[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

说明书

技术领域

本发明涉及电磁耦合超声波检测技术领域，特别是涉及一种车轮踏面轮辋电磁耦合超声的自动检测装置及方法。

背景技术

铁路机车、客车和动车组运行时，车轮在钢轨上不断地滚动，其踏面与钢轨构成了一对摩擦副。由于车轮受力复杂、运行工况恶劣，极易产生踏面及轮缘的磨损、裂纹，踏面剥离、擦伤等故障，加剧了车辆运行的不安全性，当磨损达到一定限度时，必须要鏇削车轮踏面。而鏇削车轮踏面必然会使车轮轮辋厚度减薄，当其厚度过薄时会降低其强度，导致轮辋内部裂纹的产生或使原有缺陷扩展，所以及时检测轮辋内部裂纹等缺陷，特别是在不落轮鏇床鏇削轮对踏面后对车轮踏面轮辋及时进行超声探伤检查，是确保旅客列车等运行安全重要的防范措施。

当前，国内外普遍采用压电超声技术来检测车轮踏面轮辋的内部缺陷，通常需要耦合剂水或耦合剂甘油才能实现与被测零件之间的良好耦合，且对被测件的表面质量要求较高，但是不落轮鏇床在对轮对鏇修时不允许应用油或水的耦合剂，因此很难应用压电超声检测。而其他无损检测方法，如漏磁检测、磁粉检测和渗透检测仅能实现表面或者次表面缺陷，很难实现在线自动扫查。因此，上述无损检测方法很难实现在不落轮鏇床鏇修轮对踏面后对车轮踏面的表面缺陷和轮辋的内部缺陷进行在线自动检测。

电磁耦合超声波检测技术具有非接触、不需要耦合剂等特点，能够实现在线快速检测。该技术利用电磁感应的原理，依靠磁化力、洛伦兹力和磁致伸缩三种机理，直接在待测金属材料表面激发并接收超声波。待测金属材料的电学参数、磁致伸缩特性、磁化特性决定哪种机理起主要作用。

目前关于车轮踏面轮辋的电磁耦合表面波和聚焦体波多功能复合超声检测方法的技术很少。

发明专利授权号ZL200610021238.8，授权了一种用于机车车辆轮对表面波电磁超声换能器，但是该专利仅针对表面或者次表面缺陷进行检测。

发明专利授权号ZL2011104366882.7，授权了一种用于高速列车车轮踏面的多探头电磁超声表面波检测方法，但是该专利局限于高速列车车轮踏面及近踏面缺陷的在线实时检测。

因此希望有一种车轮踏面轮辋电磁耦合超声的自动检测装置及方法能够有效的解决上述现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车轮踏面轮辋电磁耦合超声的自动检测装置及方法以解决在不落轮鏇床上实现对铁路客车车轮踏面轮辋缺陷的非接触和无耦合剂检测的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种车轮踏面轮辋电磁耦合超声的自动检测装置包括：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。

优选地，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。