空心車軸探傷系統(tǒng)及探傷方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及空心車軸探傷系統(tǒng)及探傷方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種通過檢測探桿的偏轉(zhuǎn)角度從而對探頭的旋轉(zhuǎn)角度進行補償，準確定位缺陷位置的空心車軸探傷系統(tǒng)及探傷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當前，動車組空心車軸探傷已經(jīng)成為保證列車安全運行的一項重要檢修規(guī)程。國際上通用的空心車軸探傷技術(shù)是利用一個探桿，在探桿頂端安裝超聲波發(fā)射和接收探頭。探頭部分是通過電機連接探頭架安裝在探桿上。在探傷作業(yè)中，隨著探桿往車軸內(nèi)部沿著軸向縱深緩慢推進，同時前端的探頭緩慢旋轉(zhuǎn)，依靠超聲信號即可實現(xiàn)在軸向位移上空心車軸徑向360度的缺陷檢測。通過準確測定探頭的軸向位移和旋轉(zhuǎn)角度，即可對車軸缺陷進行精準定位。該探桿與拖鏈柔性連接，在不探傷作業(yè)時收回到探傷機內(nèi)部，其推進和收縮依靠伺服電機系統(tǒng)來驅(qū)動；而探頭旋轉(zhuǎn)角度則是依靠與探頭旋轉(zhuǎn)電機同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器來精確測定。在整個探傷和行進過程中探桿并不旋轉(zhuǎn)，只有探頭旋轉(zhuǎn)。
[0003]但是，實際測量時發(fā)現(xiàn)，由于探頭的連續(xù)單向(順時針或逆時針)旋轉(zhuǎn)會對探桿產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)作用力，雖然這個力非常小，正常情況下可以忽略。但是，因為探桿是依靠拖鏈與探傷機主體連接，連接有一定活動空間。因此在某些不可預知及不可控的情況下，探頭的旋轉(zhuǎn)作用力會導致探桿會有小幅度的偏轉(zhuǎn)或擺動。該擺動量雖然很小，但是會對探頭的旋轉(zhuǎn)角度定位造成誤差，最終影響了探傷準確度。同時，因為探桿長期處在受力狀態(tài)，會造成拖鏈勞損，直接影響到探桿壽命。
[0004]鑒于以上，亟待有一種能夠解決空心車軸探傷裝置探頭旋轉(zhuǎn)角度誤差問題，并且能對正在探傷作業(yè)時的探桿進行一定程度的狀態(tài)檢測的空心車軸探傷系統(tǒng)及探傷方法的產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對上述問題，提供了一種能準確定位缺陷位置、提高探傷準確度的空心車軸探傷系統(tǒng)及探傷方法。
[0006]本發(fā)明的一個目的是提供的了一種能提高探傷系統(tǒng)的探傷性能、提高探桿使用壽命的空心車軸探傷系統(tǒng)及探傷方法。
[0007]為此，本發(fā)明提供了一種空心車軸探傷系統(tǒng)，包括，設置在探頭上的超聲波傳感器，設置在探桿上的編碼器，用于接收超聲波傳感器發(fā)出的超聲波信號和編碼器發(fā)出的編碼器數(shù)字脈沖信號并輸出至上位機的UT超聲處理模塊，其中:
[0008]探頭旋轉(zhuǎn)角度補償裝置，其包括設置在探桿內(nèi)的傾角傳感器，所述探頭旋轉(zhuǎn)角度補償裝置輸出傾角傳感器模擬量信號；
[0009]傾角及編碼信號處理模塊，其接收傾角傳感器模擬量信號和編碼器數(shù)字脈沖信號，將其分別轉(zhuǎn)化為探桿的偏轉(zhuǎn)角度和探頭的旋轉(zhuǎn)角度，并輸出至上位機；所述上位機根據(jù)探桿的偏轉(zhuǎn)角度對探頭的旋轉(zhuǎn)角度進行補償，以確定空心車軸的探傷位置。
[0010]優(yōu)選的是，其中，所述傾角傳感器通過模擬量采集電路將傾角傳感器模擬量信號發(fā)送至傾角及編碼信號處理模塊。
