一種動車組空心車軸超聲波檢測系統及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無損檢測技術領域，更具體地說，涉及一種動車組空心車軸內部缺陷超聲波檢測系統。
【背景技術】
[0002]動車組空心車軸作為列車的重要部件之一，空心車軸在實際運用中的運行受載狀態比較復雜，不僅承受制動力和鋼軌的反作用力，而且承受來自線路的沖擊載荷和通過曲線時橫向作用于輪緣的導向力。此外，車軸的各配合部位有著大小不一的軸向力、徑向力、剪切力、彎矩、扭矩等載荷的單獨作用或共同作用，因而車軸在列車運行過程中容易損毀。從普通的列車、特快列車、動車組再到高速鐵路，速度大大提高，在高速運行的狀態下，空心車軸的要求越來越高，空心車軸的內部小小裂紋或者缺陷給列車安全帶來了巨大的安全隱患。動力軸如果出現2毫米或超過2毫米的材質缺陷，就達到鐵道部的報廢標準；如不報廢，繼續使用可能造成車輛斷軸、脫軌顛覆。如果高鐵動力車廂的動力軸出問題，列車可能會脫軌，給人們的生命財產安全造成巨大的威脅。
[0003]目前，動車組空心車軸缺陷檢測有兩種方法:一種是基于電磁感應原理的渦流檢測法，另一種是超聲波檢測方法。渦流探傷是以交流電磁線圈在金屬構件表面感應產生渦流的無損探傷技術。它主要適用于導電的材料，包括鐵磁性和非鐵磁性金屬材料構件的缺陷檢測。盡管在檢測時不要求線圈與構件緊密接觸，不需需要使用藕合劑，容易實現檢驗自動化，但是渦流探傷僅適用于導電材料，只能檢測表面或近表面層的缺陷，不便使用于形狀復雜的構件，不能檢測空心車軸內部缺陷。超聲波探傷是利用超聲波能夠透入金屬材料的深處，并由一截面進入另一截面時，在界面邊緣發生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法，當超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內部，遇到缺陷與零件底面時就分別發生反射波，根據反射的回波強度判斷內部缺陷的。
[0004]目前的超聲波檢測設備有日本的第一代產品HI S-3LF型和其后的改進型產品SBA-60HS型超聲波探傷設備。但是，它們超聲波探頭數目少、通道少，只能檢測外表面和近表面的周向裂紋，檢測能力非常有限并且人工依賴程度高，主觀性強，因此誤判率高。不僅如此，空心車軸軸型兼容性較差，不能實現實時A掃B掃C掃顯示，不能夠實時切換，耗時長且效率低。
[0005]日本產品SBA-60HS型只有4個探頭，4通道數，探傷能力較弱，只能檢測出外表附近周向裂紋，探測能力非常有限。在探測過程中，只能實現實時A掃顯示，回放B掃C掃顯示，不能實時顯示，必須探測結束后回放依靠人工判讀才能詳細得出缺陷位置大小等信息。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中存在的問題，本發明旨在實現的技術問題為:設計一種動車組空心軸超聲波檢測系統，使之具有兼容性強、檢測范圍廣、精度高、誤判率低、人工依賴程度低的特點；能夠實時A掃顯示并能實時切換B掃C掃顯示類型，回放時也能夠動態變換顯示類型；對超聲波的探傷數據進行顏色空間的映射，并用不同顏色表示缺陷與否，不同深度表示缺陷大小；實時存儲讀取數據、快速繪制二維圖形，用戶軟件內存性能高度的優化；系統能夠靈活配置軸型、檢測范圍等參數，具有存儲回放等功能；探桿探頭的選型、安裝；多用戶登陸系統，不同權限的分配。
[0007]本發明的技術方案為:一種動車組空心車軸超聲波檢測系統，本系統的主要組成是安裝探頭的探桿模塊、用于控制探桿進給和旋轉的電機控制模塊、用于探傷接收上位機用戶軟件命令并收發超聲波探傷數據的UT模塊、接收探傷數據、處理探傷數據、繪制探傷圖形及存儲回放等其它功能的用戶軟件。本系統的整個結構如附圖1所示。所述系統的檢測步驟如下:
[0008]步驟1:登陸用戶軟件，獲得管理員操作權限；檢測UT設備和上位機基于UDP和TCP協議的通信和電機控制模塊的串口通信及其油泵是否正常，如果不正常，將會提示相關錯誤，退出系統后查找相關錯誤并調試正常后，方可進入系統；
