一種列車車輪便攜式探傷系統及其檢測方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及無損檢測領域，更確切的說，涉及一種機車車輪內部缺陷超聲檢測系統及方法。
【背景技術】
[0002]車輪是機車的主要受力部件，其幾乎承擔了機車的全部重量并完成在鋼軌上的轉動。目前鐵路運輸的提速和重載快速發展，機車車輪踏面、輪輞、輪輻及輻板孔部件容易出現應力集中等現象，導致車輪的擦傷、剝離、不圓度、非正常磨耗加劇，特別是性質十分嚴重的輪輞周向裂損故障時有發生，直接危及行車安全。因此對機車車輪進行無損檢測并判斷車輪內部的傷損類型和位置一直是鐵路運輸部門十分關心的問題，機車車輪除了在出廠前需要經過嚴格的質量檢測外，在使用過程中也需要定期對車輪的健康狀態跟蹤檢測、分析及維護等。所以，利用高效的檢測方法并研制一種列車車輪便攜式探傷系統，對于保障機車的日常行車安全很有必要。
[0003]目前常用于機車車輪檢測的無損檢測方法，可以分為電渦流探傷(EC)、磁粉探傷(MT)、超聲探傷(UT)等技術。這些技術方法中，磁粉和渦流探傷法只能對車輪的踏面表面的缺陷(擦傷)進行檢測，而超聲探傷法可對車輪內部的缺陷進行檢測。超聲探傷技術是指利用超聲波具有穿透性和反射能力的特點用來對被測工件的內部進行無損檢測的過程。當聲脈沖遇到聲特性阻抗發生變化的地方(如出現密度分層)，部分入射聲能會被反射，根據反射聲波的聲壓大小可對被測工件(機車車輪)內部傷損情況做出一定的評估。超聲探傷的優點是:適用范圍廣;成本較低;靈敏度相對較高;在缺陷的定位、定量分析上有一定的優勢。
[0004]另外，現有技術中，發明專利申請《一種跟隨式機車車輛超聲波探傷機》公開號CN104677989 A和相同技術內容的實用新型專利，公告號CN 20438389443 U。該現有技術公開了一種跟隨式機車車輛超聲波探傷機，包括固定工作平臺、探傷裝置、超聲換能器、耦合劑管路3、適配器4、采集裝置5和信號傳輸裝置6。該發明采用跟隨式檢測，也可以安裝在減震臂主體上或不影響工作的其他適合位置，但是其在線檢測的效率和可靠性尚未達到要求，并且其在安裝便捷性也有欠缺。

【發明內容】

[0005]針對現有技術中存在的問題，本發明旨在實現的技術問題為:設計一種列車車輪便攜式探傷系統，使之具有安裝方便、兼容性強、檢測范圍廣、精度高、誤判率低、人工依賴程度低等特點，可實時切換顯示不同車輪的A掃、B掃圖；對缺陷進行位置及顏色的標識;實時存儲探傷數據，可供歷史查詢及回放；系統可按不同輪型靈活配置不同參數，方便操作；多用戶登陸系統，分配不同權限。
[0006]為了實現上述發明目的，本發明設計了一種列車車輪便攜式探傷系統，本系統的主要組成是貼合車輪掃查的探頭陣列模塊;控制探頭工作、采集探傷數據的數據采集模塊；接收探傷數據、處理探傷數據、繪制探傷圖形及存儲回放等其它功能的上位機軟件。其采用的技術方案為:
[0007]一種列車車輪便攜式探傷系統，其特征在于:包括探頭陣列模塊，數據采集模塊以及上位機軟件模塊;所述探頭陣列模塊，包括一個支架，上面安裝不同類型的探頭、編碼器以及耦合裝置;所述數據采集模塊，包括超聲波探傷UT控制器，連接所述探頭;接口控制器，連接所述編碼器，并與耦合裝置相連及超聲波探傷UT控制器相連;無線裝置，與超聲波探傷UT控制器相連，并連接上位機;采集模塊連接固定支架，固定支架則用于固定整個模塊于車輛之上，無需人工手持;電源，給超聲波探傷UT控制器、接口控制器、無線裝置以及耦合裝置供電;所述上位機軟件模塊，發送指令給所述數據采集模塊，接收并處理數據采集模塊的回應包以及探傷數據。
