CN106114554A - 一种列车车轮随动式智能探伤系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车车轮随动式智能探伤系统，该系统由数据采集模块、通信模块、综控模块、云端数据传输模块组成。还公开了一种列车车轮随动式智能探伤方法，数据采集模块完成车轮内部信息到可操作数据的映射；通信模块完成数据的传输；综控模块完成命令的发送、数据的处理和存储；云端数据传输模块完成原始数据的回溯和报警数据的共享。与现有技术相比，本发明的有益效果是：提高了在线实时探伤的效率和准确性，有利于数据共享和信息化管理，符合大数据的发展趋势，便于快速安装。

Description

一种列车车轮随动式智能探伤系统及方法

技术领域

本发明涉及无损检测领域，更确切的说，涉及轨道交通中一种列车车轮内部缺陷超声波检测系统及方法。

背景技术

目前铁路运输的提速和重载快速发展，导致车轮的擦伤、剥离、不圆度、非正常磨耗加剧，特别是性质十分严重的轮辋周向裂损故障时有发生，直接危及行车安全。因此对机车车轮进行无损检测并判断车轮内部的伤损类型和位置一直是铁路运输部门十分关心的问题，所以，研制一种列车车轮随动式智能探伤系统，对于保障列车的日常行车安全很有必要。

现有技术中，发明专利《一种列车车轮便携式探伤系统及其检测方法》公开了一种便携式探伤系统及其检测方法，其硬件结构如图1所示，由图可以看出，该便携式探伤系统未集成电源、水箱、客户端等，这就使得该系统实际工作时需要外接电源、水箱等，操作存在一定的不方便，在其权利要求中，明确提出列车移动速度小于等于5km/h，以3.6km/h为最优，该速度不能满足机务段对探伤效率的要求，上位机软件容易因速度快而导致崩溃且只能实时显示A扫、B扫图，而没有C扫和3D的显示，同时也没有云端数据传输的功能。发明专利申请《一种跟随式机车车辆超声波探伤机》公开了一种跟随式机车车辆超声波探伤机，该发明类似于机械臂，安装较为繁琐，内部控制逻辑复杂，成本较高，且在检测效率和缺陷的显示方式上存在一定的不足。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种随动式智能探伤系统，克服现有技术的缺陷。本发明设计一种列车车轮随动式智能探伤系统，使之具有安装方便、检测效率高、精度高、信息化程度高、人工依赖程度低等特点。本发明支持实时探伤的A扫、B扫、C扫显示，能够实时显示设备状态和车轮健康状况，也支持数据回放，添加、编辑、删除用户信息，数据回放时显示B扫、C扫信息，并呈现3D效果，可以对车轮健康状况进行自动分析，同时可根据车轮的历史信息对车轮的健康状况做评估和预测，可以方便的生成报表，还可以将原始的探伤数据和探伤结果上传至云端。

本发明解决的技术问题：

(1)解决了实时探伤的效率问题；

(2)实现了原始数据的回溯；

(3)实现了报警数据的共享。

本发明的技术方案如下：一种列车车轮随动式智能探伤系统，其特征在于：包括数据采集模块，通信模块，综控模块以及云端数据传输模块。

所述数据采集模块(图3)，一组或多组所述数据采集模块同时工作，分别检测同一列车的不同车轮；包括支架(图2(1))、支架的上方安装超声波激励板(图3(3))、电源(4)、水箱(2)、支架的一侧安装探头(7)、编码器(6)、水管、喷头(8)。所述超声波激励板连接所述探头、所述编码器和所述电机；所述电源给所述超声波激励板、所述电机、所述客户端供电；所述客户端(5)安装在所述支架上方，和所述超声激励版相连；所述水箱、电机、水管、喷头构成耦合系统，所述电机安装在电源下方，为所述耦合系统提供动力，使耦合剂能连续填充所述探头和车轮踏面之间的空隙。

所述通信模块，包括客户端、无线路由、增益天线；

所述综控模块，包括工控机、软件系统；所述工控机是所述软件系统的载体；

所述云端数据传输模块，包括服务器、网卡、存储云。

所述通信模块中，所述客户端与所述无线路由之间的距离小于等于50m，增益天线大于等于2dB，无线协议兼容/g模式。

所述综控模块，工控机是软件系统的载体，所述软件系统的数据处理的架构为：采用多核并行处理架构，但软件同一时刻并行处理的数量不多于工控机内核处理器的数量；数据的处理单独占用一个内核，连续处理多台探伤设备上传的数据，多台探伤设备的数据接收与存储单独占用一个内核；

