1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）管材焊縫渦流探傷儀設(shè)計(jì)的研究院 別控制工程學(xué)院專業(yè)名稱測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí)學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2012年6月15日管材焊縫渦流探傷儀設(shè)計(jì)的 研究摘 要近年來(lái)，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求也不斷的提高，鋼管在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有著重要的地位。為了提高管材產(chǎn)品的質(zhì)量、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少工業(yè)應(yīng)用事故，就要對(duì)管材進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)是在不破壞管材的前提下，檢查工件宏觀缺陷或測(cè)量工件特征的各種技術(shù)方法的統(tǒng)稱。無(wú)損檢測(cè)是工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)提高質(zhì)量、改進(jìn)工藝和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約原材料的重要手段，也是設(shè)備安全運(yùn)行的重要監(jiān)測(cè)手段。渦流檢測(cè)作為五大無(wú)損檢測(cè)手段之一，其檢測(cè)快速、成本低、易于

2、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，應(yīng)用于非鐵磁性管子，已是非常成熟的技術(shù)，它不單能探測(cè)出缺陷，并可以利用阻抗平面技術(shù)分析出缺陷所在的位置與深度。然而渦流檢測(cè)也存在其局限性，如將它簡(jiǎn)單地應(yīng)用于鐵磁性材料的管材，渦流只能集中在表面，無(wú)法滲透到材料的內(nèi)部，得不到預(yù)期的結(jié)果，這就提出如何使用最佳參數(shù)進(jìn)行管材焊縫渦流檢測(cè)這一課題。本設(shè)計(jì)根據(jù)制管控制工藝要求，首先采用單片機(jī)作為控制器，進(jìn)行控制裝置的硬件電路設(shè)計(jì)，應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，其次，進(jìn)行模擬調(diào)試。分別設(shè)計(jì)了渦流檢測(cè)電路，采集與處理電路，鍵盤顯示電路、控制電路等。關(guān)鍵詞：渦流檢測(cè)，工業(yè)制管，無(wú)損檢測(cè)Research on eddy current flaw detector

3、 on Steel Pipe AbstractAlong with industrial continuous development, the requirement of products quality is higher and higher, steel pipe take a important part in industrial. With the view of improving steel pipes products quality, lowering the labour intensity, and minimizing industrial accidents,

4、we must have an automatic crack testing. Non-destructive testing due to defective and change by using some physical quantities of materials, measuring the change, so as to judge the existence of defects within the material.Non-destructive testing is to achieve the control of quality in the industria

5、l production, save raw materials,improve process and improve the labor productivity of important means, but is also an important means of monitoring the safe operation of equipment.Eddy current testing is one of the five conventional methods of detection for the fast detection speed , very suitable

6、for the detection of conductive surface and near the surface crack. However, the eddy current testing also has its limitations, such as is vulnerable to detection parameters affect false defect signal, prone to error detection.It is proposed how to use the best parameters for the task bar surface ed

7、dy current crack detection.According to the pipe control process requirements of the design , we use SCM as the controller, the design of the control device hardware circuit,the design of applications and simulation debugging. Including eddy current detection circuit design, acquisition and processi

8、ng circuit design, the keyboard and display circuit design, control circuit design. Corresponding to the various modules of the application design.Keywords: Eddy Current Testing,Industrial Pipe,Nondestructive Testing目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc2112 1 緒論5 HYPERLINK l _Toc30328 1.1 課題研究背景及目的5

9、HYPERLINK l _Toc4635 1.2 國(guó)內(nèi)外管材切割機(jī)的發(fā)展5 HYPERLINK l _Toc26113 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究狀況5 HYPERLINK l _Toc10446 1.2.2 國(guó)外研究成果6 HYPERLINK l _Toc19481 1.3 國(guó)內(nèi)外渦流探傷儀研究狀況和研究成果7 HYPERLINK l _Toc27031 1.3.1 國(guó)內(nèi)研究狀況及成果8 HYPERLINK l _Toc23469 1.3.2 國(guó)外研究狀況及成果8 HYPERLINK l _Toc17326 1.4 渦流檢測(cè)的優(yōu)越性8 HYPERLINK l _Toc14096 1.5 課題的研究

10、方法8 HYPERLINK l _Toc26669 1.6 論文構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容9 HYPERLINK l _Toc19135 1.6.1 論文構(gòu)成9 HYPERLINK l _Toc14908 1.6.2 研究?jī)?nèi)容9 HYPERLINK l _Toc31579 2 總體方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc31579 10 HYPERLINK l _Toc18862 2.1 管材制管工藝 PAGEREF _Toc18862 10 HYPERLINK l _Toc29551 2.2 管材渦流探傷儀系統(tǒng)組成與工作原理 PAGEREF _Toc29551 10 HYPERLINK l _Toc20770

11、 2.2.1 系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc20770 10 HYPERLINK l _Toc24178 2.2.2 工作原理 PAGEREF _Toc24178 11 HYPERLINK l _Toc22774 3 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc22774 13 HYPERLINK l _Toc257 3.1 渦流檢測(cè)探頭設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc257 13 HYPERLINK l _Toc31133 3.2 被檢管材掃查形式 PAGEREF _Toc31133 15 HYPERLINK l _Toc30153 3.3 探頭架 PAGEREF _Toc30153 15 HYPE

12、RLINK l _Toc8144 3.4 馬鞍形焊接切割機(jī) PAGEREF _Toc8144 16 HYPERLINK l _Toc2121 3.4.1 控制原理 PAGEREF _Toc2121 16 HYPERLINK l _Toc5281 3.4.2 技術(shù)參數(shù)17 HYPERLINK l _Toc29188 3.5 AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)19 HYPERLINK l _Toc6021 3.5.1 渦流檢測(cè)電路 PAGEREF _Toc6021 20 HYPERLINK l _Toc24372 3.5.2 數(shù)據(jù)采集與處理電路 PAGEREF _Toc24372 21 HYPERLIN

13、K l _Toc19460 3.5.3 鍵盤顯示電路 PAGEREF _Toc19460 22 HYPERLINK l _Toc13480 3.6控制電路 PAGEREF _Toc13480 23 HYPERLINK l _Toc15731 3.6.1 探頭間隙跟蹤的邏輯控制 PAGEREF _Toc15731 23 HYPERLINK l _Toc11039 3.6.2 探頭邏輯控制板主要功能 PAGEREF _Toc11039 25 HYPERLINK l _Toc6500 3.6.3 探頭邏輯控制板主要電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc6500 25 HYPERLINK l _Toc31

14、340 4 各組成部分功能 PAGEREF _Toc31340 27 HYPERLINK l _Toc7874 4.1 下位機(jī) PAGEREF _Toc7874 27 HYPERLINK l _Toc15014 4.2 工控機(jī) PAGEREF _Toc15014 27 HYPERLINK l _Toc28344 4.3 坐標(biāo)采集系統(tǒng) PAGEREF _Toc28344 27 HYPERLINK l _Toc5110 5 檢測(cè)校正29 HYPERLINK l _Toc5580 5.1 管材渦流檢測(cè)中檢測(cè)參數(shù)分29 HYPERLINK l _Toc22982 5.1.1 棒材渦流檢測(cè)實(shí)驗(yàn)總體說(shuō)明2

