多通道组合探头联动检测方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种利用多个超声波探头联动进行超声波检测的方法。
【背景技术】
[0002]机车轮轴是轨道机车的重要组成部分，机车的重量最终都压在轮轴上，在机车运行时轮轴两端(主要是指轮座处)受到变剪切力容易产生裂纹，危害极大，机车运行中一旦断轴将导致机车脱轨造成严重事故。针对轮座部位的裂纹检测主要通过超声检测实现。目前国内针对轮座裂纹的超声检测主要有两种，一种是采用固定角度的常规探头(非相控阵探头，例如，单晶探头或双晶探头)，另一种是采用单只相控阵探头。由于裂纹主要为环向裂纹(即裂纹大体上位于轮轴的横截面内，包括周向、径向以及介于周向和径向之间的裂纹)，而压装压痕基本上也呈环向延伸，二者的回波类似，根据回波难以分辨出是压装压痕还是裂纹，裂纹具有危害性，而压装压痕没有，如果将裂纹判定为压装压痕，则造成漏检，如果将压装压痕判定为裂纹，则将导致废品率提高。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种多通道组合探头联动检测方法，该方法可以减小漏检率，提高检出率，提高周向定量精度，分辨出是压装损伤还是自然裂纹，从而显著提高检测结果的可信度。
[0004]本发明的技术方案是:
一种多通道组合探头联动检测方法:所用检测设备包括超声相控阵探测仪和与所述超声相控阵探测仪配套的轮轴输送定位系统，所述轮轴输送定位系统包括轮轴进轮定位装置、轮轴出轮推动装置及用于控制所述轮轴进轮定位装置和轮轴出轮推动装置动作的输送定位控制装置，所述超声相控阵探测仪通过信号线缆连接有自动检测扫查器，所述自动检测扫查器设有左、中、右三个超声波探头，中探头为相控阵探头，左、右探头为非相控阵探头，使各个所述探头位于待测轮轴的近轮座处，左、右两个探头相对于中探头对称分布，各个所述探头的波束从不同方向斜向穿过轮轴，使探测区域位于径向上与所述中探头相对的轮座区域上的另一侧近表面区域，所述中探头发射的波束的中线与所述轮轴的轴线相交，所述左、右探头的波束相对于所述中探头的波束对称，当所述中探头检测到缺陷回波时，如果所述左、右探头针对同一区域的回波中一个高于槽的回波而另一个低于槽的回波，则判定该区域为裂纹，如果所述左、右探头得到的同一区域的两个回波均低于槽的回波且波幅高度基本相同，则判定该区域不是裂纹。
[0005]进一步地，当所述中探头检测到缺陷回波时，如果所述左、右探头针对同一区域的回波中，一个高于裂纹判断上阈值而另一个低于裂纹判断下阈值，则判定该区域为裂纹，如果所述左、右探头得到的同一区域的两个回波均位于预设的压痕回波上下限之间，且两个回波的比值介于预设的压痕回波比值区间，则判定该区域不是裂纹。
[0006]所述中探头的波束的可探测范围为径向上与所述中探头相对的轮座区域上的另一侧全部近表面区域，所述轮座区域是包含所述轮座、轮座前肩、轮座后肩和位于轮座前肩前方的防尘挡圈座与轮座之间过渡圆角在内的轴段。
[0007]所述左、右探头的波束与所述中探头的波束的夹角均优选为5-15度。
[0008]各个所述探头的工作频率优选为2.5MHz-5MHz。
[0009]所述中探头优选采用一维线阵探头。
[0010]对于前述任意一种所述的多通道组合探头联动检测方法，还包括:用所述检测设备的轮轴旋转驱动机构驱使所述轮轴定轴旋转，各个所述探头与所述轮轴作相对圆周运动以扫描所述轮座区域的全部表面。
[0011]各个所述探头分别固定安装在同一个有机玻璃楔块的上面，所述有机玻璃楔块的折射角度可以为35-55度。
[0012]所述检测设备还可以设有耦合水系统，所述耦合水系统包括水栗、水槽和循环管道。
[0013]所述多通道组合探头联动检测方法可以采用如下步骤:
(1)将带有所述轮轴的轮对通过轨道移动到检测位置，将所述探头置于所述轮轴相应的探头放置位置；
(2)启动喷水耦合以及轮轴定轴旋转，所述探头相对于所述轮轴做周向运动，轮轴旋转过程中使各个所述探头对所述轮座进行扫描检测；
(3)各个所述探头的检测数据通过电缆传递给所述超声相控阵检测仪，所述检测数据保存到所述超声相控阵检测仪中；
(4)检测同时所述超声相控阵检测仪中的数据同步显示在计算机上，进行可疑信号分析，排除压装压痕，对检测缺陷进行标记报警。
[0014]本发明的有益效果为:
