АКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК РЕЛЬСОВОГО СКАНЕРА ДЕФЕКТОСКОПА

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля, в том числе, с помощью ультразвуковых волн для визуализации внутреннего строения объекта и обнаружения внутренних дефектов, в частности, в рельсах.
Известно устройство для контроля железнодорожных рельсов, в частности, сварных швов рельсов, по патенту РФ на полезную модель №191658 (опубликован 15.08.2019), на поверхность катания рельса устанавливают устройство, которое состоит из механических приспособлений, обеспечивающих расстановку многоэлементных ультразвуковых преобразователей на фазированных решетках по отдельным сечениям рельса относительно центра сварного шва, обеспечивая действующую схему прозвучивания. При этом устройство выполнено с механизмом фиксации средства на рельсе и крепления подпружиненных кассет для установки датчиков. Работа устройства основана на применении фазированных решеток для расширения зоны сканирования, где каждый отдельный элемент отвечает за отдельный фрагмент сечения рельса: головка с поверхности катания, головка с боковой грани, шейки, перьев подошвы с рабочей и нерабочей граней. Устройство отличается тем, что содержит УЗ датчики, выполненные в виде многоэлементных фазированных решеток, с возможностью направления УЗ пучков под различными углами и фокусировки на любой глубине рельса.
Недостатком устройства является большое количество датчиков и необходимость фиксации положения устройства на рельсе на время измерения, что не позволяет обеспечить непрерывный контроль в движении.
Известно устройство для контроля железнодорожных рельсов, в частности, сварных швов рельсов, по патенту РФ на изобретение №2309402 (опубликован 27.10.2007), на поверхность катания рельса устанавливают ультразвуковой измерительный блок, содержащий несколько измерительных элементов, каждый из которых по соответствующим схемам прозвучивания способен обнаружить дефекты в определенной зоне сварного стыка рельса, последовательно зондируют сварной стык рельса измерительными элементами, для чего излучают зондирующие и принимают отраженные от возможных дефектов ультразвуковые сигналы, при этом на выбранные участки поверхности рельса устанавливают несколько ультразвуковых измерительных блоков, которые неподвижно закрепляют на них, выбирают дополнительные схемы прозвучивания между измерительными элементами, схемы прозвучивания измерительных элементов выбирают так, чтобы они совместно позволяли обнаружить дефекты во всем сечении сварного стыка рельса с заданной разрешающей способностью, при зондированиях измеряют амплитуды и временное положение отраженных сигналов, вычисляют пространственное положение дефекта, объединяют и отображают результаты всех зондирований, по которым оценивают их и принимают решение о качестве сварного стыка.
Недостатком устройства является большое количество измерительных блоков (ультразвуковых преобразователей), что увеличивает время на настройку устройства, а также низкое качество измерений, обусловленное неподвижностью системы позиционирования преобразователей, что ведёт к возможному пропуску и отсутствию оценки дефектов, так как дефекты могут иметь различную геометрическую ориентацию и положение в сварном шве, в том числе отсутствие профилометрии, как метода неразрушающего контроля.
Техническим результатом, на получение которого направлена полезная модель, является расширение арсенала устройств для визуализации внутреннего строения и обнаружения внутренних дефектов в рельсах.
Технический результат достигается в устройстве, которое содержит, четыре ультразвуковых преобразователя на фазированных решетках, размещенных на подвижной платформе, выполненной с возможностью перемещения по поверхности катания рельса, а преобразователи расположены вдоль оси рельса. При этом преобразователи реализуют одновременно (в зависимости от подключения) три метода контроля:
первый преобразователь ориентирован вдоль продольной оси рельса, и выполнен с возможностью реализации эхо-метода и зеркально-теневого метода контроля для прозвучивания всего сечения рельса в проекции шейки лучами с углом ввода 0 градусов и эхо-метода спектром лучей от 36 до 70 градусов для прозвучивания головки рельса;
второй и третий преобразователя развернуты, соответственно, к рабочей и к нерабочей граням головки рельса на одинаковый угол от продольной оси рельса и выполнены с возможностью прозвучивания головки рельса спектром лучей от 36 до 70 градусов, реализации эхо-метода, а при выявлении развитых поперечных трещин - с возможностью регистрации зеркально отраженных сигналов и реализации зеркального метода контроля;
четвертый преобразователь ориентирован вдоль продольной оси рельса и выполнен с возможностью реализации эхо-метода и спектром лучей от 36 до 70 градусов прозвучивания всего сечения рельса в проекции шейки.