15、9 HYPERLINK l _Toc5848 5.1.2 課題試件選材依據(jù)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc5848 30 HYPERLINK l _Toc21585 5.1.3 棒料裂紋加工 PAGEREF _Toc21585 30 HYPERLINK l _Toc20167 5.2 管材渦流檢測(cè)提離實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc20167 31 HYPERLINK l _Toc21490 5.3 棒材渦流檢測(cè)頻率實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc21490 34 HYPERLINK l _Toc32576 6 管材渦流檢測(cè)裂紋參數(shù)分析 PAGEREF _Toc32576 36 HYPER

16、LINK l _Toc17308 6.1 裂紋深度與輸出信號(hào)幅值和相位之間的關(guān)系 PAGEREF _Toc17308 36 HYPERLINK l _Toc32677 6.2 裂紋寬度與輸出信號(hào)幅值和相位之間的關(guān)系 PAGEREF _Toc32677 38 HYPERLINK l _Toc23650 6.3 本章小結(jié)39 HYPERLINK l _Toc20240 7 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc20240 41 HYPERLINK l _Toc27135 7.1 單片機(jī)子系統(tǒng)軟件 PAGEREF _Toc27135 41 HYPERLINK l _Toc22328 7.1.1 下位機(jī)C

17、PU 板單片機(jī)控制程序 PAGEREF _Toc22328 41 HYPERLINK l _Toc20655 7.1.2 探頭邏輯控制板單片機(jī)控制程序 PAGEREF _Toc20655 43 HYPERLINK l _Toc28504 7.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件 PAGEREF _Toc28504 47 HYPERLINK l _Toc18148 7.3 鍵盤顯示系統(tǒng)軟件 PAGEREF _Toc18148 49 HYPERLINK l _Toc26522 7.3.1 鍵盤處理控制程序 PAGEREF _Toc26522 49 HYPERLINK l _Toc2461 7.3.2 LCD顯示程

18、序50 HYPERLINK l _Toc3198 結(jié) 論52 HYPERLINK l _Toc20257 致 謝53 HYPERLINK l _Toc7876 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc7876 54 HYPERLINK l _Toc327477535 附 錄551 緒論1.1 課題研究背景及目的每年都有大量的管材廣泛地應(yīng)用于相關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域，如建筑、采油和橋梁等工程領(lǐng)域，為了完成長(zhǎng)尺度和大跨度的需要，有時(shí)要將數(shù)十根或數(shù)百根拉桿通過(guò)連接部件連接起來(lái)，實(shí)際工作中，任何一根發(fā)生斷裂都會(huì)造成巨大的事故。管材的無(wú)損檢測(cè)直接影響到經(jīng)濟(jì)效益和人員的生命安全，世界各國(guó)都對(duì)金屬管材的質(zhì)量檢測(cè)給以高度的重

19、視。無(wú)損檢測(cè)是在不破壞管材的前提下，檢查工件宏觀缺陷或測(cè)量工件特征的各種技術(shù)方法的統(tǒng)稱。常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法有：超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè) 、滲透檢驗(yàn) 、渦流檢測(cè)。 渦流檢測(cè)作為五大常規(guī)檢測(cè)手段之一具有易耦合、速度快、成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于檢測(cè)導(dǎo)電物體表面以及近表面裂紋。常見的金屬材料可分為兩大類：非鐵磁性材料和鐵磁性材料。前者為銅、鋁、鈦及其合金和奧氏體不銹鋼；后者為鋼、鐵及其合金。常規(guī)渦流探傷應(yīng)用于非鐵磁性管子，已是非常成熟的技術(shù)，它不單能探測(cè)出缺陷，并可以利用阻抗平面技術(shù)分析出缺陷所在的位置與深度。然而，將它簡(jiǎn)單地應(yīng)用于鐵磁性材料的鋼管，卻得不到預(yù)期的結(jié)果。渦流只能集

20、中在表面，無(wú)法滲透到材料的內(nèi)部。除此以外，鐵磁性材料的磁疇結(jié)構(gòu)，將對(duì)渦流檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生極大的干擾，足以把缺陷信號(hào)完全淹沒，而無(wú)法得到有用的信息。如何選取最佳的檢測(cè)參數(shù)，達(dá)到測(cè)試系統(tǒng)最高檢測(cè)精度將是提高表面裂紋的檢測(cè)靈敏度、降低漏檢等現(xiàn)象的發(fā)生主要途徑。本課題通過(guò)檢測(cè)參數(shù)和裂紋缺陷參數(shù)的基于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难芯浚贸隽肆鸭y尺寸參數(shù)、檢測(cè)參數(shù)與輸出信號(hào)阻抗之間的規(guī)律，通過(guò)這些研究，為檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和裂紋尺寸量化提供了理論基礎(chǔ)；以此可以大大的提高管材表面裂紋的檢測(cè)靈敏度，降低漏檢、誤檢等現(xiàn)象的發(fā)生。1.2 國(guó)內(nèi)外管材切割機(jī)的發(fā)展1.2.1 國(guó)內(nèi)研究狀況我國(guó)，管材切割機(jī)的發(fā)展先后經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段：

21、引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。如從德國(guó)引進(jìn)了DORSTENER公司仿制的YTONG切割機(jī)及生產(chǎn)技術(shù)建設(shè)了天津建材制品加氣混凝土生產(chǎn)線及愛舍（上海）新型建材；從韓國(guó)引進(jìn)了德國(guó)Vv3EHRHAHN第二代技術(shù)二手設(shè)備建設(shè)了勝利油田營(yíng)海建材有限責(zé)任公司加氣混凝土生產(chǎn)線。第二階段：不斷的消化吸收及模仿。如：中國(guó)東北建筑設(shè)計(jì)院在測(cè)繪6米HEBEL切割機(jī)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)設(shè)計(jì)成3.9m長(zhǎng)桿式切割機(jī)，由陜西玻璃纖維廠制造約1520套；常州加氣混凝土中心在參觀學(xué)習(xí)北京加氣混凝土廠引進(jìn)的DORSTENER公司仿Y11CING切割機(jī)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，制造了仿YTONG切割機(jī)，裝備于山東焦家金礦加氣混凝土生產(chǎn)線；常州加氣混凝土

22、中心仿制了常州加氣混凝土的HETEN切割機(jī)設(shè)計(jì)了分步式切割機(jī)，由常州天元工程機(jī)械制造，裝備于山東石橫電廠、上海宇山紅新型建材（二線）等。第三階段：自主研發(fā)。如：翻轉(zhuǎn)切割機(jī)1974年由國(guó)家建筑材料工業(yè)總局組織中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)院，在北京加氣混凝土廠進(jìn)行坯體翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在原哈爾濱工業(yè)加工廠邊設(shè)計(jì)，邊制造，邊安裝，建設(shè)了并建成年產(chǎn)10萬(wàn)m3加氣混凝土生產(chǎn)線，采用了現(xiàn)場(chǎng)邊設(shè)計(jì)、邊制造、邊安裝、邊調(diào)試、邊建廠方式自主研制成功了6m地面翻轉(zhuǎn)切割機(jī)，并建成生產(chǎn)線，地面翻轉(zhuǎn)切割機(jī)逐浙成為我國(guó)加氣混凝土工業(yè)主要機(jī)型。翻轉(zhuǎn)切割機(jī)的研發(fā)成功，對(duì)我國(guó)加氣混凝土工業(yè)發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)；預(yù)鋪鋼絲提升卷切式3.9m切割

