列车车轮在线探伤的自适应超声检测装置转让专利
申请号 : CN201010137088.3
文献号 : CN101788533A
文献日 : 2010-07-28
发明人 : 赵全轲 , 彭朝勇 , 杨凯 , 赵波 , 王黎 , 高晓蓉 , 王泽勇 , 张渝 , 彭建平
申请人 : 西南交通大学 , 成都主导科技有限责任公司
摘要 :
一种列车车轮在线探伤的自适应超声检测装置，其探头阵列由横向的两排以上或纵向的内、外两列探头构成，其具体排列方式为：内列由双晶体探头与小角度单晶体探头交替排列，外列由双晶体探头与大角度单晶体探头交替排列，且内列的双晶体探头和外列的双晶体探头不同排；探头座在内列的任一探头的内侧均设有感应传感器及感应传感器的顶针，顶针的垂直高度高于内列的探头的高度，顶针的中心与同排的内列探头、外列探头的中心均在同一条横线上，感应传感器与控制装置相连。该种检测装置能够实现列车车轮轮辋、轮辐全区域的自动化在线检测，测量结果精确可靠。
权利要求 :
1.一种列车车轮在线探伤的自适应超声检测装置，包括探头座(1)、探头座(1)上的喷水孔阵列(3)、探头座(1)上夹持多个超声探头形成的探头阵列、与探头阵列和喷水孔阵列(3)相连的控制装置，其特征在于：所述的探头阵列由横向的两排以上或纵向的内、外两列探头(2)构成，其具体排列方式为：内列由双晶体探头(2a)与小角度单晶体探头(2b)交替排列，外列由双晶体探头(2c)与大角度单晶体探头(2d)交替排列，且内列的双晶体探头(2a)和外列的双晶体探头(2c)不同排；
探头座(1)在内列的任一探头(2a、2b)的内侧(靠近轨道中心线)均设有感应传感器(6)及感应传感器(6)的顶针(6a)，顶针(6a)的垂直高度高于探头(2)的高度，顶针(6a)的中心与同排的内列探头2、外列探头2的中心均在同一条直线上，且连线与轨道方向垂直，感应传感器(6)与控制装置相连。
2.如权利要求1所述的列车车轮在线探伤的自适应超声检测装置，其特征在于：所述的探头座(1)上夹持超声探头的具体结构为：探头座(1)的底座(1a)上固定有探头夹具(4)，探头夹具(4)的夹持腔(4a)内嵌入探头外框(21)的底部，且探头外框(21)的底部的两侧设有定位销(10)，定位销(10)插入探头夹具(4)的夹持腔(4a)的竖向限位槽(4b)，探头外框(21)的底部与夹持腔(4a)底部之间设有复位弹簧(9)。
说明书 :
技术领域
本发明涉及列车车轮在线探伤的自适应超声检测装置。
背景技术
目前，列车车轮的探伤一般采用人工手动的检测方法，该方法使用单一的探头手动在车轮踏面上来回移动来完成大部分区域的检测。其检测的缺陷类型有限、效率较低、因人工操作，导致检测误差大而使稳定性较差、重复性不佳。也有列车车轮在线自动探伤装置，其探头缺少小角度探头，无法检测深层次缺陷，并且其触发装置和探头联动，导致测量精度不高，容易误触发，且探头的接触面始终保持水平，与运动的车轮踏面接触时的跟随性差，导致车轮与探头的耦合效果差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种列车车轮在线探伤的自适应超声检测装置，该种检测装置能够实现列车车轮轮辋、轮辐全区域的自动化在线检测，测量结果精确可靠。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种列车车轮在线探伤的自适应超声检测装置，包括探头座、探头座上的喷水孔阵列、探头座上夹持多个超声探头形成的探头阵列、与探头阵列和喷水孔阵列相连的控制装置，其组成是：
所述的探头阵列由横向的两排以上或纵向的内、外两列探头构成，其具体排列方式为：内列由双晶体探头与小角度单晶体探头交替排列，外列由双晶体探头与大角度单晶体探头交替排列，且内列的双晶体探头和外列的双晶体探头不同排；
探头座在内列的任一探头的内侧均设有感应传感器及感应传感器的顶针，顶针的垂直高度高于探头的高度，顶针的中心与同排的内列探头、外列探头的中心均在同一直线上，且连线与轨道方向垂直，感应传感器与控制装置相连。
本发明的工作过程和原理是：
