超声波探伤装置及系统的制作方法

本实用新型实施例涉及探伤检测技术，尤其涉及一种超声波探伤装置及系统。

背景技术：

机车车辆的轮对由于长时间使用车轮内部会产生裂纹，影响行车安全，因此必须定期对机车车辆轮对进行深度探伤以确保安全。

现有的探伤方式包括两种，一种为结合机车车辆检修修程探伤，即将轮对从车体上拆解下来进行探伤。另一种为通过式在线探伤，现有的通过式在线探伤方式，一般为多组超声波检测装置固定布置在检测区，每组检测装置只能检测到轮对的某个区域，需要设置几百组超声波检测装置进行检测，设备成本高、安装调试复杂、维修工作量大且成本高。

既有的随动式探伤装置，即设置顶杆卡在被测试机车轮对踏面处实现轮式探头的被动跟随，存在被动跟随阻力大、顶杆动态调整对中困难等问题，不便于工程应用。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种超声波探伤装置及系统，以减少轮对探伤时的阻力和准确地探伤轮对踏面，同时降低设备的成本。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种超声波探伤装置，包括：车轮位置传感器、复合超声波探头、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器及处理器；

所述车轮位置传感器与所述复合超声波探头连接，所述第一激光测距传感器位于所述复合超声波探头一侧，所述第二激光测距传感器位于所述复合超声波探头另一侧，所述处理器与所述第一激光测距传感器电性连接，所述处理器与所述第二激光测距传感器电性连接；

所述车轮位置传感器，用于检测机车轮对的位置信号；

所述复合超声波探头，用于与所述机车轮对的踏面接触并探伤；

所述第一激光测距传感器，用于测量所述第一激光测距传感器与所述机车轮对的所述踏面的第一距离值；

所述第二激光测距传感器，用于测量所述第二激光测距传感器与所述机车轮对的所述踏面的第二距离值；

所述处理器，用于根据所述第一距离值与所述第二距离值的差值，确定所述超声波探伤装置的行驶速度值。

可选的，超声波探伤装置，还包括：所述复合超声波探头包括上限位接近开关和下限位接近开关，所述上限位接近开关用于限制所述复合超声波探头上升的最高高度，所述下限位接近开关用于限制所述复合超声波探头下降的最低高度；

所述复合超声波探头设置为当其接触到所述上限位接近开关时，触发所述上限位接近开关，所述复合超声波探头停止上升的动作；

所述复合超声波探头设置为当其接触到所述下限位接近开关时，触发所述下限位接近开关，所述复合超声波探头停止下降的动作。

可选的，超声波探伤装置，还包括：

纵向终点检测接近开关、预减速点检测接近开关及纵向原点检测接近开关，其中，所述纵向终点检测接近开关与所述处理器电性连接，所述预减速点检测接近开关与所述处理器电性连接，所述纵向原点检测接近开关与所述处理器电性连接；所述纵向终点检测接近开关，用于被触发时检测所述超声波探伤装置是否到达纵向终点的位置；

所述预减速点检测接近开关，用于被触发时检测所述超声波探伤装置是否到达预减速点的位置；

所述纵向原点检测接近开关，用于被触发时检测所述超声波探伤装置是否到达纵向原点的位置。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种超声波探伤系统，所述系统包括本实用新型任意实施例所提供的超声波探伤装置，还包括：

机车标识识别器、第一磁钢、第二磁钢及第三磁钢，所述机车标识识别器与所述第一磁钢电性连接，所述第二磁钢与所述第一磁钢电性连接，所述第三磁钢与所述第二磁钢电性连接，其中，所述第一磁钢、所述第二磁钢和所述第三磁钢依次设置在机车轨道上，所述第二磁钢与所述第三磁钢之间的距离是预先设定的距离值；