所述软件系统分权限对登录用户进行管理，权限级别高的可设置所述超声激励板的参数，权限级别低的只能进行探伤操作，所述软件系统支持实时探伤的A扫、B扫、C扫显示，实时显示设备状态和车轮健康状况，所述软件系统也支持数据回放，添加、编辑、删除用户信息，数据回放时显示B扫、C扫信息，并呈现3D效果，所述软件系统对车轮健康状况进行自动分析，同时根据车轮的历史信息对车轮的健康状况做评估和预测，生成报表，并将原始的探伤数据和探伤结果上传至云端。

一种列车车轮随动式智能探伤方法，包括以下步骤：

步骤1：将数据采集模块固定在车轮旁的转向架上，使所述数据采集模块上的探头与车轮踏面充分接触，并打开电源；

步骤2：登陆软件系统，录入列车信息；

步骤3：由软件系统向所述数据采集模块发送启动采集命令，实时探伤；

步骤3.1：超声波激励板通电后等待所述软件系统的命令，当收到采集命令时，所述超声波激励板检测编码器的信号，所述编码器动作后，所述超声波激励板开始激励声波：所述编码器动作频率越高，所述超声波激励板发射声波的次数就越多，声波遇见缺陷就会发生反射，当没有缺陷时，声波反射较小，反射的声波被所述超声激励板回收，并将回波进行滤波后转换为数字量，得到探伤数据；

步骤3.2：通过所述通信模块将探伤数据送至所述软件系统：首先将探伤数据传递给客户端，客户端将探伤数据打包后通过增益天线发送至无线路由，无线路由可同时接收多台客户端发送的数据，也可以同时向多台客户端发送数据；无线路由将收到的探伤数据进行解析，然后送至工控机，即传送至软件系统；

步骤4：探伤结束后通过所述软件系统向所述数据采集模块发送停止采集命令；

步骤5：探伤回放，选择要查看的车轮，显示B扫、C扫和3D效果，通过调节阈值以显示不同阈值下车轮的伤损情况，颜色空间的映射方法为：描述图片颜色采用8位颜色编码方式，即一个数字代表一种颜色，数字范围0～255。探伤数据到像素空间的映射采用一对一的方式，即每一个有效数据对应一个像素点。或调节3D效果的大小和透明度，回放完毕后生成报表并启动云端存储功能；

步骤5.1：当所述软件系统发出云端存储命令后，通过所述软件系统首先将所述数据采集模块采集的探伤数据转换为云端传输所需的格式，并暂存在所述工控机上，随后启动服务器调用程序不断读取探伤数据，并通过网卡将探伤数据发送至云端，所述云端拥有较大的存储空间和多个接口，每个接口都有一个唯一的地址，通过接口实现不同类型数据的上传和下载，从而实现探伤数据的回溯与报警数据的共享；

步骤6：如果需要重复探测，重复步骤2～6，否则退出软件系统；

步骤7：关闭电源，拆卸所述探伤设备，清洗维护并放入库房。

探伤结果判定方法为：设定阈值，范围为0-100％，大于阈值的视为有伤，标注为红色，如果超出阈值较少(即伤损程度较低)则为暗红色，超出阈值较多(即伤损程度较高)则为鲜红色，阈值以下视为无伤，表现为灰色。

本发明的有益效果为：(1)安装方便；(2)检测效率高，图形显示的效果良好；(3)信息化程度高，可方便的实现数据云存储，有利于数据的共享和分析；(4)系统集成程度较高，智能程度较高，从而降低了人工依赖程度。

本发明提高了数据采集模块的集成度，提高了实时检测的效率和准确性，允许列车移动速度达到7.2km/h，并且拥有C扫和3D显示，还拥有云端数据传输功能，有利于数据的共享和再利用。

本发明探伤数据到像素空间的映射采用一对一的方式，即每一个有效数据对应一个像素点，这种对应方式可降低算法的复杂度，有利于提高效率。软件系统的数据处理采用多核并行处理架构，但软件同一时刻并行处理的数量不多于工控机内核处理器的数量。该架构模式可解决大数据量与实时处理之间的矛盾。

