[发明专利]一种车轮踏面轮辋电磁耦合超声的自动检测装置及方法

权利要求书

1.一种车轮踏面轮辋电磁耦合超声的自动检测装置，其特征在于，包括：电磁耦合表面波探头、电磁耦合线聚焦斜入射体波探头、多路切换器、双工机、射频大功率脉冲发射器、微弱信号滤波放大装置、数据采集卡、工控机和运动控制装置；

电磁耦合表面波探头，所述电磁耦合表面波探头在车轮踏面激励和接收表面波，并沿着车轮周向传播，用于检测车轮踏面表面缺陷和次表面缺陷；

电磁耦合线聚焦斜入射体波探头，所述电磁耦合线聚焦斜入射体波探头在车轮轮辋中激励和接收斜入射体波，并沿着径向厚度方向传播，用于检测车轮轮辋内部缺陷；

多路切换器，所述多路切换器分别与所述电磁耦合表面波探头和电磁耦合线聚焦斜入射体波探头互通，实现所述电磁耦合表面波探头和电磁耦合线聚焦斜入射体波探头的分时激励和接收；

双工机，所述双工机分别电连接所述多路切换器和微弱信号滤波放大装置，所述双工机用于高电压激励信号和微弱超声回波信号的隔离，实现高低电压分离，所述双工机将微弱超声回波信号发送至所述微弱信号滤波放大装置；

运动控制装置，所述运动控制装置与所述工控机连接，所述运动控制装置通过编码器实时获取车轮轮对的转动位置；

工控机，所述工控机装有电磁耦合超声自动检测，所述工控机电连接所述射频大功率脉冲发射器，用于控制激励电流的幅值和频率；

射频脉冲功率发射器，所述射频脉冲功率发射器电连接所述双工机，所述射频脉冲功率发射器用于为电磁耦合表面波和斜入射体波探头提供大功率瞬态电流激励；

微弱信号滤波放大装置，所述微弱信号滤波放大装置电连接所述数据采集卡，所述微弱信号滤波放大装置用于完成所述微弱超声回波信号的窄带滤波和高增益放大，并将所述微弱超声回波信号发送至所述数据采集卡；

数据采集卡，所述数据采集卡电连接所述工控机，将所述微弱超声回波信号转换为数字信号并发送至所述工控机。

2.根据权利要求1所述的车轮踏面轮辋电磁耦合超声的自动检测装置，其特征在于：所述运动控制装置包括：机械手、保护门和伸出机构，所述运动控制装置在滚轮上安装增量编码器，通过编码器实时获取车轮轮对的转动位置。

3.根据权利要求2所述的车轮踏面轮辋电磁耦合超声的自动检测装置，其特征在于：所述运动控制装置通过同步触发电路电连接所述射频脉冲功率发射器，所述射频脉冲功率发射器电连接所述数据采集卡，所述运动控制装置根据预设的位移精度触发射频脉冲功率发射器使其激励超声信号进行检测，同时所述数据采集卡进行数据采集。

4.根据权利要求3所述的车轮踏面轮辋电磁耦合超声的自动检测装置，其特征在于：所述工控机电连接所述多路切换器，向所述多路切换器输出触发信号。

5.根据权利要求1所述的车轮踏面轮辋电磁耦合超声的自动检测装置，其特征在于：所述电磁耦合表面波探头和电磁耦合线聚焦斜入射体波探头分别通过第一阻抗匹配器和第二阻抗匹配器连接所述多路切换器，所述第一阻抗匹配器和第二阻抗匹配器用于匹配输入输出阻抗，实现能量传输的最大化，提高电磁超声探头的换能效率。

6.一种使用权利要求1所述的车轮踏面轮辋电磁耦合超声的自动检测装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：所述运动控制装置打开保护门，通过伸出机构伸出装有电磁耦合表面波和线聚焦体波探头的机械手靠近车轮，借助摩擦滚轮机构驱动轮对转动，在滚轮上安装增量编码器，通过编码器实时获取车轮轮对的转动位置，满足自动检测要求；

步骤二：在摩擦滚轮驱动车轮轮转动过程中，由所述编码器采集车轮的位置信息，经过所述工控机自动检测软件界面或者同步电路判断车轮是否到达表面波检测的预定位置，如果到达表面波检测的预定位置，则输出控制信号，所述多路切换器获得所述控制信号后，将所述射频大功率脉冲发射器和所述微弱信号滤波放大装置分别与所述电磁耦合表面波探头的激励端口和接收端口相连；

步骤三：所述射频大功率脉冲发射器获得步骤二中的所述控制信号后，则给所述电磁耦合表面波探头输出MHz级别的大功率脉冲电流，在车轮踏面表面形成表面波，并沿着踏面周向传播，当车轮踏面存在缺陷时，超声表面波会与缺陷发生反射和散射，缺陷的反射信号被探头接收到，并经过所述微弱信号滤波放大装置的窄带滤波60dB－80dB放大，调理到所述数据采集卡可以接收的范围；

步骤四：装有电磁耦合超声自动检测界面的所述工控机，通过高频的所述数据采集卡，调用其动态链接库接口函数，读取所述电磁耦合表面波探头所接收到的A扫超声回波信号，所述工控机的自动检测界面对接收到的超声表面波信号进行处理，确定是否存在缺陷，如果车轮轮辋踏面存在缺陷，则通过与含人工预制裂纹的1：1对比试样进行比较，并根据缺陷回波的飞行时间，判定缺陷的当量大小和位置，并记录该缺陷所在踏面的位置和及时提示缺陷报警信息；

步骤五：摩擦滚轮继续驱动车轮轮对转动，当通过所述编码器获取的位置信息判断车轮轮对已经达到聚焦斜入射体波检测的预定位置，则由所述工控机输出一个触发信号给所述多路切换器，将射频大功率脉冲发射器和微弱信号滤波放大装置分别与所述电磁耦合线聚焦斜入射体波探头的激励端口和接收端口相连；

步骤六：所述电磁耦合线聚焦斜入射体波探头在所述射频大功率脉冲发射器所提供的高频大电流激励下，在车轮踏面表面产生与踏面成一定角度的斜入射体波，沿着径向厚度方向传播，并在轮辋的某个深度形成线聚焦超声声束，可以极大提高缺陷检测灵敏度，当车轮轮辋内部存在缺陷时，斜入射体波会与缺陷发生反射和散射，缺陷的反射信号被斜入射体波探头接收到，并经过所述微弱信号滤波放大装置的滤波和放大，通过所述数据采集卡装换为数字信号，送入所述工控机；

步骤七：所述工控机的自动检测界面，对所述电磁耦合斜入射体波探头所接收到的A扫超声回波信号进行处理，确定是否存在缺陷，如果车轮轮辋存在缺陷，则通过与含人工预制裂纹的1：1对比试样进行比较，并根据缺陷回波的飞行时间和电磁耦合线聚焦斜入射体波的入射角，判定缺陷的当量大小和位置，并记录该缺陷所在踏面的位置和及时提示缺陷报警信息；

步骤八：随后摩擦滚轮机构驱动轮对转动到下一个探测位置，依次重复步骤二至步骤七，直至完成车轮踏面和轮辋的全周向检测。