鋼軌焊縫超聲波探傷儀探傷系統與掃查系統介紹

鐵路(lu)無(wu)縫(feng)(feng)線(xian)路(lu)的(de)接(jie)(jie)頭少，節省了(le)大量(liang)的(de)接(jie)(jie)頭零(ling)件和(he)線(xian)路(lu)維(wei)修工作量(liang)，減少了(le)列車(che)在接(jie)(jie)縫(feng)(feng)處的(de)震動，降低(di)了(le)噪聲(sheng)，使列車(che)運行更(geng)加平穩，同時(shi)增加了(le)列車(che)的(de)使用年限(xian)。然(ran)而鋼(gang)軌在焊(han)接(jie)(jie)過程(cheng)中由于設備的(de)不穩定和(he)焊(han)接(jie)(jie)工 藝參數的(de)變化，以及鋼(gang)軌化學成分偏(pian)離等原因，在焊(han)縫(feng)(feng)內部(bu)容易產生灰斑、光(guang)斑、過燒(shao)、裂(lie)紋和(he)晶粒(li)粗大等 危(wei)險(xian)性缺陷(xian)，這(zhe)些缺陷(xian)降低(di)了(le)焊(han)縫(feng)(feng)的(de)強(qiang)度和(he)韌性，容易造成斷(duan)軌事故(gu)。因此對鋼(gang)軌焊(han)縫(feng)(feng)部(bu)位進行定期檢測是保證(zheng)行車(che)安全最直接(jie)(jie)、最有效的(de)技術方法(fa)。

雷(lei)納(na)為大(da)家介紹一(yi)款，利(li)用(yong)自動掃查(cha)裝置替代傳統的人工(gong)掃查(cha)，利(li)用(yong)FPGA進行數(shu)字信號處(chu)理及模擬信號控制，采(cai)用(yong)嵌入式計算機(ji)作為上位機(ji)進行人機(ji)交互。采(cai)用(yong)USB技(ji)術使得(de)超聲波電路板(ban)與上位機(ji)通信更(geng)加方便，數(shu)據傳輸速度更(geng)快。探傷(shang)過程(cheng)中利(li)用(yong)門(men)內展寬、深度補償、報警燈等功能幫(bang)助用(yong)戶更(geng)加準確地對缺陷進行判斷。

鋼軌焊縫超聲波探傷儀掃查系統

掃(sao)查系(xi)統包括驅動控(kong)制器(qi)、傳動機構(gou)、探頭組、編碼器(qi)、探頭信號分(fen)配器(qi)。

驅(qu)動(dong)控制器(qi)包含電(dian)(dian)機(ji)、編碼器(qi)、控制板卡、開(kai)關(guan)和(he)電(dian)(dian)池(chi)。電(dian)(dian)池(chi)為(wei)驅(qu)動(dong)控制器(qi)供電(dian)(dian)，電(dian)(dian)機(ji)與(yu)傳動(dong)機(ji)構(gou)連(lian)接(jie)(jie)用于驅(qu)動(dong)傳動(dong)機(ji)構(gou)，傳動(dong)機(ji)構(gou)的運動(dong)帶動(dong)探頭(tou)組的移動(dong)，編碼器(qi)通過齒輪與(yu)電(dian)(dian)機(ji)連(lian)接(jie)(jie)，開(kai)關(guan)與(yu)電(dian)(dian)機(ji)和(he)控制板卡連(lian)接(jie)(jie)。

