一种钢轨轨底缺陷分析方法技术

本发明专利技术公开的一种钢轨轨底缺陷分析方法，包括以下步骤：S1、建立钢轨3D模型；S2、求解超声波声束入射点；S3、求解反射点；S4、求解二次波交点；S5、转换缺陷点坐标：将相控超声波探伤装置采集回来的离散等距的点在一次波和二次波上依次排列，利用每一点距离第一个点的距离L换算出每一个点的坐标值。本发明专利技术的钢轨轨底缺陷分析方法通过对钢轨底部超声覆盖，可以将钢轨内部存在的缺陷位置大小形态进行复现，可以对钢轨内部的缺陷进行定量分析，从而可以对钢轨进行全面评估，跟踪伤损的发展趋向，提高检测质量。

【技术实现步骤摘要】
一种钢轨轨底缺陷分析方法
本专利技术属于探伤
，具体涉及钢轨探伤领域，尤其涉及一种钢轨轨底缺陷分析方法。
技术介绍
由于在焊接、安装、使用的过程中都有可能对钢轨造成一些无法用肉眼观察到的伤损。随着使用时间的推移，伤损情况会逐渐加重。当伤损达到一定程度时很有可能造成严重的安全事故。目前对于钢轨伤损的显示都是采用平面扇形来显示是否存在损伤，当存在伤损时将会在扇形的相应声程处显示出不同的颜色。对于上述描述的伤损处理方法，还是存在很大的局限性。将探头发出的超声波束认为是一个扇形面，当只采用一次波进行探伤时，这种探伤方式可以非常方便的检测出伤损的大致形态，然而对于二次波及以上波次探伤时只能够定性的反应出是否存在伤损，而不能够精确的检测出伤损存在的位置和伤损的一个形态。然而，生产实践中往往采用多次波进行探伤，提高超声波对钢轨的覆盖率。也就是说采用传统的探伤显示方法不能够有效的跟踪研究伤损的演变，不利于对伤损成因的认识。而且，目前的这种探伤方法对于探伤人员的要求较高，需要具有丰富的探伤经验才能够大致估计出缺陷的存在位置。r>专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢轨轨底缺陷分析方法，基于相控超声波探伤装置的检测进行分析，所述相控超声波探伤装置包含超声波相控阵探头、超声波控制板卡、编码器；其特征在于，所述超声波相控阵探头通过耦合剂和被测工件接触，所述超声波控制板卡与超声波相控阵探头电性相连，所述超声波控制板卡用于产生超声波信号并将接收到的返回信号经过编码器处理后生成一系列的数字信号，并在空间直角坐标系中建立钢轨3D模型；所述编码器用于结合超声波相控阵探头的位置信息和声束参数来计算超声波束的一次波二次波的路径方程，然后将采集到的数字信号转换成三维坐标；所述钢轨轨底缺陷分析方法，包括以下步骤：/nS1、建立钢轨3D模型：相控超声波探伤装置的超声波控...