[0008]上述的檢測系統，其進一步特征在于:所述探頭陣列模塊，是探頭的載體，用于固定探頭的排列方式并使之貼合在車輪上；探頭陣列中安裝了雙晶和大角度兩種類型的探頭，分別用于檢測輪輞、輪緣及踏面部分的缺陷。
[0009]上述的檢測系統，其進一步特征在于:所述數據采集模塊，超聲波探傷UT控制器基于UDP協議接收上位機軟件指令，并返回對應代碼作為應答信號，超聲波探傷UT控制器連接著位于探頭陣列中的多路超聲波探頭，探傷時驅動探頭發送超聲波探傷波束和接收返回的探傷回波，并將數據初步處理后基于TCP協議傳送給上位機軟件，以待處理。
[0010]上述的檢測系統，其進一步特征在于:所述上位機軟件模塊，是人機交互的窗口，基于UDP協議給數據采集模塊發送指令，所述數據采集模塊執行指令，控制整個系統；上位機軟件模塊還用于接收數據采集模塊上傳的探傷數據，經過處理以后，直觀并且實時地展示給用戶，以便查閱；探傷過程中接收數據的同時存儲原始數據，探傷結束后存儲B掃圖像，更加方便用戶進行查詢;探傷結果以B掃圖的形式呈現，準確表示出缺陷的位置、大小信息，判斷出缺陷與否。
[0011]本發明同時公開了一種使用上述檢測系統的車輪便攜式探傷檢測方法，包括以下步驟:
[0012]步驟一:所述上位機軟件根據不同輪型給所述UT控制器配置相應參數；
[0013]步驟二:所述上位機軟件打開所述耦合裝置，同時啟動所述UT控制器，UT控制器激勵所述探頭發射超聲波開始探傷檢測，并采集數據；
[0014]步驟三:所述UT控制器初步處理探傷數據，并將其傳送到所述上位機軟件；
[0015]步驟四:所述上位機軟件對采集數據進行處理，并實時顯示A掃或B掃數據，同時存儲數據；
[0016]步驟五:停止采集后形成完整A掃或B掃圖，通過調整閾值等方法分析是否存在缺陷，判定探傷結果并生成檢測報告。
[0017]所述探傷檢測方法為:將所述支架固定于車軸之上，探頭陣列貼合車輪，數據采集盒安裝于探頭支架的機械臂上，多組探頭陣列同時工作，分別檢測同一機車的不同車輪，隨車移動一段距離，所述距離大于車輪周長，將采集到的數據發送至上位機軟件，以待處理；不同探頭按通道分類，根據多個通道超聲探頭的連續掃查以及多角度多方位的掃查，完成對車輪的檢測。探頭陣列的通道大于或等于8個。
[0018]所述探傷數據處理方法為:解析每一幀采集數據并以數組形式表示，解析后將數據進行預處理，同時存入本地;預處理后的數據經過畫圖算法形成A掃或B掃圖在檢測過程中實時顯示;檢測完成后可以讀取存入本地的原始數據重新繪制更加精確的數據分析圖，以供檢測人員分析。
[0019]所述A掃或B掃圖繪制方法為:每Imm對應A掃或B掃圖上I個像素點；繪制簡單的圖形投影邊框效果圖；首先根據采集到編碼器數據，確定本幀數據對應圖上的位置，具體方法為:根據編碼器數據計算出走過的弧長，并轉化為對應的角度，以效果圖中輪緣上規定的點作為參考起點找到該幀數據對應的點的位置，并在該點與原點的連線上繪制本幀數據的A掃或B掃圖；然后根據聲程和聲壓連線上改變上述效果圖數組中對應的像素點的值，最終形成A掃或B掃圖像。
[0020]所述探傷結果判定方法為:根據傷損的嚴重程度設定閾值，范圍為0-100%，0%表示所有傷損都為不可忽略的，100%表示所有傷損都是可忽略的；對于實時顯示圖像，傷損大于閾值的以紅色表示，低于閾值的以灰色表示;對于數據分析圖像，根據數據聲壓大小及閾值，傷損顏色從灰色到深紅遞變，顏色越深表示傷損越嚴重。
[0021 ]本發明的有益效果為:(I)兼容性強、精度高、誤判率低、人工依賴程度低的特點；
(2)設置不同的操作權限，防止