RU2440568C1 - Method for high-speed detailed ultrasonic inspection of rails - Google Patents

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: transverse ultrasonic oscillations are radiated from the roll surface of the rails using main ultrasonic transducers placed on given main radiation points on the longitudinal axis of the rail, receiving the reflected ultrasonic oscillations and measuring parameters thereof, analysis results of which determine presence of defects, where simultaneously with emission of radiation from the main points, ultrasonic oscillations are radiated from additional radiation points using additional ultrasonic transducers, each placed lying at a distance L from the corresponding main ultrasonic transducer, selected using the expression L=(2n-1)N, where N is the scanning pitch and n is a natural number from 3 to 100, where during joint analysis of ultrasonic oscillations received by the main and additional ultrasonic transducers, ultrasonic oscillations received by the corresponding additional ultrasonic transducers are corrected, which provides difference in position along the longitudinal axis of the rail of the main and the corresponding additional ultrasonic transducers equal to L-N. ^ EFFECT: high speed of ultrasonic inspection of rails while maintaining accuracy thereof. ^ 2 dwg

Description

Изобретение относится к области ультразвукового контроля дефектов в твердых телах и может использоваться для обнаружения дефектов в рельсах преимущественно железнодорожного транспорта и метрополитена при их высокоскоростном контроле.The invention relates to the field of ultrasonic inspection of defects in solids and can be used to detect defects in the rails of mainly railway transport and the subway during their high-speed control.

Известны способы ультразвукового контроля рельсов, при которых излучают в рельс поперечные ультразвуковые колебания в импульсном режиме посредством ультразвуковых преобразователей или групп ультразвуковых преобразователей различной конструкции, перемещают их вдоль продольной оси рельса, принимают поперечные ультразвуковые колебания в заданных временных зонах и по их параметрам судят о наличии дефектов (например, SU 1732260 А1, 1992; RU 2184374 C1, 2002; RU 2353924 C1, 2007; US 4457178 A, 1984; GB 1506214 A, 1978; JP 2005180991 A, 2005; WO 82/03920 А1, 1982).Known methods for ultrasonic monitoring of rails, in which transverse ultrasonic vibrations are pulsed into the rail by means of ultrasonic transducers or groups of ultrasonic transducers of various designs, move them along the longitudinal axis of the rail, accept transverse ultrasonic vibrations in predetermined time zones and determine the presence of defects by their parameters (e.g. SU 1732260 A1, 1992; RU 2184374 C1, 2002; RU 2353924 C1, 2007; US 4457178 A, 1984; GB 1506214 A, 1978; JP 2005180991 A, 2005; WO 82/03920 A1, 1982).

Однако все известные способы не обеспечивают высокой скорости контроля при одновременном обеспечении его необходимой достоверности. Увеличение скорости контроля может быть достигнуто при увеличении шага сканирования, однако это приводит к недопустимому снижению достоверности контроля (результатов дефектоскопии), поскольку дефекты могут быть пропущены.However, all known methods do not provide a high speed control while ensuring its necessary reliability. An increase in the control speed can be achieved with an increase in the scanning step, however, this leads to an unacceptable decrease in the reliability of the control (flaw detection results), since defects can be skipped.

В то же время по мере увеличения пропускных способностей рельсового транспорта меньше времени остается на контроль состояния рельсов и устранение выявленных в них дефектов. Поэтому создание надежных способов высокоскоростного контроля рельсов представляет собой актуальную задачу.At the same time, as the capacity of rail transport increases, less time is left to monitor the condition of the rails and eliminate the defects identified in them. Therefore, the creation of reliable methods for high-speed rail monitoring is an urgent task.

Известен способ ультразвукового контроля рельсов, позволяющий увеличить скорость контроля за счет использования непрерывного режима излучения ультразвуковых преобразователей (Марков А.А. Методология и средства ультразвукового контроля рельсов. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, 2003). Однако при этом затруднительно проводить временную селекцию и оценку координат дефектов по глубине, что снижает объективность контроля. Кроме того, практическая реализация этого способа ограничена чувствительностью ультразвуковых преобразователей, работающих в непрерывном режиме, поскольку для их функционирования требуется повышенное электрическое напряжение, которое уже при величине свыше 20 В может привести к потере их работоспособности из-за перегрева.A known method of ultrasonic monitoring of rails, which allows to increase the speed of control through the use of a continuous radiation mode of ultrasonic transducers (Markov A. A. Methodology and means of ultrasonic monitoring of rails. Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences, 2003). However, it is difficult to conduct temporary selection and estimation of the coordinates of defects in depth, which reduces the objectivity of the control. In addition, the practical implementation of this method is limited by the sensitivity of ultrasonic transducers operating in a continuous mode, since their operation requires an increased electric voltage, which even at a value of over 20 V can lead to the loss of their performance due to overheating.

