[發明專利]一種基于相控陣探頭的機車車輛車輪缺陷檢測裝置

有效

• 申請號: 200910164336.0
• 申請日: 2009-09-03
• 公開（公告）號: CN101639463A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 王黎;高曉蓉;王澤勇;趙全柯;楊凱;張渝;彭建平;彭朝勇;趙波
• 申請（專利權）人: 北京主導時代科技有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 成都博通專利事務所
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明涉及到一種機車車輛車輪輪輻區域超聲波探傷檢測裝置。

背景技術

車輪是包括動車組在內的機車車輛走行系統的關鍵部件，其基本結構如圖1所示，包括：輪緣63、踏面64、輪輞62、輪輻61、輻板孔611、輪轂60。車輪6的內部狀態和表面的裂紋直接關系到行車安全。鐵路提速的大發展以及高速動車組的快速建設，對車輪的質量提出了更高的要求。為避免有缺陷的車輪在運行時發生事故，確保列車行駛的安全，需要對車輪輪輞和輪輻部分進行探傷。同時，為提高高速列車的運營效率，要求對車輪輪輞輪輻進行不拆卸輪對的在線式檢測(探傷)。車輪探傷目前較有效的方法是超聲波檢測，其原理是：如果介質即車輪中有氣孔、裂紋、分層等缺陷(缺陷中有氣體)或夾雜，超聲波傳播到介質與缺陷的界面處時，就會全部或部分反射。反射回來的超聲波被探頭接收，可以根據波形的變化特征判斷缺陷在工件的深度、位置和形狀。超聲波探傷優點是檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害，能對缺陷進行定位和定量，適合輪輞輪輻的無損探傷。

由于車輪輪輞62部分距離踏面64的距離較小，而且結構差別不大，因此輪輞62部分的探傷與輪輻區域相比更容易；而輪輻61區域結構復雜且離踏面64表面距離較遠，要檢測整個輪輻61區域需要的探頭數量大，對探頭布局要求嚴格，尤其是在線式檢測的空間約束更大。目前尚無對輪輻61區域進行在線自動化檢測的簡單有效方法。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于相控陣探頭的機車車輛車輪缺陷檢測裝置，該裝置能夠從踏面上在線自動化檢測車輪輪幅區域各點的缺陷，檢測效率高，檢測結果準確，且其結構簡單，使用操作方便。

本發明實現其發明目的，所采用的技術方案是，一種基于相控陣探頭的機車車輛車輪缺陷檢測裝置，其結構特點是：

與控制機構相連的探頭支架上連接有超聲波相控陣探頭，相控陣探頭置于輪對的踏面上，輪對踏面的下部置于頂轉輪裝置的頂輪和轉輪上；超聲波相控陣探頭與數據處理及控制計算機相連；

所述的相控陣探頭有左、右兩個，左探頭和右探頭等距離地遠離輪緣，而與車輪滾動圓的軸向距離為0～10mm；左探頭和右探頭的在車輪滾動圓上相距的弧長為220～600mm；左探頭和右探頭的軸線與車輪滾動圓面的扭轉角度相同，該扭轉角度為0～30度。

本發明的工作過程和工作原理是：

利用頂轉輪裝置將輪對向上頂起，再由控制機構將探頭支架置于輪對的踏面上，從而使相控陣探頭按設定位置分布在車輪的踏面上；頂轉輪裝置驅動轉輪轉動，帶動輪對相對于探頭作圓周運動。完成車輪踏面表面的濕潤后，相控陣探頭自動一次性的完成對輪輻區域不同深度、不同方向的缺陷檢測，其超聲檢測的工作原理如下：

每個超聲波相控陣探頭由多個陣元組成，工作時，數據處理及控制計算機根據幾何聲程差，計算出可使各陣元的發射聲束在聚焦點聚焦的各陣元激勵信號所需的延時時間。再以該設定的延遲時間順序激勵各陣元，使各陣元按設定的延時規律依次發射出超聲波，在設定的聚集點處相干疊加增強，在聚集點以外區域疊加減弱，甚至抵消。接收聚焦和上述的發射聚焦為互逆的過程，遵守相同的幾何聚焦延遲規律即各陣元接收檢測回波信號，按照相同的聚焦時間延遲量進行延遲，由數據處理及控制計算機將各延遲后的信號求和，作為檢測回波信號，該檢測信號主要來自焦點和焦點附近的回波信號，聚焦區域外的回波信號則減弱甚至抵消，從而實現接收聚焦；這樣即完成對聚焦點和焦點附近的探傷檢測。通過對聚焦點的偏轉變換，可以實現對車輪不同位置的掃描探傷檢測。

本發明的左探頭和右探頭組成的探頭對可以有以下兩種工作方式：

方式一：周向缺陷的檢測

左探頭和右探頭一個發射信號、另一個接收信號。當車輪輪幅中存在周向缺陷時，一側的發射信號傳播到該周向缺陷時，由于該缺陷對超聲波的阻礙作用，超聲波將以左探頭和右探頭中間的車輪半徑為對稱軸，向另一側反射，而被另一側的探頭接收。因此，此種方式下可以檢測車輪輪幅中的周向缺陷。同時，由于兩個探頭的發射聚焦點和接收聚焦點設定于兩個探頭的對稱軸線上，即兩探頭正中間的車輪半徑也即檢測半徑上，數據處理及控制計算機控制左右探頭的聚焦點變化，可實現該半徑線上從車輪圓心處至輪幅與輪輞交界處的周向缺陷的掃描探測，當車輪旋轉一周后，即可完成整個輪幅區域的周向缺陷掃描檢測。并且由于一探頭的發射路徑和另一探頭的接收路徑位于檢測半徑的兩側且指向檢測半徑，避開了位于檢測半徑上的幅孔對檢測信號的反射阻擋，可有效地實現檢測半徑上幅孔與車輪圓心之間的缺陷的檢測。