附图说明

图1是现有的一种列车车轮便携式探伤系统结构示意图。

图2是本发明实施例的列车车轮随动式智能探伤系统结构示意图。

图3是本发明实施例的数据采集模块结构示意图。

图4是本发明实施例的通信模块结构示意图。

图5是本发明实施例的综控模块和云端上传模块结构示意图。

图6是本发明实施例的软件系统工作流程图。

图7是本发明实施例的软件系统实时探伤界面示意图。

图8是本发明实施例的软件系统数据回放界面示意图。

图9是本发明实施例的云端模块工作流程图。

具体实施方式

具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例的列车车轮随动式智能探伤系统，如图2所示；包括数据采集模块，如图3所示；通信模块，如图4所示；综控模块以及云端数据传输模块，如图5所示。数据采集模块(图3)，一组或多组数据采集模块同时工作，分别检测同一列车的不同车轮；包括支架(图2(1))、支架的正上方安装超声波激励板(图3(3))、电源4、水箱2、支架的一侧安装探头7、编码器6、水管、喷头8。超声波激励板连接探头、编码器和电机；电源给超声波激励板、电机、客户端供电；客户端5安装在支架上方，和超声激励版相连；水箱、电机、水管、喷头构成耦合系统，电机安装在电源下方，为耦合系统提供动力，使耦合剂能连续填充探头和车轮踏面之间的空隙。

实施例2：

通信模块的无线客户端和数据采集模块集成在一起，大功率路由(图4)放置在控制柜内部，同综控模块和云端传输模块集成在一起，其结构示意图如图5，客户端与无线路由之间的距离小于等于50m，增益天线大于等于2dB。软件系统，其操作步骤如下：首先，验证用户名和密码是否正确，分用户权限进入探伤系统；其次，录入检测信息；再次，发送启动采集命令，开始进行实时探伤；最后，回放实时检测的结果，并生产报表，同时启动云端数据传输，其详细工作流程如图6所示。软件的实时探伤界面如图7所示，支持实时探伤的A扫、B扫、C扫显示，能够实时显示设备状态和车轮健康状况；软件的数据回放界面如图8所示，数据回放时能显示B扫、C扫信息，并呈现3D效果，可以对车轮健康状况进行自动分析，同时可根据车轮的历史信息对车轮的健康状况做评估和预测，可以方便的生成报表，还可以将原始的探伤数据和探伤结果上传至云端。

实施例3：

云端数据传输模块，包括服务器、网卡、存储云。当软件系统发出云端存储命令后，软件首先将数据转换为云端传输所需的格式，并暂存在工控机上，随后启动服务器的调用程序，服务器调用程序不断读取数据，并通过3G/4G网卡将数据发送至云端，云端拥有较大的存储空间和多个接口，每个接口都有一个唯一的地址，通过云端接口可实现不同类型数据的上传和下载，从而实现原始数据的回溯与报警数据的共享。云端数据传输模块工作流程如图9所示。

综上所述，一种列车车轮随动式智能探伤系统检测效率高，图形显示的效果良好，并且信息化程度高，可方便的实现数据云存储，有利于数据的共享和分析。以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明涉及的技术若未详细说明则均可通过现有的技术加以实现。

Claims (8)

1.一种列车车轮随动式智能探伤系统，其特征在于：包括数据采集模块，通信模块，综控模块以及云端数据传输模块；

所述数据采集模块，一组或多组所述数据采集模块同时工作，分别检测同一列车的不同车轮；包括支架(1)、所述支架(1)的上方安装超声波激励板(3)、电源(4)、水箱(2)、所述支架(1)的一侧安装探头(7)、编码器(6)、水管、喷头(8)；所述超声波激励板(3)连接所述探头(7)、所述编码器(6)和电机；所述电源(4)给所述超声波激励板(3)、所述电机、客户端(5)供电；所述客户端(5)安装在所述支架(1)上方，和所述超声激励版(3)相连；所述水箱(2)、所述电机、所述水管、所述喷头(8)构成耦合系统，所述电机安装在所述电源(4)下方，为所述耦合系统提供动力，使耦合剂能连续填充所述探头(7)和车轮踏面之间的空隙；

