火车车轮激光超声无损伤探伤方法.pdf

本发明公开了一种火车车轮激光超声无损伤探伤方法，包括：被检测火车车轮置于支撑载体，支撑载体与被检测火车车轮之间设置增强介质层，增强介质层是由基于物理效应接收激光激发产生并且增强超声波的材料制成，增强介质层可避免激光直接接触车轮而造成损伤，增强介质层的表面结构可根据被检测火车车轮表面结构变化而改变；激光发生器发射激光至透镜，透镜反射或折射激光；增强介质层接收反射或折射的激光，产生超声波，超声波穿过增强介质层对被检测火车车轮探伤面扫描；超声波接收装置捕获探伤面的超声回波信号检测探伤面伤损状况。本发明具有提高超声波转化率和避免激光直接投射车轮表面造成热损伤的效果。

1.  一种火车车轮激光超声无损伤探伤方法，包括以下步骤：
步骤一：将被检测火车车轮置于支撑架体上，在所述支撑架体与所述被检测火车车轮之间设置增强介质层，所述增强介质层是由基于物理效应接受激光激发产生并且增强超声波的材料制成，所述增强介质层可避免激光直接接触所述被检测火车车轮而造成所述被检测火车车轮的损伤，其中，所述增强介质层的表面结构根据被检测火车车轮表面结构的变化而做出相应的改变，以使所述增强介质层的表面结构与所述被检测火车车轮的表面结构紧密贴合；
步骤二：激光发生器发射激光至透镜，所述透镜反射或折射所述激光；
步骤三：所述增强介质层接收所述透镜反射或折射的激光，产生超声波信号，所述超声波信号穿过所述增强介质层对所述被检测火车车轮探伤表面或内部进行扫描；
步骤四：超声波接收装置捕获从所述被检测火车车轮反射回来的超声回波信号，通过对所述超声回波信号的分析实现对所述被检测火车车轮表面或内部进行伤损检测。

2.  如权利要求1所述的火车车轮激光超声无损伤探伤方法，其中，所述步骤一还包括：在所述增强介质层上涂覆耦合剂，以使所述被检测火车车轮通过耦合剂与所述增强介质层紧密接触，避免在所述被检测火车车轮与所述增强介质层之间存在有空气影响检测精度。

3.  如权利要求1所述的火车车轮激光超声无损伤探伤方法，其中，所述步骤二中，所述透镜响应于所述激光发生器发射的激光光束或者所述被检测火车车轮位置的变化而旋转相应的角度，使得通过所述透镜反射的激光准确反射到与所述被检测火车车轮探伤面接触的所述增强介质层。

4.  如权利要求1所述的火车车轮激光超声无损伤探伤方法，其中，在所述步骤三具体包括：所述激发器发射的激光在所述增强介质层表面基于物理效应而激发产生超声波，所述超声波通过所述增强介质层渗透到所述被检测火车车轮内部，遇到伤损缺陷产生超声回波信号。

5.  如权利要求1所述的火车车轮激光超声无损伤探伤方法，其中，在所述步骤一中，所述增强介质层是由基于热弹效应或者融蚀效应接受激光激发产生并且增强超声波的金属材料制成。

6.  如权利要求1所述的火车车轮激光超声无损伤探伤方法，其中，在所述步骤一中，所述增强介质层的长度大于所述被检测火车车轮的周长，以使被检测火车车轮可以在所述增强介质上滚动对所述被检测火车车轮进行全面探伤。

7.  如权利要求1所述的火车车轮激光超声无损伤探伤方法，其中，在所述步骤二中，所述激光发生器发射的激光为脉冲激光。

8.  如权利要求1所述的火车车轮激光超声无损伤探伤方法，其中，在所述步骤四中，所述超声波接收装置为一个或者多个超声波接收探头。

9.  如权利要求1所述的火车车轮激光超声无损伤探伤方法，其中，所述透镜响应于所述激光发生器光束或者所述被检测火车车轮位置的变化而旋转相应的角度是由伺服驱动系统提供动力。

10.  如权利要求9所述的火车车轮激光超声无损伤探伤方法，其中，所述透镜响应于所述激光发生器发射的激光光束或者所述被检测火车车轮位置的变化而旋转的角度范围为0～360度。

