技术领域
[0001] 本申请涉及钢轨探伤技术领域，特别是涉及一种探伤装置。
相关背景技术
[0002] 随着经济的发展，铁路逐渐成为最为重要的交通工具之一。由于列车运载量以及运载时间的增加，故线路钢轨容易因疲劳产生各种类型的缺陷，从而造成破坏性事故甚至危害人身安全。因此，需要定期对钢轨进行探伤。
[0003] 然而，在对钢轨进行探伤时，传统的钢轨探伤车仅能对某个单一类型的伤损进行识别，故对同一段钢轨探伤时需要使用不同类型的探伤车进行重复作业，工作效率低。
具体实施方式
[0032] 为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
[0033] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0034] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0035] 请参见图1，本申请提供一种探伤装置100，探伤装置100包括车架主体10、前向探测设备20以及后向探测设备30。前向探测设备20设置于车架主体10的前端，前向探测设备20包括前翻板组件210以及设置于前翻板组件210的摄像头220和廓形扫描仪230，其中摄像头220用于检测钢轨表面伤损，廓形扫描仪230用于检测钢轨磨耗，前翻板组件210用于根据摄像头220和廓形扫描仪230的工作状态展开或收起。后向探测设备30设置于车架主体10的后端，后向探测设备30包括后翻板组件310以及设置于后翻板组件310的第一探头组件320，其中第一探头组件320用于检测钢轨内部伤损，后翻板组件310用于根据第一探头组件320的工作状态展开或收起。
[0036] 在其中一个实施例中，车架主体10包括尼龙轮110和推手120。其中，尼龙轮110可以用于带动探伤装置100在地面移动，其数量可以为4个；推手120可以为垂直于地面的T字推手。本实施例中，车架主体10两侧还可以各设置有一个横向提手，横向提手可以通过活动铰链与车架主体10相连，通过将两侧的横向提手向上提起即可将小车从待测钢轨上抬离。可以理解，尼龙轮110、推手120以及横向提手的设置可以提高探伤装置100使用过程中的便利性，扩大探伤装置100的应用范围。
[0037] 在其中一个实施例中，前翻板组件210上可以挂载摄像头220和廓形扫描仪230，且前翻板组件210可以固定于探伤装置100的前端。本实施例中，前翻板组件210可以设置有锁定装置，即当将前翻板组件210下翻至预设位置时即可以实现自动锁定。自动锁定后，挂载的摄像头220和廓形扫描仪230可以对钢轨表面伤损以及钢轨廓形磨损进行检测。在其中一个实施例中，前翻板组件210的内侧还可以设置有一圈雾影光灯，其可为搭载的摄像头220提供均匀的光线，并通过主控器620控制其开关。
[0038] 请一并参见图2，前翻板组件210可以包括第一支架211、第二支架212和第三支架213以及轮缘214。第三支架213可以通过第二支架212与第一支架211的两端连接。其中，摄像头220设置于第一支架211，廓形扫描仪230设置于第三支架213。前翻板组件210由打开状态收起时，第一支架211和第二支架212可以同时沿第一方向翻折向第三支架213，随后第一支架211、第二支架212和第三支架213可以同时沿第二方向翻折，以形成前翻板组件210的收起状态。可以理解，通过在前翻板组件210设置第一支架211、第二支架212和第三支架
213，可以在使用后收起整个前翻板组件210，从而可以减少探伤装置100的占地空间并且保护摄像头220和廓形扫描仪230等边缘设备，提高设备的储存便利性以及安全性。可以理解，前翻板组件210可以采用单自由度结构，即前翻板组件210收起时第三支架213和第一支架
211均可以同步收起。另外，根据连杆结构的急回特性，第一支架211收起的速度可以大于第三支架213，从而保证摄像头220和廓形扫描仪230不会因支架收起而与车架主体10发生碰撞而损坏。