所述通信模块，包括所述客户端(5)、无线路由、增益天线；其无线协议兼容/g模式；

所述综控模块，包括工控机、软件系统；所述工控机是所述软件系统的载体；

所述云端数据传输模块，包括服务器、网卡、存储云。

2.根据权利要求1所述的列车车轮随动式智能探伤系统，其特征在于：允许列车以更快速度通过或者允许同时探测更多车轮，列车移动越快，单位时间产生的数据量就越大。

3.根据权利要求1所述的列车车轮随动式智能探伤系统，其特征在于：所述软件系统的数据处理的架构为：采用多核并行处理架构，但软件同一时刻并行处理的数量不多于工控机内核处理器的数量；数据的处理单独占用一个内核，连续处理多台探伤设备上传的数据，多台探伤设备的数据接收与存储单独占用一个内核；

所述软件系统分权限对登录用户进行管理，权限级别高的可设置所述超声激励板的参数，权限级别低的只能进行探伤操作，所述软件系统支持实时探伤的A扫、B扫、C扫显示，实时显示设备状态和车轮健康状况，所述软件系统也支持数据回放，添加、编辑、删除用户信息，数据回放时显示B扫、C扫信息，并呈现3D效果，所述软件系统对车轮健康状况进行自动分析，同时根据车轮的历史信息对车轮的健康状况做评估和预测，生成报表，并将原始的探伤数据和探伤结果上传至云端。

4.一种列车车轮随动式智能探伤方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将数据采集模块固定在车轮旁的转向架上，使所述数据采集模块上的探头(7)与车轮踏面充分接触，并打开电源(4)；

步骤2：登陆软件系统，录入列车信息；

步骤3：由软件系统向所述数据采集模块发送启动采集命令，实时探伤；

步骤4：探伤结束后通过所述软件系统向所述数据采集模块发送停止采集命令；

步骤5：判定探伤结果，探伤回放，选择要查看的车轮，显示B扫、C扫和3D效果，通过调节阈值以显示不同阈值下车轮的伤损情况，或调节3D效果的大小和透明度，回放完毕后生成报表并启动云端存储功能；

步骤6：如果需要重复探测，重复步骤2～6，否则退出软件系统；

步骤7：关闭电源，拆卸所述数据采集模块，清洗维护并放入库房。

5.根据权利要求4所述的列车车轮随动式智能探伤方法，其特征在于，步骤3进一步包括以下步骤：

步骤3.1：超声波激励板(3)通电后等待所述软件系统的命令，当收到采集命令时，所述超声波激励板(3)检测编码器(6)的信号，所述编码器(6)动作后，所述超声波激励板(3)开始激励声波：所述编码器(6)动作频率越高，所述超声波激励板(3)发射声波的次数就越多，声波遇见缺陷就会发生反射，当没有缺陷时，声波反射较小，反射的声波被所述超声激励板回收，并将回波进行滤波后转换为数字量，得到探伤数据；

步骤3.2：通过所述通信模块将探伤数据送至所述软件系统：首先将探伤数据传递给客户端(5)，所述客户端(5)将探伤数据打包后通过增益天线发送至无线路由，无线路由可同时接收多台所述客户端(5)发送的数据，也可以同时向多台所述客户端(5)发送数据；无线路由将收到的探伤数据进行解析，然后送至工控机，即传送至软件系统。

6.根据权利要求4所述的列车车轮随动式智能探伤方法，其特征在于，所述步骤5中云端存储功能的具体步骤在于：

步骤5.1：当所述软件系统发出云端存储命令后，通过所述软件系统首先将所述数据采集模块采集的探伤数据转换为云端传输所需的格式，并暂存在所述工控机上，随后启动服务器调用程序不断读取探伤数据，并通过网卡将探伤数据发送至云端，所述云端拥有较大的存储空间和多个接口，每个接口都有一个唯一的地址，通过接口实现不同类型数据的上传和下载，从而实现探伤数据的回溯与报警数据的共享。

7.根据权利要求4所述的列车车轮随动式智能探伤方法，其特征在于，车轮伤损情况至颜色空间的映射方法为：探伤数据到像素空间的映射采用一对一的方式，即每一个有效数据对应一个像素点。

8.根据权利要求4所述的列车车轮随动式智能探伤方法，其特征在于，探伤结果判定方法为：设定阈值，范围为0-100％，大于阈值的视为有伤，标注为红色，如果超出阈值少则为暗红色，超出阈值多则为鲜红色，阈值以下视为无伤，表现为灰色。