轮轴超声波探伤的智能化技术研究

孟 园，宁 珅，邹 强，王 翔

(1.中国铁路上海局集团有限公司合肥车辆段 安徽合肥市 230011；2.马鞍山钢铁股份有限公司 安徽马鞍山市 243000；3.宝武集团马钢轨交材料科技有限公司 安徽马鞍山市 243000)

当前轨道交通正在向着信息化、智能化快速发展，未来将加大5G通信网络、大数据、区块链、物联网等新型基础设施建立、应用，形成大数据中心和人工智能平台[1]。在这一背景下，也给轨道交通用轮轴探伤技术带来了智能化高质量发展的新机遇，这其中信息建设是智能化的基础，信息建设分为数据采集层、生产组织层、作业监控层、应急指挥层、数据分析层、辅助决策层等几个层次。以轮轴超声波探伤现状为例，轮轴超声波探伤数据作为数据采集层中的一个部分，虽然探伤技术、能力等在大幅提升，但尚未做到基础数据自动采集和探伤数据传输，对轮轴超声波探伤过程和数据无法实现大数据处理，出现探伤设备先进与数据处理、结果判定落后之间的矛盾，设备、轮轴产品、判定准则、人员的信息以“孤岛”的形式存在，更谈不上轮轴超声波探伤网络化、智能化管理。因此现有的轮轴超声波探伤需要改进，才能实现轮轴超声波探伤作业的信息交互、智能辅助及智能判伤。

1 技术方案

1.1 目标

(1)运用扫码技术、无线传输技术及云计算技术，实现轮轴手工超声波探伤信息化、智能化；

(2)开展轮轴探伤检测智能库建设，通过局域网+智能检测实现轮轴探伤检测作业的信息交互、智能辅助及智能判伤。

1.2 技术路线

利用无线传输技术实现检测探伤数据与既有信息化系统相融合，即轮轴探伤检测相关数据与数据平台(如车辆段的信息系统)互通传输，且其他系统不能数据改动。设计实现二维码读取的数字化采集模块，实现轮轴探伤检测过程中作业人员、探伤检测信息数据采集与轮轴识别码绑定，以及数据的网络化传输与管理。运用云计算技术，建模形成分析判据，建立轮轴探伤检测智能库，实现轮轴探伤检测作业的智能辅助和智能判伤。

1.3 研究内容

(1)数据通信模块设计

设计并应用数据通信模块，使得多通道超声波探伤仪中检测数据及报表能够通过OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)技术[2]、[3]和无线网络传输[4]-[6]到某车辆段信息系统中，并确保数据传输中，探伤数据及报表不发生改变。

(2)轮轴信息自动读取

编制轮轴单件二维码[7]，实现一轮(轴)一码，数、码互通，实现现场扫码自动实现轮轴信息读取，轮轴信息与轮轴检测数据及报表完整合成。

(3)建立轮轴超声波探伤过程辅助和智能库

运用云计算技术，按照轮轴超声波探伤作业既定作业流程来建模分析建立轮轴超声波探伤过程辅助和智能库[8]-[9]，通过局域网+智能检测实现轮轴探伤作业的智能辅助和智能判伤。

1.4 关键技术

(1)图像处理与识别技术

通过无线扫码对探伤轮轴信息的自动录入，实现探伤信息和轮轴身份信息的绑定，为轮轴探伤信息网络化管理提供关键特性。

(2)远程数据传输技术

将采集到的数据(含信息)利用远程无线传输技术实现远距离发送与收集，从根本上消除以往传统现场作业相关数据、信息的“孤岛化”，实现轮轴探伤作业信息与服务器间的信息的链接、交互。

轮轴超声波探伤通过OPC技术实现作业现场设备检测、采集、处理的数据远程无缝对接服务器数据库；而以往要实现这一功能，往往需要进行底层软件的二次开发，编程复杂，兼容性、稳定性相对较弱。

(3)大数据云计算处理技术

传统的超声波探伤数据处理需要人工介入参与，而这与人员的判伤经验有直接关系。大宗数据往往更加使得人工处理过程出现判伤偏差的概率加大。而本案运用大数据云计算处理技术，先期在平台服务器上设定探伤判据准绳，当作业现场轮轴超声波探伤数据远程汇总进入后，直接进行数据运算分析，探伤管理分类，“一键式”自动生成轮轴探伤各类检修报表等，建模判断分析作业标准流程以数据实现探伤作业方案推送及探伤结果辅助判断，从而实现轮轴探伤作业的智能辅助和智能判伤。