将本发明的超声检测装置置于检测线路上，左右轨道上对称布置相同的探头阵列，并使探头阵列的总长度等于最大车轮的周长(既可是多个阵列，纵向排列使其总长度符合要求，也可是一个足够长的阵列单独设置)。当列车经过检测线路时，喷水孔阵列向上喷水作为探头超声检测时的耦合剂；车轮靠近探头时，车轮踏面压下探头座内侧(靠近轨道中心线)的顶针，感应传感器触发，控制装置收到触发信号后控制同排的内外列(即靠近轨道中心线的列和靠近走行钢轨的列)的两个探头工作，依次发出的超声波通过车轮踏面进入车轮的轮辋和轮辐，对车轮进行探伤。然后，当车轮滚动到下一排探头时，下一排的顶针及探头重复以上的触发及探伤工作，直至整个车轮一周的探伤检测完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、内列由双晶体探头与小角度单晶体探头交替排列，外列由双晶体探头与大角度单晶体探头交替排列，且内列和外列的双晶体探头不同排；这样的排列中的内列(靠近轨道中心线的列)的小角度单晶体探头可以检测轮辐中较深的部位，双晶体探头检测浅层缺陷的精度高；双晶体探头的交替排列能够关注到周向宽度较大的缺陷，外列(靠近走行钢轨的列)的大角度单晶体能够覆盖整个轮辋区域，使得本发明的装置检测的缺陷类型全面、覆盖区域完全。
二、顶针独立布置，触发的稳定性好，机械强度高，较之与传感器联动的感应件，它不会干扰传感器而使传感器抖动，保证了传感器的测量精度和可靠性，同时也延长了传感器的使用寿命。
上述的探头座上夹持超声探头的具体结构为：探头座的底座上固定有探头夹具，探头夹具的夹持腔内嵌入探头外框的底部，且探头外框的底部的两侧设有定位销，定位销插入探头夹具的夹持腔的竖向限位槽，探头外框的底部与夹持腔底部之间设有复位弹簧。
这种夹持安装方式，使得探头能够以定位销为轴发生前后扭转运动，从而当车轮踏面刚与顶针接触时，探头接触面即可迎向车轮踏面扭转；当车轮踏面在探头正上方时，探头接触面自动回到水平位置；当车轮踏面即将离开探头，探头接触面则扭转回向车轮踏面；从而在探头接触面与车轮踏面接触的各个时刻，二者均能保持良好的耦合状态；同时，由于定位销是插在两侧竖向的定位槽中，夹持腔内有复位弹簧；因此，定位销可以发生垂向位移，且两侧的垂向位移可以不同，因此，它能与各种不同的车轮踏面形状相适应。
总之，本发明的夹持方式使得探头与车轮的跟随性好，能够自适应的在周向上与轴向上均与踏面保持良好的耦合状态，进一步使得本发明的检测结果精确可靠。
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种列车车轮在线探伤的自适应超声检测装置，包括探头座、探头座上的喷水孔阵列、探头座上夹持多个超声探头形成的探头阵列、与探头阵列和喷水孔阵列相连的控制装置，其组成是：
所述的探头阵列由横向的两排以上或纵向的内、外两列探头构成，其具体排列方式为：内列由双晶体探头与小角度单晶体探头交替排列，外列由双晶体探头与大角度单晶体探头交替排列，且内列的双晶体探头和外列的双晶体探头不同排；
探头座在内列的任一探头的内侧均设有感应传感器及感应传感器的顶针，顶针的垂直高度高于探头的高度，顶针的中心与同排的内列探头、外列探头的中心均在同一直线上，且连线与轨道方向垂直，感应传感器与控制装置相连。
本发明的工作过程和原理是：
将本发明的超声检测装置置于检测线路上，左右轨道上对称布置相同的探头阵列，并使探头阵列的总长度等于最大车轮的周长(既可是多个阵列，纵向排列使其总长度符合要求，也可是一个足够长的阵列单独设置)。当列车经过检测线路时，喷水孔阵列向上喷水作为探头超声检测时的耦合剂；车轮靠近探头时，车轮踏面压下探头座内侧(靠近轨道中心线)的顶针，感应传感器触发，控制装置收到触发信号后控制同排的内外列(即靠近轨道中心线的列和靠近走行钢轨的列)的两个探头工作，依次发出的超声波通过车轮踏面进入车轮的轮辋和轮辐，对车轮进行探伤。然后，当车轮滚动到下一排探头时，下一排的顶针及探头重复以上的触发及探伤工作，直至整个车轮一周的探伤检测完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、内列由双晶体探头与小角度单晶体探头交替排列，外列由双晶体探头与大角度单晶体探头交替排列，且内列和外列的双晶体探头不同排；这样的排列中的内列(靠近轨道中心线的列)的小角度单晶体探头可以检测轮辐中较深的部位，双晶体探头检测浅层缺陷的精度高；双晶体探头的交替排列能够关注到周向宽度较大的缺陷，外列(靠近走行钢轨的列)的大角度单晶体能够覆盖整个轮辋区域，使得本发明的装置检测的缺陷类型全面、覆盖区域完全。
二、顶针独立布置，触发的稳定性好，机械强度高，较之与传感器联动的感应件，它不会干扰传感器而使传感器抖动，保证了传感器的测量精度和可靠性，同时也延长了传感器的使用寿命。
