用于围绕轴可旋转的火车轮的感兴趣区域中的缺陷的超声检测的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于通过超声波无损测试火车轮(101)的方法。该方法基于通过在声学上耦合到火车轮(101)的个别可控超声发射换能器(110)的阵列(102)来生成待测试的火车轮(101)中的脉动超声场。为此，超声发射换能器(110)各采用特定模拟瞬态激励信号来控制，每个模拟瞬态激励信号基于超声发射换能器特定的所存储的数字瞬态激励函数来生成。优选地，来自待测试的火车轮(101)的所得到的回波信号通过个别可控超声接收换能器(110)的阵列(102)来记录。每个超声接收换能器(110)能够提供模拟时间分辨回波信号。所接收的模拟时间分辨回波信号能够按照换能器特定方式来数字化，并且采取回波信号集合的形式暂时存储。多个不同接收处理规则然后能够应用于后者。此外，本发明专利技术涉及用于执行该方法的装置。

Method and apparatus for ultrasonic inspection of defects in the region of interest of a rotating wheel around a shaft

The present invention relates to a nondestructive testing method for train wheels (101) by means of ultrasonic waves. The method is based on a pulsating ultrasonic field in a train wheel (101) to be tested based on an array (102) of an individual controllable ultrasonic transmitting transducer (110) which is acoustically coupled to the train wheel (101). Therefore, ultrasonic transducer (110) by using a specific analog signal to control the transient excitation, each simulated transient excitation signal digital transient ultrasonic transducer based on the stored specific incentive function to generate. Preferably, the echo signals obtained from the train wheels (101) to be tested are recorded by an array (102) of the individual controllable ultrasonic receiving transducer (110). Each ultrasonic receiving transducer (110) can provide analog time resolved echo signals. The received analog time resolved echo signals can be digitized in accordance with the transducer specific manner and temporarily stored in the form of echo signal sets. A number of different receive processing rules can then be applied to the latter. In addition, the present invention relates to a device for performing this method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于围绕轴可旋转的火车轮的感兴趣区域中的缺陷的超声检测的方法及其装置
技术介绍
本专利技术涉及一种用于通过超声波无损测试火车轮的方法，具体来说涉及一种用于检测围绕旋转轴可旋转的火车轮的感兴趣区域中的缺陷、例如裂纹的方法。本专利技术的另外主题是一种用于检测火车轮的感兴趣区域中的缺陷、例如裂纹的测试装置。用于通过超声波无损测试测试对象、例如火车轮的体积的多种装置和方法按照现有技术是已知的。具体来说，因为引入所谓的相控阵技术(其基于多个独立可控超声换能器的使用，并且其准许通过发射换能器元件的透射孔径和相对相位位置的变化来具体控制测试对象中的所生成的超声场的声穿透角和焦点位置)，直接在火车轮的例如生产过程中的基于大自动化超声波的材料测试是可能的。一般来说，在这里使用脉动超声场，其具有数百至数千赫兹的典型重复率，并且其中所声穿透的超声脉冲具有通常1至大约10兆赫兹的中心频率。结合通过超声波无损测试火车轮，参照EP1101105A1，从其中已知火车轮的测试方法和装置，其基于超声波并且使用相控阵技术。