轉(zhuǎn)轍機零部件超聲無損檢測系統(tǒng)開發(fā)

Contents五、計劃進度、預期進展和預期成果四、課題的創(chuàng)新性三、擬采取的研究方法、技術路線、試驗方案及其可行性分析二、課題研究目標、研究內(nèi)容和擬解決的關鍵性問題一、課題意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

鐵路作為國家交通運輸?shù)拇髣用}，長期處于一種超負荷的運行狀態(tài)，特別是隨著列車運行速度和承載重量的提高，列車的運行安全問題顯得更加突出。課題意義

電動轉(zhuǎn)轍機是鐵路系統(tǒng)中一種重要的電氣信號設備,加強轉(zhuǎn)轍機使用的可靠性對提高鐵路運輸效率和保證行車安全起著至關重要的作用。隨著我國鐵路運輸量的日益增長，列車通過道岔的速度不斷提高，密度不斷加大，并且開通了重載列車和采用了重型鋼軌道岔，使道岔轉(zhuǎn)換設備的工作環(huán)境發(fā)生了顯著變化。因此，為保證鐵路的行車安全，對轉(zhuǎn)轍機零部件內(nèi)部裂紋的檢測進行研究具有重要的意義。

而作為轉(zhuǎn)轍機主要的承力部件，動作桿是保證鐵路車輛安全運行的重要部件，也是檢測工作中的重點對象,依據(jù)動作桿的結構特點,一般采用超聲波探傷系統(tǒng)來檢測其出廠時的內(nèi)部缺陷。

傳統(tǒng)的超聲檢測儀存在檢測效率低、評定缺陷難等不足，研究一種專對轉(zhuǎn)轍機零部件內(nèi)部缺陷進行檢測的超聲檢測系統(tǒng)具有十分重要的意義。目前我國鐵路部門對于鐵軌及車輪的檢測大多采用超聲波檢測，即工人手持模擬探傷儀進行探傷檢測，探傷儀器只能提供A掃描(顯示的是時間一幅度波形)結果。

雖然數(shù)字式探傷儀的研究已經(jīng)形成規(guī)模，虛擬式探傷儀也在研究中，但是還沒有廣泛的應用于鐵路部門進行探傷工作。

只能提供反映缺陷大小和位置的波形，要準確的判斷出缺陷的大小十分困難檢測結果的準確性在很大程度上依賴于工作人員的技術水平和經(jīng)驗，對于操作員的要求很高。

國內(nèi)研究現(xiàn)狀模擬探傷系統(tǒng)

數(shù)字化探傷系統(tǒng)

以計算機軟件為核心的虛擬探傷系統(tǒng)由超聲探傷和超聲檢測向超聲評價過渡

向自動超聲無損評價(ANDE)和定量超聲無損評價(QNDE)的方向發(fā)展和應用。國外研究現(xiàn)狀國外對于鐵路方面的檢測比國內(nèi)先進一點，其超聲儀器和檢測系統(tǒng)的開發(fā)，現(xiàn)在正趨于自動化、智能化和多種成像技術方面的研究。

