铁路轮轴自动化成像磁粉探伤机及方法与流程

本发明涉及一种应用于铁路轮轴自动化成像磁粉探伤检测的设备及方法，属于无损检测中的磁粉探伤技术领域。

背景技术：

目前，对铁路车辆轮轴的磁粉探伤还是一直沿用着通过人眼观察磁化后的轴身、轴颈、车轮腹板上的磁痕，凭借工作经验对磁痕显示做出判断，给出结论性意见的做法。从实际实施中可以发现，这种传统的磁粉探伤做法存在如下缺陷：

1、检测速度慢，工作效率低。

2、劳动强度大，重复、单调、一成不变的工作流程给探伤人员带来严重的视觉疲劳，从而会导致出现简化工艺、疏漏环节、漏探、错判的问题。

3、长期在紫外线照射的环境下工作，给探伤人员身体带来伤害，尤其是紫外线灯随着光强由低到高，自身温度从较低一直变化到炽热，加上在遮光的暗室里，工作条件恶劣，严重影响着探伤人员的身心健康。

4、探伤结果与人为的因素有关，取决于探伤人员的技术素质、水平和责任心，观察的不全面和不细心，或缺陷与伪缺陷磁痕混淆都会造成漏探和错判。

5、不能对磁痕显示结果进行保留，尤其对铁路重要的零部件。当发生质量隐患事故时，对当时磁痕显示情况无从查询。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铁路轮轴自动化成像磁粉探伤机及方法，其探伤检测速度快，探伤结果准确性高，错漏探率小，缺陷磁痕图像可显示，探伤结果可追溯，探伤人员的工作环境好，劳动强度低，解决了现有磁粉探伤技术中存在的问题，适用于铁路各型车的轮轴(轮对)的磁粉探伤检测。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种铁路轮轴自动化成像磁粉探伤机，它包括机架、工件送入机构、工件送出机构、转动机构、磁悬液喷洒系统、轮轴周向磁化机构、轮轴纵向磁化机构，其特征在于：

铁路轮轴自动化成像磁粉探伤机还包括：用来采集轮轴轴身磁痕、位于轴身正上方且沿轴身轴向均布悬吊安装的高清相机和紫外线灯；用来采集轮轴轴颈和防尘板座磁痕、位于轴颈和防尘板座两者正上方的高清相机和紫外线灯；用来采集轮轴的车轮腹板内外侧磁痕、位于轮轴的车轮上方并与车轮腹板的板面倾斜的高清相机和紫外线灯；用于消除磁悬液喷溅污染高清相机和紫外线灯现象的遮蔽装置；

所有高清相机和紫外线灯安装在可上下移动的升降装置上，升降装置上还安装有紫外照度计；

机架上设有用于形成暗室的遮光帘，暗室内安装有监视磁悬液喷淋状态的若干高清摄像头。

所述升降装置包括用来安装所述高清相机、所述紫外线灯和所述紫外照度计的横梁，横梁两端安装有滑移框架，滑移框架与升降驱动气缸的伸缩杆连接，滑移框架上安装有滑轮，滑轮滑动安装在滑轨上，横梁通过滑移框架在升降驱动气缸的驱动下沿滑轨做上下运动，以带动所述高清相机和所述紫外线灯进入与移出检测区域。

所述遮蔽装置包括水平移动驱动气缸，水平移动驱动气缸的伸缩杆连接有滑块，滑块滑动安装在导轨上，滑块上安装有保护罩，保护罩在水平移动驱动气缸的驱动下沿导轨做水平直线运动，以在对轮轴进行磁悬液喷淋时移动到所述高清相机和所述紫外线灯与轮轴之间，避免磁悬液喷溅到所述高清相机和所述紫外线灯上。

一种基于所述的铁路轮轴自动化成像磁粉探伤机实现的铁路轮轴自动化成像磁粉探伤方法，其特征在于，它包括步骤：

1)所述轮轴通过所述工件送入机构送入磁化探伤工位，由所述转动机构托持支撑住；

2)所述遮蔽装置移动到位，对所述高清相机和所述紫外线灯进行遮挡保护，然后所述车轮在所述转动机构带动下转动，同时所述磁悬液喷洒系统对整个所述轮轴进行磁悬液的喷淋；

3)喷淋同时，所述轮轴周向磁化机构、所述轮轴纵向磁化机构采用连续磁化方法对所述轮轴分别进行周向、纵向磁化；

4)喷淋及磁化完成后，所述轮轴周向磁化机构、所述轮轴纵向磁化机构和所述遮蔽装置复位；

5)所述升降装置带动所述高清相机和所述紫外线灯进入检测区域，所述紫外线灯开启，所述轮轴在所述转动机构带动下每转动设定角度时，所述高清相机拍照一次，对所述轮轴分区域进行磁痕图像采集；