23、機(jī)二十世紀(jì)八十年代，為了滿足加氣混凝土生產(chǎn)建設(shè)的需要建材工業(yè)部組織北京市建材設(shè)計(jì)所與常州建材設(shè)備制造廠合作，研制了預(yù)鋪鋼絲提升卷切式3.9m切割機(jī)。1.2.2 國(guó)外研究成果國(guó)外生產(chǎn)制造切割機(jī)或擁有切割機(jī)技術(shù)的有：、求勞克斯(DUROX)公司、伊通(YTONG)公司、司梯瑪(STEMA)公司、海波爾(HEBEL)公司、道斯騰(DORSTENER)公司、威漢(Vv3EHRHAHN)公司、西波列斯(SIPOREX)公司、烏尼泊爾(UNIPOL)公司、赫騰(HETEN)公司等。按坯體切割時(shí)的姿態(tài)可分為兩類：1、保持澆注硬化時(shí)的水平狀態(tài)進(jìn)行切割。2、將壞體翻轉(zhuǎn)90。側(cè)立后進(jìn)行切割。前者有西波列克(SLP

24、OREX)技術(shù)、求勞克斯(DUROX)技術(shù)、海波爾(HEBEL)技術(shù)、烏尼泊爾(UNIPOL)技術(shù)、司梯瑪(STEMA)技術(shù)、威漢(WEHRHAHN)第一代技術(shù)；后者有伊通(YTONG)技術(shù)、完全仿制YTONG的道斯騰(DORSTENER)技術(shù)以及對(duì)YTONG技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化并改動(dòng)的赫騰(HETEN)技術(shù)。另外，還有將中國(guó)地面翻轉(zhuǎn)技術(shù)與YTONG技術(shù)結(jié)合而成的威漢(WFHRHAHN)第二代技術(shù)1。1.3 國(guó)內(nèi)外渦流探傷儀研究狀況和研究成果1.3.1 國(guó)內(nèi)研究狀況及成果國(guó)內(nèi)的大型鋼廠對(duì)管材產(chǎn)品質(zhì)量要求非常高，若檢測(cè)不出管材表面的質(zhì)量缺陷，就會(huì)嚴(yán)重影響到后續(xù)產(chǎn)品的生產(chǎn)，但長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)很多質(zhì)量檢查部

25、門只能依靠肉眼去判斷鋼管的質(zhì)量狀況，在這種情況下，誤檢、漏檢的事件時(shí)有發(fā)生，每年由于質(zhì)量問題而引起的損失相當(dāng)嚴(yán)重。因此，國(guó)內(nèi)各大鋼廠急需建立一套可以準(zhǔn)確、有效的檢測(cè)鋼管表面缺陷的高效自動(dòng)化的檢測(cè)設(shè)備。在我國(guó)，渦流檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用可以追溯到上世紀(jì)60年代初。當(dāng)時(shí)，航空、有色金屬和冶金各部門已開始采用渦流法來(lái)檢測(cè)管材、成型金屬管的表面缺陷。80年代中期，由于渦流檢測(cè)技術(shù)局限于導(dǎo)電材料的表面檢測(cè)，且在可靠性和分辨力等方面尚存在較大的不足，它在各工業(yè)部門的應(yīng)用推廣一度不如超聲、射線和磁粉等常規(guī)檢測(cè)方法那么普遍。直至80年代后期，渦流檢測(cè)技術(shù)在理論研究、工業(yè)應(yīng)用、設(shè)備研制、人員培訓(xùn)和標(biāo)準(zhǔn)制定等方面才取得重

26、大的突破。當(dāng)前，渦流檢測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域己擴(kuò)展到核工業(yè)、航天、航空、機(jī)械、冶金、石油、化工、電力、有色金屬及汽車等部門。隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展對(duì)無(wú)損檢測(cè)提出的更高要求，以及電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，可以預(yù)見，渦流檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用必將日趨廣泛。至今，我國(guó)在學(xué)習(xí)、借鑒外國(guó)技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷消化、吸收，并結(jié)合實(shí)際情況，在渦流無(wú)損探傷領(lǐng)域不斷自主研發(fā)新產(chǎn)品。近年來(lái)成果不斷，我國(guó)率先推出多功能智能化HYPERLINK :/ wtwtwtwt /渦流探傷儀、多頻渦流探傷儀、雙頻雙通道渦流探傷儀等。目前，蘇州德斯森電子、上海纖導(dǎo)精密機(jī)電設(shè)備、南京潤(rùn)奇檢測(cè)儀器等在渦流探傷儀領(lǐng)域已取得顯著地成就。其中，南京潤(rùn)奇檢

27、測(cè)儀器是一家專門從事渦流、超聲波檢測(cè)理論研究，開發(fā)和生產(chǎn)高性能無(wú)損檢測(cè)儀器的專業(yè)機(jī)構(gòu)，長(zhǎng)期從事管、棒、絲線、板、帶材、機(jī)械零件的無(wú)損探傷，同時(shí)在材質(zhì)分選、硬度檢測(cè)、滲碳層深度、熱處理狀態(tài)、裂紋分析方面都有深入研究。產(chǎn)品廣泛用于電力、航空航天、冶金、石油化工、機(jī)械制造業(yè)。特別是對(duì)金屬焊縫、銅包鋁、銅包鋼、鋁包鋼、鋁塑復(fù)合管、鎢絲、鉬絲、鎳絲、鋯絲、銅管、銅棒、鋼絲、鋼管、鋁管、鈦管、葉片、螺栓、軸承等金屬材料探傷中處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，近年來(lái)成果不斷，率先在國(guó)內(nèi)推出多功能智能化渦流、超聲波自動(dòng)探傷流水線填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，有力促進(jìn)了我國(guó)檢測(cè)事業(yè)的發(fā)展。 1.3.2 國(guó)外研究狀況及成果 國(guó)外的無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)

28、普遍應(yīng)用在鋼管的檢測(cè)上，用于管材的檢測(cè)系統(tǒng)則相對(duì)較少。無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家主要以美國(guó)物理聲學(xué)公司PAC以及德國(guó)的Dantec Dynamics GmbH和法國(guó)的CMS等公司最為著名。其產(chǎn)品綜合應(yīng)用了射線、渦流、磁粉和超聲波等多種檢測(cè)方法。國(guó)外在無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)方面的研究較早，很早就建立起了較為先進(jìn)的管材集成無(wú)損檢測(cè)線，如九十年代初美國(guó)共和鋼鐵公司的管材無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)。該檢測(cè)系統(tǒng)把管材矯直和成型工序與自動(dòng)檢測(cè)和打捆工序完全集成起來(lái)，不但能夠檢測(cè)管材的外部和內(nèi)部質(zhì)量，而且能測(cè)定管材的鋼號(hào)，當(dāng)管材出現(xiàn)缺陷時(shí)，系統(tǒng)還可以自動(dòng)追蹤缺陷源的位置從而采取校正措施。1.4 渦流檢測(cè)的優(yōu)越性渦流檢測(cè)的優(yōu)越性主要包括

