圓盤水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn).docx

1、盤水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)學(xué)院：數(shù)理與.土木工程學(xué)院專業(yè)：應(yīng)用物理學(xué)姓名：王粵桐學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)老師：張國(guó)才職 稱：講師中國(guó)珠海二。二。年五月存在缺陷。最后通過(guò)軟件對(duì)掃查數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，處理以及成像。通過(guò)最終的超聲檢測(cè)波 形對(duì)被檢工件進(jìn)行分析，來(lái)反映被測(cè)零件的質(zhì)量，可用于缺陷統(tǒng)計(jì)、定位、定量等操作。電腦主機(jī)：探傷卡A 連接LabviewLabview發(fā)送信息碼探頭帶動(dòng)mvRIO控制器連接電源三軸絲桿°步進(jìn)電機(jī) <驅(qū)動(dòng)器圖3. 1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1材料的定制水箱由于實(shí)驗(yàn)室己有的水箱尺寸太小，結(jié)合本課題的情況，為了方便觀察探頭以及試件 在掃查進(jìn)程中的實(shí)時(shí)情況，需要重新設(shè)計(jì)一個(gè)透明的水

2、箱。根據(jù)被檢工件的尺寸大小及 承重能力，需要定制一個(gè)長(zhǎng)80cm、寬60cm、高40cm、厚8mm的玻璃水箱（見圖3. 2）?？紤]到此玻璃水箱的結(jié)實(shí)程度及裝水后的重量，為了方便移動(dòng)，在水箱外加裝一個(gè) 鋁合金框架（見圖3.3）,并在鋁合金底部安裝四個(gè)可剎輪（見圖3.4）。圖3. 2水箱圖3. 3鋁合金框架圖3. 4可剎輪被檢工件（圓盤）為了實(shí)現(xiàn)圓盤水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，因?qū)嶒?yàn)室沒有本課題所需的圓盤，故而定制 了一個(gè)材料為45號(hào)鋼的圓盤。此圓盤直徑為150mm、厚度為15mm, 一共有四個(gè)刻槽（可 視為缺陷）o具體缺陷尺寸、分布可見圖3. 5、圖3. 6：圖3. 5圓盤標(biāo)識(shí)圖圖3. 6圓盤實(shí)物圖轉(zhuǎn)動(dòng)

3、裝置為了能夠使被檢工件（圓盤）能夠轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，配合探頭，更有效更快速的檢測(cè)圓盤, 需要一個(gè)能帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。具體設(shè)計(jì)如下：先將上板用螺絲裝在軸承上，使上板固定在軸承上，同樣中板與軸 承用相同的方式連接在一起。中板套在底板上，防水步進(jìn)電機(jī)固定在底板中心位置。此 時(shí)的防水步進(jìn)電機(jī)在軸承和中板中間，防水步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸從中板、軸承穿過(guò)至上板， 頂部與上板平齊。轉(zhuǎn)軸與上板中心點(diǎn)固定成為一體，當(dāng)防水步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)上板 轉(zhuǎn)動(dòng)。最后可把圓盤對(duì)心放在上板上面，即完成圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3. 7轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3.2重要零部件的選用探頭在本設(shè)計(jì)中選用5P14F50探頭。水浸超聲檢測(cè)時(shí)使用的探頭一般是聚焦探頭。我們 平時(shí)檢

4、測(cè)時(shí)常用到的是普通的探頭，普通探頭易擴(kuò)散，削弱能量，檢測(cè)靈敏度降低。在 被設(shè)計(jì)中需要用到聚焦探頭來(lái)彌補(bǔ)普通探頭的不足。聚焦探頭分點(diǎn)聚焦和線聚焦，點(diǎn)聚焦探頭的信噪比和靈敏度比線聚焦探頭較好， 而線聚焦探頭的掃查范圍、掃查速度和檢測(cè)效率比點(diǎn)聚焦探頭都好。但是對(duì)于小于聲束 寬度的相同缺陷大小的檢測(cè)能力是一致的。對(duì)于圓盤水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)來(lái)說(shuō)，會(huì)選擇掃 查范圍、掃查速度和檢測(cè)效率較好的線聚焦探頭。步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是以驅(qū)動(dòng)器做為指引的，因此步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器是配套使用的。通過(guò)控制 脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率來(lái)控制角位移量和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位和調(diào)速的目的 9O根據(jù)系統(tǒng)的需求，在木設(shè)計(jì)中選用了兩種不同類型的

5、步進(jìn)電機(jī)，一種是帶動(dòng)掃查架 運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，一種是在水中帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的防水步進(jìn)電機(jī)。(1) 帶動(dòng)掃查架運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)：選用了型號(hào)為57BYGH56的二相混合式步進(jìn)電機(jī)。這型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)的主要特點(diǎn)為: 運(yùn)行穩(wěn)定、加速性能好、高效率、低振動(dòng)。表3. 1 57BYGH56型號(hào)的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角(° )機(jī)身長(zhǎng)(mm)相電流(A)相電阻(Q )靜轉(zhuǎn)矩(kg. cm)轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量(g. cm2)引線數(shù)(根)重量(kg)1.8562.80.912.630040.7(2) 在水中帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的防水步進(jìn)電機(jī)：本設(shè)計(jì)由于是水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，所以選用的步進(jìn)電機(jī)需要注意防水，故選用 型號(hào)為EKP5

