多探测点超声法在线钢轨检测系统研究

钢轨是铁路运输中主要组成部分,因此钢轨质量至关重要。针对传统钢轨检测方法探测点不全面、误报多、成品之后进行检测的不足,提出一种多探测点超声法在线钢轨检测系统。该系统可实现钢轨在矫正工序后的在线超声波A扫和C扫,系统具有检测迅速、缺陷定位精准的特点。多探测点超声法在线对钢轨的检测,强化了传统钢轨超声检测的应用范围,具有抗干扰能力强、检测效率高、探测品种多和参量容易调节等优点。     

基于激光超声体波的轨头内部缺陷检测方法研究

激光超声检测技术具有非接触、宽带宽和高分辨率的特点,针对常规超声对钢轨轨头内部核伤微小缺陷不敏感、定位定量检测难的问题,本文基于激光超声体波散射和衍射原理,提出了模态转换反射波和衍射波飞行时间的缺陷定位定量检测计算模型。通过COMSOL仿真建立了超声体波与内部缺陷相互作用的二维有限元模型,分析了钢轨内部缺陷处超声体波波模式转换状态,验证了定位及定量方法的可行性。其次,搭建了固定扫查激光超声实验检测系统,对不同埋藏深度和不同直径的孔缺陷进行B扫实验。实验结果表明,激光超声检测技术能有效的检测钢轨内部微小孔缺陷,基于所提出的计算模型和检测方法,对钢轨内部缺陷检测的定位相对误差在6%之内,定量相对误差在9%之内。     

铁路钢轨缺陷伤损巡检与监测技术综述

我国高速铁路的快速发展给铁路钢轨基础设施的状态维护和安全保障带来挑战,综述了钢轨不同类型缺陷伤损的巡检与监测技术。回顾总结了国内外钢轨无损检测与监测技术的特点和局限性,以及钢轨在线巡检与监测仪器的应用情况。分析了多模态多物理集成传感与可视化成像检测、宏观与微观组织状态观测、无损检测与评估和健康监测集成融合,以及基于大数据管理的铁路钢轨快速巡检和实时监测等新技术研究进展,讨论了未来铁路钢轨缺陷伤损巡检及监测技术的发展趋势。     

基于钢轨探伤试验标定线的设计研究

为规范大型超声波钢轨探伤车的运用,基于超声检测系统的检测能力,结合国内外伤损标定线的建设和使用情况,参考有关国家标准和铁路行业的技术文件,按照模拟真实检测环境的思路,对标定线进行技术设计,以验证和探索检测系统的检测精度和检出性能。建成的钢轨探伤试验标定线既可有效验证钢轨探伤车超声检测系统技术指标要求,确保检测数据准确、可靠,同时,又可为探索不同工况下钢轨探伤车检测能力提供试验平台、为优化大型钢轨探伤车检测模式提供建议。     

重载铁路钢轨相控阵探伤系统研究

重载铁路因具有大轴重、高运量、高行车密度等特点,加之运量的持续高位运行,钢轨伤损数量增多,种类复杂化,给铁路的高效运行留下了安全隐患。中国重载线路在用的大型钢轨探伤车由于对轨头核伤的检出率只能达到30%～40%,因此重载线路钢轨探伤主要依赖探伤仪,利用列车间隔或天窗点进行作业,检测速度慢,对操作人员要求高,存在较大的人身及线路安全风险。本文研究一种新型的基于相控阵超声波探伤技术的高速钢轨探伤车,可实现检测速度80 km/h以上,兼容所有线路轨型特点,同时兼顾智能判伤、实时报警、三维直观化显示等功能需求,实现提高缺陷检出率及工作效率、减少用工、提升安全保障水平的目的,对提升我国重载铁路钢轨探伤技术水平具有重要意义。     

直齿圆柱齿轮内部缺陷的超声自动检测

齿轮制造和运行过程中产生的内部缺陷是影响设备运行安全性的重要隐患。提出了一种基于XY运动平台的直齿圆柱齿轮内部缺陷超声自动检测方案,对相应的超声自动检测系统进行了设计分析。根据直齿圆柱齿轮的齿廓特点,采用超声纵波检测和弓字形扫描原则对超声探头的扫描路径进行规划。对齿轮超声检测信号特征进行了分析建模和内部缺陷位置的提取。在此基础上,开发软件实现了齿轮超声检测信号采集、扫描运动控制及内部缺陷的可视化。通过齿轮超声C扫描实验,验证了本方法的有效性。     

基于电流判别的钢轨焊瘤精磨智能控制系统设计

国内各焊头精磨设备大多采用声波与二点校验法检测钢轨焊瘤是否磨平.本文提出了基于电流判别法的钢轨焊瘤精磨控制克服了环境干扰、机械震动、响应慢等因素对钢轨精磨质量的影响,经过二年多的实际运行,证明控制方法简单可靠,精磨效果优于其他控制,为铁路长轨生产提供了有效的质量保证.     

