一种高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备及方法技术方案

本发明专利技术公开一种高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备及方法，校准设备包括：校准板、水准管、高度可调支座及超声检测系统。其中，水准管布设于校准板上侧面，高度可调支座布设于校准板底部。校准板包括沿检测方向布置的调试区、横向精度校准区、纵向精度校准区与深度方向精度校准区；通过现场所架设的超声检测系统对已知三维信息的上述三个校准区进行检测，将检测结果与校准板内部裂隙的已知三维信息进行比较分析，得出检测系统相应的检测精度与参数，进而通过反馈调节检测设备的预设参数，达到工程要求的检测精度，完成校准，方法更为方便、快速，对于不同种类及型号的超声检测系统均适用，并可以满足不同的轨道板测量标准。

A calibration equipment and method of ultrasonic crack detection system for high-speed rail slab

The invention discloses a calibration device and method of an ultrasonic crack detection system for high-speed rail plate, which comprises a calibration plate, a leveling tube, a height adjustable support and an ultrasonic detection system. Among them, the level pipe is arranged on the side of the calibration board, and the height adjustable support is arranged on the bottom of the calibration board. The calibration board consists of three calibration zones, which are arranged along the direction of detection, transverse accuracy calibration zone, longitudinal accuracy calibration zone and depth accuracy calibration zone. The above three calibration zones with known three-dimensional information are detected by the ultrasonic detection system installed on the spot, and the detection results are compared with the known three-dimensional information of the internal cracks of the calibration board, and the corresponding detection accuracy of the detection system is obtained. Degree and parameters, and then adjust the preset parameters of the testing equipment by feedback, so as to achieve the testing accuracy required by the project and complete the calibration. The method is more convenient and fast. It is suitable for different types and models of ultrasonic testing systems, and can meet different standards of track plate measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备及方法
本专利技术属于高铁轨道板超声检测系统室外精度校准领域，具体涉及一种高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备及方法。
技术介绍