Из известных способов наиболее близким к предложенному является способ высокоскоростного сплошного ультразвукового контроля рельсов, включающий излучение с поверхности катания рельса ультразвуковых колебаний посредством размещаемых в заданных основных точках излучения на продольной оси рельса основных ультразвуковых преобразователей, прием отраженных ультразвуковых колебаний и измерение их параметров, по результатам анализа которых сулят о наличии дефектов (Aharoni R. et al. A Novel high-speed rail inspection system. 8 th ECNDT Barcelona 2002 Technical Papers, №156, p.1-9). В этом способе использована система контроля SBF-100/NT, при этом путем комбинации параметров - суммарной длительности развертки и ее задержки, которые обуславливают частоту посылки синхроимпульсов возбуждения ультразвуковых преобразователей, а также шага сканирования обеспечивается соответствующая скорость ультразвукового контроля рельсов.Of the known methods, the closest to the proposed one is a method of high-speed continuous ultrasonic monitoring of rails, including radiation from the surface of the rail of ultrasonic vibrations by means of the main ultrasonic transducers placed at predetermined radiation points on the longitudinal axis of the rail, receiving reflected ultrasonic vibrations and measuring their parameters, according to the analysis results defective (Aharoni R. et al. A Novel high-speed rail inspection system. 8 th ECNDT Barcelona 2002 Technical Papers, No. 156, p.1-9). In this method, the SBF-100 / NT monitoring system was used, and by combining the parameters - the total duration of the sweep and its delay, which determine the frequency of sending the synchronization pulses of the excitation of the ultrasonic transducers, as well as the scanning step, the corresponding speed of the ultrasonic monitoring of the rails is ensured.

Наибольшая скорость ультразвукового контроля в этом способе определяется суммой длительности развертки и задержки развертки, т.е. периодом излучения-приема, и шагом сканирования (шагом излучения-приема). Для исключения влияния один на другой различных циклов излучения-приема накладываются ограничения на наибольшую скорость контроля. Так, например, для шага сканирования 5 мм и периода излучения-приема 250 мкс частота излучения составляет 4000 Гц и, как следствие, наибольшая скорость контроля ограничивается 72 км/ч. Ограничение скорости проведения контроля этим способом составляет 86 км/ч при шаге сканирования 6 мм и длительности развертки 250 мкс. Однако такой шаг сканирования снижает достоверность контроля. Увеличение шага сканирования приводит к еще большему снижению достоверности контроля.The highest ultrasonic control speed in this method is determined by the sum of the scan duration and scan delay, i.e. radiation-reception period, and scanning step (radiation-reception step). To exclude the effect of different radiation-reception cycles on one another, restrictions are imposed on the highest control speed. So, for example, for a scan step of 5 mm and a radiation-reception period of 250 μs, the radiation frequency is 4000 Hz and, as a result, the highest control speed is limited to 72 km / h. The control speed limit by this method is 86 km / h with a scan step of 6 mm and a scan duration of 250 μs. However, such a scanning step reduces the reliability of the control. An increase in the scanning step leads to a further decrease in the reliability of control.

Задачей изобретения является создание способа высокоскоростного сплошного ультразвукового контроля рельсов, свободного от недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении скорости ультразвукового контроля рельсов при сохранении его достоверности.The objective of the invention is to provide a method of high-speed continuous ultrasonic testing of rails, free from the disadvantages of the prototype. The technical result provided by the invention is to increase the speed of ultrasonic monitoring of rails while maintaining its reliability.

