多相控陣探頭動態聯動聚焦檢測方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種利用多個相控陣探頭聯動進行超聲波檢測的方法。
【背景技術】
[0002]機車輪軸是軌道機車的重要組成部分，機車的重量最終都壓在輪軸上，在機車運行時輪軸兩端(主要是指輪座處)受到變剪切力容易產生裂紋，危害極大，機車運行中一旦斷軸將導致機車脫軌造成嚴重事故。針對輪座部位的裂紋檢測主要通過超聲檢測實現。目前國內針對輪座裂紋的超聲檢測主要有兩種，一種是采用固定角度的常規探頭(非相控陣探頭，例如，單晶探頭或雙晶探頭)，另一種是采用單只相控陣探頭。由于裂紋主要為環向裂紋(即裂紋大體上位于輪軸的橫截面內，包括周向、徑向以及介于周向和徑向之間的裂紋)，而壓裝壓痕基本上也呈環向延伸，二者的回波類似，根據回波難以分辨出是壓裝壓痕還是裂紋，裂紋具有危害性，而壓裝壓痕沒有，如果將裂紋判定為壓裝壓痕，則造成漏檢，如果將壓裝壓痕判定為裂紋，則將導致廢品率提高。
【發明內容】
[0003]為了克服現有技術下的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種多相控陣探頭動態聯動聚焦檢測方法，該方法可以減小漏檢率，提高檢出率，提高周向定量精度，分辨出是壓裝損傷還是自然裂紋，從而顯著提高檢測結果的可信度。
[0004]本發明的技術方案是:
一種多相控陣探頭動態聯動聚焦檢測方法:所用超聲掃查器設有左、中、右三個相控陣探頭，使各個所述探頭位于待測輪軸的近輪座處，左、右兩個探頭相對于中探頭對稱分布，各個所述探頭的波束從不同方向斜向穿過輪軸，使探測區域位于徑向上與所述中探頭相對的輪座區域上的另一側近表面區域，所述中探頭發射的波束的中線與所述輪軸的軸線相交，所述左、右探頭的波束相對于所述中探頭的波束對稱，當所述中探頭檢測到缺陷回波時，如果所述左、右探頭針對同一區域的回波中一個高于槽的回波而另一個低于槽的回波，則判定該區域為裂紋，如果所述左、右探頭得到的同一區域的兩個回波均低于槽的回波且波幅高度基本相同，則判定該區域不是裂紋
進一步地，當所述中探頭檢測到缺陷回波時，如果所述左、右探頭針對同一區域的回波中，一個高于裂紋判斷上閾值而另一個低于裂紋判斷下閾值，則判定該區域為裂紋，如果所述左、右探頭得到的同一區域的兩個回波均位于預設的壓痕回波上下限之間，且兩個回波的比值介于預設的壓痕回波比值區間，則判定該區域不是裂紋。
[0005]各個所述探頭的波束的可探測范圍為徑向上與所述中探頭相對的輪座區域上的另一側全部近表面區域，所述輪座區域是包含所述輪座、輪座前肩、輪座后肩和位于輪座前肩前方的防塵擋圈座與輪座之間過渡圓角在內的軸段。
[0006]所述左、右探頭的波束與所述中探頭的波束的夾角均優選為5-15度。
[0007]各個所述探頭的工作頻率優選為2.5MHz-5MHz。
[0008]各個所述探頭優選采用一維線陣探頭。
[0009]各個所述探頭的波束偏轉方向優選為所述中探頭發射的波束的中線在所述輪軸的橫截面上的投影所在的直徑方向。使得本方法不僅能掃描輪軸近表面區域，而且能掃描靠近輪軸心部的區域。
[0010]對于前述任意一種所述的多相控陣探頭動態聯動聚焦檢測方法，還包括:用所述檢測設備的輪軸旋轉驅動機構驅使所述輪軸定軸旋轉，各個所述探頭與所述輪軸作相對圓周運動以掃描所述輪座區域的全部表面。
[0011]各個所述探頭分別固定安裝在同一個有機玻璃楔塊的上面。
[0012]所述有機玻璃楔塊的折射角度可以為35-55度。
[0013]所述檢測設備還可以設有超聲相控陣檢測儀、自動檢測掃查器本體、輪軸進輪定位裝置、輪軸出輪推動裝置、水栗、水槽、耦合水收集裝置和用于控制檢測設備啟停、輪軸進輪定位裝置動作、輪軸出輪推動裝置動作、輪軸旋轉驅動機構動作以及水栗啟停的運動控制裝置，各個所述探頭安裝在所述自動檢測掃查器本體上，各個所述探頭的檢測信號輸出端通過相控陣電纜連接所述超聲相控陣檢測儀的檢測信號輸入端。
[0014]所述多相控陣探頭動態聯動聚焦檢測方法可以采用如下步驟:
(1)將帶有所述輪軸的輪對通過軌道移動到檢測位置，將所述探頭置于所述輪軸相應的探頭放置位置；
(2)啟動噴水耦合以及輪軸定軸旋轉，所述探頭相對于所述輪軸做周向運動，輪軸旋轉過程中使各個所述探頭對所述輪座進行掃描檢測；