[0011]優(yōu)選的是，其中，所述編碼器通過高速脈沖采集電路將編碼器數(shù)字脈沖信號發(fā)送至傾角及編碼信號處理模塊。
[0012]優(yōu)選的是，其中，所述傾角及編碼信號處理模塊為ARM7架構(gòu)核心微控制器。
[0013]優(yōu)選的是，其中，所述ARM7架構(gòu)核心微控制器的操作系統(tǒng)為uC/OS嵌入式實時操作系統(tǒng)。
[0014]優(yōu)選的是，其中，所述傾角及編碼信號處理模塊的主頻為48MHz。
[0015]優(yōu)選的是，其中，所述探桿的一端與探頭連接，另一端通過拖鏈與輸送機構(gòu)柔性連接，所述輸送機構(gòu)通過拖鏈驅(qū)動所述探桿沿空心車軸內(nèi)表面水平移動。
[0016]優(yōu)選的是，其中，還包括:
[0017]驅(qū)動裝置，其設置在所述探桿內(nèi)，所述驅(qū)動裝置的輸出軸與所述探頭相連，以驅(qū)動所述探頭旋轉(zhuǎn)。
[0018]一種基于所述的空心車軸探傷系統(tǒng)的探傷方法，包括以下步驟:
[0019]步驟一、在探頭上安裝超聲波傳感器、探桿內(nèi)安裝傾角傳感器和編碼器，建立UT超聲處理模塊及傾角及編碼信號處理模塊；
[0020]步驟二、所述超聲波傳感器向空心車軸內(nèi)表面發(fā)射超聲波并將反射回來的超聲波信號發(fā)送至UT超聲處理模塊；所述傾角傳感器將傾角傳感器模擬量信號發(fā)送至傾角及編碼信號處理模塊；所述編碼器將編碼器數(shù)字脈沖信號分別上傳至所述UT超聲處理模塊和傾角及編碼信號處理模塊；
[0021]步驟三、所述UT超聲處理模塊將編碼器數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成探頭的旋轉(zhuǎn)角度，將超聲波信號轉(zhuǎn)換成與探頭的旋轉(zhuǎn)角度對應的超聲波形，并輸出至上位機進行顯示；所述傾角及編碼信號處理模塊將編碼器數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成探頭的旋轉(zhuǎn)角度，將傾角傳感器模擬量信號轉(zhuǎn)換成探桿的偏轉(zhuǎn)角度，并形成一一對應關(guān)系輸出至上位機；
[0022]步驟四、所述上位機根據(jù)探桿的偏轉(zhuǎn)角度對探頭的旋轉(zhuǎn)角度進行補償，以確定空心車軸的探傷位置。
[0023]優(yōu)選的是，其中，所述上位機根據(jù)探桿的偏轉(zhuǎn)角度對探頭的旋轉(zhuǎn)角度進行補償，以確定空心車軸的探傷位置，具體為:
[0024]所述上位機接收所述傾角及編碼信號處理模塊發(fā)送的有對應關(guān)系的探頭的旋轉(zhuǎn)角度和探桿的偏轉(zhuǎn)角度，同時接收UT超聲處理模塊發(fā)送的與探頭的旋轉(zhuǎn)角度對應的超聲波形和探頭的旋轉(zhuǎn)角度；所述上位機根據(jù)傾角及編碼信號處理模塊和UT超聲處理模塊發(fā)送的相同的探頭的旋轉(zhuǎn)角度，確定同一探頭旋轉(zhuǎn)角度下超聲波形與探桿的偏轉(zhuǎn)角度的對應關(guān)系，并將探桿的偏轉(zhuǎn)角度補償?shù)教筋^的旋轉(zhuǎn)角度上，以精確確定空心車軸的探傷位置。
[0025]本發(fā)明至少包括以下有益效果:
[0026]1、本發(fā)明提供的空心車軸探傷系統(tǒng)設置的探頭旋轉(zhuǎn)角度補償裝置和傾角及編碼信號處理模塊可檢測探桿的偏轉(zhuǎn)角度，將探桿的偏轉(zhuǎn)角度補償?shù)教筋^的旋轉(zhuǎn)角度上；可以準確定位測量點，提高探傷準確度，從而解決了傳統(tǒng)探傷系統(tǒng)探頭的旋轉(zhuǎn)角度因探桿偏轉(zhuǎn)而造成的誤差問題。