[0009]步驟2:進入系統后，基于UDP協議對UT設備進行初始化設置，基于串口協議對電機控制模塊進行初始化，設置空心車軸的原點；用戶界面繪出軸型輪廓圖和探桿位置；預置繪圖RGB顏色空間；
[0010]步驟3:進入系統探傷界面，選擇軸型、檢測范圍等參數，生成配置數據簇；電機控制模塊根據配置數據簇，探桿進給到探傷起點位置，進給過程中油泵給油，確保探桿頭和軸型空腔嚙合，用戶界面軸型輪廓空腔內的探桿根據實時位置重新繪制，視覺上具有實時“移動”的效果，移動到探傷起點位置；根據選擇的參數對UT進行設置，等待探傷開始；
[0011]步驟4:探桿到達探傷起點、UT配置完畢后，探傷開始；電機模塊驅動探桿進給和旋轉并給潤滑油，使得探桿頭在于軸型空腔內有效腔嚙合情況下螺旋式移動；用戶界面空心車軸內部空腔內的探頭，模擬旋轉和進給，圖中位置和實際位置成比例對應；υτ設備通過探頭發送超聲波，并接受超聲波回波，經過UT設備的初步整理后，基于TCP協議發送給上位機用戶軟件；原始超聲波探傷數據的接收流程如圖2所示；
[0012]步驟5:上位機用戶軟件接收到探傷數據后，分類處理，轉換A掃B掃C掃數據；轉換后的A掃B掃C掃每個通道數據，存儲于各自移位寄存器中；讀取選擇的A掃數據通道，將對應通道的移位寄存器中的數據送至界面的示波器予以顯示探傷波形；讀取選擇的顯示類型和通道，提取移位寄存器中的數據后，根據相關閾值，將超聲波數據映射到RGB顏色空間，將預置的顏色空間中的數據替換為超聲波對應的RGB空間；超聲波探傷數據至RGB空間映射流程如圖3所示；
[0013]所述探傷數據處理方法為:將所述探傷數據按通道分類，相同的通道進入不同的數據處理線程；將接收到的一幀數據存儲在數組，在用戶界面示波器中顯示A掃圖；將接收到的一幀數據取出最大值存入預置數組，旋轉一周后得到數組，即為C掃數據；旋轉一周后，得到多幀探傷數據，提取對應點上的數據最大值組成數組，即為B掃數據；
[0014]步驟6:改變相關閾值，觀察B掃C掃繪制的圖形，如果符合探傷缺陷范圍要求則繼續探傷，否則可以停止探傷節省時間；探傷結束，保存以備回放；如果停止探傷，UT停止發送超聲波數據，探桿停止并移動到初始化位置；
[0015]步驟7:探傷完畢后，UT設備停止發送數據，探桿停止并移動到初始化位置；提示保存以否，保存以備回放；如果保存，所有通道的探傷數據在閾值為100%的條件下對應RGB空間數據保存于數據庫中；回放讀取數據庫中探傷數據流程如圖4所示；
[0016]所述探傷結果的查閱方法為:根據對缺陷的嚴格程度設定閾值，閾值范圍為0-100%，0%表示所有的缺陷都視為嚴重不可忽略缺陷，100%表示所有的缺陷都視為輕微可忽略缺陷；對于特定閾值，閾值以下缺陷以黑色不同深度表示，閾值以上缺陷以紅色不同深度表示；
[0017]所述探傷數據和顏色映射方法為:以閾值為界限，閾值以下所述探傷數據的大小對應RGB空間的值，探傷數據為O時對應RGB值為OxFFFFFF，顏色為白色，探傷數據為臨界閾值是對應RGB值為0x000000，顏色為黑色，其它探傷數據值均勻對應顏色值；閾值界限以上對應紅色，遠離閾值顏色為深紅，對應RGB值為OxFFOOOO，靠近閾值顏色為淺紅，對應RGB值為FFF0F0，其它探傷數據值對應RGB空間后16位均勻分配。
[0018]步驟8:點擊記錄查詢，選擇查詢日期范圍，找到對應的文件，雙擊進入回放模式；數據庫中的各通道探傷數據預存至移位寄存器中，對應空心車軸輪廓圖繪制在面板上，在默認通道和閾值下繪制出B掃C掃圖；根據實際需要，調節閾值和顯示類型通道，移位寄存器中的數據根據閾值映射到RGB空間，繪制探傷圖形，肉眼即可判斷是否有紅色區域，紅色區域即為缺陷，也可以生成報表；
[0019]所述探傷結果繪圖方法為:每一個探傷數據點對應繪圖二維空間的兩個像素點；預置繪圖空間，對應RGB值為OxFFFFFF顏色為白色；接收到探傷數據后，經過處理映射后得到的數據點置換預置二維數組中對應的點；
[0020]步驟9:退出回放界面，點擊安全退出；檢查所有設備是否回復到正常位置，如果未回復正常位置，則提示相關內容，人工選擇回復正常后不再提示錯誤，退出用戶，關閉權限并退出整個系統。
[0021]本設計