火车车轮激光超声无损伤探伤方法
技术领域
本发明涉及一种在被检测工件探伤情况下使用的探伤方法。更具体地说，本发明涉及一种用在被检测工件探伤情况下的火车车轮激光超声无损伤探伤方法。
背景技术
现有的超声波探伤技术，超声波的激发大体包括两种情况，一种是通过超声换能器的压电效应向火车车轮的探伤面发出超声波，并根据所述超声波经由火车车轮缺陷的反射回波或衍射波来确定火车车轮内部的缺陷。另一种情况是通过激光发生器向火车车轮表面发射激光，火车车轮表面基于热弹效应或者融蚀效应而产生超声波，超声波渗透到火车车轮内部，经过火车车轮缺陷时反射超声波回波信号或衍射波来确定火车车轮内部的缺陷。其中，第一种情况必须使超声换能器与火车车轮表面良好接触，通常需要液体作为耦合剂，在车轮滚动时不容易保证超声换能器与火车车轮表面良好接触；而第二种情况的探伤方法中，被检测火车车轮必须是金属，而且是激光直接投射到被检测火车车轮表面，长时间会对被火车车轮表面产生热损伤，另外，该方法通过被检测火车车轮激光转换为超声波的转换率低，检测准确度低。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种火车车轮激光超声无损伤探伤方法，其通过增强介质层接收激光转化成超声波，进而渗透到被检测火车车轮上，提高了超声波的转化率，以及避免了激光直接接触被检测火车车轮而造成所述被检测工件的热损伤。
本发明还有一个目的是通过在所述增强介质层上涂覆耦合剂，以使所述被检测火车车轮通过耦合剂与所述增强介质层紧密接触，避免在所述被检测火车车轮与所述增强介质层之间存在有空气影响检测精度，提高了检测精确度。
本发明还有一个目的是通过透镜响应于所述激光发生器发射的激光光束或者所述被检测火车车轮位置的变化而旋转相应的角度，使得通过所述透镜反射或折射的激光准确反射到与所述被检测火车车轮探伤面接触的所述增强介质层，可对滚动的被检测火车车轮全面探伤。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种火车车轮激光超声无损伤探伤方法，包括以下步骤：
步骤一：将被检测火车车轮置于支撑架体上，在所述支撑架体与所述被检测火车车轮之间设置增强介质层，所述增强介质层是由基于物理效应接受激光激发产生并且增强超声波的材料制成，所述增强介质层可避免激光直接接触所述被检测火车车轮而造成所述被检测火车车轮的损伤，其中，所述增强介质层的表面结构根据被检测火车车轮表面结构的变化而做出相应的改变，以使所述增强介质层的表面结构与所述被检测火车车轮的表面结构紧密贴合；
步骤二：激光发生器发射激光至透镜，所述透镜反射或折射所述激光；
步骤三：所述增强介质层接收所述透镜反射或折射的激光，产生超声波信号，所述超声波信号穿过所述增强介质层对所述被检测火车车轮探伤表面或内部进行扫描；
步骤四：超声波接收装置捕获从所述被检测火车车轮反射回来的超声回波信号，通过对所述超声回波信号的分析实现对所述被检测火车车轮表面或内部进行伤损检测。
优选的是，其中，所述步骤一还包括：在所述增强介质层上涂覆耦合剂，以使所述被检测火车车轮通过耦合剂与所述增强介质层紧密接触，避免在所述被检测火车车轮与所述增强介质层之间存在有空气影响检测精度。
优选的是，其中，所述步骤二中，所述透镜响应于所述激光发生器发射的激光光束或者所述被检测火车车轮位置的变化而旋转相应的角度，使得通 过所述透镜反射的激光准确反射到与所述被检测火车车轮探伤面接触的所述增强介质层。
优选的是，其中，在所述步骤三具体包括：所述激发器发射的激光在所述增强介质层表面基于物理效应而激发产生超声波，所述超声波通过所述增强介质层渗透到所述被检测火车车轮内部，遇到伤损缺陷产生超声回波信号。
优选的是，其中，在所述步骤一中，所述增强介质层是由基于热弹效应或者融蚀效应接受激光激发产生并且增强超声波的金属材料制成。
优选的是，其中，在所述步骤一中，所述增强介质层的长度大于所述被检测火车车轮的周长，以使被检测火车车轮可以在所述增强介质上滚动对所述被检测火车车轮进行全面探伤。
