车轮轮箍超声波探伤计算机检测技术

摘 要 本文首先简要分析了数字信号处理技术，探讨了车轮轮箍超声波探伤的操作过程，最后指出了系统的硬件结构，通过此分析，望能为此领域应用研究提供些许参考。

【关键词】车轮 轮箍 超声波探伤 数字信号处理

信息处理与数据采集为计算机工业发展的核心技术，现今已其被广泛应用在雷达通信、地震勘探、工业无损探测、遥感及震动工程等领域中。伴随当今科学技术的不断发展，有力推动了超声波探伤检测技术的持续更新与完善，另外，其在某种程度上打破了甚至直接推翻了人们之前对材料质量所存在的片面、单纯认识，开始从之前的简单时域分析，发展至当前的图像处理、频域等复杂化、富含科技感的数字化信号识别。本文以轮箍、车轮为对象，提出了一套超声波水浸探伤智能化系统，对于此系统而言，其能够同时针对轮箍与车轮，开展两条超声波探伤生产线的运作，可以同时实现两条生产线的自动识别、自动处理等功能。

1 数字信号处理技术

1.1 数据采集

针对超声波缺陷信号时基来讲，其在实际运作中，有着相对稳定的时间宽度，一般为为0.6～2.0μs，对于其上升沿时间而言，通常维持在10～40ns，对此，为了能切实提升缺陷波采样信号的准确性，保持其非失真状态，常规做法就是對采样频率进行适当性调整，使之保持大于激励换能器相应频率的基本形态（>2倍），如频率为5MHz的超声探头，通常情况下，其一个完整的高频周期约为200ns，由此可知，一个激励5MHz换能器的前沿，需要始终维持在<50ns状态，而当前部分有着较宽频带的探伤仪，其前沿时间已经<10ns，如果工作在此种窄脉冲宽度下，需提高采样频率，即>10MHz，针对缺陷波信号而言，如若其维持时间能够达到1μs，在此情况下，需在≥1个缺陷波信号所需要的时间框架内，采样需>10。但在实际操作过程中，相比于激励频率，要为其10倍，只有这样，方能使采样波形始终维持原有状态，避免其出现非正常性的畸变情况，另外，只有如此，峰值才不会出现丢失情况。因高频率数据采集会使仪器成本大幅提升，对此，人们提出了许多应对方法：随机采样保持峰值、峰值保持器等，最终目的均为了保证确保峰值不漏，实现采样率的降低。例如超声缺陷回波上升沿40ns，设定回波峰为直角三角波，依据100M采样来进行计算，则各峰值点之间的误差即5ns，也就是波幅差为

×100%=12.5%，通过分贝情况来进行计算，那么可以得出20Lg（100/87.5）=1.2dB差。由此表明，针对峰值采集点，以及数据信号采集速度而言，其对超声波探伤仪的垂直线性产生直接影响，乃为数字化超声技术的一项关键指标。

1.2 信号分析

针对超声波探伤仪来考量，对于其发射电路而言，会形成比较明显的高压脉冲，而针对专用于激励超声波的换能器来讲，受此影响，会形成非正常性的高频震荡，因此，脉冲超声波由此而生，对于此种脉冲超声波信号来分析，如果将之进行放大处理，那么所形成的检波脉冲信号，便会异常的复杂。在实际运作中，由于其能够比较灵敏的接收到来自远方的电信号较弱，通常情况下，仅为数伏，甚至是百微伏。而针对示波管全调制来分析与考量，要想实现其持续运作，往往需要一定的电压支撑，通常来讲，所需电压为几百伏，所以，在实际接收电路过程中，需有105的放大能力。针对此工作原理而言，其仅能对电路处理进行简单化模拟，也可以进行一些相对简单的视域分析，而针对数字电路而言，工作内容除了能处理能量之外，还能对那些复杂化的频域及相关数据进行处理与分析。在数字化处理方面，视频放大器已经由高速A/D所取代，因此，此时的数字信号处理，在较大程度上便为研究用运算，对信号实时检测与解调，实现其均衡及调制的重要手段，对于其最终目的而言，主要是为了能够更加全面、有效的将信号的背景噪声干扰滤除掉，彻底削弱信号当中所存在的多余信息量，方便对信号特征参数的估计。

2 车轮轮箍超声波探伤过程

车轮轮箍超声波探伤检测线，经常运用的是水浸法探伤，取工件，将之放置于事先准备好的水槽中，此水藻能够进行上升与下降操作，分别在轮惘踏面以及其内侧面，均设置一组当前比较先进的水浸聚焦探头，然后运用超声波探伤仪（10个通道），完成此操作，该仪的型号为CTS-14型。当将工件抛丸处理完成之后，经辊道，实施探伤托辊操作，将水槽适当性上升，当完全稳定之后，转动工件，此时的探头便会对工件进行系统化扫描与探测；针对探伤工作人员来讲，除了要细致观察屏幕之外，还需实时观察各通道对应的指示灯，如果指示缺陷的红灯亮，此时可根据实际需要，切换显示屏，将工件适当性转动，对工件有无缺陷进行细致观察，确认没有缺陷后，填写缺陷情况。此过程均依靠操作人员的操作熟练程度与精力集中情况，水浸探伤过程中，在定量、定位缺陷时，较为粗糙，难以保留大量探测结果，因此，仍需深入完善此系统。针对所使用的超声波探伤仪来讲，通过系统化测试各路信号，构建能够系统化处理信号的硬件系统，包含控制板、开关板、高速采集板、报警板等。另外，还采用了PC机等软件，设计了与车轮轮箍探伤操作相贴合、相满足的软件模块，因而能够满足诸如自动定量定位、缺陷自动报警等功能要求。

3 系统硬件结构

3.1 开关板

首先，32路光隔离数字量输入卡，即为PC/AT总线控制卡，能插入PC总线工控机扩展槽当中，用作采集开关量。其次，利用光电隔离技术，将现场输入信号“地”，分开于计算机，防止这些干扰信号，通过“地”的传导作用，而对计算机造成干扰，因此，因而能够提升系统工作的可靠性与稳定性。最后，DI31与DI0通道，均具有能够独立处罚中断功能的作用，另外，还能根据实际需要，选择下降沿触发，或者是反向触发。针对中断级别来讲，从本质上来讲，就是PC/AT总线当中全部计算机没有使用部分。

3.2 报警板

TC-6可以插入扩展槽当中（PC总线工控机）；另外，针对超声波探伤仪在处于工作状态所输出的相关报警信号而言，多为尖脉冲信号，对此，为了使尖脉冲在产生的瞬间，能使高电位立刻触发报警，本卡还为之设计了专用型的电压保持器。

4 结语

综上，本系统利用ISA接口与PC机实现实时通信，将PC机当作终端监视器，因而能够较好的实现人机交互，为数据分析与人工检测等，提供便利。因此，可以将超声波探伤计算机检测技术应用于车轮轮箍检测中，其有着良好的应用效能。

参考文献

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[2]赵阳，梅劲松，吕岑.机车车轮超声波探伤信号检测方法研究[J].计算机技术与发展，2013（02）：211-214.

[3]张宁.车轮和轮箍超声波探伤缺陷分析[J].机车车辆工艺，2011（01）：45-46.

作者简介

张鹏蛟（1992-），男，现为长安大学硕士研究生。主要研究方向为测试技术。

作者单位

长安大学 陕西省西安市 710000