6)采集完成后，所述紫外线灯关闭，所述高清相机停止拍照，所述升降装置带动所述高清相机和所述紫外线灯复位；

7)所述高清相机拍摄的原始磁痕图像传送给计算机进行处理，完成缺陷磁痕的检测与识别；

8)所述轮轴通过工件送出机构送出。

本发明的优点是：

本发明解决了用人眼直接在轮轴上观察磁痕、人工分析判断磁痕真伪缺陷、人工测量缺陷尺寸、人工语言描述磁痕形态、手工填写记录报告、探伤结果不可重现的种种与人为因素有关的诸多问题。

本发明使人为判断变为机器识别，实现了磁痕图像显示、缺陷磁痕自动识别、缺陷磁痕自动标注、磁痕图像自动粘贴记录、探伤结果可追溯等功能，使铁路轮轴磁粉探伤过程实现了全程自动化。与传统的磁粉探伤做法相比，本发明具有如下特点：

1、探伤检测速度提高了3倍以上。

2、降低了探伤人员的劳动强度，不需要探伤人员用眼观察磁痕，解决了视觉疲劳问题。

3、改善了探伤人员的工作环境，不需要探伤人员在暗室和紫外线灯下观察工件磁痕，保障了探伤人员的身心健康。

4、不需要探伤人员凭借个人水平和能力去判断缺陷磁痕，提高了探伤结果的准确性，减小了错漏探率。

5、自动生成带有缺陷磁痕图像的探伤记录和报告，使探伤结果具有可追溯性。

附图说明

图1是本发明铁路轮轴自动化成像磁粉探伤机的结构示意图。

图2是图1的侧视示意图。

具体实施方式

本发明铁路轮轴自动化成像磁粉探伤机位于轮对检修流水线上，与生产现场内轨道衔接。如图1和图2所示，本发明铁路轮轴自动化成像磁粉探伤机包括机架20、负责送入轮轴10的工件送入机构21(轨道通过式)、负责送出轮轴10的工件送出机构22(轨道通过式)、托持住轮轴10且带动轮轴10车轮14转动的转动机构、负责磁悬液喷淋及回收的磁悬液喷洒系统23、对轮轴10实施周向磁化的轮轴周向磁化机构、对轮轴10实施纵向磁化的轮轴纵向磁化机构，特别地，本发明还包括用来采集轮轴10轴身11磁痕的高清相机60和紫外线灯70，用来采集轮轴10轴颈13和防尘板座15磁痕的高清相机60和紫外线灯70，以及用来采集轮轴10的车轮腹板12内、外侧磁痕的高清相机60和紫外线灯70，所有高清相机60和紫外线灯70安装在可上下移动的升降装置上，升降装置上还安装有实时测量紫外辐照强度的紫外照度计81，以便当紫外辐照强度低于2000mw/cm²时报警提示并调整光强。

需要说明的是，本发明铁路轮轴自动化成像磁粉探伤机的探测对象为轮轴10，轮轴10一般包括轴身11，轴身11两端为轴颈13和防尘板座15，轴身11上安装有车轮14，车轮14两侧为车轮腹板12。

在实际设计中，如图，进一步来说，用来采集轮轴10轴身11磁痕的高清相机60、紫外线灯70位于轴身11正上方且沿轴身11轴向均布悬吊安装，用来采集轮轴10轴颈13和防尘板座15磁痕的高清相机60、紫外线灯70位于轴颈13和防尘板座15两者的正上方，用来采集轮轴10的车轮腹板12内、外侧磁痕的高清相机60、紫外线灯70位于轮轴10的车轮14上方并与车轮腹板12的板面倾斜。

在本发明中，紫外线灯70由若干led紫外线灯珠构成，高清相机60采用工业高清相机。

本发明的特点在于采用了工业高清相机，工业高清相机的主要特点是：视场广，摄像面积宽，分辨率高，摄像速度快，成像精度高，以太网口传输距离长，有较高的成像质量。

本发明的特点还在于采用了led紫外线灯，其主要特点是：冷光源，无热辐射；点亮无延迟，以毫秒计算的快速响应时间；无频闪，发出365nm恒定波长的高纯度紫外线；宽压技术，可实现紫外光强度的调整，以使图像采集区域光强可控制在2000mw/cm²；同时led紫外线灯还具有环保、无污染、安全可靠性强、耐冲击、不易破碎等优点。