29、：1、對(duì)小裂紋和其它缺陷的敏感性；2、檢測(cè)表面和近表面缺陷速度快、靈敏度高； 3、檢驗(yàn)結(jié)果是即時(shí)性的；4、設(shè)備接口性好； 5、僅需要作很少的準(zhǔn)備工作； 6、測(cè)試探頭不需要接觸被測(cè)物； 7、可檢查形狀尺寸復(fù)雜的導(dǎo)體；1.5 課題的研究方法工業(yè)制管機(jī)是一種將鋼帶制成圓管的裝置。首先通過(guò)模具將鋼帶逐漸制成圓管，之后用氬弧焊機(jī)焊接無(wú)縫圓管。焊接質(zhì)量的好壞，需要通過(guò)專用的檢測(cè)裝置檢測(cè)。對(duì)于某一種型號(hào)鋼管，可調(diào)整焊接電流為標(biāo)準(zhǔn)值。在焊槍與焊縫之間距離波動(dòng)較小的情況下，可通過(guò)渦流檢測(cè)裝置檢測(cè)焊縫焊接質(zhì)量（焊面的高低有無(wú)裂縫等），有缺陷及時(shí)報(bào)警。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為控制器，選擇環(huán)式或扇型渦流探頭，采用差動(dòng)電路

30、或電橋電路（對(duì)比方法）來(lái)檢測(cè)焊縫質(zhì)量，輸出電壓經(jīng)過(guò)調(diào)理電路送入A/D轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)過(guò)微機(jī)運(yùn)算，與報(bào)警閥值比較，大于報(bào)警閥值，聲光報(bào)警，控制器自動(dòng)控制鋸切管材，將廢品鋸掉。節(jié)省材料，調(diào)高成品率。1.6 論文構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容1.6.1 論文構(gòu)成本文第一章主要介紹了課題研究背景及目的，國(guó)內(nèi)外研究狀況和研究成果；第二章主要介紹設(shè)計(jì)方案；第三、四章重點(diǎn)介紹課題中硬件選擇和硬件電路設(shè)計(jì)；第五、六章主要介紹了檢測(cè)、校正過(guò)程；第七章詳述軟件設(shè)計(jì)過(guò)程、調(diào)試問題和解決方案。1.6.2 研究?jī)?nèi)容根據(jù)制管控制工藝要求，采用單片機(jī)作為控制器，設(shè)計(jì)控制裝置的硬件電路；進(jìn)行渦流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)；采集與處理電路設(shè)計(jì)；鍵盤顯示電路設(shè)計(jì)

31、；控制電路設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)應(yīng)用程序；進(jìn)行模擬調(diào)試；2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 管材制管工藝 2.1 管材制管工藝流程圖制管工藝流程圖如圖2.1所示，根據(jù)制管控制工藝要求，采用單片機(jī)作為控制器，設(shè)計(jì)控制裝置的硬件電路，設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，進(jìn)行模擬調(diào)試。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括渦流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，采集與處理電路設(shè)計(jì)，鍵盤顯示電路設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)等。對(duì)應(yīng)各個(gè)模塊應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。2.2 管材渦流探傷儀系統(tǒng)組成與工作原理 2.2.1 系統(tǒng)組成渦流探傷儀的結(jié)構(gòu)方框圖如圖2.2所示，包括振蕩器、信號(hào)檢出電路、放大器、顯示器和電源基本電路；鑒別影響因素和抑止干擾電路的信號(hào)處理電路。2.2 渦流探傷儀的結(jié)構(gòu)方框圖2.2.2工作原理振蕩器為橋

32、接線圈提供電流以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)在試樣中感應(yīng)出渦流，使線圈的阻抗依據(jù)試樣情況發(fā)生變化，于是橋接電路輸出電壓也發(fā)生變化，即把線圈阻抗變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)信號(hào)的振幅很小，需用放大器加以放大，以便后繼單元（如相敏檢波器）之用。在橋路輸出信號(hào)中，除了有缺陷信號(hào)外，還有一些由其他因素引起的干擾信號(hào)。消除這些干擾信號(hào)應(yīng)采用信號(hào)處理單元，經(jīng)信號(hào)處理單元的分析處理最后輸出顯示、記錄并觸發(fā)報(bào)警裝置或分選門。圖2.3 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 圖2.4 渦流的產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象和渦流的產(chǎn)生見圖2.3和圖2.4。在圖2.3中，使線圈1和線圈2靠近，在線圈1中通過(guò)交流電，在線圈2中就會(huì)有感應(yīng)產(chǎn)生交流電。如果使用金

33、屬板代替線圈2，同樣也可以使金屬板導(dǎo)體產(chǎn)生交流電，如圖2.4。這種由交流磁場(chǎng)感生出來(lái)的電流叫渦流。在圖2.3中，試件中的渦流方法與給試件施加交流磁場(chǎng)線圈的電流相反。由渦流所產(chǎn)生的交流磁場(chǎng)也產(chǎn)生交變磁力線，它通過(guò)激勵(lì)線圈時(shí)又感生出反作用電流。如果工件中渦流變化，這個(gè)反作用電流也變化。測(cè)定它的變化，就可以測(cè)得渦流的變化，從而得到試件的信息。渦流的分布及其電流大小由線圈的形狀和尺寸，試驗(yàn)頻率，導(dǎo)體的電導(dǎo)率，磁導(dǎo)率，形狀和尺寸，導(dǎo)體與線圈間的距離以及導(dǎo)體表面的缺陷所決定的。因此，根據(jù)檢測(cè)到的試件中的渦流，就可以取得關(guān)于試件材質(zhì)，缺陷和形狀尺寸等信息。2在采用渦流檢測(cè)法時(shí)，通常都是將選定某一頻率并帶有一

34、定功率的交變信號(hào)輸送到檢測(cè)探頭的激勵(lì)線圈，使之在被檢材料或零件中感應(yīng)出渦流。此渦流也產(chǎn)生一個(gè)與原來(lái)磁場(chǎng)相反的交變磁場(chǎng)，使檢測(cè)探頭的測(cè)量線圈的阻抗和感應(yīng)電壓發(fā)生變化。由于被檢材料或零件的感應(yīng)渦流信號(hào)包含了被檢材料或零件的各種信息，在渦流檢測(cè)中通常采用具有阻抗分析功能的渦流探傷儀對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析，提取所需要的檢測(cè)結(jié)果信號(hào)。以管材渦流檢測(cè)為例，管材性能信息通過(guò)測(cè)量線圈(次級(jí)線圈)的阻抗和感應(yīng)電壓的變化來(lái)提供. 管材對(duì)線圈阻抗影響的主要因素有電導(dǎo)率、內(nèi)徑、管壁厚和相對(duì)磁導(dǎo)率。管材內(nèi)部缺陷、顯微組織、晶粒大小、硬度殘余應(yīng)力等都影響電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率。因此，從諸多的影響因素中提取所需檢測(cè)的信號(hào)，如探傷時(shí)提取

