壓力容器自動化超聲波探傷系統(tǒng)-飛泰檢測儀器

自動化超聲波探傷系統(tǒng)組成與工作原理

壓力容器自動化超聲波探傷系統(tǒng)主要包括機(jī)械支撐系統(tǒng)、超聲波系統(tǒng)、油耦合系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、缺陷記錄與標(biāo)示系統(tǒng)，屬于多系統(tǒng)融合與集成技術(shù)。

系統(tǒng)的硬件部分主要包括滾輪架結(jié)構(gòu)、探頭夾持定位機(jī)構(gòu)、超聲波探頭、壓力供油裝置( 提供耦合劑) 、工控 機(jī)、示波器、編碼器等。軟件主要包括運(yùn)動單元 PLC 控制程序，信號的自動采集，缺陷信號的自動判別、報(bào)警、波形實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)的存儲記錄和缺陷標(biāo)記等各種功能。

探傷檢測流程：通過滾輪架驅(qū)動，使工件勻速滾轉(zhuǎn)，探傷裝置探頭自適應(yīng)定位并以一定壓力壓在工件的表面，且沿著工件軸向方向勻速往復(fù)移動，在此運(yùn)動規(guī)律下，探頭中心在工件表面所留檢測軌跡為雙螺旋線，并且設(shè)置使探頭在工件每旋轉(zhuǎn)一周后，回到與原始位置向前或向后相差一個(gè)步距( 探頭直徑與重疊檢測區(qū)域?qū)挾戎? 的地方，直至探頭掃查軌跡覆蓋整個(gè)工件表面；由編碼器檢測工件旋轉(zhuǎn)角度和探頭軸向位置；供油系統(tǒng)為探頭和工件提供機(jī)油作為耦合劑；超聲波系統(tǒng)采集檢測信號，并通過軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、保存和顯示；缺陷記錄標(biāo)示系統(tǒng)通過軟件對采集到的缺陷信號進(jìn)行位置標(biāo)記，然后將標(biāo)記區(qū)域進(jìn)行人工復(fù)查，完成整個(gè)檢測過程。

自適應(yīng)調(diào)整裝置

面對表面圓周弧率不同的工件，為保證探頭架的通用性和探頭架上的 3 個(gè)探頭始終與工件表面相切，探頭架采用自適應(yīng)調(diào)整裝置。在調(diào)整裝置中，中間探頭支撐架是基準(zhǔn)，與探頭架外部裝置固定在一起，外側(cè)探頭支撐架對稱分布在中間探頭支撐架兩側(cè)，與擺角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定連接在一起。擺角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由兩個(gè)對稱的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)所組成，兩曲柄滑塊機(jī)構(gòu)共用一個(gè)機(jī)架和一個(gè)滑塊，由于結(jié)構(gòu)尺寸相同，通過調(diào)節(jié)滑塊位置，就可以實(shí)現(xiàn)相同的曲柄擺角，即探頭面法線擺角。

油耦合系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在超聲波探傷設(shè)備中，要想得到高質(zhì)量的探傷信號，其耦合劑的供給非常重要。根據(jù)超聲波的性質(zhì)，如果探頭與工件耦合困難，超聲波的反射率高，大量的超聲波能量無法進(jìn)入工件，探頭采集不到理想信號，也就無法對缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確識別。本探傷設(shè)備中使用機(jī)油作為耦合劑，整個(gè)油耦合系統(tǒng)由油箱、過濾器、油泵、閥、輸油管線以及回油收集箱等部件組成。整個(gè)供油系統(tǒng)負(fù)責(zé)耦合劑機(jī)油的供應(yīng)以及油的回收，油量可調(diào)，可循環(huán)利用。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整套自動化探傷系統(tǒng)共用 4 臺伺服電動機(jī)和 2 臺交流電動機(jī)，其中伺服電動機(jī)用于驅(qū)動探頭架的軸向運(yùn)動，交流電動機(jī)用于驅(qū)動工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。

系統(tǒng)控制原理

整套自動化探傷系統(tǒng)設(shè)備屬于多軸運(yùn)動控制系統(tǒng)，采用 PLC 作為運(yùn)動控制器的控制方案，以實(shí)現(xiàn)將預(yù)定目標(biāo)轉(zhuǎn)換為期望的機(jī)械運(yùn)動，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)位置控制、速度控制。本系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動控制單元、直線伺服驅(qū)動單元、數(shù)據(jù)通訊單元、安全保護(hù)單元、狀態(tài)監(jiān)測及指示單元等組成。

系統(tǒng)控制過程

具體控制過程如下:

( 1) 系統(tǒng)啟動后，進(jìn)入觸摸屏人機(jī)交互界面，在工件尺寸輸入界面輸入工件實(shí)際尺寸( 高度、直徑和壁厚) 。

( 2) 根據(jù)輸入的工件尺寸，由系統(tǒng)運(yùn)動算法自動確定出工件和探頭的運(yùn)動速度以及完成整個(gè)探傷過程探頭需要往復(fù)運(yùn)動的周期數(shù)、每周期的步進(jìn)量等，并將這些信息生成運(yùn)動指令，輸送給 PLC 控制器。

( 3) 采用點(diǎn)動方式，實(shí)現(xiàn)探頭架及探頭的初始定位，調(diào)整好探頭的位置和初始壓力。

( 4) 啟動滾輪架的驅(qū)動電動機(jī)，通過控制器單元調(diào)速系統(tǒng)使工件達(dá)到設(shè)定速度。

( 5) 當(dāng)工件運(yùn)行平穩(wěn)并通過設(shè)置的軸向起始位置磁開關(guān)時(shí)，觸發(fā)啟動探頭架伺服電動機(jī)，使其按照加速－ 勻速 － 減速的運(yùn)動規(guī)律完成單個(gè)行程運(yùn)動。

( 6) 開始反行程運(yùn)動，其運(yùn)動規(guī)律與正行程運(yùn)動相同。

( 7) 檢測過程中，超聲波系統(tǒng)若發(fā)現(xiàn)缺陷，探傷儀將報(bào)警，并把報(bào)警信號作為觸發(fā)信號，開始記錄下此時(shí)工件旋轉(zhuǎn)角度和探頭軸向運(yùn)動位置( 由編碼器測得) ，并保存以供后續(xù)復(fù)查使用。

( 8) 當(dāng)探頭運(yùn)動到指定周期數(shù)目后，控制探頭和滾輪架運(yùn)動停止，完成整個(gè)探傷工作。

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