Analisi e sviluppo di tecniche di misura non a contatto ad ultrasuoni per il rilevamento dei difetti nei binari ferroviari

The rails, due to the forces exchanged at the wheel-rail interface, environmental agents and manufacturing/installation errors, undergo phenomena of surface deterioration and internal defects which can lead to the formation of cracks in the material: defects which limit the energy efficiency of the vehicle, but above all they constitute a danger for passengers. For this, there is the need to create a system which allows to identify the defects in order to carry out preventive maintenance operations on the rail. The thesis's focus is the realization of a non-destructive and non-contact diagnostic system that uses ultrasound to identify the presence of anomalies in the target. As a first step, the wave propagation mechanisms and the phenomena that characterize them are studied, such as reflection, refraction, attenuation and diffraction phenomena: an operation necessary for the choice of the parameters for the experimentation. The technology used for the analysis is Laser-Ultrasonics where a laser beam hits the track (sample) and determines the generation of ultrasonic waves in the material while the reception takes place in the air by a piezoelectric probe. Three defects were analysed, a UIC 253 foot defect, a UIC 211 head defect and a UIC 235 stem defect; Afterwards, the measured values were processed by 2 families of algorithms. Finally, the analysis of the obtained results is carried out.

Le rotaie, a causa delle forze scambiate all’interfaccia ruota- binario, degli agenti ambientali e degli errori di fabbricazione/installazione, vanno incontro a fenomeni di deterioramento superficiale e difetti interni che possono portare alla formazione di fenditure nel materiale: difetti che limitano l’efficienza energetica del mezzo, ma soprattutto costituiscono un pericolo per i passeggeri. Da ciò, deriva la necessità di realizzare un sistema che permetta di individuare le difettosità al fine di effettuare delle operazioni di manutenzione preventiva della rotaia. Per fare ciò, questa tesi si focalizza nella realizzazione di un sistema diagnostico non distruttivo e non a contatto che utilizza gli ultrasuoni per identificare la presenza delle anomalie nel target. Come primo passo vengono studiati i meccanismi di propagazione delle onde e i fenomeni che le caratterizzano quali, fenomeni di riflessione, rifrazione, attenuazione e diffrazione: operazione necessaria per la scelta dei parametri per la sperimentazione. La tecnologia utilizzata per l’analisi è la Laser-Ultrasonics dove, un raggio laser colpisce il binario (campione) e determina la generazione delle onde ultrasonore nel materiale mentre, la ricezione avviene in aria da parte di una sonda piezoelettrica. Sono stati quindi analizzati 3 difetti, un difetto di piede UIC 253, un difetto di testa UIC 211 e un difetto di gambo UIC 235; In seguito, i valori misurati sono stati elaborati da 2 famiglie di algoritmi. Infine, viene effettuata l’analisi dei risultati ottenuti.