高铁轨道板结构完整性对列车安全运营至关重要。近年来，我国高铁建设迅速发展。在高速列车往复作用下，随着轨道板服役年限的增长，高速铁路水泥混凝土轨道板将出现一定程度的内部裂隙，内部裂隙等病害将极大地影响材料强度，加剧轨道结构振动，降低舒适性及行车安全性。同时给高速铁路水泥混凝土轨道板的养护带来较大困难。因此，如何快速有效的检测轨道板内部可能存在的裂隙等病害，对于提高高速铁路的运营安全性，有积极的影响作用。目前，高铁轨道板多采用基于PDA平台或数字摄影测量的检测技术，该技术仅能对轨道板表面三维信息及病害进行检测，无法有效的检测轨道板内部可能存在的裂隙等病害。为快速、准确地评定水泥混凝土材料的内部缺陷，可采用超声检测技术，利用其穿透能力强，操作方便等优点，可以无损、快速、准确地评定水泥混凝土材料的内部缺陷，在桥梁、房屋等结构工程中应用广泛，可以用到铁路上。但受不同种类及型号的超声检测系统差异性、超声检测环境复杂性、以及检测设备内部器件老化等原因的影响，超声检测系统的检测精度下降，致使无法准确检测轨道板内部裂隙等病害。因此，对高铁轨道板结构内部病害检测的准确性和可靠性不容忽视。故可利用超声检测技术，通过对已知三维信息的校准区进行检测，获得其测量精度参数，进而通过反馈调节检测设备的预设参数，完成对超声检测系统的校准，从而提高超声检测系统后续应用的有效性与准确性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术公开了一种高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备及方法，通过已知三维信息的三个校准区，应用现场架设的超声检测系统对其进行检测，将检测系统的检测结果与已知三维信息进行比较分析，得出检测系统相应的检测精度与参数，从而达到对超声检测系统的检测精度进行校准的目的。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备，包括校准板、水准管、高度可调支座及超声检测系统。校准板包括沿检测方向布置的调试区、横向精度校准区、纵向精度校准区、深度方向精度校准区，水准管均匀布置于校准板上表面外沿、高度可调支座均匀布置于校准板底部，超声检测系统为现场需要进行校准的超声检测仪器，包括扫描模块、信号传输线、编码器、超声相控阵模块及图像处理模块。进一步地，所述校准板应用3D打印制造，其材料主要成分为快硬硫铝酸盐水泥和矿物掺合料组成的复合胶凝材料。进一步地，所述校准板长度方向两侧面中轴线均匀布置四个水准管；校准板宽度方向两侧面中轴线均匀布置有两个水准管；校准板的底部均匀布设有六个高度可调且底部可活动的支座。进一步地，所述校准板沿检测方向布置的调试区、横向精度校准区、纵向精度校准区、深度方向精度校准区，其各区交界线均标记于校准板上表面。进一步地，所述校准板调试区内部包含沿校准板中轴线对称分布的长100mm，宽500mm，深50mm的内部水平断层，其内部水平断层平面高程为基准高程0mm；所述校准板横向精度校准区含四块长100mm，宽500mm，厚100mm的子区，四块子区内设有纵向锯齿状断层，锯齿状断层上齿尖高程为0mm，锯齿状断层的下齿尖高程为-10mm，且四块子区内断层相邻齿间距离沿长度方向依次为：0.5mm，0.1mm，0.05mm，0.01mm；所述校准板纵向精度校准区含四块长100mm，宽500mm，厚100mm的子区，四块子区内设有横向锯齿状断层，锯齿状断层上齿尖高程为0mm，锯齿状断层的下齿尖高程为-10mm，且四块子区内断层相邻齿间距离沿长度方向依次为：0.5mm，0.1mm，0.05mm，0.01mm；所述校准板深度方向精度校准区长100mm，宽500mm，厚100mm，该区内含五级阶梯状断层，内部纵向阶梯状断层表面高程沿长度方向依次为-0.1mm，0mm，0.1mm，0.15mm，0.156mm。进一步地，所述校准板各方向精度调试区内部裂隙构造不限于上述尺寸。进一步地，本专利技术中评判精度的标准为对于横向精度、纵向精度及深度方向精度校准区进行若干次检测，检测获得横向、纵向及深度检测值与校准区内部断层真实值误差小于±5%时，说明检测可靠度大于95%。一种采用权利要求1中所述高铁轨道板病害超声检测系统校准设备的校准方法，包含以下步骤：步骤1：设置超声相控阵模块初始检测参数；步骤2：将校准设备架设在待检测区域上方，调整校准设备架设方向使其与检测方向平行，通过调节校准设备支座使校准设备处于水平状态；步骤3：初始化超声检测系统，移动扫描模块至校准板调试区，设置超声检测系统的检测参数，设置调试区高程为零；步骤4：移动扫描模块至校准板横向精度校准区，采集横向精度校准区内部锯齿状断层相邻上齿尖或下齿间的横向间距；步骤5：移动扫描模块至校准板纵向精度校准区，采集纵向精度校准区内部锯齿状断层相邻上齿尖或下齿间的横向间距；步骤6：移动扫描模块至校准板深度方向精度校准区，采集深度方向精度校准区各级台阶的高程；步骤7：将采集数据与已知校准板内部病害构造信息对比分析，获取超声检测系统检测精度；步骤8：检测到平均检测值与真实值误差小于±5%，说明超声检测系统精度达标，符合工程检测要求；步骤9：若不符合工程检测要求，则通过反馈调节检测设备的预设参数，重复上述步骤，直至达到所要求的精度，完成校准。