[发明专利]一种基于相控阵超声的钢轨缺陷检测方法

说明书

本发明公开了一种基于相控阵超声的钢轨缺陷检测方法，该方法包括：用于检测钢轨的探头为一个128阵元的相控阵超声探头，安装在可沿钢轨纵向运动的机械臂上，将相控阵超声探头的阵元分为五组，第一组包括1—50号阵元，用于扫查轨头右上侧偏角处的伤损，第二组包括51—60号阵元，用于扫查钢轨右轨颚附近的伤损，第三组包括61—68号阵元，用于扫查轨头中部、轨腰及轨底中部位置的伤损，第四组包括69—78号阵元，用于扫查钢轨左轨颚附近的伤损，第五组包括79—128号阵元，用于扫查轨头左上侧偏角处的伤损，轨内波形为横波。本发明通过相控阵探头同时激发的多个波束对钢轨内几个关键区域的伤损进行检测，能够实现高精度且高效率的钢轨无损检测。

技术领域

本发明属于钢轨超声无损检测技术领域，具体涉及一种基于相控阵超声的钢轨缺陷检测方法。

背景技术

轨道作为列车的载体，长期工作在复杂恶劣的条件下，容易在内部产生缺陷。如果将钢轨分为轨头、轨腰和轨底三部分来看，比较典型的缺陷有：轨头水平裂纹、轨头纵向裂纹、轨头横向渐进裂纹、轨腰轨底斜裂纹等。一旦发生失效或故障，将会造成不可估量的人员财产损失。

超声无损检测凭借其高安全性、高可靠性、强适应性以及特征参量丰富性等优势，成为了钢轨检测的重要方法。在早期，检测人员多采用常规超声探头，使用脉冲反射法的A型超声显示来进行钢轨探伤，但该方式不够直观，对检测人员的熟练度要求较高，易造成漏检、误检的情况，并且需要在轨道外侧利用繁杂的机械结构设置多个探头，才能使超声探伤区域较为完整地覆盖整个轨道截面。相控阵超声可以弥补这些缺点，可通过设定延时法则，让探头进行声束聚焦和偏转，可以做到一个探头检测多个角度上的缺陷，在扫查范围、声束可达性和灵敏度等方面都有明显优势。然而，利用相控阵超声探头沿不同方向发射波束的方法需按次序依次发射各波束，这导致成像的速率低下。如何在满足探伤结构精简和探伤高质量的前提下，提高钢轨扫查的速率，是目前亟需解决的关键问题。

发明内容

为了解决背景技术中常规超声探头检测易造成漏检和误检以及传统相控阵扫查方法成像速率低下的问题，本发明提供了一种基于相控阵超声的钢轨缺陷检测方法，通过相控阵探头同时激发的多个聚焦波束对钢轨内几个关键区域的伤损进行检测，能够实现高精度且高效率的钢轨无损检测。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种基于相控阵超声的钢轨缺陷检测方法，其包括以下步骤：

步骤一，将用于检测的128阵元超声相控阵探头安装在六自由度机械臂的末端；将待测钢轨置于水箱中；

步骤二，调整机械臂位姿，使超声相控阵探头的阵元沿钢轨宽度方向排布，探头中心与轨面垂直高度为128mm，并且阵元的中垂线与钢轨表面成24.2°夹角；

步骤三，操纵机械臂，使探头移动至钢轨一端，在移动过程中，时刻观察探头与钢轨的相对位置，直到探头移动到初始检测位置为止；

步骤四，将相控阵超声探头的阵元分为五组，设置各组阵元组内阵元的发射与接收的延时法则，五组阵元组按各自内部阵元的延迟法则同时向五个方向发射聚焦波束，以检测样轨内不同区域的伤损；检测时确保钢轨与探头之间有水层作为耦合层；

步骤五，操纵机械臂，使机械臂末端带动探头沿钢轨长度方向匀速直线运动，边移动边由探头进行钢轨缺陷检测，直至探头在垂直方向上超出钢轨另一端。

作为本发明的优选方案，所述超声探头发出的波形为纵波，进入钢轨后只存在横波。

作为本发明的优选方案，所述钢轨放置于可完全容纳钢轨的水箱中央，水箱上方开口，在检测前，需注水直至水面距离钢轨上表面140mm以上。