探(tan)(tan)頭(tou)(tou)組由三(san)對(dui)(dui)雙探(tan)(tan)頭(tou)(tou)和兩個單探(tan)(tan)頭(tou)(tou)共(gong)8個探(tan)(tan)頭(tou)(tou)組成(cheng)。分別檢測軌(gui)(gui)(gui)頭(tou)(tou)、軌(gui)(gui)(gui)腰、軌(gui)(gui)(gui)底(di)(di)，對(dui)(dui)整個焊縫進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)全方位(wei)掃(sao)查(cha)(cha)(cha)。雙探(tan)(tan)頭(tou)(tou)掃(sao)查(cha)(cha)(cha)：從(cong)踏面(mian)(mian)對(dui)(dui)焊縫進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)串列式掃(sao)查(cha)(cha)(cha)，從(cong)軌(gui)(gui)(gui)頭(tou)(tou)兩側面(mian)(mian)對(dui)(dui)軌(gui)(gui)(gui)頭(tou)(tou)進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)Ｋ型掃(sao)查(cha)(cha)(cha)和從(cong)軌(gui)(gui)(gui)底(di)(di)兩側面(mian)(mian)對(dui)(dui)軌(gui)(gui)(gui)底(di)(di) 部(bu)(bu)位(wei)進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)Ｋ型掃(sao)查(cha)(cha)(cha)。單探(tan)(tan)頭(tou)(tou)掃(sao)查(cha)(cha)(cha)：從(cong)軌(gui)(gui)(gui)底(di)(di)斜面(mian)(mian)對(dui)(dui)軌(gui)(gui)(gui)底(di)(di)腳(jiao)進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)單探(tan)(tan)頭(tou)(tou)掃(sao)查(cha)(cha)(cha)，用一次(ci)波掃(sao)查(cha)(cha)(cha)軌(gui)(gui)(gui)底(di)(di)腳(jiao)下部(bu)(bu)，二次(ci)波掃(sao)查(cha)(cha)(cha)軌(gui)(gui)(gui)底(di)(di)腳(jiao)上(shang)部(bu)(bu)。

編碼器安裝在(zai)傳動機(ji)構上，實時獲取傳動機(ji)構的運動位(wei)置，并傳送到超聲電路板。

探(tan)頭組安裝在(zai)傳動(dong)機構上，實時產生超(chao)聲信號(hao)并通過多芯信號(hao)線傳送到超(chao)聲電路板，隨著探(tan)頭組的(de)移動(dong)會(hui)產生各個位(wei)置的(de)超(chao)聲信號(hao)。

超聲電路板將編(bian)碼器傳(chuan)來的位(wei)置(zhi)信號與探(tan)頭組傳(chuan)來的超聲信號相整合，通(tong)過信號傳(chuan)輸總(zong)線傳(chuan)送到(dao)上(shang)(shang)位(wei)機在屏(ping)幕上(shang)(shang)進行成像。

鋼軌焊縫超聲波探傷儀探傷系統

探(tan)傷(shang)系(xi)(xi)統為(wei)超(chao)(chao)聲波(bo)探(tan)傷(shang)儀一體機，采(cai)(cai)用(yong)(yong)“嵌(qian)入(ru)式(shi)主機＋超(chao)(chao)聲電(dian)路板(ban)(ban)”的(de)硬件(jian)架構，內部總線(xian)方式(shi)為(wei)USB總線(xian)。嵌(qian)入(ru)式(shi)主機選(xuan)用(yong)(yong)低功(gong)耗嵌(qian)入(ru)式(shi)X86主板(ban)(ban)，與(yu)存儲器、鍵盤(pan)、顯示屏(ping)、電(dian)源(yuan)構成完整嵌(qian)入(ru)式(shi)系(xi)(xi)統，作為(wei)整個系(xi)(xi) 統的(de)上位機。上位機安裝嵌(qian)入(ru)式(shi)windows操作系(xi)(xi)統，應用(yong)(yong)程序運(yun)行在操作系(xi)(xi)統中。超(chao)(chao)聲電(dian)路板(ban)(ban)為(wei)自主研發的(de) 專業8通(tong)道(dao)超(chao)(chao)聲電(dian)路板(ban)(ban)，具(ju)備超(chao)(chao)聲發射、超(chao)(chao)聲接(jie)收、模擬信(xin)號處理(li)、信(xin)號采(cai)(cai)集、時序邏輯(ji)控制、電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)、USB總線(xian)通(tong)訊等功(gong)能。