所述机车标识识别器，用于识别机车的车号标识；

所述第一磁钢，用于启动所述超声波探伤装置；

所述第二磁钢，用于记录所述机车经过所述第二磁钢的时刻；

所述第三磁钢，用于记录所述机车经过所述第三磁钢的时刻。

可选的，超声波探伤系统，还包括：所述机车标识识别器，还用于当识别出所述机车的车号标识后，判断所述机车的轴数，以确定启动所述超声波探伤装置的数量。

可选的，超声波探伤系统，还包括：

纵向原点计数器，用于记录检测过的机车的转向架的数量。

本实用新型实施例通过超声波探头主动跟随运动实现轮对不少于一个周长的探测，解决既有的随动式探伤装置中设置顶杆卡在被测试机车轮对踏面处实现轮式探头的被动跟随，存在被动跟随阻力大、顶杆动态调整对中困难等问题，实现安装调试简单、维修工作量小且成本较低的效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种超声波探伤装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的一种第一激光测距传感器与第二激光测距传感器对机车轮对的调节过程示意图；

图3为本实用新型实施例一提供的一种超声波探伤装置工作时纵向原点、纵向终点及预减速点的位置图；

图4为本实用新型实施例二提供的一种超声波探伤系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例二提供的一种超声波探伤系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例三提供的一种超声波探伤方法的流程图；

图7为本实用新型实施例三提供的一种超声波探伤方法执行过程的示意图；

图8为本实用新型实施例三提供的一种超声波探伤方法的流程图；

图9为本实用新型实施例三提供的一种超声波探伤方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种超声波探伤装置的结构示意图，本实施例可适用于定期对机车轮对的踏面进行深度探伤以确保安全的情况，包括：车轮位置传感器101、复合超声波探头102、第一激光测距传感器103、第二激光测距传感器104及处理器105；

所述车轮位置传感器与所述复合超声波探头连接，所述第一激光测距传感器位于所述复合超声波探头一侧，所述第二激光测距传感器位于所述复合超声波探头另一侧，所述处理器与所述第一激光测距传感器电性连接，所述处理器与所述第二激光测距传感器电性连接；

所述车轮位置传感器，用于检测机车轮对的位置信号；

所述复合超声波探头，用于与所述机车轮对的踏面接触并探伤；

所述第一激光测距传感器，用于测量所述第一激光测距传感器与所述机车轮对的所述踏面的第一距离值；

所述第二激光测距传感器，用于测量所述第二激光测距传感器与所述机车轮对的所述踏面的第二距离值；

所述处理器，用于根据所述第一距离值与所述第二距离值的差值，确定所述超声波探伤装置的行驶速度值。

上述车轮位置传感器在超声波探伤装置的一侧，安装于第一激光测距传感器一侧或者第二激光测距传感器一侧，当车轮位置传感器检测到机车的轮对位于对应的超声波探伤装置所预设的位置时，处理器开始投入工作，由车轮位置传感器检测到的机车轮对的位置信号触发复合超声波探头上升的动作，上述复合超声波探头可以以恒力矩模式上升直到上述复合超声波探头以恒接触力与机车轮对的踏面接触，并进行探伤。

上述第一激光测距传感器和第二激光测距传感器为工控产品，完全采用工业标准设计、生产和检测，可在线24小时连续实施测量，能够通过组网测试, 第一激光测距传感器与第二激光测距传感器对机车轮对的调节过程示意图如图 2所示。

车轮位置传感器检测到的机车轮对的位置信号被触发后，超声波探伤装置纵向启动，启动过程中的行驶速度值根据第一距离值与第二距离值之间的差值，通过处理器改变超声波探伤装置的纵向变频器的给定频率，以调节超声波探伤装置的行驶速度值。

可选的，超声波探伤装置，还包括：所述复合超声波探头包括上限位接近开关和下限位接近开关，所述上限位接近开关用于限制所述复合超声波探头上升的最高高度，所述下限位接近开关用于限制所述复合超声波探头下降的最低高度；

所述复合超声波探头设置为当其接触到所述上限位接近开关时，触发所述上限位接近开关，所述复合超声波探头停止上升的动作；

所述复合超声波探头设置为当其接触到所述下限位接近开关时，触发所述下限位接近开关，所述复合超声波探头停止下降的动作。

上限位接近开关和下限位接近开关除了能够完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用于检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。特点有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等。上述复合超声波探头通过上限位接近开关和下限位接近开关将探头控制在预设的范围内，以便复合超声波探头对机车的轮对踏面进行探伤。

可选的，超声波探伤装置，还包括：纵向终点检测接近开关、预减速点检测接近开关及纵向原点检测接近开关，其中，所述纵向终点检测接近开关与所述处理器电性连接，所述预减速点检测接近开关与所述处理器电性连接，所述纵向原点检测接近开关与所述处理器电性连接；