35、缺陷信號(hào)，材質(zhì)分選時(shí)提取硬度、殘余應(yīng)力等信號(hào)。3 硬件設(shè)計(jì)3.1 渦流檢測(cè)探頭設(shè)計(jì)渦流檢測(cè)探頭設(shè)計(jì)主要包括：線圈的結(jié)構(gòu)形狀、線圈電路的連接形式、線圈的形狀尺寸、檢測(cè)頻率、探頭的外形制作。探頭線圈按結(jié)構(gòu)形狀不同可劃分為三種：穿過(guò)式線圈、內(nèi)通過(guò)式線圈和探頭式線圈，如下圖3.1所示。探頭式線圈又稱為放置式線圈。在應(yīng)用過(guò)程中，外通過(guò)式線圈和內(nèi)穿過(guò)式線圈的軸線平行于被檢工件的表面，而放置式線圈的軸線垂直于被檢工件的表面。這種線圈可以設(shè)計(jì)、制作得很少，而且線圈中可以附加磁芯，具有增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度和聚焦磁場(chǎng)的特性，因此具有較高的檢測(cè)靈敏度，適用于各種板材、帶材和大直徑管材、棒材的表面檢測(cè)。內(nèi)通過(guò)式線圈可以檢測(cè)安

36、裝好的管件，或小直徑的深鉆孔、螺紋孔或厚壁管內(nèi)壁的表面質(zhì)量。穿過(guò)式線圈能檢測(cè)管材、棒材、線材等可以從線圈內(nèi)部通過(guò)的導(dǎo)電工件或材料(檢測(cè)管件外表面的缺陷)。圖3.1 不同應(yīng)用方式檢測(cè)線圈探頭線圈按其電路連接形式可分為：絕對(duì)式線圈和差動(dòng)式線圈。如圖3.2所示。圖3.2 不同連接方式的線圈絕對(duì)式線圈以一個(gè)或者數(shù)個(gè)線圈，用于反應(yīng)出試件所具有的電磁性質(zhì)，檢測(cè)時(shí)，不必同時(shí)檢測(cè)試件的另一部分線圈比較，此類即被稱為絕對(duì)式線圈，一般廣泛地被應(yīng)用于試件的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、尺寸變化和硬度變化。差動(dòng)線圈由兩組或多組線圈，以纏繞方向相反加以串聯(lián)，且各線圈間無(wú)互感現(xiàn)象發(fā)生，又因兩組線圈同時(shí)受相同的溫度影響，如此隨溫度變化的

37、情況可相互抵消，所以有溫度補(bǔ)償作用。若試件不同位置的電磁狀況有差異或與標(biāo)準(zhǔn)試件間有差異時(shí)，在系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生不平衡的狀況，如此缺陷或材質(zhì)不同就可以被檢出。絕對(duì)式與差動(dòng)式線圈的比較如表3.1所示。通過(guò)上述比較，可知對(duì)于缺陷的檢測(cè)適合于選用差動(dòng)式線圈，它具有抗干擾、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。自比較式是標(biāo)準(zhǔn)比較式的特例，比較的標(biāo)準(zhǔn)為同一被檢工件或材料上的不同部分。被測(cè)部位材料的物理性能及工件幾何參數(shù)的變化對(duì)線圈阻抗的影響較小，若被檢部位存在裂紋，則線圈會(huì)感應(yīng)出急劇變化的信號(hào)。檢測(cè)線圈的自比較方式適用于檢測(cè)管材表面的局部缺陷。本課題檢測(cè)設(shè)備使用探頭為放置式探頭，其線圈纏繞方式為自比較式差動(dòng)線圈。對(duì)于線圈的形狀尺寸，

38、形狀采用圓柱形，尺寸包括：線圈外徑、內(nèi)徑、厚度。對(duì)于線圈外徑，一般線圈外徑取被檢測(cè)管材的1/2左右。對(duì)于檢測(cè)頻率，渦流檢測(cè)的靈敏度及檢測(cè)深度在很大程度上取決于檢測(cè)頻率。對(duì)于放置式探頭檢測(cè)頻率f/fg一般取下列范圍：10f/fg 0.03 MPa） 等離子切割：（選配） 根據(jù)客戶切割厚度決定使用等離子電源型號(hào) 2、焊接 表3.2 接管直徑系列接管直徑基本尺寸范圍伸縮臂運(yùn)動(dòng)距離升降臂運(yùn)動(dòng)距離16063040040021001600750450以上參數(shù)可根據(jù)用戶要求定制。 本切割、焊接機(jī)器人可方便的安裝在操作機(jī)縮臂上也可安裝在移動(dòng)龍門式工藝架上。 本切割、焊接機(jī)器人可在圓柱筒體上焊接接管，可在筒體內(nèi)

39、也可在筒體外焊接。 圓柱筒體與焊接接管相貫形式為垂直正交（正馬鞍）、偏心垂直相貫（偏心馬鞍）。接管外徑100mm 1600mm，馬鞍量450mm。 本切割、焊接機(jī)器人可在橢球封頭和球形封頭上焊接接管，接管外徑100mm 1600mm，馬鞍量450mm，殼體與焊接接管相貫形式為軸向相貫或法向相貫。 回轉(zhuǎn)速度：0 2rpm 本切割、焊接機(jī)器人便于調(diào)整、對(duì)心、定位。 采用的埋弧焊機(jī)、送絲機(jī)由用方指定，或根據(jù)用戶技術(shù)要求選配。如可選用LINCOLN DC-1000 焊接電源、相配的控制箱及送絲機(jī)（如NA-5控制箱、NA4SF送絲機(jī)頭） 焊接電流： 2Fmax,式中Fmax為模擬信號(hào)的最高頻率。但在實(shí)際

40、應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)使FsFmax才能使數(shù)字量與模擬量有較好的擬合性。裂紋波形的頻率在100Hz，所以本測(cè)試系統(tǒng)的采集頻率定為1000Hz。AD574是AD公司生產(chǎn)的12位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換芯片。AD574的轉(zhuǎn)換時(shí)間為1535us。片內(nèi)有數(shù)據(jù)輸出鎖存器，并有三態(tài)輸出的控制邏輯。其運(yùn)行方式靈活，可進(jìn)行12位轉(zhuǎn)換，也可進(jìn)行8位轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果可直接以12位輸出，也可先輸出高8位，再輸出低4位。可直接與8位和16位的CPU接口。輸入可設(shè)置成單極性，也可設(shè)置成雙極性。片內(nèi)有時(shí)鐘電路，無(wú)需加外部時(shí)鐘。AD574適用于對(duì)精度和速度要求較高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。AD574的引腳AD574采用雙列直插式28引腳

