一种基于相控阵探头的机车车辆车轮缺陷检测装置制造方法及图纸

一种基于相控阵探头的机车车辆车轮缺陷检测装置：与控制机构相连的探头支架上连接有超声波相控阵探头，相控阵探头置于轮对的踏面上，轮对踏面的下部置于顶转轮装置的顶轮和转轮上；超声波相控阵探头的与数据处理及控制计算机相连；相控阵探头为二个；左、右探头等距离地远离轮缘，而与车轮滚动圆的轴向距离为０～１０ｍｍ；左探头和右探头的在车轮滚动圆上相距的弧长为２２０～４００ｍｍ；左探头和右探头的轴线与车轮滚动圆面的扭转角度相同，该扭转角度为０～３０度。该装置能够从踏面上在线自动化检测车轮轮幅缺陷，检测效率高，检测结果准确，且其结构简单，使用操作方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种机车车辆车轮轮辐区域超声波探伤检测装置。
技术介绍
车轮是包括动车组在内的机车车辆走行系统的关键部件，其基本结构如图1所示，包括轮缘63、踏面64、轮辋62、轮辐61、辐板孔611、轮毂60。车 轮6的内部状态和表面的裂纹直接关系到行车安全。铁路提速的大发展以及高 速动车组的快速建设，对车轮的质量提出了更高的要求。为避免有缺陷的车轮 在运行时发生事故，确保列车行驶的安全，需要对车轮轮辋和轮辐部分进行探 伤。同时，为提高高速列车的运营效率，要求对车轮轮辋轮辐进行不拆卸轮对 的在线式检测(探伤)。车轮探伤目前较有效的方法是超声波检测，其原理是 如果介质即车轮中有气孔、裂纹、分层等缺陷(缺陷中有气体)或夹杂，超声 波传播到介质与缺陷的界面处时，就会全部或部分反射。反射回来的超声波被 探头接收，可以根据波形的变化特征判断缺陷在工件的深度、位置和形状。超 声波探伤优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，能对 缺陷进行定位和定量，适合轮辋轮辐的无损探伤。由于车轮轮辋62部分距离踏面64的距离较小，而且结构差别不大，因此 轮辋62部分的探伤与轮辐区域相比更容易；而轮辐61区域结构复杂且离踏面 64表面距离较远，要检测整个轮辐61区域需要的探头数量大，对探头布局要求 严格，尤其是在线式检测的空间约束更大。目前尚无对轮辐61区域进行在线自 动化检测的简单有效方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种基于相控阵探头的机车车辆车轮缺陷检测装 置，该装置能够从踏面上在线自动化检测车轮轮幅区域各点的缺陷，检测效率 高，检测结果准确，且其结构简单，使用操作方便。本专利技术实现其专利技术目的，所采用的技术方案是， 一种基于相控阵探头的机车车辆车轮缺陷检测装置，其结构特点是与控制机构相连的探头支架上连接有超声波相控阵探头，相控阵探头置于3轮对的踏面上，轮对踏面的下部置于顶转轮装置的顶轮和转轮上；超声波相控 阵探头与数据处理及控制计算机相连；所述的相控阵探头有左、右两个，左探头和右探头等距离地远离轮缘，而与车轮滚动圆的轴向距离为0 10mm;左探头和右探头的在车轮滚动圆上相距的 弧长为220 600mm;左探头和右探头的轴线与车轮滚动圆面的扭转角度相同，该 扭转角度为0 30度。本专利技术的工作过程和工作原理是-利用顶转轮装置将轮对向上顶起，再由控制机构将探头支架置于轮对的踏 面上，从而使相控阵探头按设定位置分布在车轮的踏面上;顶转轮装置驱动转 轮转动，带动轮对相对于探头作圆周运动。完成车轮踏面表面的湿润后，相控 阵探头自动一次性的完成对轮辐区域不同深度、不同方向的缺陷检测，其超声 检测的工作原理如下每个超声波相控阵探头由多个阵元组成，工作时，数据处理及控制计算机根 据几何声程差，计算出可使各阵元的发射声束在聚焦点聚焦的各阵元激励信号 所需的延时时间。再以该设定的延迟时间顺序激励各阵元，使各阵元按设定的延 时规律依次发射出超声波，在设定的聚集点处相干叠加增强，在聚集点以外区域 叠加减弱，甚至抵消。接收聚焦和上述的发射聚焦为互逆的过程,遵守相同的几 何聚焦延迟规律即各阵元接收检测回波信号，按照相同的聚焦时间延迟量进行 延迟，由数据处理及控制计算机将各延迟后的信号求和，作为检测回波信号，该 检测信号主要来自焦点和焦点附近的回波信号，聚焦区域外的回波信号则减弱 甚至抵消,从而实现接收聚焦；这样即完成对聚焦点和焦点附近的探伤检测。通 过对聚焦点的偏转变换，可以实现对车轮不同位置的扫描探伤检测。本专利技术的左探头和右探头组成的探头对可以有以下两种工作方式方式一周向缺陷的检测左探头和右探头一个发射信号、另一个接收信号。当车轮轮幅中存在周向缺 陷时， 一侧的发射信号传播到该周向缺陷时，由于该缺陷对超声波的阻碍作用， 超声波将以左探头和右探头中间的车轮半径为i对称轴，向另一侧反射，而被另 一侧的探头接收。因此，此种方式下可以检测车轮轮幅中的周向缺陷。