【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及檢測鐵軌表面缺陷領域，尤其涉及一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置及其檢測方法。
技術介紹
1、鐵軌在鐵路運輸中扮演著至關重要的角色，鐵軌使用過程中受到載荷和自然環境侵蝕影響，不可避免的會在軌頭各受力面產生裂紋、剝蝕等缺陷，對于此類表面或近表面缺陷，渦流檢測是有效的無損探傷手段。
2、對于鐵軌這樣的大體量的檢測，常規渦流檢測手動掃查存在工作效率低的問題，用陣列渦流代替單探頭，用自動檢測裝置代替手動檢測，可以顯著提高檢測效率。
3、根據渦流檢測的原理，探頭到工件的距離對檢測的影響巨大，通常探頭緊貼工件表面檢測靈敏度最高，但探頭移動過程中磨損嚴重，探頭損耗較大，本專利技術針對此問題，在保證檢測靈敏度的基礎上，設計掃查裝置探頭安裝面與鐵軌軌頭形狀一致，保持間隙3mm，減小探頭損耗。為保證掃查裝置在運動過程中探頭與軌頭各面的間隙不變，掃查裝置與軌頭側面接觸設計導向輪，掃查裝置與軌頭上面接觸設計驅動輪，通過電機驅動掃查裝置勻速運動。
4、傳統檢測掃查裝置有線連接的方式影響用戶的使用體驗，本專利技術采用藍牙無線遙控，光電傳感器測速、pid閉環控制策略，保證掃查裝置以恒速運行，以缺陷的準確自動定位。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于解決現有技術中存在的技術問題，提供一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置及其檢測方法。
2、為實現上述目的，本專利技術提供的技術方案是：一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置，包括鐵軌、掃查掃查裝置殼體、驅動裝置、從動輪、導向滑
3、掃查裝置殼體包括殼體龍門架和電路板倉，電路板倉固定設置在殼體龍門架上，殼體龍門架的內側表面均為探頭安裝面，探頭安裝面仿形鐵軌的軌頭表面，且探頭安裝面與鐵軌的軌頭的間隙為3mm，探頭安裝面安裝有陣列渦流探頭，陣列渦流探頭沿朝向鐵軌的軌道待測面方向設置，用于掃描被測的鐵軌表面產生的渦流信號；
4、驅動裝置和從動輪分別通過支架安裝在殼體龍門架前、后側，驅動裝置包括主動輪、聯軸器、直流電機、光電碼盤、控制裝置和無線通訊裝置；主動輪、直流電機、光電碼盤同軸安裝，主動輪通過聯軸器與直流電機相連，光電碼盤安裝于直流電機的輸出軸端，從動輪由主動輪驅動運行；
5、殼體龍門架的側面設計四個支座，支座上安裝有導向滑輪，殼體龍門架內部兩側的探頭安裝面與鐵軌的軌頭側面的間隙一致且3mm以內。
6、優選的，控制裝置、無線通訊裝置安裝于電路板倉中，用于控制和發送轉速指令，光電碼盤用于精確測量直流電機的轉速和位置，實現直流電機的閉環控制。
7、優選的，驅動裝置的信號傳輸過程為：基于labview的上位機通過無線通訊裝置發送啟動和轉速指令、控制裝置接收指令，輸出pwm波后經驅動裝置控制直流電機轉動，光電碼盤輸出脈沖信號經控制裝置計數、處理，當實際轉速與設定轉速存在偏差時，采用pid算法根據偏差的大小和變化趨勢，計算出調整量，進而對pwm波的脈沖寬度進行調整。
8、優選的，電路板倉下設有探頭接線孔；電路板倉內設置有探頭電子裝置，陣列渦流探頭通過導線穿過探頭接線孔與探頭電子裝置連接，電路板倉上設置有用于密封和拆卸電子裝置的滑蓋式的蓋板。
9、優選的，探頭電子裝置包括陣列渦流探頭的驅動及檢測電路、電機控制電路、無線傳輸電路、供電電池。
10、本專利技術還公開了一種根據上述所述的一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置的掃查方法，陣列渦流探頭為柔性印刷電路板制作，貼合于探頭安裝面上，陣列渦流探頭包含16個直接加工在柔性電路-板上的扁平線圈，每4個線圈為一組，每組線圈錯層印制，形成4組具有互換性的線圈布局方式，分別用于檢測鐵軌的軌頭的頂面和兩個側面，4個線圈連接為電橋，其輸出電壓為：
11、
12、式中：uo為電橋輸出電壓，e為激勵電壓，為第一個線圈的阻抗相對變化，為第二個線圈的阻抗相對變化，為第三個線圈的阻抗相對變化，為第四個線圈的阻抗相對變化；
13、由于單個線圈下形成的渦流為圓形，其對于任意方向缺陷的響應是一致的，使得任意方向的缺陷總是能先后經過4個線圈中的任意一個，引起該組線圈阻抗變化δzi，因此當該組線圈下有任意方向的缺陷時，陣列渦流探頭的輸出電壓為
14、
15、其中：為經過缺陷線圈的阻抗相對變化；