钢轨踏面斜裂纹超声表面波B扫成像检测研究

由滚动接触疲劳引起的钢轨踏面斜裂纹已成为目前高速铁路在役钢轨无损检测中的重要问题,现有的铁路钢轨超声探伤车(仪)难以检测此类缺陷。采用低频超声表面波方法,沿钢轨长度方向对钢轨踏面斜裂纹进行B扫成像检测。由于钢轨轨头为带圆弧边的矩形截面,在钢轨表面激发和传播的低频表面波已不再是经典的Rayleigh波,而是一类导波,导波的多模式对表面波成像检测形成了干扰。为减小干扰,将空间平均技术应用于钢轨踏面斜裂纹的表面波B扫成像。对人工缺陷试块和钢轨试样的B扫成像实验结果表明,利用空间平均技术能有效的抑制此类干扰,提高信噪比,可对钢轨踏面斜裂纹作快速检测和定位。     

钢轨缺陷无损检测与评估技术综述

钢轨缺陷的检测对于保障铁路安全具有重要的意义。在研究钢轨无损检测与评估技术的背景下,对国内外采用的钢轨缺陷检测方法进行了全面的综述,包括物理检测方法和机器视觉检测方法。阐述并分析了钢轨缺陷评估方法在机器视觉方面的应用情况,同时对所采用的钢轨无损检测与评估技术进行对比,论述和总结了包括射线检测在内的物理检测及包括图像处理在内的机器视觉检测两类检测方法的差异性。分析和研讨了现代无损检测与评估技术及其在发展中涉及的相关技术问题,并对钢轨缺陷无损检测与评估技术的未来发展给出设想。     

多摄像机线结构光的钢轨表面三维缺陷检测

为实现钢轨表面缺陷的实时全方位检测,提出基于多摄像机线结构光的三维检测方法。首先,通过标定线结构光和摄像机平面之间的位置参数,获取该摄像机视角下的钢轨表面线结构光的三维形状变化。其次,标定多个摄像机之间旋转平移参数,将多个视角下的三维点云进行拼接形成完整钢轨三维模型。同时,设计了钢轨三维检测的硬件装置,通过硬件编码器获取传送带运动的距离,形成钢轨在长度方向上的全貌三维形状。针对存在缺陷的钢轨样品进行了三维轮廓测量,实验结果表明,该方法的在钢轨深度方向上的精度能达较高精度,符合钢轨表面缺陷检测的要求。     

多层结构复合材料的超声检测系统设计

分析了超声波在多层结构复合材料中的传播特性,设计了测量多层复合材料厚度及各种缺陷的超声检测系统超声发射系统.该系统由超声波发射系统、接收系统及计算机控制处理系统组成.针对多层结构复合材料层厚及内部缺陷分别进行了计算机仿真和实测实验,并对实验结果进行了比对.结果表明,该检测系统性能达到了设计要求.     

基于小波包变换的轴承外圈超声检测信号处理研究

为进一步提高铁路货车轴承外圈超声检测质量,将小波包变换理论应用于轴承外圈超声检测信号处理,构建水浸探伤特征扫描成像系统,将铁路货车轴承外圈应用于水浸探伤特征扫描系统中,对水浸系统采集到的轴承外圈超声信号进行小波包变换,用于缺陷信号的降噪处理,提高超声信号的信噪比。并以小波包分解频带的能量作为缺陷信号特征值,根据小波包不同空间能量谱中能量的大小及分布判断轴承外圈内部缺陷程度。     

基于脉冲漏磁暂态特征的缺陷量化评估方法

轨头核伤是对铁路行车威胁最大的一种钢轨损伤,因此同时检测出钢轨的表面和近表面埋藏缺陷对保障铁路的安全运行有着重要意义。基于从脉冲漏磁检测信号中提取的暂态特征,研究了轨道缺陷评估新方法,该方法可以同时评估表面和近表面埋藏缺陷的深度及埋藏深度。当施加激励较大时,漏磁信号在上升沿存在波动现象。从波动信号中提取两个新的信号特征,建立信号特征与缺陷参数之间的函数关系,并据此对被测缺陷进行了量化评估。使用上述方法对三个新的缺陷进行量化评估,得到的缺陷深度和埋藏深度的评估值与真实值误差均在0.2 mm以内,验证了该评估方法的可行性。     

钢轨踏面低频超声表面波传播模式研究

钢轨轨头滚动接触疲劳引起钢轨踏面表面及近表面裂纹是目前高速铁路运行的重要威胁之一,铁路部门目前采用的检测技术无法对此类缺陷进行有效监、检测,可采用低频超声表面波对钢轨踏面裂纹进行检测。钢轨轨头异形波导结构使得低频超声表面波传播具有频散特性,这就需要对其传播模式进行有效识别。基于ABAQUS有限元方法建立钢轨踏面简化三维模型,采用二维快速傅里叶变换(2D-FFT)的分析方法得到低频超声表面波在钢轨踏面传播的频率-波数频散曲线,并通过搭建实验系统,对自由状态下60型钢轨低频超声表面波传播模式进行模式识别,研究表明300 k Hz频率点是低频超声表面波在钢轨踏面传播频散分界点;数值模拟采用中心频率为200 k Hz信号单点对称激发,表面波传播模式主要有5种对称模式,激发频率为500 k Hz时,传播模式出现混叠;实验结果显示,激励信号中心频率为500 k Hz,采用斜楔技术在钢轨踏面中轴线上激发低频超声表面波存在4种主要对称传播模式,实验频散曲线分辨率比数值模拟频散曲线分辨率高。     