在本发明中，高清相机60和紫外线灯70的组合保证了磁痕的有效采集以及为磁痕图像的生成创造了有力的条件。

以图1举例说明：

在实际实施时，轮轴10分成轴身11、轴颈13和防尘板座15、以及车轮腹板12三个区域进行磁痕探测：轴身11正上方，沿轴向安装4个高清相机60，并且在轴向方向上配合安装由较多led紫外线灯珠构成的2个紫外线灯70以及由若干led紫外线灯珠构成来加强轴身两圆弧面光强的4个紫外线灯70。两侧的轴颈13和防尘板座15正上方各安装1个高清相机60，并且配合安装由若干led紫外线灯珠构成的紫外线灯70，用于加强轴颈13和防尘板座15两圆弧面光强。两侧的车轮腹板12上方，对应车轮腹板12内、外侧各安装1个高清相机60，并且配合安装由若干led紫外线灯珠构成的紫外线灯70。

如图1，升降装置包括用来安装高清相机60、紫外线灯70和紫外照度计81的横梁55，横梁55两端安装有滑移框架52，滑移框架52与升降驱动气缸51的伸缩杆连接，滑移框架52上安装有滑轮53，滑轮53滑动安装在滑轨54上，横梁55通过滑移框架52在升降驱动气缸51的驱动下沿滑轨54做上下运动，以带动高清相机60和紫外线灯70进入与移出检测区域。

在实际中，机架20上设有遮光帘，用于形成暗室。遮光帘可采用诸如卷帘等各种结构。

本发明探伤机磁痕成像、缺陷磁痕自动捕捉的实现，使得探伤人员不用再进入到暗室中操作，避免了紫外线灯的直接照射对探伤人员所带来的人身健康影响，同时也不再受封闭小屋中污浊空气的影响，为探伤人员营造了一个通风良好、干净、舒适的工作环境。但是暗室内的工作状况，尤其是磁悬液的喷淋情况需要得到监控，为此在本发明中，暗室内安装有监视磁悬液喷淋状态的若干高清摄像头82。

在实际设计中，本发明铁路轮轴自动化成像磁粉探伤机还包括用于消除磁悬液喷溅污染高清相机60和紫外线灯70现象的遮蔽装置。进一步来说，遮蔽装置包括水平移动驱动气缸91，水平移动驱动气缸91的伸缩杆连接有滑块93，滑块93滑动安装在导轨92上，滑块93上安装有保护罩94，保护罩94在水平移动驱动气缸91的驱动下沿导轨92做水平直线运动，以在对轮轴10进行磁悬液喷淋时移动到高清相机60和紫外线灯70与轮轴10之间，避免磁悬液喷溅到高清相机60和紫外线灯70上。

在本发明中，工件送入机构、工件送出机构、转动机构、磁悬液喷洒系统、轮轴周向磁化机构、轮轴纵向磁化机构为探伤机领域的已有设备，故其具体构成不在这里赘述。

通常地，转动机构包括支承两个车轮14的托辊31，伺服电机通过传动机构带动托辊31转动，以根据探伤要求使托辊31拖动车轮14转动轮轴，并在每转动36°停止一次，共停止10次，以进行磁痕捕捉。

磁悬液喷洒系统为可保证喷洒全面、均匀、确保连续磁化的自动或手动喷洒机构，储液箱内设有回冲搅拌装置，来保证喷洒过程中磁悬液浓度一致，并且可设计有磁悬液自动过滤功能，在机架20底部设有不锈钢磁悬液收集槽。

轮轴周向磁化机构包括位于轮轴10两侧的两个周向磁化电极43。周向磁化采用直接通电法，最大磁化电流可为3000a。

轮轴纵向磁化机构包括位于轮轴10轴身11的若干开合线圈41以及位于轮轴10两侧的两个环形线圈42。开合线圈41、环形线圈42的最大安匝数可达到24000an(2400a、10n)。

当周向、纵向磁回路同时通入相位相差120°的交流电时，在轮轴10上便产生旋转磁场，实现复合磁化，从而可检测轮轴10任意方向的裂纹。其中，两个周向磁化电极43通过气缸24驱动夹紧轮轴10两端部，环形线圈42通过气缸驱动，移动至轮轴10两端、对应轴颈13和防尘板座15的位置，开合线圈41开口朝上，对应轴身11中部位置设置，通过气缸25驱动进行开合，通过气缸26完成电极的接触锁紧。

