Мобильная система визуализации дефектов рельса по всему объему металла с расчетом остаточного ресурса

Полезная модель относится к испытательному оборудованию для проведения ультразвукового неразрушающего контроля и может быть использована для обнаружения дефектов в рельсах, определения их размеров и расчета остаточного ресурса рельса с дефектом. Мобильная система диагностики рельсов содержит компьютер, предназначенный для осуществления управления системой - регистрацию (запись), обработку и представление данных автоматизированного ультразвукового контроля, блок системный, предназначенный для управления сканирующим устройством и коммутации ультразвуковых каналов; сканирующее устройство, предназначенное для обеспечения перемещения комплекта пьезоэлектрических преобразователей по поверхности катания и боковой поверхности головки рельса с программно задаваемым шагом, блок аккумуляторных батарей термостатированный, предназначенный для обеспечения бесперебойного питания всех составных частей системы, в том числе и в условиях низких температур, соединительные кабели, предназначенные для соединения различных составных частей системы. Технический результат - полная автоматизация процесса сканирования, обработки полученных при регистрации данных, определение в результате обработки кода дефекта, его фактических размеров, представление результатов контроля в виде протокола и в виде схематического отображения дефектов на трехмерном изображении рельса, в расчете остаточного ресурса рельса с дефектом, а также расширение температурного диапазона проведения ультразвукового контроля рельсов.

Полезная модель относится к испытательному оборудованию для проведения ультразвукового неразрушающего контроля и может быть использована для обнаружения дефектов в рельсах, определения их размеров и расчета остаточного ресурса рельса с дефектом.

Известно устройство для ультразвукового контроля рельсов (описание полезной модели к патенту РФ 20173, кл. G01N 29/04 К 9/10, 24.10.2001 г.), содержащее установленную на колесах раму, жестко закрепленный с ней П-образный держатель, кронштейн, выполненный в виде овального кольца, фиксирующий узел, выполненный в виде каретки, закрепленные на кронштейне ролики и блоки преобразователей, зафиксированные на центрирующем механизме, выполненном в виде подпружиненного регулируемого держателя, причем преобразователи в блоках установлены герметично с помощью уплотнительных колец и втулки.

Недостатком известного устройства является то, что оно имеет значительный вес и проведение ультразвукового контроля с использованием этого устройства не автоматизировано.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для дефектоскопии железнодорожных рельсов (описание полезной модели к патенту РФ 55477, кл. G01N 29/04, 06.12.2005 г.), содержащее регистратор; два акустических блока, в состав которых входят комбинированные электромагнитно-акустическими преобразователями, обеспечивающих формирование сдвиговых поляризованных ультразвуковых колебаний; генераторный блок с дополнительными генераторами зондирующих импульсов с различными несущими частотами; два многоканальных усилительных блока; многоканальный блок индикации; блок синхронизации; два блока обработки информации.

К недостаткам данного устройства следует отнести то, что оно не позволяет в автоматизированном режиме определить код выявленного в рельсе дефекта, измерять его фактические размеры, а также проводить расчет остаточного ресурса рельса с дефектом.

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность контроля из-за использования электромагнитно-акустических преобразователей.

Задачей полезной модели является создание мобильной системы диагностики рельсов, предназначенной для проведения повторного контроля дефектных сечений рельсов с целью подтверждения наличия дефектов, определения их местоположения и фактических размеров, а также расчета остаточного ресурса рельса с дефектом.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленной мобильной системы диагностики рельсов, заключается в полной автоматизации процесса сканирования, обработки полученных при регистрации данных, определении в результате обработки кода дефекта, его фактических размеров, представлении результатов контроля в виде протокола и в виде схематического отображения дефектов на трехмерном изображении рельса, в расчете остаточного ресурса рельса с дефектом, а также расширении температурного диапазона проведения ультразвукового контроля рельсов.

Технический результат достигается тем, что в состав мобильной системы диагностики рельсов входит компьютер, предназначенный для осуществления управления системой, с соответствующими схемами сопряжения и программным обеспечением, блок системный, предназначенный для управления сканирующим устройством и коммутации ультразвуковых каналов, двухкоординатное сканирующее устройство, содержащее широкополосные, широкораскрывные пьезоэлектрические преобразователи, работающие по совмещенной и раздельно-совмещенной схемам измерений, блок аккумуляторных батарей термостатированный, предназначенный для обеспечения бесперебойного питания всех составных частей системы в широком диапазоне температур.

На Фиг.1 изображена общая схема мобильной системы визуализации дефектов рельса по всему объему металла с расчетом остаточного ресурса.

На Фиг.2 показан вариант выполнения блока системного.

На Фиг.3 показан вариант выполнения модуля аналого-цифрового.

Общая схема мобильной системы визуализации дефектов рельса по всему объему металла с расчетом остаточного ресурса изображена на Фиг.1. Система содержит компьютер 1 (Фиг.1), предназначенный для осуществления управления системой - регистрацию (запись), обработку и представление данных АУЗК, блок системный 2, предназначенный для управления сканирующим устройством и коммутации ультразвуковых каналов; сканирующего устройства 3, предназначенного для обеспечения перемещения комплекта ПЭП по поверхности катания и боковой поверхности головки рельса с программно задаваемым шагом; блока аккумуляторных батарей термостатированного 4, предназначенного для обеспечения бесперебойного питания всех составных частей системы, в том числе и в условиях низких температур; соединительные кабели 5, предназначенные для соединения различных составных частей системы.