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术所述的一种高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备及方法，能够对现场超声检测系统进行更为方便、快速、精准的室外校准，克服了超声检测系统存在的对水泥混凝土结构内部裂隙精准检测的难以校准缺陷，对于不同种类及型号的超声检测系统均适用，并可以满足不同的轨道板测量标准，对超声检测系统应用于高铁轨道板现场检测的推动有着巨大的意义，本专利技术通过已知三维信息的三个校准区，应用现场所架设的超声检测系统对其进行检测，将超声检测系统的检测结果与已知三维信息进行比较比较分析，获得检测系统相应的检测精度与参数，进而通过反馈调节检测设备的预设参数，达到工程要求的检测精度，完成校准。附图说明图1为本专利技术专利中超声检测系统现场检测校准流程图；图2为本专利技术专利中超声检测系统对高铁轨道板内部病害的检测模式；图3-1为本专利技术专利中校准设备构造俯视图；图3-2为本专利技术专利中校准设备构造主视图；图4为本专利技术专利中校准板校准分区示意图；图5为本专利技术专利中校准板调试区示意图；图6-1为本专利技术专利中校准板横向精度校准区第一子区示意图；图6-2为本专利技术专利中校准板横向精度校准区第二子区示意图；图6-3为本专利技术专利中校准板横向精度校准区第三子区示意图；图6-4为本专利技术专利中校准板横向精度校准区第四子区示意图；图7-1为本专利技术专利中校准板纵向精度校准区第一子区示意图；图7-2为本专利技术专利中校准板纵向精度校准区第二子区示意图；图7-3为本专利技术专利中校准板纵向精度校准区第三子区示意图；图7-4为本专利技术专利中校准板纵向精度校准区第四子区示意图；图8为本专利技术专利中校准板深度方向精度校准区示意图。附图标记列表：1.高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备，2a.第一水准管，2b.第二水准管，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备，其特征在于，所述校准设备包括校准板、水准管、高度可调支座及超声检测系统，校准板分为沿检测方向布置的调试区、横向精度校准区、纵向精度校准区、深度方向精度校准区，水准管均匀布置于校准板上表面外沿，高度可调支座均匀布置于校准板底部，超声检测系统包括通过信号传输线连接的扫描模块、编码器、超声相控阵模块及图像处理模块，其校准方法是：架设校准设备，应用超声检测系统对待检测区域进行检测，获得相应的检测参数与精度，进而通过反馈调节检测设备的预设参数，达到工程要求的检测精度，完成对超声检测仪器的校准。

【技术特征摘要】
1.一种高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备，其特征在于，所述校准设备包括校准板、水准管、高度可调支座及超声检测系统，校准板分为沿检测方向布置的调试区、横向精度校准区、纵向精度校准区、深度方向精度校准区，水准管均匀布置于校准板上表面外沿，高度可调支座均匀布置于校准板底部，超声检测系统包括通过信号传输线连接的扫描模块、编码器、超声相控阵模块及图像处理模块，其校准方法是：架设校准设备，应用超声检测系统对待检测区域进行检测，获得相应的检测参数与精度，进而通过反馈调节检测设备的预设参数，达到工程要求的检测精度，完成对超声检测仪器的校准。2.根据权利要求1所述的一种高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备，其特征在于，所述校准板其材料主要成分为快硬硫铝酸盐水泥和矿物掺合料组成的复合胶凝材料，通过3D打印形成，并于校准板上表面标识出校准板调试区、横向精度校准区、纵向精度校准区、深度方向精度校准区各区分界线。3.根据权利要求1所述的一种高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备，其特征在于，所述校准板长度方向两侧面中轴线上均匀布置四个水准管；校准板宽度方向两侧面中轴线上均匀布置两个水准管；校准板底部均匀布设六个高度可调且底部可活动的支座。4.根据权利要求1所述的一种高铁轨道板内部裂隙超声检测系统校准设备，其特征在于，所述校准板调试区内部包含沿校准板中轴线对称分布的长100mm，宽500mm，深50mm的内部水平断层，设定内部水平断层平面高程为基准高程0mm；所述校准板横向精度校准区包括四块长100mm，宽500mm，厚100mm的子区，四块子区内设有纵向锯齿状断层，锯齿状断层上齿尖高程为0mm，锯齿状断层的下齿尖高程为-10mm，且四块子区内断层相邻齿间距离沿长度方向依次为：0.5mm，0.1mm，0.05mm，0.01mm；所述校准板纵向精度校准区包括四块长100mm，宽500mm，厚100mm的子...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈先华，郝怡铭，张磊，徐刚，周杰，符庆宏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32