公开一种用于检测围绕旋转轴可旋转的火车轮中的裂纹的方法，其中被提供以用于声穿透第一超声波的超声换能器围绕旋转轴按照基本上圆形的方式相对于火车轮来移动，并且其中第一超声波经过运行表面（runningsurface）声穿透到火车轮中。此外，公开另一种用于检测围绕旋转轴可旋转的火车轮中的裂纹的方法，其中被提供用于声穿透第一超声波的超声换能器围绕旋转轴按照基本上圆形的方式相对于火车轮来移动，并且其中第一超声波声穿透到火车轮的毂（hub）中。此外，从这个发表物已知用于执行上述方法的装置。在这里，主要使用相控阵技术，以便枢轴转动定向声束以用于依次扫描待检查的火车轮的区域。此外，公开超声换能器的二维阵列的使用，以便能够控制在空间中在彼此垂直的两个方向上的角旋转和聚焦。从EP1087229A2还已知一种用于检测具体在火车轮中的盘状或板状测试对象的方法。在测试对象中，横向并且与测试对象的平坦侧平行偏振的超声波通过超声发射器在测试对象的窄侧上生成，并且在缺陷上偏转之后通过与超声发射器间隔开的超声接收器来检测。优选地，测试对象中的超声波的声穿透角具有大于10°但小于制作火车轮的材料的折射角(其与第一临界角关联)的值。此外，超声接收器的接收的信号优选地仅在包含超声波的接收时间(其对超声发射器与超声接收器之间的间距并且对声穿透角是要预期的)的时间间隔之内来评估。该文献还公开一种用于执行该方法的装置。关于本领域的技术人员从现有技术已知的用于无损测试火车轮的测试任务，参照上述文献的公开的完整内容以及与这些文献所提及的相关现有技术有关的发表物。此外，参照有关测试标准，例如比如ISO5948Railwayrollingstockmaterial-Ultrasonicacceptancetesting或者下列的内部测试指南：DeutscheBahnNo.907.0403ZerstörungsfreiePrüfung;UltraschallprüfungvonRadreifenBA064/065aufQuerrisseinderBohrungsflächeundderLaufflächeandNo.907.0405ZerstörungsfreiePrüfung;UltraschallprüfungderRadkränzevonVollrädernscheibengebremsterRadsätze。通过这种引用将这些先前发表物的公开的内容全部地添加到本申请的公开的内容。即使从EP1087229A2和EP1101105A1已知的方法和装置通过所有手段证明其在火车轮的大自动化测试中的实践价值，但是发现测试所要求的时间是很大的。它导致待测试的轨道车辆的更长停工期，并且因而导致运营商相当大的经济损失。因此，本专利技术基于按照使得它们实现基本测试任务的明显加速完成的方式进一步开发上述方法和装置的目的。这个目的通过如权利要求1所述的方法以及通过如权利要求15所述的装置来实现。隶属独立权利要求的从属权利要求组成有利发展和配置，其特征可在本领域的技术人员的普通动作的上下文中相互自由结合，而无需本申请中要求的对此具体指示。按照本专利技术的方法基于从现有技术已知的方法的发展，其基于将定向脉动超声场声穿透到待测试火车轮中，其声穿透方向逐个脉冲变化，例如以便依次扫描感兴趣区域、例如轮盘的端表面或者轮缘与轮盘之间的颈状过渡区域。按照本专利技术，脉动超声场按照有目标的方式、使用适当波束生成技术通过个别可控超声发射换能器声穿透到待测试火车轮中。关于其几何结构，超声场适合待测试火车轮的几何结构以及待执行测试任务。具体来说，这个超声场适合待执行测试任务的上下文内的待检查“感兴趣区域”。这种感兴趣区域具体来说可以是待测试火车轮中的这类区域，其中缺陷、例如裂纹(其因为是安全相关的，所以经受表示（registration）)能够在实际操作中以增加的概率出现。作为示例，参照EP1101105A1和EP1087229A2中提到的火车轮的区域以及从介绍中提到的测试标准和指南所知的区域。但是，测试任务还可涉及测试新制作的火车轮以免除缺陷。按照本专利技术，从现有技术已知的方法针对透射来开发，其中技术用于在“超声全息”的名义下所知的这种情况。它们基于如下见识：有可能在火车轮的体积的任何点处预定义具有预期超声场几何结构的超声场，并且从这个超声场几何结构返回来计算在超声发射换能器阵列的位置的时间和空间上的超声场分布。如果超声发射换能器阵列将超声信号的时间和空间上的这个分布发射到待测试火车轮的感兴趣区域中，则这导致在火车轮的体积的观测点处所预期的预定义超声场分布。因此，有可能具体生成声穿透到待测试火车轮的感兴趣区域中的超声场的场分布，其最佳地适合于待检查火车轮的体积区域的跨穿透（transsonification）。具体来说，这使得有可能按照如下方式来控制超声发射换能器：使得声穿透超声场的线状焦点在感兴趣区域中形成或者二维延伸焦点沿超声场的声传播方向延伸的。例如，转移到从EP1087229A2已知的测试任务，具有线状焦点(其位于轮盘的端面上)的超声场能够按照这种方式来生成，使得位于在那里的轮盘中的近表面感兴趣区域能够在径向方向上延伸的测试方向同时被测试缺陷。因此，在EP1087229A2的V形测试设置中调谐声穿透或接收角以便依次扫描轮盘的整个内表面变得不必要。这里作为示例所解释的这种方式能够转移到对于按照现有技术、采用具有角调整的依次测试所实现火车轮的实际上全部测试任务。