16、若線圈下沒有缺陷，則輸出電壓為0；對于鐵軌表面粗糙(如危害不大的凹坑等)，由于它們均布于鐵軌表面，每個線圈的響應一致，因此輸出電壓為0；探頭的抖動(輕微抖動)造成的線圈與鐵軌的軌面之間距離的變化也會引起的線圈阻抗變化，但由于同組線圈抖動方向一致，阻抗變化也一致，其輸出電壓仍然近似為0，通過如此線圈布局，保證經過任意方向的缺陷響應一致性，同時抑制了表面粗糙、檢測裝置行進過程的輕微抖動等干擾信號的產生。
17、本專利技術有益效果：
18、1.本專利技術中陣列渦流探頭采用柔性印刷電路板制作，保證線圈參數的一致性；每四個探頭為一組構成全橋電路，既保證了裂紋等危害性缺陷的檢測靈敏度，又能對鐵軌表面粗糙、陣列渦流探頭抖動等干擾信號進行有效抑制，提升檢測的信噪比。
19、2.本專利技術結構新穎，通過主動輪與從動輪的配合，保證本專利技術在鐵軌上平穩運行，并且采用陣列渦流探頭代替單探頭，掃查掃查裝置殼體代替手動檢測，能夠顯著提高檢測效率。
20、3.本專利技術在保證檢測靈敏度的基礎上，通過將陣列渦流探頭的探頭安裝面設計成與鐵軌軌頭形狀一致，始終保持間隙為3mm的非接觸檢測，能夠減小陣列渦流探頭損耗。
21、4.本專利技術采用無線通訊裝置，光電碼盤測速、pid算法的反饋控制策略，保證自動掃查掃查裝置以恒定速度運行，并實現對缺陷的準確自動定位。
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1.一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置，其特征在于：包括鐵軌(6)、掃查裝置殼體(2)、驅動裝置、從動輪(5)、導向滑輪(3)、及基于LabVIEW的上位機；鐵軌(6)與掃查裝置殼體(2)滑動連接；
2.根據權利要求1所述的一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置，其特征在于：控制裝置、無線通訊裝置安裝于電路板倉(22)中，用于控制和發送轉速指令，光電碼盤(13)用于精確測量直流電機(12)的轉速和位置，實現直流電機(12)的閉環控制。
3.根據權利要求2所述的一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置，其特征在于：驅動裝置的信號傳輸過程為：基于LabVIEW的上位機通過無線通訊裝置發送啟動和轉速指令、控制裝置接收指令，輸出PWM波后經驅動裝置控制直流電機(12)轉動，光電碼盤(13)輸出脈沖信號經控制裝置計數、處理，當實際轉速與設定轉速存在偏差時，采用PID算法根據偏差的大小和變化趨勢，計算出調整量，進而對PWM波的脈沖寬度進行調整。
4.根據權利要求1所述的一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置，其特征在于：電路板倉(22)下設有探頭接線孔；電路板倉(22)內設置有探頭電子裝置，陣
5.根據權利要求4所述的一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置，其特征在于：探頭電子裝置包括陣列渦流探頭(7)的驅動及檢測電路、電機控制電路、無線傳輸電路、供電電池。
6.一種根據權利要求1-5任意一項所述的一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置的檢測方法，其特征在于：陣列渦流探頭(7)為柔性印刷電路板制作，貼合于探頭安裝面(23)上，陣列渦流探頭(7)包含16個直接加工在柔性電路-板上的扁平線圈，每4個線圈為一組，每組線圈錯層印制，形成4組具有互換性的線圈布局方式，分別用于檢測鐵軌(6)的軌頭的頂面和兩個側面，4個線圈連接為電橋，其輸出電壓為：
...【技術特征摘要】
1.一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置，其特征在于：包括鐵軌(6)、掃查裝置殼體(2)、驅動裝置、從動輪(5)、導向滑輪(3)、及基于labview的上位機；鐵軌(6)與掃查裝置殼體(2)滑動連接；
2.根據權利要求1所述的一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置，其特征在于：控制裝置、無線通訊裝置安裝于電路板倉(22)中，用于控制和發送轉速指令，光電碼盤(13)用于精確測量直流電機(12)的轉速和位置，實現直流電機(12)的閉環控制。
3.根據權利要求2所述的一種鐵軌陣列渦流自動掃查裝置，其特征在于：驅動裝置的信號傳輸過程為：基于labview的上位機通過無線通訊裝置發送啟動和轉速指令、控制裝置接收指令，輸出pwm波后經驅動裝置控制直流電機(12)轉動，光電碼盤(13)輸出脈沖信號經控制裝置計數、處理，當實際轉速與設定轉速存在偏差時，采用pid算法根據偏差的大小和變化趨勢，計算出調整量，進而對pwm波的脈沖寬度進行調整。...
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