41、封裝。各主要引腳的含義如下：DB11DB0輸出數(shù)據(jù)線。DB11為最高有效位，DB0為最低有效位。片選信號(hào)，輸入，低電平有效CE片使能信號(hào)，輸入，高電平有效R/數(shù)據(jù)讀出/啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)引腳，輸入。當(dāng)引腳為高電平時(shí)，允許讀A/D轉(zhuǎn)換器輸出的轉(zhuǎn)換結(jié)果；當(dāng)該引腳輸入低電平時(shí)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。和12兩者配合用于控制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是12位或位，以及數(shù)據(jù)輸出的格式（是12位的一次輸出還是先輸出高位，后輸出低位）。，表示啟動(dòng)一次12位轉(zhuǎn)換；，表示啟動(dòng)一次位轉(zhuǎn)換。12，表示12位數(shù)據(jù)并行輸出。STS轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端。該引腳在轉(zhuǎn)換過(guò)程中呈現(xiàn)高電平，轉(zhuǎn)換一結(jié)束立即返回到低電平。用戶可通過(guò)查詢?cè)撘_的狀態(tài)了解轉(zhuǎn)換是否

42、結(jié)束。10模擬信號(hào)輸入端，允許輸入的電壓范圍為10（單極性輸入時(shí)）或（雙極性輸入時(shí)）。20模擬信號(hào)輸入端，允許輸入的電壓范圍為20（單極性輸入時(shí)）或1010（雙極性輸入時(shí)）。BIP OFFSET偏置電壓輸入，用于調(diào)零。REFOUT內(nèi)部基準(zhǔn)電壓輸出端。REFIN基準(zhǔn)電壓輸入端。該信號(hào)與REFOUT配合，用于滿刻度校準(zhǔn)。AD574的操作AD574內(nèi)部的控制邏輯能根據(jù)CPU給出的控制信號(hào)而進(jìn)行轉(zhuǎn)換或讀出操作。只有在CE=1且=0時(shí)才能進(jìn)行一次有效操作。當(dāng)CE、同時(shí)有效，而R/為低電平時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，至于是啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換還是8位轉(zhuǎn)換，則由來(lái)確定。=0時(shí)啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換，=1時(shí)啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換；當(dāng)CE、同時(shí)

43、有效，而R/為高電平時(shí)是讀出數(shù)據(jù)，至于是一次讀12位還是12位分兩次讀出，則由12引腳確定。若12接+5V，則一次并行輸出12位數(shù)據(jù)；若12接數(shù)字地，則由控制是讀出高8位還是低4位。3.5.3鍵盤顯示電路在測(cè)量?jī)x表中，工程人員通過(guò)鍵盤向系統(tǒng)發(fā)送命令選擇功能和參觀數(shù)，從顯示系統(tǒng)上獲得系統(tǒng)信息。因此，對(duì)于一個(gè)完整的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，鍵盤顯示系統(tǒng)是用戶或操作人員同系統(tǒng)進(jìn)行信息交換所必不可少的部分。鍵盤鍵盤是一組按鍵開關(guān)的集合，是控制命令和參數(shù)的主要輸入口。目前，智能測(cè)量控制儀表的一個(gè)發(fā)展方向是鍵盤的一鍵多功能，按鍵越少，功能越來(lái)越強(qiáng)。在本系統(tǒng)中，鍵盤的主要功能是系統(tǒng)復(fù)位、參數(shù)和選擇。其硬件電路如圖3.6所示

44、。圖3.6 鍵盤接口電路（）顯示系統(tǒng) 液晶顯示器（LCD）具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等諸多其它顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地用于各種儀器、儀表、電子設(shè)備等低功耗產(chǎn)品中，點(diǎn)陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示圖形、曲線及漢字，并能夠?qū)崿F(xiàn)多種動(dòng)畫顯示效果，使人機(jī)界面更加友好，使用操作也更加靈活、方便。精電公司的MGLS12864內(nèi)置兩片HD61202和一片HD6120液晶驅(qū)動(dòng)控制器，它是一種帶有驅(qū)動(dòng)輸出的圖形顯示控制器，可直接與位微處理器接口，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，MGLS12864是使用兩片HD61202作為列驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)使用一片IJ061203作為行驅(qū)動(dòng)器的12864點(diǎn)陣的液晶模

45、塊，兩片HD61202分別控制液晶的左右半屏，它可直接與位微處理器接口，MGLS12864顯示器單電源供電，面積為7870（mm），視域?yàn)?244（ram），點(diǎn)陣為12864，有兩個(gè)控制器，20個(gè)引腳。3.6控制電路3.6.1探頭間隙跟蹤的邏輯控制間隙跟蹤示意圖如圖3.7所示,探頭間隙的控制過(guò)程如下：不探傷時(shí)，探頭處于P0 位置，線性接近開關(guān)輸出電壓為10V。在收到下位機(jī)CPU發(fā)送的探頭前進(jìn)指令后，探頭快速向前驅(qū)進(jìn)。在距離軋輥表面4mm 左右時(shí)（P1 位置），線性接近開關(guān)輸出電壓明顯下降，大約降至5V 左右，這時(shí)探頭開始以慢速繼續(xù)前進(jìn)，直至到達(dá)P3 位置開始探傷。在探傷過(guò)程中，由于軋輥輥形變化

46、引起探頭和輥面間隙發(fā)生變化時(shí)，探頭間隙將進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，具體如下：- 在探頭邏輯控制板的單片機(jī)程序中設(shè)定一個(gè)V（數(shù)字量）。- 當(dāng)探頭和輥面之間的間隙變大，線性接近開關(guān)的輸出電壓也隨之升高，當(dāng)輸出電壓的增量達(dá)到V 時(shí)，此時(shí)探頭位于P2 位置，這時(shí)探頭邏輯控制板發(fā)出探頭前進(jìn)指令，使探頭重新前進(jìn)至P3 位置。- 當(dāng)探頭和輥面之間的間隙變小，線性接近開關(guān)的輸出電壓也隨之降低，當(dāng)輸出電壓的減小量達(dá)到V 時(shí)，此時(shí)探頭位于P4 位置，這時(shí)探頭邏輯控制板發(fā)出探頭后退指令，使探頭重新退回至P3 位置。圖3.7 間隙跟蹤示意圖從上述探頭間隙跟蹤的邏輯控制可知，在探傷過(guò)程中，探頭邏輯控制板的CPU不斷地對(duì)線性接近開關(guān)

47、的輸出電壓進(jìn)行A/D采樣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電壓值的變化量達(dá)到預(yù)設(shè)定值時(shí)，則發(fā)出探頭前進(jìn)或后退的指令，直到探頭重新回到探傷位置。這一過(guò)程是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的。但是要注意的是在間隙電壓瞬態(tài)值和設(shè)定值之間必須要設(shè)定一個(gè)變化量V，只有變化量達(dá)到V時(shí)，才進(jìn)行間隙調(diào)整。如果不設(shè)置V或者V設(shè)置的過(guò)小，將會(huì)產(chǎn)生探頭抖動(dòng)的現(xiàn)象，反而會(huì)對(duì)探傷的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。3.6.2探頭邏輯控制板主要功能探頭邏輯控制板功能框圖如圖3.8所示,主要包括以下功能：圖3.8 探頭邏輯控制板功能框圖（1） 通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制探頭的動(dòng)作：快速前進(jìn)、慢速前進(jìn)、間隙保持、快速后退。（2） 定時(shí)對(duì)線性接近開關(guān)信號(hào)進(jìn)行A/D采樣，根據(jù)A/D采樣值來(lái)決定步進(jìn)電