[0027]2、本發(fā)明提供的空心車軸探傷系統(tǒng)較原有的探傷系統(tǒng)新增了探頭旋轉(zhuǎn)角度補償裝置和傾角及編碼信號處理模塊，該模塊與原有的探傷控制系統(tǒng)并行使用，不破壞原有的探傷系統(tǒng)，容易實現(xiàn)，且成本低廉，操作簡單。
[0028]3、本發(fā)明提供的空心車軸探傷系統(tǒng)中的上位機可有效地檢測探桿的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，當探桿有大幅度傾斜時進行預警，這樣可及早的發(fā)現(xiàn)問題，提高了探桿的使用壽命，降低維護及保養(yǎng)成本。
[0029]4、通過本發(fā)明提供的空心車軸探傷方法，可實現(xiàn)對缺陷位置的準確定位，解決了空心軸探傷探桿擾動對測量準確度的影響。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明所述的空心車軸探傷系統(tǒng)的信號采集系統(tǒng)示意圖。
[0031]圖2為本發(fā)明所述的空心車軸探傷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖3為本發(fā)明所述的空心車軸探傷系統(tǒng)中傾角及編碼信號處理模塊的信號采集系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0034]如圖1、圖2及圖3所示，本發(fā)明提供了一種空心車軸探傷系統(tǒng)，包括:
[0035]設置在探頭I上的超聲波傳感器2，設置在探桿3上的編碼器4 ;
[0036]UT超聲處理模塊5，用于接收超聲波傳感器2發(fā)出的超聲波信號210和編碼器4發(fā)出的編碼器數(shù)字脈沖信號410并輸出至上位機；
[0037]探頭旋轉(zhuǎn)角度補償裝置6，其包括設置在探桿內(nèi)的傾角傳感器，所述探頭旋轉(zhuǎn)角度補償裝置6輸出傾角傳感器模擬量信號610 ;
[0038]傾角及編碼信號處理模塊7，其接收所述探頭旋轉(zhuǎn)角度補償裝置6通過模擬量采集電路8發(fā)送的傾角傳感器模擬量信號610和編碼器4通過高速脈沖采集電路9發(fā)送的編碼器數(shù)字脈沖信號410，將其分別轉(zhuǎn)化為探桿的偏轉(zhuǎn)角度和探頭的旋轉(zhuǎn)角度，并輸出至上位機10 ;所述上位機10根據(jù)探桿的偏轉(zhuǎn)角度對探頭的旋轉(zhuǎn)角度進行補償，以確定空心車軸的探傷位置。
[0039]其中，所述傾角及編碼信號處理模塊7為ARM7架構(gòu)核心微控制器，且在所述ARM7架構(gòu)核心微控制器內(nèi)移植嵌入式uC/OS實時操作系統(tǒng)，傾角及編碼信號處理模塊7的主頻為48MHzο在本發(fā)明中，傾角及編碼信號處理模塊7獨立于UT超聲處理模塊5，且并行使用。
[0040]在所述空心車軸探傷系統(tǒng)中，所述探桿3的一端與探頭I連接，另一端通過拖鏈11與輸送機構(gòu)柔性連接，所述輸送機構(gòu)通過拖鏈11驅(qū)動所述探桿3沿空心車軸12內(nèi)表面水平移動。在所述探桿3內(nèi)設置驅(qū)動裝置13，所述驅(qū)動裝置13的輸出軸與所述探頭I相連，以驅(qū)動所述探頭I旋轉(zhuǎn)。探傷時，輸送機構(gòu)通過拖鏈11將探桿3伸入空心車軸12的內(nèi)部，然后帶動驅(qū)動裝置13驅(qū)動探頭I旋轉(zhuǎn)。
[0041]一種基于所述的空心車軸探傷系統(tǒng)的探傷方法，包括以下步驟:
[0042]步驟一、在探頭I上安裝超聲波傳感器2、探桿3內(nèi)安裝傾角傳感器6和編碼器4，建立UT超聲處理模塊5及傾角及編碼信號處理模塊7 ;
[0043]步驟二、所述超聲波傳感器2向空心車軸12內(nèi)表面發(fā)射超聲波并將反射回來的超聲波信號210發(fā)送至UT超聲處理模塊5 ;所述傾角傳感器6將傾角傳感器模擬量信號610發(fā)送至傾角及編碼信號處理模