优选的是，其中，在所述步骤二中，所述激光发生器发射的激光为脉冲激光。
优选的是，其中，在所述步骤四中，所述超声波接收装置为一个或者多个超声波接收探头。。
优选的是，其中，所述透镜响应于所述激光发生器光束或者所述被检测火车车轮位置的变化而旋转相应的角度是由伺服驱动系统提供动力。
优选的是，其中，所述透镜响应于所述激光发生器发射的激光光束或者所述被检测火车车轮位置的变化而旋转的角度范围为0～360度。
本发明至少包括以下有益效果：
1、由于通过增强介质层接收激光转化成超声波，进而渗透到被检测火车车轮上，提高了超声波的转化率，以及避免了激光直接接触被检测火车车轮而造成所述被检测火车车轮的热损伤；
2、由于制成增强介质层的材料不仅限于金属材料，转化超声波的原理也不限于热弹效应和融蚀效应，增加了适用范围，易于广泛推广应用；
3、由于通过在所述增强介质层上涂覆耦合剂，以使所述被检测火车车轮通过耦合剂与所述增强介质层紧密接触，避免在所述被检测火车车轮与所述增强介质层之间存在有空气影响检测精度，提高了检测精确度；
4、由于透镜响应于所述激光发生器发射的激光光束或者所述被检测火 车车轮位置的变化而旋转相应的角度，使得通过所述透镜反射的激光准确反射到与所述被检测火车车轮探伤面接触的所述增强介质层，可对滚动的被检测火车车轮全面探伤；
5、超声波接收装置设置多个超声波接收探头，提高超声波接收率，提高探伤精度与探伤速度。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中火车车轮激光超声无损伤探伤方法的流程示意图；
图2为本发明的一个实施例中火车车轮激光超声无损伤探伤方法的系统结构示意图；
图3为本发明的另一个实施例中火车车轮激光超声无损伤探伤方法的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1示出了根据本发明激光超声探伤方法的一种实现形式，其中包括：
步骤一：将被检测火车车轮置于支撑架体上，在所述支撑架体与所述被检测火车车轮之间设置增强介质层，所述增强介质层是由基于物理效应接受激光激发产生并且增强超声波的材料制成，所述增强介质层可避免激光直接接触所述被检测火车车轮而造成所述被检测火车车轮的损伤，其中，所述增强介质层的表面结构根据被检测火车车轮表面结构的变化而做出相应的改变，以使所述增强介质层的表面结构与所述被检测火车车轮的表面结构紧密 贴合；
步骤二：激光发生器发射激光至透镜，所述透镜反射或折射所述激光；
步骤三：所述增强介质层接收所述透镜反射或折射的激光，产生超声波信号，所述超声波信号穿过所述增强介质层对所述被检测火车车轮探伤表面或内部进行扫描；
步骤四：超声波接收装置捕获从所述被检测火车车轮反射回来的超声回波信号，通过对所述超声回波信号的分析实现对所述被检测火车车轮表面或内部进行伤损检测。
在另一种实例中，所述步骤一还包括：在所述增强介质层上涂覆耦合剂，以使所述被检测火车车轮通过耦合剂与所述增强介质层紧密接触，避免在所述被检测火车车轮与所述增强介质层之间存在有空气影响检测精度。
其中，所述耦合剂可以为水，也可以是其他液体介质，例如，当检测可以在增强介质层上放置或者滚动的火车车轮时，选择水作为耦合剂是最好的选择，不仅可以避免空气进入被检测火车车轮与增强介质层之间，而且水来源广，检测结束后方便清理。
上述方案中的激光超声探伤方法的一种实现方式为：在所述步骤二中，所述透镜响应于所述激光发生器发射的激光光束或者所述被检测火车车轮位置的变化而旋转相应的角度，使得通过所述透镜反射或折射的激光准确反射到与所述被检测火车车轮探伤面接触的所述增强介质层。
其中，透镜响应于所述激光发生器发射的激光光束或者所述被检测火车车轮位置的变化而旋转的动力是由伺服驱动系统提供的，这样可以使得激光发生器不动，当被检测火车车轮或者增强介质移动时，可通过旋转透镜接收激光发生器发射的激光，使得透镜反射或折射的激光准确无误地反射到与所述被检测火车车轮探伤面接触的所述增强介质层上，对被检测火车车轮全面探伤，提高探伤效率与探伤速度。这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求设置透镜角度转变或者激光发生器角度转变而实现全面探伤的功能的实施态样。