在本发明中，工件送入机构等所有机构、系统，以及高清相机60、紫外线灯70等所有设备、器件均与机电控制系统相连，受机电控制系统控制。机电控制系统的所有电路控制器件可安装在机架20两侧的箱体内。机电控制系统包括供探伤人员操作的操作柜100，操作柜100上安装有：用于打印探伤记录和报告的打印机，用于对采集到的原始图像及探伤软件界面进行显示的39英寸显示器，用于操作的鼠标和键盘，便携式工业计算机(图像处理与缺陷识别软件安装于计算机上，用于对采集到的原始图像进行处理和缺陷识别，给出缺陷磁痕的位置、尺寸和形状等)和用于手动操作的面板。

基于上述本发明铁路轮轴自动化成像磁粉探伤机，本发明还提出了一种铁路轮轴自动化成像磁粉探伤方法，其包括如下步骤：

1)轮轴10通过工件送入机构21送入磁化探伤工位，由转动机构托持支撑住；

2)遮蔽装置移动到位，对高清相机60和紫外线灯70进行遮挡保护，然后车轮14在转动机构带动下转动，同时磁悬液喷洒系统23对整个轮轴10进行磁悬液的喷淋；

3)喷淋同时，轮轴周向磁化机构、轮轴纵向磁化机构采用连续磁化方法对轮轴10分别进行周向、纵向磁化；

4)喷淋及磁化完成后，轮轴周向磁化机构、轮轴纵向磁化机构和遮蔽装置复位；

5)升降装置带动高清相机60和紫外线灯70进入检测区域，紫外线灯70开启，轮轴10在转动机构带动下每转动设定角度时，高清相机60拍照一次，对轮轴10分区域进行磁痕图像采集；

6)采集完成后，紫外线灯70关闭，高清相机60停止拍照，升降装置带动高清相机60和紫外线灯70复位；

7)高清相机60拍摄的原始磁痕图像传送给计算机进行处理，完成缺陷磁痕的检测与识别；

8)轮轴10通过工件送出机构22送出。

在实际实施中，轮轴10通常被分成三个区域进行磁痕图像采集，其中：

轴身11为一个区域；

车轮腹板12作为一个区域；

轴颈13和防尘板座15共同作为一个区域。

当然，轮轴10的区域分割并不限于上述。

具体来说，本发明探伤机的工作过程为：

1)轮轴10通过工件送入机构21送入磁化探伤工位，并由托辊31支撑；

2)遮蔽装置移动到位，对高清相机60和紫外线灯70等设备进行遮挡保护，然后车轮14通过托辊31带动而转动的同时，由磁悬液喷洒系统23对整个轮轴10进行磁悬液的喷淋；

3)喷淋的同时，两个周向磁化电极43夹紧轮轴10两端，环形线圈42移动到位，开合线圈41闭合，按磁化规范施加电流，采用连续磁化方法对轮轴10进行周向、纵向磁化；

4)喷淋及磁化完成后，轮轴周向磁化机构、轮轴纵向磁化机构、遮蔽装置复位；

5)升降装置带动高清相机60和紫外线灯70进入检测区域，紫外线灯70开启，轮轴10通过转动机构每转动设定角度，高清相机60拍照一次，将轮轴10分成轴身11、轴颈13和防尘板座15、车轮腹板12三个区域进行磁痕图像采集，其中的轴颈13和防尘板座15作为一个区域；

6)采集完成后，紫外线灯70关闭，高清相机60停止拍照，升降装置带动高清相机60和紫外线灯70复位；

7)图像处理软件对高清相机60拍摄的原始磁痕图像进行处理，完成缺陷磁痕识别，显示出缺陷磁痕的位置、尺寸和形状；

8)若发现缺陷磁痕，则声光报警，在探伤软件界面上显示缺陷磁痕图像，必要时可在界面上测量磁痕，对磁痕形态进行分析；

9)通过关闭报警来确认已发现缺陷磁痕；

10)缺陷磁痕图像自动贴入探伤报告，生成记录并存储，以便后续追溯查询；

11)轮轴10通过工件送出机构22送出。

本发明的优点是：

本发明解决了用人眼直接在轮轴上观察磁痕、人工分析判断磁痕真伪缺陷、人工测量缺陷尺寸、人工语言描述磁痕形态、手工填写记录报告、探伤结果不可重现的种种与人为因素有关的诸多问题。本发明使人为判断变为机器识别，实现了磁痕图像显示、缺陷磁痕自动识别、缺陷磁痕自动标注、磁痕图像自动粘贴记录、探伤结果可追溯等功能，使铁路轮轴磁粉探伤过程实现了全程自动化。

以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。