基于自动化生产线上的废旧钢轨超声波探伤机构设计

钢轨超声波探伤是无损检测技术中的一种检测方法,其作用是利用超声波对钢轨内部组织结构进行探测分析,为此,设计了一种在自动化生产线上对废旧钢轨进行超声波探伤作业的机构,利用超声波原理,对被测钢轨损伤进行探测,探头发射的超声波遇到钢轨中的裂纹或焊缝等后会反射回来一定强度的"回波",通过回波分析,从而可以判定被测钢轨是否有损伤、损伤程度及损伤位置。     

轨道振动信号分析及故障诊断?

针对铁路安全运行问题,对钢轨振动分析、检测和故障识别进行了理论上的探讨。运用车辆轨道耦合动力学理论建立车辆轨道垂向模型,同时,结合相关标准设定车辆和轨道典型故障,分别求取车辆及钢轨在正常及故障工况下的振动响应。通过对振动信号的加速度功率谱的对比分析,识别出各种典型故障信号特征,为利用光纤检测试验提供理论依据。理论研究表明,在各种典型故障工况下,利用钢轨振动判别车辆走行部、钢轨故障具有可行性,尤其是容易识别轮轨接触区域故障,可以达到实时诊断和预警的目的,对提高铁路安全具有创新性意义。     

钢轨漏磁检测仿真分析及试验研究

为保障高速铁路的行车安全,针对现有高速铁路钢轨轨面伤损检测的需求,设计了一种携带有漏磁检测装置的钢轨探伤小车,并分析了钢轨探伤小车的结构组成和漏磁检测装置的检测原理。同时,在有限元分析软件 ＡＮＳＹＳ中建立了钢轨轨面漏磁检测的三维有限元模型,针对钢轨轨面主要的裂纹类和圆柱形缺陷,在软件中进行了钢轨缺陷的漏磁场特征仿真分析。通过计算分析,得出钢轨缺陷漏磁检测信号与传感器提离值、裂纹类缺陷长度、裂纹类缺陷深度、圆柱形缺陷直径、圆柱形缺陷深度的对应变化关系。最后,通过制备人工裂纹类和圆柱形钢轨缺陷,搭建起钢轨漏磁检测的试验平台,通过漏磁检测试验,验证了软件仿真结果的正确性。     

非接触式钢轨三维轮廓参数检测系统研究

目前国内钢轨检测行业以接触式测量为主,其测量精度低,智能化水平不高,本文设计了能够满足铁路行业标准的检测系统。硬件部分由激光轮廓仪采集钢轨信息。软件部分通过角度法、距离法等高效的几何算法检测出扭曲度、平直度等钢轨信息。经实验验证,本装置测得钢轨水平平直度误差小于0.4 mm,垂直平直度误差小于0.6 mm,扭曲度误差小于0.45 mm,符合国家标准要求。     

基于数字图像处理和特征提取的钢轨表面缺陷识别方法

设计了一种基于图像特征分析的钢轨表面缺陷识别方法,运用快速数字图像处理技术可实现钢轨表面裂缝和剥离掉块缺陷的提取,该识别方法通过对采样图像使用高低帽变换进行图像增强,再进行高斯平滑消除毛刺,最后采用阈值处理及边界抑制来提取出缺陷信息。研究了钢轨伤损评价及信息表达方法,可将缺陷信息以曲线的形式表示出来。为验证所设计方法的有效性,设计了模拟实验装置,用工业线阵CCD摄像机获取钢轨样品运动时检测的图像,进行缺陷识别处理,实验表明,系统输出曲线能够明确反映损伤的程度及其位置信息。     

基于轻量化模型的钢轨扣件缺陷检测系统

铁路巡检工作中,嵌入式设备受算力和存储空间的限制,存在使用YOLO V5模型检测钢轨扣件缺陷速度慢、精度较低的问题。通过替换YOLO V5主干卷积网络为MobileNet V3,将网络中的激活函数修改为Mish并融合协同注意力机制,实现模型的轻量化改进。将改进后的模型部署到嵌入式设备Jetson TX2上,使用板载CSI摄像头扫描、拍摄钢轨扣件,并搭载显示屏等设备构成钢轨扣件缺陷检测系统。运行系统,单张扣件图片的检测速度达56.8 ms,准确度在90%以上,并且模型大小仅有9.8 MB,符合占用存储少、检测效果佳的轻量化要求。