上述方案中的激光超声探伤方法的一种实现方式为：在所述步骤三具体包括：所述激光发生器发射的激光在所述增强介质层表面基于物理效应而激 发产生超声波，所述超声波通过所述增强介质层渗透到所述被检测火车车轮内部，遇到伤损缺陷产生超声回波信号。
其中，所述激光器当发出的是脉冲激光时，所述脉冲激光投射到透镜，透镜反射的脉冲激光投射到增强介质层上，当增强介质层为金属材料制成时，增强介质层基于热弹效应或者融蚀效应会产生瞬间剧烈的热膨胀，从而产生热激励超声波。并且，所述热激励超声波会沿所述探伤面向被探伤火车车轮内部传播。当所述热激励超声波经过火车车轮内部的缺陷时，其波形就会发生异常变化产生超声回波信号。这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求其他激光或者其他材料制成的增强介质层实现功能的实施态样。
上述方案中的激光超声探伤方法的一种实现方式为：在所述步骤一中，所述增强介质层是由基于热弹效应或者融蚀效应接收激光激发产生并且增强超声波的金属材料制成。这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求其他材料制成的增强介质层实现功能的实施态样。
上述方案中的激光超声探伤方法的一种实现方式为：在所述步骤四中，所述超声波接收装置为一个或者多个超声波接收探头。
其中，当所述超声波接收装置为多个超声波接收探头时，其可以设置在被检测火车车轮的探伤面周边，使得接受全面的被检测火车车轮的超声回波信号，提高超声回波接收率，提高探伤精度与探伤速度，还可以通过多个探头的探测有助于进行更精确的缺陷定位。这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求以及被检测火车车轮的需求选择不同数量的或者其他的超声波接收装置实现功能的实施态样。
上述方案中的激光超声探伤方法的一种实现方式为：所述透镜响应于所述激光发生器发射的激光光束或者所述被检测火车车轮位置的变化而旋转的角度范围为0～360度。
其中，透镜随着所述激光发生器发射的激光光束或者所述被检测火车车轮位置的变化旋转相应的角度，可对于被检测火车车轮的内部情况有实时的检测探伤。
附图2与附图3示出了另一个实施例中激光超声探伤方法的系统结构示意图，图中系统包括：支撑载体1，增强介质层2，耦合剂层3，被检测火车车轮4，激光发生器5，透镜系统7，伺服驱动系统8与透镜系统固定支架组件9，其中耦合剂层设置在所述被检测火车车轮4与增强介质层2之间。具体工作原理为：所述激光发生器5发射激光6投射到所述透镜系统7上，所述透镜系统7通过所述伺服驱动系统8提供动力旋转接受激光发生器5发射的激光6，激光6经过所述透镜系统7反射后投射到所述增强介质层2上，所述增强介质层2基于热弹效应、融蚀效应或者其他的物理效应会产生瞬间剧烈的热膨胀，从而产生热激励超声波。并且，所述热激励超声波会通过耦合剂层3沿所述被检测火车车轮4的探伤面向所述被检测火车车轮4内部传播。当所述热激励超声波经过火车车轮内部的缺陷时，其波形就会发生异常变化产生超声回波信号。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的激光超声探伤方法以及激光超声探伤系统的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
如上所述，根据本发明，由于通过增强介质层接收激光转化成超声波，进而渗透到被检测火车车轮上，提高了超声波的转化率，以及避免了激光直接接触被检测火车车轮而造成所述被检测火车车轮的热损伤；由于制成增强介质层的材料不仅限于金属材料，转化超声波的原理也不限于热弹效应和融蚀效应，增加了适用范围，易于广泛推广应用。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。