Это достигается тем, что в способе высокоскоростного сплошного ультразвукового контроля рельсов, включающем излучение с поверхности катания рельса ультразвуковых колебаний посредством размещаемых в заданных основных точках излучения на продольной оси рельса основных ультразвуковых преобразователей, прием отраженных ультразвуковых колебаний и измерение их параметров, по результатам анализа которых судят о наличии дефектов, одновременно с излучением из основных точек излучения излучают ультразвуковые колебания из дополнительных точек излучения посредством дополнительных ультразвуковых преобразователей, каждый из которых размещают на расстоянии L от соответствующего основного ультразвукового преобразователя, выбранном из выражения L=(2n-1)N, где N - шаг сканирования, a n - натуральные числа от 3 до 100, при этом при совместном анализе принятых основными и дополнительными ультразвуковыми преобразователями ультразвуковых колебаний вводят корректировку принятых соответствующими дополнительными ультразвуковыми преобразователями ультразвуковых колебаний, обеспечивающую разницу в положении вдоль продольной оси рельса основных и соответствующих дополнительных ультразвуковых преобразователей величиной, равной L-N.This is achieved by the fact that in the method of high-speed continuous ultrasonic monitoring of rails, which includes emitting ultrasonic vibrations from the rolling surface of the rail by means of the main ultrasonic transducers placed at predetermined radiation points on the longitudinal axis of the rail, receiving the reflected ultrasonic vibrations and measuring their parameters, from the analysis of which they are judged on the presence of defects, simultaneously with the radiation from the main points of radiation emit ultrasonic vibrations from additional t radiation points by means of additional ultrasonic transducers, each of which is placed at a distance L from the corresponding main ultrasonic transducer, selected from the expression L = (2n-1) N, where N is the scanning step, an are natural numbers from 3 to 100, while a joint analysis of ultrasonic vibrations adopted by the main and additional ultrasonic transducers introduces an adjustment of the ultrasonic vibrations adopted by the corresponding additional ultrasonic transducers, ensuring th difference in position along the longitudinal axis of the main rail and the corresponding quantity of additional ultrasonic transducers, equal to L-N.

Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.The specified technical result is provided by the totality of essential features.

Фиг.1 схематично иллюстрирует сущность изобретения. На фиг.2 показана структурная схема примера реализации изобретения (стрелками показаны направления излучения).Figure 1 schematically illustrates the essence of the invention. Figure 2 shows a structural diagram of an example implementation of the invention (arrows indicate the direction of radiation).

Для реализации способа искательную систему с блоками основных ультразвуковых преобразователей 1 и дополнительных ультразвуковых преобразователей 2, работающих преимущественно в импульсном режиме, устанавливают на поверхность катания 3 рельса. При этом в искательной системе могут быть использованы ультразвуковые преобразователи 1, 2, как излучающие лучи 4 ультразвуковых колебаний по направлению мобильного средства контроля, так и против направления движения (как это показано на фиг.2), что способствует выявлению разноориентированных дефектов 5 в рельсе. Каждый из дополнительных ультразвуковых преобразователей 2 размещают на расстоянии от соответствующего основного 1 ультразвукового преобразователя 2 на расстоянии L=(2n-1)N, где n=3-100 (натуральные числа). В i-й момент времени происходит излучение-прием лучей 4 ультразвуковых колебаний в рельс основными 1 и дополнительными 2 ультразвуковыми преобразователями. Затем искательная система перемещается вдоль рельса (на фиг.1 направление перемещения обозначено стрелкой). При получении сигнала о прохождении расстояния, равного 2N, в момент времени i+1 происходит новый цикл излучения-приема всеми ультразвуковыми преобразователями 1, 2. В момент времени i+2 и последующие моменты времени процесс возобновляется. При этом пропуск информации о дефекте 5 исключен в связи с тем, что необходимый шаг сканирования N, а значит и периодичность получения информации о дефекте 5 обеспечивается нахождением в этом положении дополнительного ультразвукового преобразователя 2 (фиг.1). Результаты контроля, полученные посредством основных 1 и дополнительных 2 ультразвуковых преобразователей, фиксируются и обрабатываются, после чего преимущественно с помощью программных средств анализируют совместно результаты контроля по каждой паре основного 1 и дополнительного 2 ультразвуковых преобразователей с введением корректировки расположения дефектов 5 по продольной оси рельса на величину L-N. Корректировка проводится таким образом, чтобы значения положения основного 1 и соответствующего дополнительного 2 ультразвуковых преобразователей отличались на величину N. Таким образом, имитируется нахождение дополнительного ультразвукового преобразователя 2 на расстоянии N от основного 1, т.е. обеспечивается необходимый шаг сканирования. Выбор нижней границы величины n=3 обусловлен реальными габаритными размерами ультразвуковых преобразователей 1, 2, т.е. при значении меньшем 3 заданное расстояние между ультразвуковыми преобразователями 1, 2 обеспечить невозможно, так как это расстояние будет меньше соответствующего габаритного размера ультразвукового преобразователя 1, 2. Выбор верхней границы n=100 обусловлен реальными габаритными размерами искательной системы, ограниченными ее конструктивными особенностями.To implement the method, the search system with blocks of the main ultrasonic transducers 1 and additional ultrasonic transducers 2, operating mainly in a pulsed mode, is mounted on the rolling surface 3 of the rail. At the same time, ultrasonic transducers 1, 2 can be used in the search system, both emitting rays 4 of ultrasonic vibrations in the direction of the mobile monitoring means and against the direction of movement (as shown in Fig. 2), which helps to identify misaligned defects 5 in the rail. Each of the additional ultrasonic transducers 2 is placed at a distance from the corresponding main 1 ultrasonic transducer 2 at a distance L = (2n-1) N, where n = 3-100 (natural numbers). At the i-th point in time, radiation is received-rays of 4 ultrasonic vibrations in the rail main 1 and additional 2 ultrasonic transducers. Then, the search system moves along the rail (in Fig. 1, the direction of movement is indicated by an arrow). Upon receipt of a signal on the passage of a distance equal to 2N, at the time moment i + 1, a new radiation-reception cycle occurs by all ultrasonic transducers 1, 2. At the time point i + 2 and subsequent time instants, the process resumes. Moreover, the omission of information about the defect 5 is excluded due to the fact that the necessary scanning step N, and therefore the frequency of obtaining information about the defect 5, is ensured by the presence of an additional ultrasonic transducer 2 in this position (Fig. 1). The control results obtained by means of the main 1 and additional 2 ultrasonic transducers are recorded and processed, after which mainly with the help of software tools they analyze the control results for each pair of the main 1 and additional 2 ultrasonic transducers with the introduction of adjustment of the location of defects 5 along the longitudinal axis of the rail by LN. The correction is carried out in such a way that the position values of the main 1 and the corresponding additional 2 ultrasonic transducers differ by N. Thus, the additional ultrasonic transducer 2 is simulated at a distance N from the main 1, i.e. the necessary scanning step is provided. The choice of the lower boundary of n = 3 is due to the actual overall dimensions of the ultrasonic transducers 1, 2, i.e. when the value is less than 3, the specified distance between the ultrasonic transducers 1, 2 cannot be ensured, since this distance will be less than the corresponding overall size of the ultrasonic transducer 1, 2. The choice of the upper boundary n = 100 is determined by the actual overall dimensions of the search system, limited by its design features.