Предпочтительно выполнение платформы с датчиком пути и устройством центрирования.
Предпочтительно выполнение первого преобразователя с направлениями углов ввода лучей в секторе от 0 градусов до 70 градусов вдоль продольной оси рельса.
Предпочтительно выполнение второго и третьего преобразователя с направлениями углов ввода в секторе от 36 до 70 градусов с разворотом в рабочую и не рабочую грани рельсов на 10-50 градусов относительно продольной оси рельса.
Предпочтительно выполнение четвертого преобразователя с направлениями углов ввода лучей в секторе от  36 градусов до 70 градусов, вдоль продольной оси рельса.
В одном из вариантов выполнения четвертый преобразователь ориентирован по ходу движения блока по поверхности рельса.
В одном из вариантов выполнения четвертый преобразователь ориентирован против хода движения блока по поверхности рельса.
В одном из вариантов выполнения первый преобразователь ориентирован по ходу движения блока по поверхности рельса.
В одном из вариантов выполнения первый преобразователь ориентирован против хода движения блока по поверхности рельса.
Предпочтительно размещение двух преобразователей с возможностью синхронного поворота от продольной оси рельса на угол из диапазона 10-50 градусов.
Предпочтительно выполнение подвижной платформы с закрепленной шарнирно штангой для передвижения подвижной платформы вдоль рельса, при этом штанга снабжена рукояткой, а к штанге прикреплены емкость с контактной жидкостью, блок управления и экран для визуализации результатов.
На фиг.1 представлен вид акустического блока рельсового сканера дефектоскопа 1, с закрепленной к его подвижной платформе 2 с помощью шарнира 3 штангой 4 для передвижения подвижной платформы 2 вдоль рельса 5, при этом штанга снабжена рукояткой 6, а к штанге прикреплены емкость с контактной жидкостью  7, блок управления 8 и экран для визуализации результатов 9.
На фиг.2 представлен акустический блок рельсового сканера дефектоскопа 1 с размещенными на нем преобразователями на фазированных решетках 10, 11, 12, 13, датчиком пути 14 и устройством центрирования 15.
На фиг.3 представлена схема прозвучивания преобразователя на фазированных решетках 10.
На фиг.4 представлена схема прозвучивания преобразователя на фазированных решетках 11.
На фиг.5 представлена схема прозвучивания преобразователя на фазированных решетках 12.
На фиг.6 представлена схема прозвучивания преобразователя на фазированных решетках 13.
Полезная модель может быть реализована в акустическом блоке рельсового сканера дефектоскопа 1, который содержит четыре ультразвуковых преобразователя 10, 11, 12, 13 на фазированных решетках, размещенных на подвижной платформе 2, выполненной с возможностью перемещения по поверхности катания 16 рельса 5, а преобразователи 10, 11, 12, 13 расположены вдоль оси рельса 5. При этом преобразователи 10, 11, 12, 13 реализуют одновременно (в зависимости от подключения) три метода контроля:
преобразователь 10 ориентирован вдоль продольной оси рельса 5, и выполнен с возможностью реализации зеркально-теневого метода контроля для прозвучивания всего сечения рельса 5 в проекции шейки лучами с углом ввода 0 градусов  и эхо-метода спектром лучей от 36 до 70 градусов для прозвучивания головки и всего сечения рельса в проекции шейки 5;
преобразователь 11 развернут, к рабочей грани рельса 5 на угол 34 градуса от продольной оси рельса 5, и выполнен с возможностью прозвучивания головки рельса 5, реализации эхо-метода, а при выявлении развитых поперечных трещин с возможностью регистрации зеркально отраженных сигналов и реализации зеркального метода контроля;
преобразователь 12 развернут к нерабочей грани рельса 5 на угол 34 градуса от продольной оси рельса 5 и выполнен с возможностью прозвучивания головки рельса 5, реализации эхо-метода, а при выявлении развитых поперечных трещин с возможностью регистрации зеркально отраженных сигналов и реализации зеркального метода контроля;
преобразователь 13 ориентирован вдоль продольной оси рельса 5, и выполнен с возможностью реализации эхо-метода и спектром лучей от 36 до 70 градусов прозвучивания всего сечения рельса в проекции шейки.