.國外對于鐵路方面的檢測比國內(nèi)先進一點，其超聲儀器和檢測系統(tǒng)的開發(fā)，現(xiàn)在正趨于自動化、智能化和多種成像技術方面的研究。迄今為止，國外超聲波探傷發(fā)展過程可分為三個階段:模擬探傷系統(tǒng)、數(shù)字化探傷系統(tǒng)、以計算機軟件為核心的虛擬探傷系統(tǒng)。國外工業(yè)發(fā)達國家的無損檢測技術，已逐步由超聲探傷和超聲檢測向超聲評價過渡，并且向自動超聲無損評價(ANDE)和定量超聲無損評價(QNDE)的方向發(fā)展和應用。國外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外己經(jīng)有很多公司和單位推出自己的商品化系統(tǒng)，國外方面比較典型的產(chǎn)品和特點如下：德國的K-K公司研制的自動化超聲檢測系統(tǒng)和專用自動化超聲檢測設備可以廣泛應用于對管材、棒材、鋼軌等材料的超聲檢測；英國SONOMATCI公司研制出基于微機的快速實時檢測系統(tǒng)；日本佳能公司推出了數(shù)字化、多功能的超聲探傷成像系統(tǒng)(C掃描)；加拿大路賽爾技術有限公司研制出針對管道檢測的機器人系統(tǒng)；美國物理聲學公司(APC)推出了超聲C掃描圖像系統(tǒng)和各種聲發(fā)射檢測設備；美國泛美公司生產(chǎn)的ARGUS級大型超聲波自動掃描檢測系統(tǒng)可以用于大型復合材料零部件的自動化檢驗、管道儲罐的原位檢測等，采用全數(shù)字化高性能超聲波采集分析系統(tǒng)，采樣頻率在100MHZ以上，多達32通道，可實現(xiàn)A掃描、B掃描、C掃描，并通過軟件進行分析處理，達到了一定的智能化。國外研究現(xiàn)狀國內(nèi)方面比較典型的產(chǎn)品和特點如下：哈爾濱工業(yè)大學盛朝陽、剛鐵針對焊接結構中對裂紋類缺陷定位定量檢測的需要，開發(fā)了便攜式TOFD缺陷檢測及定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件及便攜式裝置兩部分組成。清華大學孫振國、黃操等研制開發(fā)了新一代BLC–8Z型鐵路機車車輛車軸超聲波自動探傷系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用螺旋軌跡掃查方式，由8～10通道分設2個探頭組，同時掃查車軸徑面。采用PLC(探傷過程控制)、高速數(shù)據(jù)采集卡(超聲信號采集)和工控機(缺陷診斷和人機交互)有機結合的方式實現(xiàn)了探傷過程自動化。系統(tǒng)具有軸型參數(shù)輸入、探傷流程自動生成、回波實時記錄和動態(tài)顯示、缺陷波閱值判據(jù)和DAC判據(jù)診斷、報表打印輸出等功能。上海寶鋼工業(yè)檢測公司已經(jīng)研究成功軋輥自動超聲波檢測系統(tǒng),實踐證明該系統(tǒng)不但可以對缺陷進行準確定性，還可以對缺陷進行精確定量，有效彌補了國內(nèi)在該領域的技術空白。國內(nèi)研究現(xiàn)狀檢測的仿真快速無損檢測系統(tǒng)軟件開發(fā)

研究目標

本研究以轉(zhuǎn)轍機的動作桿、鎖閉塊和鎖閉軸為超聲檢測的研究對象,結合對轉(zhuǎn)轍機零部件超聲無損檢測系統(tǒng)項目的實際需求,針對目前超聲無損檢測系統(tǒng)存在的問題進行改進，擬從超聲檢測系統(tǒng)總體結構開發(fā)設計、超聲檢測模型建立與仿真和定量分析的軟件設計的相關問題展開研究，開發(fā)與研究一種專門適用于解決轉(zhuǎn)轍機關鍵部位零部件內(nèi)部裂紋的檢測問題的超聲無損檢測系統(tǒng)。研究內(nèi)容

（1）基于脈沖反射法的基本原理，針對轉(zhuǎn)轍機零部件超聲檢測要求給出超聲檢測系統(tǒng)整體結構設計方案；（2）對超聲無損檢測系統(tǒng)的電路模型和數(shù)學模型進行研究，建立脈沖回波超聲無損檢測系統(tǒng)模型；（3）上位機接收到回波信號以后，用MATLAB中的Simulink可視化工具平臺來實現(xiàn)超聲檢測部分模型，并且利用該模型對超聲卡激勵模塊進行仿真實驗，確定系統(tǒng)模型的相關參數(shù)，進而優(yōu)化系統(tǒng)模型和整體結構；（4）基于可視化技術，聲成像的處理與超聲圖像的模式識別技術的研究，使系統(tǒng)更加精確的實現(xiàn)超聲檢測缺陷的識別。關鍵性問題

（3）缺陷的模式識別一定程度上還依賴于人的參與，將模式識別和人工智能相結合確定缺陷的類型是檢測中的難點，建立和完善專家知識庫，以實現(xiàn)被檢件的完全自動定量定性分析。（1）考慮各方面因素優(yōu)化檢測系統(tǒng)的整體結構，使檢測更容易進行，檢測結果更加精確。（2）在超聲無損檢測系統(tǒng)模型的建立和參數(shù)的計算過程中，研究傳遞過程中耦合劑的使用會產(chǎn)生誤差等問題，盡量全面考慮和模擬真實的檢測過程，使模型參數(shù)達到最優(yōu)化。技術路線研究方法