Способ высокоскоростного сплошного ультразвукового контроля рельсов в соответствии с изобретением обеспечивает по сравнению с известными аналогичными способами повышение скорости ультразвукового контроля свыше 86 км/ч при сохранении его достоверности.The method of high-speed continuous ultrasonic monitoring of rails in accordance with the invention provides, in comparison with known similar methods, an increase in the speed of ultrasonic testing over 86 km / h while maintaining its reliability.

Claims (1)

Способ высокоскоростного сплошного ультразвукового контроля рельсов, включающий излучение с поверхности катания рельса поперечных ультразвуковых колебаний посредством размещаемых в заданных основных точках излучения на продольной оси рельса основных ультразвуковых преобразователей, прием отраженных ультразвуковых колебаний и измерение их параметров, по результатам анализа которых судят о наличии дефектов, отличающийся тем, что одновременно с излучением из основных точек излучения излучают ультразвуковые колебания из дополнительных точек излучения посредством дополнительных ультразвуковых преобразователей, каждый из которых размещают на расстоянии L от соответствующего основного ультразвукового преобразователя, выбранным из выражения L=(2n-1)N, где N - шаг сканирования, a n - натуральные числа от 3 до 100, при этом при совместном анализе принятых основными и дополнительными ультразвуковыми преобразователями ультразвуковых колебаний вводят корректировку принятых соответствующими дополнительными ультразвуковыми преобразователями ультразвуковых колебаний, обеспечивающую разницу в положении вдоль продольной оси рельса основных и соответствующих дополнительных ультразвуковых преобразователей величиной, равной L-N. A method of high-speed continuous ultrasonic monitoring of rails, including radiation from a rolling surface of a rail of transverse ultrasonic vibrations by means of the main ultrasonic transducers placed at predetermined radiation points on the longitudinal axis of the rail, receiving the reflected ultrasonic vibrations and measuring their parameters, the results of the analysis of which reveal the presence of defects the fact that simultaneously with the radiation from the main points of radiation emit ultrasonic vibrations from the additional radiation points by means of additional ultrasonic transducers, each of which is placed at a distance L from the corresponding main ultrasonic transducer, selected from the expression L = (2n-1) N, where N is the scanning step, an are natural numbers from 3 to 100, while in a joint analysis of ultrasonic vibrations accepted by the main and additional ultrasonic transducers, the correction of ultrasonic vibrations received by the corresponding additional ultrasonic transducers is introduced, providing The difference in position along the longitudinal axis of the rail of the main and corresponding additional ultrasonic transducers is equal to L-N.

Images