一种钢轨轨头、轨腰缺陷分析方法技术

本发明专利技术公开一种钢轨轨头、轨腰缺陷分析方法，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、计算超声波一次波所在直线方程；S4、求解反射点；S5、求解超声波束的法线方程；S6、求解二次波即反射线所在的直线方程；S7、求解反射线即二次波与钢轨表面的交点；S8、缺陷点坐标转换：本发明专利技术的钢轨轨头、轨腰缺陷分析方法，能够非常方便的分辨出缺陷所在的位置，通过该缺陷分析方法可以获得钢轨内部缺陷坐标，将缺陷坐标进行绘制，可以描绘出缺陷的大致形态；有利于对钢轨做出合理科学的判断。

【技术实现步骤摘要】
一种钢轨轨头、轨腰缺陷分析方法
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头、轨腰缺陷分析方法。
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，利用色斑来区别是否存在伤损区域。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢轨轨头、轨腰缺陷分析方法，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；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；所述钢轨轨头、轨腰缺陷分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、建立钢轨3D模型：选取钢轨底面作为...

【技术特征摘要】
1.一种钢轨轨头、轨腰缺陷分析方法，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；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；所述钢轨轨头、轨腰缺陷分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立钢轨3D模型：选取钢轨底面作为三维坐标轴的xoy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值，超声波相控阵探头位于钢轨轨头踏面上，可以在坡面上进行旋转移动；
S2、求解超声波声束入射点：根据探伤要求，轨头、轨腰超声探伤时，利用夹持装置将探头固定在钢轨轨头踏面上，通过前后移动和左右旋转，实现轨头、轨腰区域的超声覆盖；记录下探头旋转原点到钢轨最外侧边缘距离l、探头与钢轨横向的夹角β；在进行移动探伤时，根据探头的旋转原点所在位置的坐标(x0,y0,z0)，未旋转时的入射点坐标(xi,yi,zi)以及旋转角度β；通过旋转原点和旋转角度的关系可以计算出旋转后的坐标值，即所求得的超声波的入射点坐标(xr,yr,zr)；
S3、计算超声波一次波所在直线方程：根据步骤S2中求解出的超声波束的入射点坐标(xr,yr,zr)，求解未旋转时的入射点坐标(xi,yi,zi)在入射角θ的作用下求得入射点在xoy面上的对应的坐标(xz,yz,zz)；利用两点确定一条直线的思想，根据两点求解超声波一次波所在直线的方程；
S4、求解反射点：通过上述步骤S3求解得到了超声波一次波所在直线的方程，利用该方程和钢轨表面的分段函数进行联立求解出交点，即一次波的反射点坐标(xc1，yc1，zc1),方程组联立求解；
S5、求解超声波束的法线方程：利用镜面反射原理，已知入射线和法线时，求解出反射线；利用反射点，分情况求解在该点的法向量，写出法线方程；
S6、求解二次波即反射线所在的直线方程：根据镜面反射原理，在入射线上任意选取一点，求解该点关于法线的对称点坐标；选取入射点(xr,yr,zr)，求解入射点(xr,yr,zr)关于法线的对称点(xt,yt,zt)，由于钢轨的结构特点和坐标系建立方式使得在任何位置的法线均和y轴垂直，因此，入射点到法线的距离等于入射点的反射点到法线的距离；求解入射点关于法线对称点的x和z这两个分量的值；写出反射线所在直线的方程；
S7、求解反射线即二次波与钢轨表面的交点：通过上述步骤求解得到了超声波二次波所在直线的方程，利用该方程和钢轨表面的分段函数进行联立求解出交点，即二次波的反射点坐标(xc2，yc2，zc2)；
S8、缺陷点坐标转换：利用上述求解出来的三个点：入射点(xr,yr,zr)、、一次波的反射点坐标(xc1，yc1，zc1)、二次波的反射点坐标(xc2，yc2，zc2)，可以计算出一次波长度S、二次波长度F；超声波探伤装置将返回一系列的离散数据点，返回的数据表示在超声波束设置的声程中按照采样点数等距处的超声返回信息，利用每个数据点的数值来判断是否存在伤损；利用点在数据序列中所在的位置可以确定出数据点到入射点的距离s，利用s/S的比值来确定该点是否位于一次波上，若s/S小于1，则在一次波上，然后令t＝s/S带入到上述所求得的一次波直线方程中，可以计算出该点的坐标；反之s/S大于1则在二次波上，令t＝(s-S)/F，带入到上述所求得的二次波直线方程中，可以计算出缺陷点的坐标。


2.根据权利要求1所述的一种钢轨轨头、轨腰缺陷分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，超声波声束入射点具体包括以下计算过程：钢轨轨头踏面可以认为是一个和钢轨底面平行的面，即与xoy面的夹角为0°；
假设探头的旋转原点坐标为(x0,y0,z0)，在未旋转时，探头方向和钢轨横向平行，某一条声束入射点坐标为(xi,yi,zi)，探头所探头的旋转角度为β，探头在旋转之后对应的入射点为(xr,yr,zr)，由于旋转前后入射点到旋转原点的距离不变，始终为yi-y0，在旋转后只会改变x和y方向的分量：
Δx＝(yi-y0)*sinβ；
Δy＝(yi-y0)*cosβ；
则所求得入射点为：
xr＝x0+Δx；
yr＝y0+Δy。


3.根据权利要求1所述的一种钢轨轨头、轨腰缺陷分析方法，其特征在于，所述步骤S3中，超声波一次波所...

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