2 技术构架

2.1 基本构架

本研究技术构架由信息采集、智能辅助和智能判伤等组成(见图1)，管理系统平台主体由硬件系统、软件系统以及服务器等构成。

图1 轮轴超声波探伤智能化技术构架图

(1)数据互通(数据采集层)

轮轴超声波探伤各种数据、信息等通过扫码识别技术、远程数据传输进行实时采集、信息收集、数据提取和识别。

(2)智能辅助(数据分析层)

在探伤作业过程中通过建模引导，逐步推送作业要求和方案，弥补职工业务素质差异，实现智能辅助作业，提高轮轴超声波探伤作业质量。

(3)智能判伤(辅助决策层)

对采集到的探伤数据、事件信息进行后加工依照作业流程处理，以及建模编排，最终自动优选应对方案和措施，同步反馈给探伤人员进行工作流程处理，基于智能库管理系统进行智能判伤。

2.2 硬件系统

(1)图像识别器。采用可实现金属二维码识别的扫描枪进行信息采集、无线传输等，识别准确率高、信息延时短。

(2)可移动式工作站。由移动承载车、不间断电源、超声波探伤系统等部分组成。

(3)平台系统服务器。触摸式显示屏、高配置工程控制机(千兆无线网络数据连接保障数据访问的流畅性)。

2.3 软件系统

软件系统包括服务器运行系统、智能辅助和智能判伤数据库存管理系统、终端嵌入式软件系统，以及相应的界面操作系统等。其中服务器内装SQL Server2012数据库。

以轮轴超声波探伤管理系统、轮轴超声波探伤智能库处理运行管理系统为主体的处理运行管理系统，在现行windows系统环境下运行。采用C#编程语言在.net框架下开发，利用Web Service技术可实现客房机和服务器相互交换数据或集成，极大的降低了与第三方软件在数据交互上的耦合性。

3 功能实现

3.1 轮轴超声波探伤仪无线传输应用升级

应用无线传输技术、OPC技术实现轮轴超声波探伤数据的远距离收集与发送、实现轮轴超声波探伤作业信息与服务器间的信息交互、实现现场设备的数据远程无缝对接服务器数据库。

3.2 实现超声波操伤流程化智能管理

通过对轮轴二维码扫码进行超声波探伤作业，使每一条轮对的超声波探伤信息跟轮轴二维码绑定，通过无线方式上传至服务器可以实时查询、终身追溯[8]。

应用二维码扫码技术通过无线扫码枪对探伤轮轴二维码的自动录入，将之前“人工观察、人工记录”的旧有模式变更升级为“信息读码化、台账自动合成化”的数字化、智能化采集模式。

所有超声波探伤作业项目完成后，在服务器里可以对轮轴超声波探伤结果直接查询，为诸如《铁路客车轮轴超声波探伤记录表》、《铁路客车车轮轮辋超声波探伤记录表》等记录提供轮轴超声波探伤信息，实现台账记录电子化、无纸化。

3.3 实现轮轴超声波探伤基层操作向着智能化提升

在探伤作业过程中通过建模引导，逐步推送作业要求和方案，弥补职工业务素质差异，实现智能辅助作业，提高轮轴超声波探伤作业质量。

依照作业流程对采集到的探伤数据、事件信息进行后加工处理后，开展事件信息处理、建模编排，自动优选应对方案和措施，反馈给探伤工进行工作流程处理，通过智能库管理系统进行智能判伤。

3.4 应用案例

在某车辆段对轮对车轴探伤时，根据轮型来推送统一的可视化作业方案，辅助探伤工按照推送的作业方案一步步进行作业，并对作业过程进行步步卡控，确保作业过程规范、无漏项。如对RD3A轮对超声波探伤时可按照如图作业流程作业(见图2)。作业过程中仪器可根据探头型号、探伤部位、波形等参数与智能库中既有的裂纹故障参数比对进行智能判伤。

4 结论

轮轴超声波探伤智能化已成未来发展趋势，无线传输技术及云计算技术可实现轮轴传统手工超声波探伤向信息化、自动判定提升；

图2 轮轴超声波探伤作业流程示例图

本文的设计以某车辆段探伤工程实际应用为出发点，设计搭建系统构架，完成轮轴超声波探伤管理系统和轮轴超声波探伤智能库管理系统，最终实现了轮轴超声波探伤作业的信息交互、智能辅助及智能判伤。