本发明用多个探头同时从不同方向发射波束指向并汇聚到同一个探测区域，各探头均采用自发自收工作方式，通过对多个探头针对同一探测区域的回波的综合分析，实现对同一个缺陷的更高精度的定位定量检测。该检测方法弥补了现有技术下采用固定角度的常规探头或单只相控阵探头检测时由于缺陷取向与探测方向之间角度的局限性导致的漏检、误报或检测精度低的不足，还利用左、右探头各自的回波实现了确定缺陷准确边界的目的。
[0015]尤其是在深入探究空间中裂纹的不规则特点和槽的规则特点的基础上，充分利用所述左、右探头针对同一探测区域的回波之间的差异性，实现了对裂纹还是表面槽的有效区分，既不会因为误将裂纹判定为表面槽导致漏检，也不会因为误将表面槽判定为裂纹导致的废品率增加，由此显著提高了超声探伤时的检出率，降低漏检率、误报率和轮轴报废率，提尚周向定量精度，大幅度提尚检测结果的精确性和可?目度。
[0016]由于所述探头的波束是穿过轮径指向所述轮座对侧的探测区域，因此，该方法可以在车轮仍然安装在轮轴轮座上的状态下进行检测，降低维护成本。
[0017]本发明采用左右两边的非相控阵探头能有效区分近表面的自然裂纹和表面槽(或压装压痕)，利用中间相控阵探头能更加精准地确定裂纹向纵深方向延伸的深度以及裂纹的位置(包括准确的边界)等，该技术方案相比同时采用三只相控阵探头，可以以相对较低的成本投入实现上述多重目的。
【附图说明】
[0018]图1是本发明采用三只探头检测时各部分的纵向结构示意图；
图2是图1的横向结构示意图；
图3是各个所述探头在轮座周向展开平面上的投影示意图。
【具体实施方式】
[0019]参见图1-3，本发明公开了一种多通道组合探头联动检测方法:所用检测设备包括超声相控阵探测仪和与所述超声相控阵探测仪配套的轮轴输送定位系统，所述轮轴输送定位系统包括轮轴进轮定位装置、轮轴出轮推动装置及用于控制所述轮轴进轮定位装置和轮轴出轮推动装置动作的输送定位控制装置，所述超声相控阵探测仪通过信号线缆连接有自动检测扫查器，所述自动检测扫查器设有左、中、右三个超声波探头，中探头为相控阵探头，左、右探头为非相控阵探头，使各个所述探头位于待测轮轴4的近轮座43处，左、右两个探头
2、3相对于中探头I对称分布，各个所述探头的波束从不同方向斜向穿过轮轴，使探测区域位于径向上与所述中探头相对的轮座区域上的另一侧近表面区域，所述中探头发射的波束的中线与所述轮轴的轴线42相交(二者所构成的面可以称为对称平面)，所述左、右探头的波束相对于所述中探头的波束对称(也可以视为相对所述对称平面左右对称)，综合各探头针对同一探测区域检测的结果实现对同一个缺陷的检测。各探头均为自发自收工作方式，当所述中探头检测到缺陷回波时，如果所述左、右探头针对同一区域的回波中一个高于槽的回波而另一个低于槽的回波，则判定该区域为裂纹，如果所述左、右探头得到的同一区域的两个回波均低于槽的回波且波幅高度基本相同，则判定该区域不是裂纹。
[0020]进一步地，对于某个区域是否存在裂纹的判断方法可以具体为:当所述中探头检测到缺陷回波时，如果所述左、右探头针对同一区域的回波中，一个高于裂纹判断上阈值而另一个低于裂纹判断下阈值，则判定该区域为裂纹，如果所述左、右探头得到的同一区域的两个回波均位于预设的压痕回波上下限之间，且两个回波的比值介于预设的压痕回波比值区间，则判定该区域不是裂纹，可能是表面槽或压装压痕。
[0021]所述裂纹判断上阈值、裂纹判断下阈值、压痕回波上限、压痕回波下限以及所述预设的压痕回波比值区间的两个端值可以参考正常的槽的回波根据经验确定。其目的是利用自然裂纹和槽(或压装压痕)由于边界规则与否的不同而在回波上表现出的差异性大小上的区别，当左右两侧回波一个明显高于正常的槽的回波，而另一个明显低于正常的槽的回波时，即可判定为裂纹，当左右两侧回波均低于一定值(即较弱)且二者差异较小(即二者基本相同)时，即可判定为压装压痕或槽。通常，压痕回波上限小于裂纹判断上阈值，所述预设的压痕回波比值区间是以I为中间值的一个窄区间。
[0022]通过对多个探头针对同一探测区域回波的综合分析实现缺陷定位定量检测，弥补了现有技术下由于缺陷取向与探测方向之间角度的局限性导致的漏检或误报，还使得定位定量检测精度显著提高。
[0023]由于裂纹是不规则的，而用于模拟裂纹的表面槽是规则的，当采用相对于所述裂纹或表面槽呈左右对称分布的两个探头同时探测同一区域时，对于裂纹，两个探头的回波波幅往往一高一低，而对于表面槽，两个探头的回波波幅往往均较弱且波幅高度基本相同。由于设置左右对称分布的两个探头，使裂纹和表面槽产生的回波出现了上述差异化，使得对于裂纹还是表面槽的分辨变得容易，解决了超声检测中长期以来存在的误检、漏检等技术难题。
[0024]为了实现各个