48、機(jī)的動(dòng)作。（3） 在探頭距離管材表面過(guò)近的情況下，能自動(dòng)退回探頭，起到保護(hù)探頭的作用。（4） 在探傷過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)探頭與管材表面的間隙，并對(duì)間隙變化進(jìn)行補(bǔ)償。（5） 對(duì)探頭運(yùn)動(dòng)的前后極限位置具有檢測(cè)能力，防止探頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程中超過(guò)機(jī)械行程而損壞。（6） 接收下位機(jī)CPU板發(fā)過(guò)來(lái)的進(jìn)、退探頭的命令。（7） 將探頭的工作狀態(tài)發(fā)給下位機(jī)CPU板。3.6.3探頭邏輯控制板主要電路設(shè)計(jì)（1）線性接近開關(guān)信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換電路線性接近開關(guān)信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3.9所示，我們使用位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC549對(duì)線性接近開關(guān)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在接近開關(guān)輸出的電壓信號(hào)進(jìn)入TLC549之前首先進(jìn)行分壓，以防止探頭在離

49、開探傷位置后接近開關(guān)產(chǎn)生的將近10V的電壓對(duì)芯片造成損壞，并且使用穩(wěn)壓管將輸入電壓鉗制在5V以下，來(lái)對(duì)芯片進(jìn)行保護(hù)。圖3.9 A/D轉(zhuǎn)換電路步進(jìn)電機(jī)控制電路步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定，脈沖頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。4 各組成部分功能4.1 下位機(jī)下位機(jī)是整個(gè)探傷系統(tǒng)的信號(hào)處理單元，主要由振蕩檢測(cè)板、濾波板、探頭邏輯控制板和CPU板組成。它通過(guò)多股屏蔽電纜與渦流探頭系統(tǒng)和坐標(biāo)采集系統(tǒng)相連接，并通過(guò)RS232通訊接口與工控機(jī)相連接。下位機(jī)的主要功能：接

50、收、處理來(lái)自探頭的檢測(cè)信號(hào)和來(lái)自坐標(biāo)采集系統(tǒng)的坐標(biāo)信號(hào)。通過(guò)RS232接口和工控機(jī)進(jìn)行通訊，由工控機(jī)對(duì)檢測(cè)信號(hào)、坐標(biāo)位置信號(hào)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。通過(guò)下位機(jī)的前面板顯示當(dāng)前檢測(cè)到的裂紋與軟點(diǎn)信號(hào)的最大值及其相應(yīng)的坐標(biāo)值。控制步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作，調(diào)整探頭與管材表面之間的間隙，在探傷過(guò)程中對(duì)間隙變化進(jìn)行補(bǔ)償。4.2 工控機(jī)工控機(jī)是自動(dòng)渦流探傷系統(tǒng)的人機(jī)交互單元。操作人員通過(guò)安裝在工控機(jī)上的探傷儀操作軟件輸入管材的信息、修改探傷儀的性能參數(shù)以及向探傷儀下達(dá)探傷啟動(dòng)和終止等指令。工控機(jī)通過(guò)RS232串行通訊口與管材控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，向下位機(jī)傳遞數(shù)據(jù)和下達(dá)指令，同時(shí)從下位機(jī)接受探傷數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成探傷圖譜并保存

51、。工控機(jī)上的操作軟件還具備對(duì)探傷數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和檢索的功能。4.3 坐標(biāo)采集系統(tǒng)渦流探傷儀必須對(duì)管材的軸向坐標(biāo)信號(hào)進(jìn)行采集，才能夠在探傷結(jié)果上顯示出管材的長(zhǎng)度。目前，我們所使用的渦流探傷儀對(duì)管材軸向位置信號(hào)的采集是采用在管材磨床Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的尾部加裝一個(gè)絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)，而旋轉(zhuǎn)編碼器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間靠一個(gè)聯(lián)軸器連接。采用這種方法來(lái)獲取軸向位置信號(hào)，對(duì)聯(lián)軸器的安裝要求很高，因?yàn)槟ゴ餐鶑?fù)臺(tái)在移動(dòng)過(guò)程中，Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速非常高，最高可達(dá)6000轉(zhuǎn)/分鐘。在如此高轉(zhuǎn)速下工作，編碼器和電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸之間必須保持較好的同心度，否則聯(lián)軸器很快便會(huì)被扭斷。針對(duì)這種情況，我們多次嘗試將編碼器的位置調(diào)整到最佳并且

52、使用抗扭強(qiáng)度較高的彈性聯(lián)軸器，但效果不明顯，聯(lián)軸器仍然經(jīng)常損壞，是目前渦流探傷儀的一個(gè)較為薄弱的環(huán)節(jié)。在新的探傷系統(tǒng)中，我們采用激光測(cè)距的方法來(lái)進(jìn)行管材軸向坐標(biāo)數(shù)據(jù)的采集。采用激光測(cè)距的方法，不僅數(shù)據(jù)的精度高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障率低，便于維護(hù)。5 檢測(cè)校正5.1 管材渦流檢測(cè)中檢測(cè)參數(shù)分5.1.1 棒材渦流檢測(cè)實(shí)驗(yàn)總體說(shuō)明棒材渦流檢測(cè)實(shí)驗(yàn)流程圖如圖5.1。圖5.1 棒材渦流檢測(cè)實(shí)驗(yàn)流程本章實(shí)驗(yàn)選用的材料為20 鋼，首先對(duì)16mm、20mm 和24mm 的棒料進(jìn)行刻制裂紋作為檢測(cè)的樣桿，利用渦流檢測(cè)儀對(duì)不同直徑系列的裂紋進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)用控制變量法通過(guò)不斷地調(diào)整檢測(cè)頻率和提離得到不同檢測(cè)參數(shù)下檢測(cè)信

53、號(hào)。利用小波多分辨率分析對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)行缺陷特征提取，最終標(biāo)定得到工作參數(shù)與檢測(cè)信號(hào)之間的規(guī)律。5.1.2課題試件選材依據(jù)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介(1) 實(shí)驗(yàn)試件材料選擇 本課題試件所選材質(zhì)為20 鋼，它的平均含碳量為0.20%，是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼其塑性好，易于拉拔、沖壓、擠壓、鍛造和焊接。課題選取20 鋼的主要原因有兩個(gè)：1) 20 鋼這種材料主要要用于建筑結(jié)構(gòu)件和橋梁當(dāng)中承受拉壓應(yīng)力，大部分桿件在使用之前都要經(jīng)過(guò)加工硬化，如果加工硬化之前桿件上存在裂紋源這樣加工硬化就可能是裂紋源擴(kuò)展成裂紋，這樣實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中就可能出現(xiàn)事故。所以選取20 鋼做渦流檢測(cè)試驗(yàn)有實(shí)際工程意義；2) 本課題跟希望通過(guò)20 鋼