【技术特征摘要】
1.一种钢轨轨底缺陷分析方法，基于相控超声波探伤装置的检测进行分析，所述相控超声波探伤装置包含超声波相控阵探头、超声波控制板卡、编码器；其特征在于，所述超声波相控阵探头通过耦合剂和被测工件接触，所述超声波控制板卡与超声波相控阵探头电性相连，所述超声波控制板卡用于产生超声波信号并将接收到的返回信号经过编码器处理后生成一系列的数字信号，并在空间直角坐标系中建立钢轨3D模型；所述编码器用于结合超声波相控阵探头的位置信息和声束参数来计算超声波束的一次波二次波的路径方程，然后将采集到的数字信号转换成三维坐标；所述钢轨轨底缺陷分析方法，包括以下步骤：
S1、建立钢轨3D模型：相控超声波探伤装置的超声波控制板卡产生超声波信号并将接收到的返回信号经过编码器处理后生成一系列的数字信号，并在空间直角坐标系中建立钢轨3D模型；
S2、求解超声波声束入射点：根据探伤要求，轨底超声探伤时，利用夹持装置将探头固定在轨底的两个位置上，通过前后移动和左右旋转，实现轨底区域的超声覆盖；记录下探头旋转原点距离轨底边沿的距离l、探头与钢轨横向的夹角α；在进行移动探伤时，根据探头的旋转原点所在位置，以及旋转角度；通过旋转原点所在的位置换算出探头所在的坡度，进而求解出每条超声波声束的入射点坐标；
S3、求解反射点：读取相控超声波探伤装置的配置信息，获取超声波声束的数量、每一条声束的入射角、每一条超声波声束距离探头前沿的距离Li，超声波检测距离S、以及距离S上的数据点的个数n；利用入射点位置及每一声束的入射角信息，求解出一次波所在的直线方程，进而求解出一次波交点；
S4、求解二次波交点：在步骤S3求解出一次波直线方程后，将一次波进行延长，然后关于xoy面求解镜像，将会得到二次波所在直线方程，后将所在解出来的直线方程和钢轨表面的分段函数进行联立求解，求解出来的点即是二次波的交点；
S5、转换缺陷点坐标：将相控超声波探伤装置采集回来的离散等距的点在一次波和二次波上依次排列，利用每一点距离第一个点的距离L换算出每一个点的坐标值。


2.根据权利要求1所述的一种钢轨轨底缺陷分析方法，其特征在于：所述步骤S1的三维坐标系中，选取三维坐标系的xoy面作为钢轨的底面，其中，钢轨横向为y轴方向、钢轨纵向为x轴方向，将探头所在钢轨上的位置转换为探头在钢轨模型上的坐标点，超声波相控阵探头位于钢轨轨底坡面上，可以在坡面上进行旋转移动。


3.根据权利要求1所述的一种钢轨轨底缺陷分析方法，其特征在于：所述步骤S2中，超声波相控阵探头可以通过超声波控制板卡来设定超声波声束的入射角α、每一条超声波束的间隔Li，超声波相控阵探头旋转原点在三维坐标系中的坐标(x0，y0，z0)旋转角度β。


4.根据权利要求1所述的一种钢轨轨底缺陷分析方法，其特征在于：所述步骤S3和步骤S4中超声波束的一次波、二次波的路径方程的求解，已知超声波相控阵探头的坐标位置和超声波声束的入射角度可以计算出入射线的所在的直线方程，直线与钢轨底面即三维坐标的xoy交点为一次波的反射点，对入射线方程关于xoy面进行镜像对称可以求解出二次波的轨迹方程。


5.根据权利要求1所述的一种钢轨轨底缺陷分析方法，其特征在于：所述步骤S4中，在钢轨三维坐标系中可以将钢轨表面抽象成分段函数来进行表示，求得二次波轨迹后可以利用表面的分段函数和，二次波空间直线方程进行求交点，所求交点为二次波的反射点。


6.根据权利要求1所述的一种钢轨轨底缺陷分析方法，其特征在于：所述步骤S2，求解入射点，具体包括以下计算过程：
假设探头的旋转原点坐标为(x0，y0，z0)，在未旋转时，即探头方向和钢轨横向平行时，某一条声束入射点坐标为(xi，yi，zi)，探头所在坡面的倾角为α，探头的旋转角度为β；
从上方俯视轨底斜面，旋转原点(x0，y0，z0)、未旋转的入射点(xi，yi，zi)及旋转β角的入射点(xr，yr，zr)，由于旋转前后入射点到原点的距离不变，始终为yi-yo，得到探头旋转原点距离轨底边沿的距离l；
l＝(yi-y0)*sin(β)；
而旋转后点的Y方向偏移量根据以下公式求得：
Δyr＝(yi-y0)*cos(β)；
沿Y轴方向看，旋转原点(x0，y0，z0)和旋转β角的入射点(xr，yr，zr)可构成直角三角形，可得出旋转后点的X和Z方向的偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永杰，张兴家，任婉婷，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32