所述纵向终点检测接近开关，用于被触发时检测所述超声波探伤装置是否到达纵向终点的位置；

所述预减速点检测接近开关，用于被触发时检测所述超声波探伤装置是否到达预减速点的位置；

所述纵向原点检测接近开关，用于被触发时检测所述超声波探伤装置是否到达纵向原点的位置。

图3示出的是一种超声波探伤装置工作时纵向原点、纵向终点及预减速点的位置图，上述纵向终点检测接近开关、预减速点检测接近开关及纵向原点检测接近开关设置在上述每个超声波探伤装置内，当超声波探伤装置进行检测后，纵向终点检测接近开关检测到超声波探伤装置到达纵向终点的位置，相对应的超声波探伤装置以预设的速度值后退行驶，以节约超声波探伤装置后退行驶的时间，当行驶至预减速点的位置时，再以低于预设速度值的速度后退行驶至纵向原点的位置，能够保证超声波探伤装置准确地行驶至纵向原点的位置，并且能够主动对机车轮对踏面进行跟随探伤，在主动跟随探伤的过程中，能够动态调节机车轮对的踏面和超声波探伤装置之间的距离。

实施例二

如图4示出的是一种超声波探伤系统的结构示意图，本实用新型实施例还提供了一种超声波探伤系统，所述系统包括上述实施例中提供的超声波探伤装置，还包括：

机车标识识别器401、第一磁钢402、第二磁钢403及第三磁钢404，所述机车标识识别器与所述第一磁钢电性连接，所述第二磁钢与所述第一磁钢电性连接，所述第三磁钢与所述第二磁钢电性连接，其中，所述第一磁钢、所述第二磁钢和所述第三磁钢依次设置在机车轨道上，所述第二磁钢与所述第三磁钢之间的距离是预先设定的距离值；

所述机车标识识别器，用于识别机车的车号标识；

所述第一磁钢，用于启动所述超声波探伤装置；

所述第二磁钢，用于记录所述机车经过所述第二磁钢的时刻；

所述第三磁钢，用于记录所述机车经过所述第三磁钢的时刻。

所述机车标识识别器，还用于当识别出所述机车的车号标识后，判断所述机车的轴数，以确定启动所述超声波探伤装置的数量。

图5示出的是一种超声波探伤系统的结构示意图，在机车的底部设置有射频标签，射频标签上标有机车的车号，上述机车标识识别器通过扫描经过的机车底部的射频标签，根据射频标签的车号识别出机车的轴数，确定进入工作状态的超声波探伤装置的数量，上述第一磁钢是检测区域的始端，当第一磁钢检测到机车进入检测区域，启动超声波探伤装置，启动的数量由机车的轴数的数量决定。

预先设定上述第二磁钢与第三磁钢之间的距离，通过计算机车经过第三磁钢的时刻与机车经过第二磁钢的时刻的差值，得到机车经过第三磁钢的速度值，机车在检测区域以不超过5km/h的速度匀速通过，经过第三磁钢的速度值就是超声波探伤装置启动时的初始速度值。

可选的，超声波探伤系统还包括：

纵向原点计数器，用于记录检测过的机车的转向架的数量。

当超声波探伤装置检测到机车的轮对后，对应的超声波探伤装置行驶至纵向原点，纵向原点计数器设置在纵向原点的位置，当纵向原点检测接近开关检测到超声波探伤装置到达纵向原点的位置后，原点计数器开始进行计数，示例的，当行驶至纵向原点的超声波探伤装置的数量为两个，原点计数器等于2，表示超声波探伤装置检测完一台机车的两台转向架，执行完上述操作后，对应的超声波探伤装置自动断电复位，等待下一台机车进入检测区域。通过设置第二磁钢和第三磁钢，能够对机车的速度值进行测量，并能够设置启动超声波探伤装置的初始速度值，以便超声波探伤装置能够良好地跟随机车轮对踏面进行探伤。