同时， 由于两个探头的发射聚焦点和接收聚焦点设定于两个探头的对称轴线上，即两 探头正中间的车轮半径也即检测半径上，数据处理及控制计算机控制左右探头的聚焦点变化，可实现该半径线上从车轮圆心处至轮幅与轮辋交界处的周向缺 陷的扫描探测，当车轮旋转一周后，即可完成整个轮幅区域的周向缺陷扫描检 测。并且由于一探头的发射路径和另一探头的接收路径位于检测半径的两侧且 指向检测半径，避开了位于检测半径上的幅孔对检测信号的反射阻挡，可有效 地实现检测半径上幅孔与车轮圆心之间的缺陷的检测。由于左探头和右探头等距离地远离轮缘，而与车轮滚动圆的轴向距离为0 IO咖，并配合左探头和右探头的轴线与车轮滚动圆面的扭转角度的调整，使其 反射信号和接收信号也能避开轮幅轮辋交界处的凹槽及曲线幅板内陷处的阻 挡，而实现对凹槽及曲线幅板下方缺陷的有效检测。方式二径向缺陷的检测左探头和右探头均既发射信号又接收信号。当车轮轮幅中缺陷的方向与发射 方向相垂直时，这种缺陷通常为径向或接近径向的缺陷，此时，探头发射的信 号将沿相同的路径反射回同一探头而被接收。数据处理及控制计算机通过设定 和调整两个探头的发射及接收聚焦点，可实现轮幅区域的径向或接近径向的缺 陷的扫描探测，当车轮旋转一周后，即可完成整个轮幅区域的径向缺陷扫描检同样，通过调整左探头和右探头与车轮滚动圆的轴向距离并配合左探头和右 探头的轴线与车轮滚动圆面的扭转角度的调整，使其信号也能避开轮幅轮辋交 界处的凹槽及曲线幅板内陷处的阻挡，而实现对凹槽及曲线幅板下方缺陷的有 效检测。以上两种工作方式可以单独进行，也可交替进行，从而实现整个轮幅区域内 周向和/或径向缺陷的检测。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是一、采用普通的超声波探头进行，需要分布众多的探头进行检测，而受在 线检测空间的约束，其制备安装难度极大。而本专利技术仅需在车轮的踏面上用探 头支架固定左右两个相控探头，用顶转轮装置将轮对顶起，利用相控阵探头的 偏转和聚焦，在线式、自动地实现对车轮轮幅区域各点的扫描检测，所需探头 数量少，结构简单，占用空间小，方便实施在线检测。由于相控阵探头接收处理的检测信号是在聚焦点处的信号，其信号强度远 高于非聚焦点的信号强度，也高于普通探头的信号强度，故其检测信号的信噪5比高，检测结果的精度高，可靠性强。二、采用左、右探头分别从检测半径两侧分别发射和接收信号，避开了位于 检测半径上的幅孔对检测信号的反射阻挡，能有效地实现检测半径上幅孔与车 轮圆心之间的周向缺陷的检测。同时左、右探头自发自收信号，也能有效实现 对径向或接近径向缺陷的检测。并且由于左探头和右探头等距离地远离轮缘，而与车轮滚动圆的轴向相隔0 10mm的距离，同时还可通过扭转左右探头与滚 动圆的扭转角度的调整，这样本专利技术可避开轮幅轮辋交界处的凹槽及曲线幅板 内陷处对检测信号的阻挡，能够对凹槽及曲线幅板下方及曲线幅板不同深度的 缺陷的有效检测。因此，本专利技术实现了现有技术中所无法检测部位的缺陷的检上述的相控阵探头还有一个中探头，该中探头位于左、右探头之间。 中探头的超声波发射路径和接收路径均与检测半径方向重叠，可以近距离地 检测轮辋、轮辋和轮幅交界处的周向或接近周向缺陷；同时它能检测轮幅区域 中，辐板孔上方区域及无辐板孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相控阵探头的机车车辆车轮缺陷检测装置，其特征在于：　与控制机构相连的探头支架（５６）上连接有超声波相控阵探头，相控阵探头置于轮对的两车轮的踏面上，车轮踏面的下部置于顶转轮装置的顶轮（９１）和转轮（９２）上；超声波相控阵探头与数据处理及控制计算机相连；　所述的相控阵探头有左、右两个（１１、１２），左探头（１１）和右探头（１２）分别位于车轮６垂向直径的左侧和右侧，二者在车轮滚动圆６９上相距的弧长为２２０～６００ｍｍ；且左探头（１１）和右探头（１２）位于踏面６４上远离轮缘６３的一侧，与车轮滚动圆６９的轴向距离相等，均为０～１０ｍｍ；左探头（１１）和右探头（１２）的阵列方向与车轮滚动圆６９的扭转角度（α）相同，该扭转角度（α）为０～３０度。

【技术特征摘要】
1、一种基于相控阵探头的机车车辆车轮缺陷检测装置，其特征在于与控制机构相连的探头支架(56)上连接有超声波相控阵探头，相控阵探头置于轮对的两车轮的踏面上，车轮踏面的下部置于顶转轮装置的顶轮(91)和转轮(92)上；超声波相控阵探头与数据处理及控制计算机相连；所述的相控阵探头有左、右两个(11、12)，左探头(11)和右探头(12)分别位于车轮6垂向直径的左侧和右侧，二者在车轮滚动圆69上相距的弧长为220～600mm；且左探头(11)和右探头(12)位于踏面64上远离轮缘63的一侧，与车...

【专利技术属性】
技术研发人员：王黎，高晓蓉，王泽勇，赵全柯，杨凯，张渝，彭建平，彭朝勇，赵波，
申请(专利权)人：北京主导时代科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]