К подвижной платформе 2 с помощью шарнира 3 закреплена штанга 4 для передвижения подвижной платформы 2 вдоль рельса 5, при этом штанга снабжена рукояткой 6, а к штанге прикреплены емкость с контактной жидкость 7, блок управления 8 и экран для визуализации результатов 9. Кроме того, к подвижной платформе 2 прикреплены датчик пути 14 и устройство центрирования 15.
Устройство работает следующим образом. Платформа 2 акустического блока рельсового сканера дефектоскопа 1 перемещается вдоль рельса 5 путем ручного усилия, прилагаемого к рукоятке 6 штанги 4. Одновременно иммерсионная жидкость подается на поверхность катания рельса 5, обеспечивая постоянный контакт с ней преобразователей 10, 11, 12, 13. При этом с помощью датчика пути 14 и устройства центрирования 15 обеспечивается перемещение преобразователей 10, 11, 12, 13 вдоль центральной оси рельса 5. Преобразователь 10 осуществляет прозвучивание головки рельса 5, лучами, ориентированными вдоль оси рельса 5 по схеме, приведенной на фиг. 3, при этом осуществляется реализация зеркально-теневого метода контроля для прозвучивания всего сечения рельса лучами с углом ввода 0 градусов  5 в проекции шейки и эхо-метода спектром лучей от 36 до 70 градусов для прозвучивания головки рельса 5. Преобразователь 11 развернут, к рабочей грани рельса 5 на угол 34 градуса от продольной оси рельса 5, и осуществляет прозвучивание головки рельса 5 по схеме, приведенной на фиг. 4. Преобразователь 12 развернут, к нерабочей грани рельса 5 на угол 34  градуса от продольной оси рельса 5, и осуществляет прозвучивание головки рельса 5 по схеме, приведенной на фиг.5. При этом осуществляется реализации эхо-метода, а при выявлении развитых поперечных трещин регистрация зеркально отраженных сигналов и реализация зеркального метода контроля. Преобразователь 13 ориентирован вдоль продольной оси рельса 5, и осуществляет прозвучивание рельса 5 по схеме, приведенной на фиг.6. При этом осуществляется реализации эхо-метода спектром лучей от 36 до 70 градусов, прозвучивая все сечения рельса 5 в проекции шейки. Сигнал от преобразователей 10, 11, 12, 13 передается на блок управления 8 и визуализируется на экране 9. При работе с целью лучшей визуализации дефектов, преобразователи 11 и 12 могут быть синхронно повернуты на угол от 10 до 50 относительно оси рельса 5 к рабочей и нерабочей грани головки рельса, соответственно, в зависимости от вида и расположения обнаруженных дефектов, от преобладающего типа дефектов в головке рельса, которое напрямую зависит от пропущенного тоннажа, типа подвижного состава, типа рельсов, сезонного колебания температуры воздуха.
При этом схемы прозвучивания, изображенные на фиг.3-6 позволяют применять любое количество преобразователей и порядок их расстановки в зависимости от поставленных задач.
Таким образом, достигается заявленный технический результат в виде расширения арсенала устройств для визуализации внутреннего строения и обнаружения внутренних дефектов в рельсах.