本领域的技术人员能够从EP1101105A1以及介绍中提到的测试标准和指南获悉这类测试任务的其他示例。另外，声穿透超声场的不同区域之间的多个回波和串扰能够通过场几何结构的熟练选择来抑制。因此，按照本专利技术的方法准许采用单个超声脉冲跨穿透待测试火车轮的大扇区，使得实际上能够大体上从它们中接收回波信号。因此，要求比从现有技术已知的方法中要少的超声脉冲，以便跨穿透待检查火车轮的整个体积。为此，显著增加的测试速度能够采用按照本专利技术的方法和按照本专利技术的测试装置来实现。按照本专利技术的方法用于通过超声波无损测试火车轮。在该方法的上下文内，在第一步骤中，脉动超声场在待测试火车轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测围绕旋转轴可旋转的火车轮(101)的感兴趣区域（614）中的缺陷、例如裂纹的方法，其中被提供用于声穿透超声场的个别可控超声发射换能器(110)的阵列(102)相对于所述火车轮(101)围绕所述旋转轴按照基本上圆形方式来移动，其中所述超声发射换能器(110)各采用特定瞬态激励信号来控制，每个瞬态激励信号基于超声发射换能器特定的所存储的数字瞬态激励函数来生成，以及来自测试对象(101)的所得到的回波信号通过个别可控超声接收换能器(110)的阵列(102)来接收，其中每个超声接收换能器(110)提供模拟时间分辨回波信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.18 DE 102014119056.41.一种用于检测围绕旋转轴可旋转的火车轮(101)的感兴趣区域（614）中的缺陷、例如裂纹的方法，其中被提供用于声穿透超声场的个别可控超声发射换能器(110)的阵列(102)相对于所述火车轮(101)围绕所述旋转轴按照基本上圆形方式来移动，其中所述超声发射换能器(110)各采用特定瞬态激励信号来控制，每个瞬态激励信号基于超声发射换能器特定的所存储的数字瞬态激励函数来生成，以及来自测试对象(101)的所得到的回波信号通过个别可控超声接收换能器(110)的阵列(102)来接收，其中每个超声接收换能器(110)提供模拟时间分辨回波信号。2.如权利要求1所述的方法，其中，按照如下方式来控制所述超声发射换能器(110)：使得所声穿透的超声场的线状焦点(120)在所述感兴趣区域(614)中形成或者二维延伸焦点沿所述超声场的声传播方向延伸。3.如权利要求1或2所述的方法，其中下列进一步方法步骤：所述时间分辨模拟回波信号的换能器特定数字化，暂时存储采取回波信号集合形式的所述时间分辨换能器特定数字化回波信号，以及将多个不同接收处理规则应用于所述回波信号集合，其中接收处理规则通过至少下列接收处理参数来表征：在所述接收处理规则中考虑其回波信号的所述超声接收换能器的数量和身份，应用于所述接收处理规则中考虑的所述回波信号的个别相移以及如果适用的话，要在所述接收处理规则中考虑的所述回波信号所在的时帧。4.如权利要求3所述的方法，其中，所应用的接收处理规则在所述接收处理参数的至少一个中有所不同。5.如权利要求1-4中的任何所述的方法，其中下列进一步方法步骤：预定声穿透到所述火车轮(101)中的所述超声场的声场几何结构，其适合所述火车轮(101)的所述感兴趣区域(614)和待执行的测试任务，确定所述超声发射换能器特定数字瞬态激励函数，其适合于通过所述超声发射换能器(110)的所述阵列(102)来生成具有所预定的声场几何结构的所述火车轮(101)中的超声场。6.如权利要求5所述的方法，其中，适当的超声发射换能器特定数字瞬态激励函数基于点传递算法或傅立叶变换算法来确定。7.如任何前述权利要求所述的方法，其中，换能器特定编码、例如个别高频调制还调制到所述超声发射换能器特定瞬态激励信号上。8.如权利要求7所述的方法，其中，所述高频调制能够在所述接收侧上检测，并且用于将所检测的换能器特定回波信号与相应的超声发射换能器关联。9.如任何前述权利要求所述的方法，其中，所述超声发射换能器特定瞬态激励函数通过一系列多电平方波信号来生成。10.如任何前述权利要求所述的方法，其中，所述接收处理规则表示油漆刷方法或者动态深度聚焦方法的实现。11.如任何前述权利要求所述的方法，其中，圆形移动通过可旋转安装的火车轮(101)的旋转来产生。12.如任何前述权利要求所述的方法，其中，所述超声场按如下所述声穿透：经过轮缘(611)声穿透到轮盘(612)中，经过轮盘(612)的端面声穿透到轮毂(613)或者轮盘(612)与轮毂(613)之间的过渡区中，经过轮缘(611)的端面(616，617)声穿透到轮缘(611)中，或者经过运行表面(615)声穿透到轮缘(611)中或者轮缘(611)与轮盘(612)之间的过渡区中。13.如任何前述权利要求所述的方法，还包括生成所述火车轮(101)的至少所述感兴趣区域(614)的二维或三维图像，其中所找到的缺陷指示按照空间分辨方式来表示。14.如权利要求13所述的方法，其中，所找到的缺陷指示的特性、例如缺陷几何结构、缺陷大小或缺陷取向按照图形编码方式来表示。15.一种用于检测火车轮(101)中的感兴趣区域(614)中的缺陷、...

【专利技术属性】
技术研发人员：S法尔特，L斯卡卡巴罗兹，
申请(专利权)人：GE传感与检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE