[發(fā)明專利]一種鋼軌軌底缺陷分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010748747.0
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111912909B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊永杰;張興家;任婉婷
• 申請（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44;G01N29/04;B61K9/10
• 代理公司: 北京科家知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 徐思波

1.一種鋼軌軌底缺陷分析方法，基于相控超聲波探傷裝置的檢測進行分析，所述相控超聲波探傷裝置包含超聲波相控陣探頭、超聲波控制板卡、編碼器；其特征在于，所述超聲波相控陣探頭通過耦合劑和被測工件接觸，所述超聲波控制板卡與超聲波相控陣探頭電性相連，所述超聲波控制板卡用于產(chǎn)生超聲波信號并將接收到的返回信號經(jīng)過編碼器處理后生成一系列的數(shù)字信號，并在空間直角坐標(biāo)系中建立鋼軌3D模型；所述編碼器用于結(jié)合超聲波相控陣探頭的位置信息和聲束參數(shù)來計算超聲波束的一次波二次波的路徑方程，然后將采集到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo)；所述鋼軌軌底缺陷分析方法，包括以下步驟：

S1、建立鋼軌3D模型：相控超聲波探傷裝置的超聲波控制板卡產(chǎn)生超聲波信號并將接收到的返回信號經(jīng)過編碼器處理后生成一系列的數(shù)字信號，并在空間直角坐標(biāo)系中建立鋼軌3D模型；

S2、求解超聲波聲束入射點：根據(jù)探傷要求，軌底超聲探傷時，利用夾持裝置將探頭固定在軌底的兩個位置上，通過前后移動和左右旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)軌底區(qū)域的超聲覆蓋；記錄下探頭旋轉(zhuǎn)原點距離軌底邊沿的距離l、探頭與鋼軌橫向的夾角α；在進行移動探傷時，根據(jù)探頭的旋轉(zhuǎn)原點所在位置，以及旋轉(zhuǎn)角度；通過旋轉(zhuǎn)原點所在的位置換算出探頭所在的坡度，進而求解出每條超聲波聲束的入射點坐標(biāo)；

S3、求解反射點：讀取相控超聲波探傷裝置的配置信息，獲取超聲波聲束的數(shù)量、每一條聲束的入射角、每一條超聲波聲束距離探頭前沿的距離Li，超聲波檢測距離S、以及距離S上的數(shù)據(jù)點的個數(shù)n；利用入射點位置及每一聲束的入射角信息，求解出一次波所在的直線方程，進而求解出一次波交點；

S4、求解二次波交點：在步驟S3求解出一次波直線方程后，將一次波進行延長，然后關(guān)于xoy面求解鏡像，將會得到二次波所在直線方程，后將所在解出來的直線方程和鋼軌表面的分段函數(shù)進行聯(lián)立求解，求解出來的點即是二次波的交點；

S5、轉(zhuǎn)換缺陷點坐標(biāo)：將相控超聲波探傷裝置采集回來的離散等距的點在一次波和二次波上依次排列，利用每一點距離第一個點的距離L換算出每一個點的坐標(biāo)值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼軌軌底缺陷分析方法，其特征在于：所述步驟S1的三維坐標(biāo)系中，選取三維坐標(biāo)系的xoy面作為鋼軌的底面，其中，鋼軌橫向為y軸方向、鋼軌縱向為x軸方向，將探頭所在鋼軌上的位置轉(zhuǎn)換為探頭在鋼軌模型上的坐標(biāo)點，超聲波相控陣探頭位于鋼軌軌底坡面上，在坡面上進行旋轉(zhuǎn)移動。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼軌軌底缺陷分析方法，其特征在于：所述步驟S2中，超聲波相控陣探頭通過超聲波控制板卡來設(shè)定超聲波聲束的入射角α、每一條超聲波束的間隔Li，超聲波相控陣探頭旋轉(zhuǎn)原點在三維坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(x0，y0，z0)旋轉(zhuǎn)角度β。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼軌軌底缺陷分析方法，其特征在于：所述步驟S3和步驟S4中超聲波束的一次波、二次波的路徑方程的求解，已知超聲波相控陣探頭的坐標(biāo)位置和超聲波聲束的入射角度計算出入射線的所在的直線方程，直線與鋼軌底面即三維坐標(biāo)的xoy交點為一次波的反射點，對入射線方程關(guān)于xoy面進行鏡像對稱求解出二次波的軌跡方程。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼軌軌底缺陷分析方法，其特征在于：所述步驟S4中，在鋼軌三維坐標(biāo)系中將鋼軌表面抽象成分段函數(shù)來進行表示，求得二次波軌跡后利用表面的分段函數(shù)和，二次波空間直線方程進行求交點，所求交點為二次波的反射點。