54、這種低碳鋼材料為例來(lái)研究棒料渦流檢測(cè)的一些規(guī)律。(2) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器為SMART2097 智能便攜多頻渦流探傷儀，該設(shè)備采用先進(jìn)的渦流檢測(cè)技術(shù)、以及數(shù)字電子技術(shù)和微處理技術(shù)于一體。儀器采用最先進(jìn)的微處理技術(shù)、DSP 技術(shù)和STM 工藝制造技術(shù)，性能穩(wěn)定可靠，信噪比高。能實(shí)施有效地檢測(cè)金屬材料缺陷，區(qū)分合金種類和熱處理狀態(tài)，以及厚度測(cè)量等。是一款使用性能很強(qiáng)的多功能、數(shù)字化便攜式電磁檢測(cè)設(shè)備。 SMART-2097 中各電子模塊集成化、智能化程度很高，可實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”操作SMART-2097 智能便攜式渦流探傷儀與傳統(tǒng)的NDT 法比較，最顯著的特點(diǎn)是：檢測(cè)是不需要對(duì)部件表面進(jìn)行任

55、何處理，檢測(cè)速度快，探頭提離信號(hào)小(提離幾毫米甚至十幾毫米時(shí)對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響不大)。因此，該儀器不僅適合與部件(如管道、焊縫、港口機(jī)械、葉片等)的大面積普查，且可開展定量分析的工作。5.1.3棒料裂紋加工參照?qǐng)A鋼穿過(guò)式渦流探傷檢測(cè)方法GB/T 112601996 對(duì)裂紋尺寸的要求，人工缺陷(槽深、槽寬、槽長(zhǎng))根據(jù)圓鋼產(chǎn)品和規(guī)格選定或由供需雙方另行商定。槽深為直徑的1%5%，槽深允許偏差為10%h 但不得超過(guò)0.05，裂紋寬度不超過(guò)0.5mm。本課題對(duì)直徑為16mm、20mm 和24mm 的20 棒材材上預(yù)制一組橫向裂紋，尺寸如下：16mm：深度0.1，寬度0.5mm；20mm：深度0.1，寬度0

56、.56；20mm：深度0.1，寬度0.62在16mm 的棒材上預(yù)制兩組裂紋，尺寸如下：裂紋寬度0.26mm，深度分別為0.1、0.15、0.2、0.25mm；裂紋深度0.2mm，寬度分別為0.36、0.43、0.53、0.71mm；5.2管材渦流檢測(cè)提離實(shí)驗(yàn)提離效應(yīng)是影響系統(tǒng)輸出信號(hào)的幅值和相位的一個(gè)重要因素之一，對(duì)于提離效應(yīng)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的影響要有全面的估計(jì)，選取合適的提離值，可以提高檢測(cè)精度降低干擾對(duì)輸出信號(hào)的影響以保證檢測(cè)的精度。提離實(shí)驗(yàn)，提離實(shí)驗(yàn)是固定檢測(cè)頻率不變，通過(guò)調(diào)整探頭與被測(cè)樣桿之間的距離從而測(cè)得不同的信號(hào)，待進(jìn)行提離實(shí)驗(yàn)裂紋尺寸如表5.1。表5.1 提離實(shí)驗(yàn)裂紋尺寸直徑/mm16

57、2024裂紋深度/mm0.10.10.1裂紋寬度/mm0.50.560.62圖5.2 提離實(shí)驗(yàn)流程圖實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊环矫鏋榘舨臏u流檢測(cè)選擇合適的探頭提離，另一方面通過(guò)提離實(shí)驗(yàn)找到檢測(cè)頻率一定條件下探頭提離與檢測(cè)信號(hào)之間的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)流程如圖5.2所示：表5.2 提離實(shí)驗(yàn)檢測(cè)信號(hào)幅值相位探頭提離/mm直徑16mm直徑20mm直徑24mm幅值/mV相位/幅值/mV相位/幅值/mV相位/0377.5135.8255145.2231130.80.5340132.3221140.3207127.61237128.8103.25136.7126.5123.91.515412580131.6861192125119

58、61128.854.5111.52.575116.440126.332.2113.7354.511227123.625122圖5.3 不同提離下輸出信號(hào)幅值從圖5.3(縱坐標(biāo)為對(duì)數(shù)刻度)觀察發(fā)現(xiàn)信號(hào)信號(hào)幅值與探頭提離關(guān)系曲線有近似線性關(guān)系，可得到這樣的結(jié)論：缺陷渦流信號(hào)的幅值大小隨著探頭提離的增加而急劇減少；在探頭提離很小時(shí)同裂紋信號(hào)幅值很大，當(dāng)探頭比較大時(shí)缺陷信號(hào)幅值非常小。將探頭提離與信號(hào)相位關(guān)系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維圖，如圖5.4所示。圖5.4 不同提離與輸出信號(hào)相位關(guān)系從這組曲線中可得到這樣的結(jié)論當(dāng)探頭提離小于2mm時(shí)，缺陷信號(hào)相位隨著探頭提離的增加而減小。在提離值很小時(shí)信號(hào)相位角比較大；當(dāng)提

59、離值增加時(shí)信號(hào)相位角減小。圖5.5 棒材提離（小于1.5mm 時(shí)）與輸出信號(hào)相位關(guān)系當(dāng)探頭提離值小于1.5mm時(shí)，缺陷信號(hào)相位角與探頭提離值之間呈線性關(guān)系，為了直觀分析，將曲線在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行線性擬合：提離值小于等于1.5mm時(shí)，線性擬合標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.1162、0.4483、0.6111，此時(shí)可以認(rèn)為探頭提離與信號(hào)相位角之間有線性關(guān)系，即=kd+b其中d為探頭提離為檢測(cè)信號(hào)相位角。這樣如果用阻抗信號(hào)相位分量來(lái)識(shí)別判定裂紋缺陷的位置和深度，當(dāng)提離值小于1.5mm時(shí)一方面可以減少提離對(duì)表面裂紋測(cè)量精度的影響另一方面也可以提高識(shí)別精度和可靠性。5.3 棒材渦流檢測(cè)頻率實(shí)驗(yàn)圖5.6 頻率實(shí)驗(yàn)流程圖

60、渦流檢測(cè)激勵(lì)頻率選擇理論分析可知：為了使棒材表面產(chǎn)生渦流，必須對(duì)電渦流流探頭施加激勵(lì)信號(hào)。由于趨膚效應(yīng)，激勵(lì)頻率越高，滲透深度越小，而渦流探傷的靈敏高就越高。因此，必須選取一個(gè)合適的激勵(lì)信號(hào)頻率，在保證滲透深度的條件下，系統(tǒng)具有較高的靈敏度。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖且环矫嫱ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)的方法找到渦流檢測(cè)較好的檢測(cè)頻率另一方面通過(guò)固定探頭提離變檢測(cè)頻率實(shí)驗(yàn)找到渦流檢測(cè)探頭頻率與檢測(cè)信號(hào)之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)所用的樣桿及樣桿上裂紋的尺寸同提離實(shí)驗(yàn)一樣，這里不一一列出。實(shí)驗(yàn)流程圖如下5.6 所示。在檢測(cè)相位和增益不變的情況下，隨著檢測(cè)頻率逐漸從20Hz 增加到200kHz，檢測(cè)頻率從20kHz 增加到60kHz，阻抗幅度呈上升