В состав блока системного, предпочтительная схема которого изображена на Фиг.2, входит модуль аналого-цифровой 6; модуль питания блока системного 7, получающий от блока аккумуляторных батарей постоянное напряжение 12 В и вырабатывающий гальванически развязанные от него напряжения, необходимые для питания блока системного, обеспечивающий определенную последовательность включения питании модулей блока системного, а также для передачи в компьютер информации о величинах питающего напряжения и внутренней температуры блока системного; модуль ультразвуковой 8, предназначенный для предварительного усиления эхосигналов и коммутации ультразвуковых каналов по команде, поступающей с модуля аналого-цифрового и принимаемой с помощью приемопередатчика RS485; модуль управления сканирующим устройством 9, обеспечивает прием и передачу сигналов по последовательному каналу в соответствии с протоколом обмена, определяемым стандартом RS-485, вырабатывает программно управляемые сигналы, необходимые для работы шаговых электроприводов сканирующего устройства, а также обрабатывает и передает информацию о состоянии датчиков конечного положения сканирующего устройства; модуль питания двигателей 10, преобразующий входное напряжение 12 В в силовое выходное 27 В, необходимое для питания шаговых приводов сканирующего устройства

В состав модуля аналого-цифрового, предпочтительная схема которого изображена на Фиг.3, входит двенадцатиразрядный быстродействующий аналого-цифровой преобразователь 11 с фильтром низких частот на входе 14, предназначенный для преобразования эхосигналов, поступающих от модуля ультразвукового и усиленных регулируемым широкополосным усилителем 12, управляемым цифроаналоговым преобразователем 13, в цифровую форму; программируемая логическая интегральная схема 19, проводящая цифровую обработку сигналов, поступающих с аналого-цифрового преобразователя 11, и запоминание обработанных сигналов в буферной памяти 15 для последующей передачи в компьютер, а также осуществляющая формирование команд для управления приводами сканирующего устройства; формирователь зондирующего сигнала 18, предназначенный для формирования зондирующего сигнала в виде двуполярного импульса с регулируемой длительностью и амплитудой, а также формирование команд для управления коммутацией каналов МУЗ; приемопередатчик RS485 последовательных цифровых данных с гальванической развязкой 16, предназначенный для приема и передачи команд по последовательному каналу в соответствии с протоколом обмена, а также модуль питания двигателей сканирующего устройства 17.

Преобразователи генерируют ультразвуковые колебания и принимают отраженные эхо-сигналы. Сканирующее устройство обеспечивает сканирование преобразователями в процессе контроля как в продольном (вдоль оси рельса), так и в поперечном направлении (поперек рельса) и включает в себя прижимы, представляющие собой шарнирные механизмы для фиксации преобразователей, обеспечения надежного контакта преобразователей с объектом контроля.

Для перемещения преобразователей по поверхностям головки рельса в состав сканирующего устройства входит шаговый привод по оси «X» и шаговый привод по оси «Y». В состав сканирующего устройства также входят датчики конечного положения «X HOME» и «Y HOME».

Питание на приводы подается с модуля питания двигателей.

Для проведения АУЗК рельсов используются широкополосные, широкораскрывные - с углом раскрыва по уровню 0,1 до 40 градусов - ПЭП, работающие по совмещенной и раздельно-совмещенной схемам измерений.

Для проведения АУЗК шейки и подошвы рельса используются два совмещенных ПЭП на частоту 2,5 МГЦ с углами ввода 40 град, излучающие навстречу друг другу, а также один прямой ПЭП на частоту 5,0 МГц, работающий в совмещенном режиме. При этом ввод ультразвуковых колебаний вводится с поверхности катания.

Для проведения АУЗК головки рельса используются два совмещенных ПЭП на частоту 2,5 МГЦ с углами ввода 70 град, излучающие с поверхности катания навстречу друг другу, два прямых ПЭП на частоту 5,0 МГц, работающие в раздельно-совмещенном режиме, один из которых излучает с поверхности катания, другой с боковой грани, а также один прямой ПЭП на частоту 5,0 МГц, работающий в совмещенном режиме, излучающий с боковой грани головки.

Устройство работает следующим образом. Сканирующее устройство устанавливается на контролируемый рельс. Запускается процесс регистрации данных.

После завершения регистрации данных проводится автоматическое определение кода дефекта, автообразмеривание дефектов, по результатам которого формируется окно результатов автоматизированного ультразвукового контроля и Протокол. Кроме того, по результатам автообразмеривания производится расчет остаточного ресурса рельса с дефектом.

1. Мобильная система визуализации дефектов рельса по всему объему металла с расчетом остаточного ресурса, состоящая из блока системного, содержащего формирователь зондирующего сигнала, модуль питания; из сканирующего устройства, содержащего пьезоэлектрические преобразователи; из модуля ультразвукового, содержащего коммутатор; из блока аккумуляторных батарей, отличающаяся тем, что содержит блок управлении системой для регистрации, обработки и представления данных автоматизированного ультразвукового контроля, реализованный в виде персонального компьютера.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит термостатированный блок аккумуляторных батарей, работающий в широком диапазоне температур.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в составе блока системного имеется модуль аналогово-цифровой, выполняющий управление модулем ультразвуковым, модулем управления сканером, осуществляющий преобразование сигналов в цифровую форму для хранения в буферной памяти и последующей передачи в компьютер.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что в составе блока системного имеется модуль управления сканирующим устройством, управляющий шаговыми приводами по двум осям и датчиками конечного положения.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что в сканирующем устройстве установлены широкораскрывные, широкополосные пьезоэлектрические преобразователи, обеспечивающие прозвучивание всего сечения рельса.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что в компьютере установлен пакет программ, содержащий модуль расчета остаточного ресурса рельса с дефектом.