[0039] 在其中一个实施例中，后翻板组件310可以固定在探伤装置100的末端，第一探头组件320固定于后翻板组件310上。可以理解，后翻板组件310可以设置有锁定装置，即当后翻板组件310下翻至预设位置时即可以实现自动锁定。当不需要使用第一探头组件320进行探伤时，仅需要上拉T字形的推手120下面的拨支架，后翻板组件310即可以自动收起，从而可以减少探伤装置100的长度，提高探伤装置100的机动性。
[0040] 本申请提供的探伤装置100包括车架主体10、前向探测设备20以及后向探测设备30。前向探测设备20设置于车架主体10的前端，前向探测设备20包括前翻板组件210以及设置于前翻板组件210的摄像头220和廓形扫描仪230，其中摄像头220用于检测钢轨表面伤损，廓形扫描仪230用于检测钢轨磨耗，前翻板组件210用于根据摄像头220和廓形扫描仪
230的工作状态展开或收起，可以在收起时减少仪器磨损。后向探测设备30设置于车架主体
10的后端，后向探测设备30包括后翻板组件310以及设置于后翻板组件310的第一探头组件
320，其中第一探头组件320用于检测钢轨内部伤损，后翻板组件310用于根据第一探头组件
320的工作状态展开或收起，可以在收起时减少仪器磨损。可以理解，本申请提供的探伤装置100采用摄像头220、廓形扫描仪230以及第一探头组件320联动，可以实现对钢轨表面伤损、钢轨廓形磨耗以及钢轨内部伤损的同时检测，极大地提高了探伤装置100的功能性和工作效率。
[0041] 在其中一个实施例中，探伤装置100还包括第二探头组件40，第二探头组件40设置于车架主体10的底部，第二探头组件40也用于检测钢轨内部伤损。在其中一个实施例中，第一探头组件320和第二探头组件40均包括探头架410以及设置于探头架410上的超声波探头420。
[0042] 在其中一个实施例中，超声波探头420可以通过定制的无头螺钉与探头架410机械连接，并通过以太网传输线与主控器620相连。本实施例中，探头架410可以有五个，其中三个可以固定在探伤装置100底部的车架主体10上，另外两个可以固定在后翻板组件310上，即第一探头组件320包括两个探头架410和两个超声波探头420，第二探头组件40包括三个探头架410和三个超声波探头420。可以理解，通过设置五个探头架410和五个超声波探头420，可以保证对钢轨内伤损的全面检测，保证了伤损检测的准确性。
[0043] 在其中一个实施例中，设置在探头架410上的超声波探头420可以为一种新型智能物联网超声探头，其可以智能分析并预警探头是否需进行更换，从而可以提醒用户对超声波探头420进行更换。另外，新型智能物联网超声探头可以具有4.5个自由度，从而可以方便进行各角度的调节。
[0044] 在其中一个实施例中，探伤装置100还包括水箱50，水箱50设置于车架主体10，水箱50内设置有水管，水管的一个出口位于靠近车架主体10前端的第二探头组件40处，水管的另外两个出口分别位于第一探头组件320垂直于车架主体10前后方向的两侧，水箱50用于为超声波探头420提供耦合剂。
[0045] 在其中一个实施例中，水箱50可以为超声波探头420提供耦合剂，从而保证超声波探头420与钢轨之间具有良好的声接触。可以理解，水箱50底部可以通过螺钉固定于车架主体10上，水箱50内部部署有水管作为内置管道。本实施例中，水管可以具有三个出口，其中一个出口可以位于靠近车架主体10前端的超声波探头420处，且位于超声波探头420前端约两公分，另外两个出口可以位于后翻板组件310上垂直于超声波探头420分布方向的两侧。在其中一个实施例中，水箱50容量可以为20公升，水箱50水位的高低可从水箱50侧面的游标读出。可以理解，水箱50可以设置有总水阀以及四个分阀门，通过调节总阀门以及分阀门，可以保证超声波探头420的耦合剂供应。可以理解，靠近车架主体10前端的超声波探头
420需要保证耦合剂的充分供应，而其余超声波探头420的耦合剂供应可以适当减少。本实施例中，水箱50的加水槽位于水箱50右上侧，为有磁力限位的阻尼加水槽门，使用方便且密封性良好。