(3)各個所述探頭的檢測數據通過相控陣電纜傳遞給超聲相控陣檢測儀，所述檢測數據保存到所述超聲相控陣檢測儀中；
(4)檢測同時所述超聲相控陣檢測儀中的數據同步顯示在計算機上，進行可疑信號分析，排除壓裝壓痕，對檢測缺陷進行標記報警。
[0015]本發明的有益效果為:
本發明用多個探頭同時從不同方向發射波束指向并匯聚到同一個探測區域，各探頭均采用自發自收工作方式，通過對多個探頭針對同一探測區域的回波的綜合分析，實現對同一個缺陷的更高精度的定位定量檢測。該檢測方法彌補了現有技術下采用固定角度的常規探頭或單只相控陣探頭檢測時由于缺陷取向與探測方向之間角度的局限性導致的漏檢、誤報或檢測精度低的不足，還利用左、右探頭各自的回波實現了確定缺陷準確邊界的目的。
[0016]尤其是在深入探究空間中裂紋的不規則特點和槽的規則特點的基礎上，充分利用所述左、右探頭針對同一探測區域的回波之間的差異性，實現了對裂紋還是表面槽的有效區分，既不會因為誤將裂紋判定為表面槽導致漏檢，也不會因為誤將表面槽判定為裂紋導致的廢品率增加，由此顯著提高了超聲探傷時的檢出率，降低漏檢率、誤報率和輪軸報廢率，提尚周向定量精度，大幅度提尚檢測結果的精確性和可?目度。
[0017]由于所述探頭的波束是穿過輪徑指向所述輪座對側的探測區域，因此，該方法可以在車輪仍然安裝在輪軸輪座上的狀態下進行檢測，降低維護成本。
[0018]由于三只探頭均為相控陣探頭，可使探測區域從輪座近表面位置一直深入到輪軸的心部，因此無論是區分裂紋和壓裝壓痕還是檢測裂紋的位置和尺寸等，在輪軸輪座的整體實體范圍都能獲得較高的探測精度和準確性。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明采用三只探頭檢測時各部分的縱向結構示意圖；
圖2是圖1的橫向結構示意圖；
圖3是各個所述探頭在輪座周向展開平面上的投影示意圖。
【具體實施方式】
[0020]參見圖1-3，本發明公開了一種多相控陣探頭動態聯動聚焦檢測方法:所用超聲掃查器設有左、中、右三個相控陣探頭，使各個所述探頭位于待測輪軸4的近輪座43處，左、右兩個探頭2、3相對于中探頭I對稱分布，各個所述探頭的波束從不同方向斜向穿過輪軸，使探測區域位于徑向上與所述中探頭相對的輪座區域上的另一側近表面區域，所述中探頭發射的波束的中線與所述輪軸的軸線42相交(二者所構成的面可以稱為對稱平面)，所述左、右探頭的波束相對于所述中探頭的波束對稱(也可以視為相對所述對稱平面左右對稱)，綜合各探頭針對同一探測區域檢測的結果實現對同一個缺陷的檢測。各探頭均為自發自收工作方式，當所述中探頭檢測到缺陷回波時，如果所述左、右探頭針對同一區域的回波中一個高于槽的回波而另一個低于槽的回波，則判定該區域為裂紋，如果所述左、右探頭得到的同一區域的兩個回波均低于槽的回波且波幅高度基本相同，則判定該區域不是裂紋。
[0021]進一步地，對于某個區域是否存在裂紋的判斷方法可以具體為:當所述中探頭檢測到缺陷回波時，如果所述左、右探頭針對同一區域的回波中，一個高于裂紋判斷上閾值而另一個低于裂紋判斷下閾值，則判定該區域為裂紋，如果所述左、右探頭得到的同一區域的兩個回波均位于預設的壓痕回波上下限之間，且兩個回波的比值介于預設的壓痕回波比值區間，則判定該區域不是裂紋，可能是表面槽或壓裝壓痕。
[0022]所述裂紋判斷上閾值、裂紋判斷下閾值、壓痕回波上限、壓痕回波下限以及所述預設的壓痕回波比值區間的兩個端值可以參考正常的槽的回波根據經驗確定。其目的是利用自然裂紋和槽(或壓裝壓痕)由于邊界規則與否的不同而在回波上表現出的差異性大小上的區別，當左右兩側回波一個明顯高于正常的槽的回波，而另一個明顯低于正常的槽的回波時，即可判定為裂紋，當左右兩側回波均低于一定值(即較弱)且二者差異較小(即二者基本相同)時，即可判定為壓裝壓痕或槽。通常，壓痕回波上限小于裂紋判斷上閾值，所述預設的壓痕回波比值區間是以I為中間值的一個窄區間。
[0023]通過對多個探頭針對同一探測區域回波的綜合分析實現缺陷定位定量檢測，彌補了現有技術下由于缺陷取向與探測方向之間角度的局限性導致的漏檢或誤報，還使得定位定量檢測精度顯著提高。
[0024]由于裂紋是不規則的，而用于模擬裂紋的表面槽是規則的，當采用相對于所述裂紋或表面槽呈左右對稱分布的兩個探頭同時探測同一區域時，對于裂紋，兩個探頭的回波波幅往往一高一低，而對于表面槽，兩個探頭的回波波幅往往均較弱且波幅高度基本相同。由于設置