上位機(ji)主(zhu)要(yao)完(wan)成對整個系統的(de)控制、執行(xing)探傷操作(zuo)、缺陷(xian)判斷報警程序(xu)、波(bo)形繪制及(ji)圖(tu)象處(chu)理等主(zhu)要(yao)工作(zuo)。而大量的(de)數據采集、中間處(chu)理和實時控制等繁(fan)忙事(shi)務交由超(chao)聲電路板去完(wan)成，這(zhe)樣有(you)利(li)于提高系統探傷速 度(du)，也(ye)為開發應用(yong)程序(xu)留出充足的(de)時間余量。

整個探傷系(xi)統流程(cheng)：系(xi)統上電(dian)初始化后(hou)(hou)(hou)，用戶通(tong)(tong)過(guo)(guo)操作應用程(cheng)序確(que)定(ding)工作狀態(tai)，并(bing)(bing)(bing)將(jiang)(jiang)操作指令通(tong)(tong)過(guo)(guo)USB總(zong)線傳(chuan)送到超(chao)聲(sheng)電(dian)路板(ban)中(zhong)(zhong)，FPGA產生(sheng)一定(ding)頻率的(de)脈沖(chong)觸發(fa)信(xin)(xin)(xin)號(hao)，經過(guo)(guo)MOS管驅(qu)動電(dian)路后(hou)(hou)(hou)輸出(chu)(chu)的(de)信(xin)(xin)(xin)號(hao)驅(qu)動MOS管開關動作，再配(pei)合(he)電(dian)容、電(dian)阻生(sheng)成高壓脈沖(chong)信(xin)(xin)(xin)號(hao)，施(shi)加(jia)至前端的(de)超(chao)聲(sheng)探頭(tou)，激勵壓電(dian)晶片震動產生(sheng)超(chao)聲(sheng)波。超(chao)聲(sheng)波在(zai)焊縫傳(chuan)播(bo)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)遇到缺陷時(shi)產生(sheng)反射回波并(bing)(bing)(bing)返回至探頭(tou)，壓電(dian)晶片將(jiang)(jiang)其轉換(huan)為電(dian)信(xin)(xin)(xin)號(hao)進入(ru)接(jie)收(shou)電(dian)路，通(tong)(tong)過(guo)(guo)增益調節電(dian)路轉換(huan)為適合(he)A/D采樣電(dian)路的(de)電(dian)壓信(xin)(xin)(xin)號(hao)，經A/D采樣電(dian)路后(hou)(hou)(hou)變為數(shu)字信(xin)(xin)(xin)號(hao)，再通(tong)(tong)過(guo)(guo)FPGA核(he)心(xin)處(chu)理單元對數(shu)字信(xin)(xin)(xin)號(hao)作進一步(bu)處(chu)理，最后(hou)(hou)(hou)將(jiang)(jiang)數(shu)字化的(de)超(chao)聲(sheng)信(xin)(xin)(xin)號(hao)通(tong)(tong)過(guo)(guo)USB總(zong)線實時(shi)傳(chuan)輸到上位機并(bing)(bing)(bing)在(zai)屏幕(mu)以(yi)Ａ掃和Ｂ掃的(de)形式顯示出(chu)(chu)來。

鋼軌焊縫(feng)超聲波(bo)探傷儀設(she)計了(le)超聲波(bo)發射與(yu)接收(shou)模塊和(he)FPGA數(shu)字信號處(chu)理及邏輯(ji)控制模塊。采用(yong)USB技術(shu)使得 超聲波(bo)電路板能快速方(fang)便地與(yu)上位(wei)機進行通訊，FPGA豐富(fu)的(de)接口資(zi)源和(he)可(ke)編(bian)程特性，提高(gao)了(le)數(shu)據的(de)處(chu)理能力。在(zai)現場測試和(he)使用(yong)過程中表明，具有(you)檢出效率高(gao)、缺陷識(shi)別精度(du)高(gao)、可(ke)靠性高(gao)、界面友好、操作方(fang)便等優點。