[0046] 在其中一个实施例中，探头架410包括探头框架和升降设备，超声波探头420设置于探头框架内，升降设备与探头框架机械连接，用于控制探头框架沿垂直于地面的方向上下移动，以使超声波探头420在工作时紧贴待测钢轨表面。
[0047] 在其中一个实施例中，探头架410可以设置有摇臂，即升降设备，摇臂的前端设置有圆形框架，超声波探头420可以连接在圆形框架内，并通过2个内六角螺丝固定。其中，摇臂可以提供自由度，从而保证超声波探头420在一定高度范围内可以贴合钢轨表面。本实施例中，通过松开2个内六角螺丝，即可纵向调节探头架410。另外，五个探头架410均可以有横向细调装置，并能锁定螺母以将探头固定在轨面横向的适当位置上。
[0048] 在其中一个实施例中，固定于后翻板组件310的两个探头架410可以固定在后翻板组件310的滑轨上，并可以通过锁紧螺钉调节探头架410的前后位置。本实施例中，探头架410可以随着后翻板组件310的放下而下落，并在摇臂的作用下超声波探头420紧贴待测钢轨轨面。
[0049] 在其中一个实施例中，固定于车架主体10下部的三个探头架410的升降设备可以采用手动的方式进行操控，即通过按下设置于探头架410一侧的按钮，探头架410可以自行下落从而使探头紧贴轨面。另外，通过用手向上轻托探头架410，即可以将探头架410升起并挂住，从而使超声波探头420脱离轨面。可以理解，当探伤装置100在钢轨上推行且不进行探伤工作时，探头架410可以升起从而减少对超声波探头420的磨耗。
[0050] 在其中一个实施例中，探伤装置100还包括主控设备60，主控设备60包括仪器支架610和主控器620，仪器支架610设置于车架主体10，主控器620设置于仪器支架610，主控器
620分别与摄像头220、廓形扫描仪230以及超声波探头420通信连接，以获取摄像头220、廓形扫描仪230以及超声波探头420的实测数据，并结合伤损计算公式计算待测钢轨伤损程度。
[0051] 在其中一个实施例中，仪器支架610的内筒套在车架主体10的外筒内，主控器620设置于仪器支架610上。本实施例中，仪器支架610可以设置有俯仰旋转装置，通过松开仪器支架610底架上的两只锁紧螺栓可以使托架左右旋转至45°。完成角度调节后锁定即可以使主控器620位于便于观测的位置，从而适用于不同身高的工作人员的需求。可以理解，仪器支架610上还可以设置有减震器，减震器可以用于防止主控器620受到外界冲击或震动的影响。在其中一个实施例中，主控器620可以采用定制化工业三防平板电脑，其具有高可靠性、灵活易用、超长待机等特点。
[0052] 在其中一个实施例中，摄像头220、廓形扫描仪230以及超声波探头420内均设置有修正模块，修正模块用于根据云端大数据和修正数据分别对摄像头220、廓形扫描仪230以及超声波探头420的实测数据进行修正。
[0053] 在其中一个实施例中，伤损装置的摄像头220、廓形扫描仪230和超声波探头420等检测元件内部可以设置有偏差修正元件，即修正模块。修正模块可以通过云端大数据和实际探测到的修正数据，对检测元件检测到的实测数据进行数据修正，从而保证检测得到的数据的准确性。其中，超声波探头420的修正模块可以根据云端大数据的规律分析，以及实际检测回波信息(修正数据)计算得到的偏差向量，计算超声补偿值，从而对探头实测数据进行修正。廓形扫描仪230的修正模块可以根据云端数据的规律分析和内置陀螺仪的实测数据计算得到的偏差角度(修正数据)，对廓形对齐结果进行修正。摄像头220的修正模块可以通过云端数据获得历史变化规律，并结合实际的摄像头偏移造成的图像变化规律(修正数据)，对摄像头220的角度偏差进行修正。
[0054] 在其中一个实施例中，伤损计算公式为：
[0055]
[0056] 其中，cmt为钢轨表面伤损常数，cw为表面伤损修正常数，cfr为廓形计算常数，cdt为钢轨探伤常数，ch为超声探伤修正常数；si＝(st,smi,swi,sh)为摄像头220的实测数据，st为钢轨表面伤损类型，smi,swi分别为钢轨表面伤损对应的里程数和相对宽度，sh为钢轨表面伤损对应高度；fri＝(lci,rci,lhi,rhi)为廓形扫描仪230的实测数据，lci,rci,lhi,rhi分别为钢轨的左侧磨耗、右侧磨耗、左垂磨耗和右垂磨耗；di＝(dt,dmi,dhi)为超声波探头420的实测数据，dt为钢轨伤损类型，dmi,dhi分别为钢轨伤损对应的里程数和相对高度。