实施例三

本实施例提供了一种超声波探伤方法，包括如下步骤，具体见图6示出的一种超声波探伤方法的流程图：

步骤S102，通过车轮位置传感器检测机车轮对的位置信号；

步骤S104，通过复合超声波探头与所述机车轮对的踏面接触并探伤；

步骤S106，获取所述第一激光测距传感器与所述机车轮对的所述踏面的第一距离值；

步骤S108，获取所述第二激光测距传感器与所述机车轮对的所述踏面的第二距离值；

步骤S110，根据所述第一距离值与所述第二距离值的差值，确定超声波探伤装置的行驶速度值。

上述超声波探伤方法具有手动运行方法、单组超声波探伤装置运行方法和全自动运行方法三种运行方法，在远程控制端进行运行方法的选择，则能够切换到对应的运行方法，相应的指示灯和计算机显示对应的运行方法状态。手动方法主要用于每一台超声波探伤装置的横向伸缩、探头升降及纵向前后等点动试验；单组超声波探伤装置运行方法主要用于用人工推样板轮对调试AB组、CD 组及EF组超声波探伤装置工作，如图7所示，当对AB组超声波探伤装置进行调试时，AB组超声波探伤装置横向向前；超声波探伤装置在未出现故障或者无需调试时，均处于全自动运行方法。

当上述超声波探伤方法处于手动运行方法，操作相应的面板按钮或者在远程控制端选择手动运行方法，示例的，如选择A组超声波探伤装置，则面板和远程控制端显示A组超声波探伤装置指示灯亮，通过主分按钮控制A组超声波探伤装置的3台变频器供电。具体的工作过程如下：超声波探伤装置横向点动伸、缩动作，其中，超声波探伤装置横向点动伸的意思是在面板上点击一次按钮或在远程操作端操作一次，超声波探伤装置横向伸前预设的距离，超声波探伤装置横向点动缩的意思是在面板上点击一次按钮或在远程操作端操作一次，超声波探伤装置横向后缩预设的距离，直到前后限位接近开关后，停止伸缩动作；第一激光测距传感器输出信号正常；第二激光测距传感器输出信号正常；复合超声波探头点动升、降动作，其中，复合超声波探头点动升动作是指在面板上点击一次按钮或在远程操作端操作一次，复合超声波探头上升预设的距离，直到接触到上限位接近开关时自动停止上升动作；复合超声波探头点动降动作是指在面板上点击一次按钮或在远程操作端操作一次，复合超声波探头下降预设的距离，在接触到下限位接近开关时自动停止下降动作；超声波探伤装置纵向点动前进、后退动作，超声波探伤装置到纵向终点、纵向原点时自动停止前进、后退动作。

当上述超声波探伤方法处于单组超声波探伤装置运行方法时，切换到单组超声波探伤装置控制方法，按下面板按钮或远程控制端选择单组超声波探伤装置运行方法。

示例的，如选择AB组超声波探伤装置，则面板和远程控制端显示AB组超声波探伤装置指示灯亮，AB组超声波探伤装置均处于横向后限位、复合超声波探头下限位，对应的超声波探伤装置位于纵向原点的位置。当主合按钮处于启动状态时，AB组超声波探伤装置相对应的6台变频控制器均处于供电状态；当主分按钮处于工作状态时，AB组超声波探伤装置相应的6台变频控制器均处于断电状态。每个超声波探伤装置手动调试的过程均相同，人工推样板轮对分别对3组超声波探伤装置分别进行调试，先AB组，再CD组，最后EF组。

具体的工作过程如下：

选择AB组超声波探伤装置工作时，主合按钮处于启动状态，只有AB组各变频器供电。当接收到人工触发模拟信号时，AB组两个超声波探伤装置的变频器横向自动伸出各自相对应的前限位停止；人工推样板轮对停在第二磁钢的位置之外，人工推样板轮对经过第二磁钢、第三磁钢时自动完成计时测速，保证超声波探伤装置主动跟随机车进行探伤。AB组超声波探伤装置到达纵向终点时，停止纵向前进，超声波探头自动下降到下限位，当超声波探伤装置探伤结束后，将AB组超声波探伤装置以40Hz速度模式后退行驶至接收到预减速接近开关信号，以10Hz速度模式后退行驶至对应的超声波探伤装置的纵向原点。

CD组和EF组超声波探伤装置调试的过程和AB组超声波探伤装置调试过程类似。

当上述超声波探伤方法处于全自动运行方法时，每个超声波探伤装置处于横向后限位、复合超声波探头下限位、超声波探伤装置位于纵向原点位置，切换至全自动运行方法。

具体的工作过程见图8所示，包括如下步骤:

步骤S202，机车通过第一磁钢；

步骤S204，机车标识识别器识别机车轴数；

步骤S206,判断是否为6轴机车；

若是，执行步骤S208,若否，执行步骤S210；

步骤S208，6组超声波探伤装置启动；

步骤S210，4组超声波探伤装置启动；

步骤S212，超声波探伤装置横向伸出预设距离并记录第二磁钢和第三磁钢的时刻；

步骤S214，通过车轮位置传感器检测机车轮对的位置信号,超声波探伤装置纵向前进，复合超声波探头以恒力矩模式上升直到复合超声波探头以恒接触力和机车轮对踏面接触；

步骤S216，当检测到已启动的超声波探伤装置到达对应的纵向终点时，已启动的超声波探伤装置纵向停止，复合超声波探头以恒力矩模式下降至预设距离，并以预设速度后退行驶至对应的纵向原点；

步骤S218，当超声波探伤装置的原点计数器计数等于2时，超声波探伤装置横向缩回至预设距离；

步骤S220，延时5秒后，超声波探伤装置的变频器断电，本次检测结束。

当检测到机车的信号时，根据机车标识识别器判断机车的轴数，如果是6 台机车则3组超声波探伤装置投入工作状态，如果是4台机车则只有AB组和 CD组超声波探伤装置投入工作，处于工作中的超声波探伤装置的变频器自动供电。每一个超声波探伤装置横向自动伸出直至每一个对应的前限位停止；机车轮对经过第二磁钢、第三磁钢，自动完成计时测速。每一个超声波探伤装置检测到机车轮对并自动计数。AB组超声波探伤装置车轮传感器计数器等于1，AB 组超声波探伤装置开始纵向前进；CD组超声波探伤装置车轮传感器计数器等于 2时，CD组超声波探伤装置开始纵向前进；EF组超声波探伤装置车轮传感器计数器等于3时，EF组超声波探伤装置开始纵向前进。

上述每一个超声波探伤装置中的第一激光测距传感器和第二激光测距传感器输出信号输入到AD采集模块，处理器开始工作，自动调速以达到每一个超声波探伤装置纵向行驶时与机车速度值一致。

每一个超声波探伤装置行驶至各自的纵向终点时，停止纵向行驶，复合超声波探头下降至下限位，超声波探伤装置后退行驶，具体的行驶的过程如下：

所述步骤S110根据所述第一距离值与所述第二距离值的差值，确定超声波探伤装置的行驶速度值，具体可参见图9，包括：

步骤S302，当所述第一距离值小于所述第二距离值时，所述超声波探伤装置的所述行驶速度值为第一速度值与第二速度值的和，所述第一速度值为机车经过第三磁钢的速度值，所述第二速度值为根据所述第一距离值与所述第二距离值的差值，计算得到的所述超声波探伤装置的速度值；

步骤S304，当所述第一距离值大于所述第二距离值时，所述超声波探伤装置的所述行驶速度值为第一速度值与第二速度值的差，所述第一速度值为所述机车经过第三磁钢的速度值，所述第二速度值为根据所述第一距离值与所述第二距离值的差值，计算得到的所述超声波探伤装置的速度值；

步骤S306，当所述第一距离值等于所述第二距离值时，所述超声波探伤装置保持所述行驶速度值。

通过上述第一距离值与第二距离值的差值，对超声波探伤装置的速度值进行动态调整，以实现超声波探伤装置主动跟随机车进行轮对踏面的探伤。

超声波探伤装置速度值具体的动态调整过程如下：

以预设速度将所述超声波探伤装置从所述超声波探伤装置的纵向终点行驶至所述超声波探伤装置的预减速点，所述超声波探伤装置的所述预减速点位于所述纵向终点与纵向原点中间的预设位置；

当检测到所述超声波探伤装置位于所述预减速点时，将所述超声波探伤装置以低于所述预设速度的速度行驶至所述纵向原点。

上述预设速度是以使超声波探伤装置快速退回行驶至预减速点为目的，节约超声波探伤装置探伤的时间，在超声波探伤装置到达预减速点时，以低于预减速点的速度行驶是为了使得超声波探伤装置能够精确地在纵向原点的位置停止行驶。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。