[发明专利]基于并联被动式微调结构的自耦合探头机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于并联被动式微调结构的自耦合探头机构，属于无损检测(超声波自动探伤)技术领域。

背景技术

动车组车轮超声波探伤是动车组运用及检修体系的重要组成部分。探伤所用超声波探头是车轮探伤设备的核心部件，其质量与性能直接关系到车轮探伤结果的准确性。探头的结构不仅要考虑到被检测对象可能产生的缺陷性质及类型、缺陷走向、大小等，同时也要考虑被检测对象的检测表面形状特征。本发明所涉及的并联被动式微调自耦合探头机构主要用于在役使用的动车组车轮的自动化探伤，即车轮运行一定里程后，其踏面的表面形状会因为与钢轨之间的摩擦而发生变化，而所涉及的探头机构应能适应车轮踏面表面的形状变化，才能与被检测车轮踏面表面之间形成良好的接触耦合。

随着我国高速铁路动车组大量上线运营，相应的动车组车轮探伤设备也随之被要求配套运行。但由于我国自主研发的超声波自动探伤设备普遍存在自动化程度低、检测效率低、精度差等缺点，而造成这些问题的大部分原因是由超声波探头引起的。虽然可以通过进口超声波探头提高探伤质量，但存在进口探头与国产探伤设备之间的匹配等问题，另外进口探头价格昂贵，供货周期长，无法大量配置，而且其主要技术掌握在国外供应商手中，一旦遭遇缺货、停产、技术限制或其他因素等情况，很可能导致将无探头可用，极有可能导致探伤作业停产的局面，届时将无法保证动车组安全、正常、持续地运行。

发明内容

本发明解决的技术问题是针对在役动车车轮自动探伤的要求，提供一种结构简单、技术性能好、通用性强、工作效率高的超声波探伤探头机构，可用于在役动车车轮的自动探伤，并具有较高的检测灵敏度和精度。

本发明实现其目的所采取的技术方案是一种基于并联被动式微调结构的自耦合探头机构，包括固定机构的安装板、并联弹簧、连接架、探头壳、S副、耦合弹簧、多焦距探头；安装板用于探头机构与相关探伤设备主机的连接；并联弹簧和S副置于安装板和连接架之间；连接架与探头壳用螺钉连接成一体，通过4弹簧-S并联式结构与安装板相连接；多焦距探头镶装于探头壳内，其尾部安装耦合弹簧，检测时能让探头保持与车轮踏面表面之间的紧密贴合接触；在探头壳一侧为探头接线柱，用于连接探头检测信号线；探头壳的另一侧为耦合剂注入接头，检测时耦合剂通过接头注入，并沿分布在探头侧面的注入槽流向探头检测面，以形成耦合油膜，从而达到最好的耦合效果；另外，针对传统超声波检测往往存在近表面检测盲区的缺点，在本探头内设置了两组不同角度的压电晶片，用于检测车轮踏面下不同深度的缺陷，从而能兼顾车轮踏面近表面范围(踏面表面下0～5毫米区域)和大于5毫米的整个轮辋区域的探伤检测，消除了近表面检测盲区。

本发明由于在安装板和连接架之间采用了4弹簧-S的并联式结构，因而在超声波检测时，检测探头的位姿能按车轮踏面形状的具体情况进行被动式微调，以实现探头检测面与车轮踏面之间的自耦合；另外，镶装在探头壳内的多焦距探头，受其尾部上方耦合弹簧及与车轮踏面接触力的共同作用，能保持与车轮踏面表面之间的紧密贴合接触，以达到最好的耦合效果。

本发明的有益效果是：(1)多焦距探头的晶片结构能兼顾车轮踏面近表面区域和整个轮辋区域的探伤检测，即检测范围广，有效地消除了检测盲区；(2)并联被动式弹簧和S副，以及自耦合弹簧的使用能保证探头按车轮踏面的具体形状调节位姿，以达到最好的耦合效果；(3)所提出的基于并联被动式微调的自耦合探头机构，具有结构简单合理、成本低、工作效率高和用于动车车轮超声波自动探伤等特点。

附图说明

图1为本发明探头机构的结构示意图；

图2为本发明探头内部结构的示意图；

图3为本发明探头内部晶片的布置示意图(为图2中A-A方向的剖面示意图)；

图4为本发明探头机构的立体结构示意图；

图5为本发明探头机构的检测工作示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。以下实例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。