壓力容器自動化超聲波探傷系統-飛泰檢測儀器

自動化超聲波探傷系統組成與工作原理

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

系統的硬件部分主要包括滾輪架結構、探頭夾持定位機構、超聲波探頭、壓力供油裝置( 提供耦合劑) 、工控 機、示波器、編碼器等。軟件主要包括運動單元 PLC 控制程序，信號的自動采集，缺陷信號的自動判別、報警、波形實時顯示，數據的存儲記錄和缺陷標記等各種功能。

探傷檢測流程：通過滾輪架驅動，使工件勻速滾轉，探傷裝置探頭自適應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移動，在此運動規律下，探頭中心在工件表面所留檢測軌跡為雙螺旋線，并且設置使探頭在工件每旋轉一周后，回到與原始位置向前或向后相差一個步距( 探頭直徑與重疊檢測區域寬度之和) 的地方，直至探頭掃查軌跡覆蓋整個工件表面；由編碼器檢測工件旋轉角度和探頭軸向位置；供油系統為探頭和工件提供機油作為耦合劑；超聲波系統采集檢測信號，并通過軟件進行實時處理、保存和顯示；缺陷記錄標示系統通過軟件對采集到的缺陷信號進行位置標記，然后將標記區域進行人工復查，完成整個檢測過程。

自適應調整裝置

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 個探頭始終與工件表面相切，探頭架采用自適應調整裝置。在調整裝置中，中間探頭支撐架是基準，與探頭架外部裝置固定在一起，外側探頭支撐架對稱分布在中間探頭支撐架兩側，與擺角調節機構固定連接在一起。擺角調節機構由兩個對稱的曲柄滑塊機構所組成，兩曲柄滑塊機構共用一個機架和一個滑塊，由于結構尺寸相同，通過調節滑塊位置，就可以實現相同的曲柄擺角，即探頭面法線擺角。

油耦合系統設計

在超聲波探傷設備中，要想得到高質量的探傷信號，其耦合劑的供給非常重要。根據超聲波的性質，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入工件，探頭采集不到理想信號，也就無法對缺陷進行準確識別。本探傷設備中使用機油作為耦合劑，整個油耦合系統由油箱、過濾器、油泵、閥、輸油管線以及回油收集箱等部件組成。整個供油系統負責耦合劑機油的供應以及油的回收，油量可調，可循環利用。

控制系統設計

整套自動化探傷系統共用 4 臺伺服電動機和 2 臺交流電動機，其中伺服電動機用于驅動探頭架的軸向運動，交流電動機用于驅動工件的回轉運動。

系統控制原理

整套自動化探傷系統設備屬于多軸運動控制系統，采用 PLC 作為運動控制器的控制方案，以實現將預定目標轉換為期望的機械運動，準確實現位置控制、速度控制。本系統主要由旋轉運動控制單元、直線伺服驅動單元、數據通訊單元、安全保護單元、狀態監測及指示單元等組成。

系統控制過程

具體控制過程如下:

( 1) 系統啟動后，進入觸摸屏人機交互界面，在工件尺寸輸入界面輸入工件實際尺寸( 高度、直徑和壁厚) 。

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

( 3) 采用點動方式，實現探頭架及探頭的初始定位，調整好探頭的位置和初始壓力。

( 4) 啟動滾輪架的驅動電動機，通過控制器單元調速系統使工件達到設定速度。

( 5) 當工件運行平穩并通過設置的軸向起始位置磁開關時，觸發啟動探頭架伺服電動機，使其按照加速－ 勻速 － 減速的運動規律完成單個行程運動。

( 6) 開始反行程運動，其運動規律與正行程運動相同。

( 7) 檢測過程中，超聲波系統若發現缺陷，探傷儀將報警，并把報警信號作為觸發信號，開始記錄下此時工件旋轉角度和探頭軸向運動位置( 由編碼器測得) ，并保存以供后續復查使用。

( 8) 當探頭運動到指定周期數目后，控制探頭和滾輪架運動停止，完成整個探傷工作。

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