本研究擬通過超聲波回波反射法為理論基礎采用理論分析、系統(tǒng)開發(fā)、仿真設計﹑實體實驗相結合的研究方法。技術路線

（1）理論分析：基于超聲波回波反射法缺陷檢測的基本原理，并結合對轉(zhuǎn)轍機零部件超聲無損檢測系統(tǒng)項目的實際需求,從而為系統(tǒng)開發(fā)遇到的問題提供依據(jù)。（2）系統(tǒng)開發(fā)：對超聲無損檢測系統(tǒng)的電路模型和數(shù)學模型進行研究，建立各個環(huán)節(jié)的子模型，而后將這些模型組合起來，從而建立超聲檢測系統(tǒng)的模型。（3）仿真設計：在建立好超聲無損檢測系統(tǒng)模型基礎上，用MATLAB中的Simulink可視化工具平臺來實現(xiàn)前邊所述的超聲檢測部分模型，開發(fā)出適合于轉(zhuǎn)轍機主要零部件超聲檢測仿真系統(tǒng)。（4）實體實驗：設計缺陷試塊，對開發(fā)出的仿真系可統(tǒng)進行實驗驗證。實驗方案

并將這些確定好的參數(shù)代入到模型中，得到系統(tǒng)超聲發(fā)射部分參數(shù)的調(diào)節(jié)趨勢及最佳值，進而應用到實際系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)中。

系統(tǒng)結構設計和模型建立以后，利用建立好的系統(tǒng)模型對超聲卡激勵模塊進行計算機仿真，來確定超聲系統(tǒng)發(fā)射電路中器件的參數(shù)；對傳輸導線及換能器關鍵參數(shù)的測量方法進行研究，通過現(xiàn)有的超聲探傷儀獲得其相關參數(shù)；實驗方案

可行性分析

（1）近幾十年來，國內(nèi)外進行了大量的超聲檢測系統(tǒng)理論方面的研究，其中關于超聲檢測技術的各種方法及系統(tǒng)的開發(fā)與改進都在研究過程中，并且各種超聲檢測系統(tǒng)開始進入實際應用階段。（2）在充分掌握現(xiàn)有的超聲波無損檢測方法及超聲檢測系統(tǒng)原理的基礎上，積極閱讀相關文獻和書籍資料，擴充自己的理論知識，經(jīng)過檢驗和論證發(fā)現(xiàn)問題。（3）對本課題涉及到的一些知識和軟件進行了充分的學習，另外自己在系統(tǒng)仿真技術等學科方面也有一定的經(jīng)驗積累，為進一步研究提供了基礎保障。（4）研究生具有良好的學習環(huán)境，并且可以查閱大量相關文獻的資源，加上個人的積極進取與導師的引導，轉(zhuǎn)轍機零部件超聲波檢測系統(tǒng)的研究在預期的時間內(nèi)可以完成。課題的創(chuàng)新性

（1）在改進的電聲測量模型的基礎上，將接觸式脈沖回波超聲無損檢測系統(tǒng)的仿真模型應用于對轉(zhuǎn)轍機主要零部件的缺陷檢測。（2）用建模的方法對超聲無損檢測系統(tǒng)進行定量分析，用模式識別和人工智能相結合的方法對探傷數(shù)據(jù)進行智能化分析處理,使轉(zhuǎn)轍機主要零部件的探傷過程可以軟件化。五、計劃進度、預期進展和預期成果五、計劃進度、預期進展和預期成果5.1計劃進度、預期進展序號項目內(nèi)容和要求起止時間１查閱文獻搜集資料查閱、收集與課題有關的國內(nèi)外文獻和資料，并整理、分析2011.9-2011.11２調(diào)查研究調(diào)查研究國內(nèi)高校、科研院所和大型企業(yè)類似研究課題，對研究方向進行初步的可行性論證2011.11-2011.12３選題報告撰寫選題報告2011.12-2012.1４實驗和上機前的準備工作根據(jù)所選課題，學習相關知識和軟件2012.1-2012.4５實驗工作建立實驗平臺，對開發(fā)的超聲檢測系統(tǒng)進行實驗分析2012.5-2012.8６上機計算（包括理論分析及理論計算）對試驗結果及理論方面的數(shù)據(jù)進行分析，據(jù)此對實現(xiàn)方案進行細化和具體的理論推導，并理清設計思路。2012.9-2012.11７撰寫畢業(yè)論文對以上各階段的研究進行總結，按要求撰寫畢業(yè)論文2012.11-2013.3８學位（畢業(yè)）論文答辯進一步完善論文，準備碩士論文答辯2013.3-2013.5備注本計劃在實際實施過程中根據(jù)具體情況可能會有所調(diào)整24寫在最后成功的基礎在于好的學習習慣