上述的探头座上夹持超声探头的具体结构为：探头座的底座上固定有探头夹具，探头夹具的夹持腔内嵌入探头外框的底部，且探头外框的底部的两侧设有定位销，定位销插入探头夹具的夹持腔的竖向限位槽，探头外框的底部与夹持腔底部之间设有复位弹簧。
这种夹持安装方式，使得探头能够以定位销为轴发生前后扭转运动，从而当车轮踏面刚与顶针接触时，探头接触面即可迎向车轮踏面扭转；当车轮踏面在探头正上方时，探头接触面自动回到水平位置；当车轮踏面即将离开探头，探头接触面则扭转回向车轮踏面；从而在探头接触面与车轮踏面接触的各个时刻，二者均能保持良好的耦合状态；同时，由于定位销是插在两侧竖向的定位槽中，夹持腔内有复位弹簧；因此，定位销可以发生垂向位移，且两侧的垂向位移可以不同，因此，它能与各种不同的车轮踏面形状相适应。
总之，本发明的夹持方式使得探头与车轮的跟随性好，能够自适应的在周向上与轴向上均与踏面保持良好的耦合状态，进一步使得本发明的检测结果精确可靠。
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的右视图。
图4是图3本发明实施例的探头与探头夹具及探头座的放大结构示意图(探头座上夹持超声探头的放大结构示意图)。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的右视图。
图4是图3本发明实施例的探头与探头夹具及探头座的放大结构示意图(探头座上夹持超声探头的放大结构示意图)。
具体实施方式
实施例
图1、2、3示出，本发明的一种具体实施方式是：列车车轮在线探伤的自适应超声检测装置，包括探头座1、探头座1上的喷水孔阵列3、探头座1上夹持多个超声探头形成的探头阵列、与探头阵列和喷水孔阵列3相连的控制装置，其特征在于：
所述的探头阵列由横向的两排以上或纵向的内、外两列探头2构成，其具体排列方式为：内列由双晶体探头2a与小角度单晶体探头2b交替排列，外列由双晶体探头2c与大角度单晶体探头2d交替排列，且内列的双晶体探头2a和外列的双晶体探头2c不同排；
探头座1在内列的任一探头2a或2b的内侧均设有感应传感器6及感应传感器6的顶针6a，顶针6a的垂直高度高于探头2的高度，顶针6a的中心与同排的内列探头2、外列探头2的中心均在同一条横线上，感应传感器6与控制装置相连。
图4示出，本例的探头座1上夹持超声探头的具体结构为：探头座1的底座1a上固定有探头夹具4，探头夹具4的夹持腔4a内嵌入探头外框21的底部，且探头外框21的底部的两侧设有定位销10，定位销10插入探头夹具4的夹持腔4a的竖向限位槽4b，探头外框21的底部与夹持腔4a底部之间设有复位弹簧9。
图4实际给出的是双晶体探头2a或2c的探头夹具4和双晶体探头2a或2c的放大装配结构示意图，或者小角度单晶体探头2b的探头夹具4和小角度探头2b的放大装配结构示意图。大角度单晶体探头2d及其探头夹具4与图4的结构是完全一样的，只是尺寸更宽而已。
本发明小角度单晶体探头2b和大角度单晶体探头2d其角度范围分别是0-7度、60-70度。
图1、2、3示出，本发明的一种具体实施方式是：列车车轮在线探伤的自适应超声检测装置，包括探头座1、探头座1上的喷水孔阵列3、探头座1上夹持多个超声探头形成的探头阵列、与探头阵列和喷水孔阵列3相连的控制装置，其特征在于：
所述的探头阵列由横向的两排以上或纵向的内、外两列探头2构成，其具体排列方式为：内列由双晶体探头2a与小角度单晶体探头2b交替排列，外列由双晶体探头2c与大角度单晶体探头2d交替排列，且内列的双晶体探头2a和外列的双晶体探头2c不同排；
探头座1在内列的任一探头2a或2b的内侧均设有感应传感器6及感应传感器6的顶针6a，顶针6a的垂直高度高于探头2的高度，顶针6a的中心与同排的内列探头2、外列探头2的中心均在同一条横线上，感应传感器6与控制装置相连。
图4示出，本例的探头座1上夹持超声探头的具体结构为：探头座1的底座1a上固定有探头夹具4，探头夹具4的夹持腔4a内嵌入探头外框21的底部，且探头外框21的底部的两侧设有定位销10，定位销10插入探头夹具4的夹持腔4a的竖向限位槽4b，探头外框21的底部与夹持腔4a底部之间设有复位弹簧9。
图4实际给出的是双晶体探头2a或2c的探头夹具4和双晶体探头2a或2c的放大装配结构示意图，或者小角度单晶体探头2b的探头夹具4和小角度探头2b的放大装配结构示意图。大角度单晶体探头2d及其探头夹具4与图4的结构是完全一样的，只是尺寸更宽而已。
本发明小角度单晶体探头2b和大角度单晶体探头2d其角度范围分别是0-7度、60-70度。