斷上閾值、裂紋判斷下閾值、壓痕回波上限、壓痕回波下限以及所述預(yù)設(shè)的壓痕回波比值區(qū)間的兩個(gè)端值可以參考正常的槽的回波根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。其目的是利用自然裂紋和槽(或壓裝壓痕)由于邊界規(guī)則與否的不同而在回波上表現(xiàn)出的差異性大小上的區(qū)別，當(dāng)左右兩側(cè)回波一個(gè)明顯高于正常的槽的回波，而另一個(gè)明顯低于正常的槽的回波時(shí)，即可判定為裂紋，當(dāng)左右兩側(cè)回波均低于一定值(即較弱)且二者差異較小(即二者基本相同)時(shí)，即可判定為壓裝壓痕或槽。通常，壓痕回波上限小于裂紋判斷上閾值，所述預(yù)設(shè)的壓痕回波比值區(qū)間是以I為中間值的一個(gè)窄區(qū)間。
[0023]通過對多個(gè)探頭針對同一探測區(qū)域回波的綜合分析實(shí)現(xiàn)缺陷定位定量檢測，彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)下由于缺陷取向與探測方向之間角度的局限性導(dǎo)致的漏檢或誤報(bào)，還使得定位定量檢測精度顯著提高。
[0024]由于裂紋是不規(guī)則的，而用于模擬裂紋的表面槽是規(guī)則的，當(dāng)采用相對于所述裂紋或表面槽呈左右對稱分布的兩個(gè)探頭同時(shí)探測同一區(qū)域時(shí)，對于裂紋，兩個(gè)探頭的回波波幅往往一高一低，而對于表面槽，兩個(gè)探頭的回波波幅往往均較弱且波幅高度基本相同。由于設(shè)置