[0057] 在其中一个实施例中，探伤装置100的摄像头220、廓形扫描仪230以及超声波探头420内均可以设置有边缘计算元件，以实时计算获取的数据信息。其中，摄像头220检测到的表面伤损检测数据为Surface＝{si}，si＝(st,smi,swi,sh)，st为钢轨表面伤损类型，smi,swi分别为钢轨表面伤损对应的的里程数和相对宽度，sh为钢轨对应高度。廓形扫描仪230检测到的钢轨磨耗数据为fray＝{fri},fri＝(lci,rci,lhi,rhi)，lci,rci,lhi,rhi分别为钢轨的左侧磨耗、右侧磨耗、左垂磨耗和右垂磨耗。超声波探头420检测到的伤损数据为dec＝{di}，di＝(dt,dmi,dhi)，dt为钢轨伤损类型，dmi,dhi分别为钢轨伤损对应的里程数和相对高度。
[0058] 在其中一个实施例中，探伤装置100的主控器620可以收集摄像头220、廓形扫描仪230以及超声波探头420得到的检测数据，并代入计算模块计算待测钢轨的伤损分数g，其中g∈[0,100]。可以理解，伤损分数越高则说明钢轨的伤损程度越严重。在伤损计算公式中，钢轨表面伤损常数cmt由钢轨表面伤损类型决定，可以通过历史数据训练得到。表面伤损修正常数cw由表面伤损的里程和面积决定，可以通过历史数据训练得到。廓形计算常数cfr可以通过历史数据计算得到。钢轨探伤常数cdt由超声探伤伤损类型决定，可以通过历史数据训练得到。超声探伤修正常数ch由伤损的里程和面积决定，可以通过历史数据训练得到。
[0059] 请一并参见图3‑图6，在其中一个实施例中，摄像头220检测得到的表面伤损结果为鱼鳞伤，参见图3。廓形扫描仪230检测得到的磨耗数据为左侧磨0.65，右侧磨1.78，左垂磨4.16，右垂磨5.65，参见图4。超声波探头420检测得到的内部伤损结果为轨头核伤，请参见图5。在其中一个实施例中，图5可以表示为第11段且编号为35019的钢轨，且对应里程为K37+677的直轨的检测结果为疑似轨头内核伤。本实施例中，计算得到的钢轨伤损得分为62，为轻度伤损，主控器620根据三种检测数据构建的三维立体损伤示意图可以参见图6。
[0060] 请一并参见图7‑图8，在其中一个实施例中，探伤装置100还包括编码轮70，编码轮70设置于车架主体10底部，编码轮70用于记录探伤装置100的移动距离、移动速度以及移动方位。
[0061] 在其中一个实施例中，编码轮70可以固定于车架主体10底部的中间位置，且编码轮70需要与钢轨直接接触，并与主控器620通过以太网传输线相连。可以理解，编码轮70可以用于采集并记录探伤装置100移动的距离、速度、方位等信息，并通过其侧面搭载的位移传感器将测得的数据传输至主控器620。可以理解，编码轮70的设置可以在对多种伤损进行同步检测的同时，实现了里程的统一，不仅可以提高里程对齐的准确性，还可以节约多周期对齐的时间，从而提高了探伤装置100的探伤效率和精度。
[0062] 在其中一个实施例中，编码轮70包括第一轮710、中心支架720、第二轮730以及轮缘740，第一轮710和第二轮730分别设置于中心支架720的两侧，轮缘740设置于第二轮730远离中心支架720的一侧，第一轮710、中心支架720以及第二轮730组成双轮中心支架720结构。本实施例中，探伤装置100用于在轨道上移动的编码轮70和轨道轮均可以采用双轮中心支架720结构。双轮中心支架720结构可以解决传统单轮双支架机构在遇到如刹车片等轨道上的障碍物时，因其中支架与障碍物碰撞导致小车无法行进的问题。
[0063] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0064] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