6、7HS108-20S4-FS的57二相防水步進(jìn)電機(jī)，可水下三米內(nèi)工作。這型號(hào)步進(jìn) 電機(jī)的主要特點(diǎn)為適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用質(zhì)。表3. 2 EKP571IS108-20S4-FS的57二相防水步進(jìn)電機(jī)步距角(°)機(jī)身長(zhǎng)(mm)電流(A)電阻(Q )電感(mH)1.810822.25.4靜力矩（Nm）定位力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（gcm2）引線數(shù)（根）重量（kg）1.23.528041. 1驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主要功能是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈 沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。57BYGH56型號(hào)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)器為ZD-6560-V4型號(hào)，

7、該驅(qū)動(dòng)器 高集成度、高抗干擾能力，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，也可分開控制單個(gè)步進(jìn)電機(jī)，也 有過(guò)熱自動(dòng)保護(hù)功能。EKP57HS108-20S4-FS型號(hào)的57二相防水步進(jìn)電機(jī)機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)器為DM542型號(hào)。圖3. 7控制器與膽動(dòng)器的連接MyRIO-1900 控制器步進(jìn)電機(jī)電源該驅(qū)動(dòng)器抗高頻干擾能力強(qiáng)；內(nèi)部集成了參數(shù)自動(dòng)整定功能。圖3. 8驅(qū)動(dòng)器與零件的連接控制器控制器是根據(jù)接收從Labview中發(fā)送過(guò)來(lái)的指令去控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，然后使得 步進(jìn)電機(jī)能被調(diào)速、制動(dòng)等操作。它還能完成協(xié)調(diào)和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作。控制器的基本功能是根據(jù)Labview發(fā)送的信息碼，對(duì)其發(fā)送過(guò)來(lái)的信息碼進(jìn)行譯碼， 再由操作控

8、制部件有序地控制各部件，完成操作碼規(guī)定的功能。本設(shè)計(jì)中，選用myRI0-1900型號(hào)的控制器,它可使用Labvicw進(jìn)行編程。myRIO 有三個(gè)接口，驅(qū)動(dòng)器與其中一個(gè)接口連接，將myRIO通過(guò)USB線纜與計(jì)算機(jī)相連（控制 器程序見圖3.10）。連接至電腦USB端口電源圖3. 9控制器連接口發(fā)射接收卡在本設(shè)計(jì)中，探傷卡選用的是型號(hào)為CTS-04PC的超聲發(fā)射接收卡。CTS-04PC超聲 發(fā)射接收卡是基于PCI總線的多通道超聲探傷卡，每卡具有4個(gè)超聲波通道冒。根據(jù)應(yīng) 用的需要，探傷卡可以進(jìn)行二次開發(fā)，在這里就通過(guò)Labview這個(gè)軟件進(jìn)行二次開發(fā)。 通過(guò)PCI總線與Labvicw通信，通道波形使用

9、計(jì)算機(jī)屏幕顯示，可觀察波形、數(shù)據(jù)及報(bào) 警情況等（探傷卡程序見圖3.11） o圖3. 11探傷卡采集回波信號(hào)圖3. 11探傷卡采集回波信號(hào)3.3掃查裝置掃查裝置是由三軸掃查架和線聚焦探頭組成。三軸掃查架是由四根的絲桿搭建構(gòu)成，此絲桿是由絲桿螺母、螺桿、支撐座和滾珠 組成。其中兩根絲桿作為Y軸、一根絲桿為X軸、一根絲桿作為Z軸（見圖3.12）。Z 軸主要調(diào)控探頭距工件的距離即水距,X、Y軸移動(dòng)可實(shí)現(xiàn)定軸方向帶動(dòng)探頭的勻速移動(dòng), 起到掃查作用。掃查架使用螺絲固定在鋁合金框架上。為確保掃查定位的精確性，本設(shè)計(jì)選擇了 1204規(guī)格型號(hào)（即絲桿直徑為12mm導(dǎo)程 為4nun）的滾珠絲桿。滾珠絲桿的主要功能

10、是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為線性運(yùn)動(dòng)，同時(shí)兼具高 精度、可逆性等特點(diǎn)'。X、Y、Z三軸設(shè)計(jì)的有效行程分別為500mm、400mm> 200mm。其中X軸的滾珠絲桿 長(zhǎng)520mm, Y軸的滾珠絲桿長(zhǎng)680mm。水平負(fù)載量為56kg,垂直（拉力）負(fù)載量為15kg, 足以?shī)A持本設(shè)計(jì)中的探頭。在Labview中輸入指令并發(fā)送信息碼到控制器，經(jīng)過(guò)步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)滾珠絲桿。三軸上夾持的液浸線聚焦探頭進(jìn)行掃查工作。圖3. 12三軸掃查架3.4控制系統(tǒng)本設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)的控制部分以Labview為主。通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件Labview輸入?yún)?shù)、 發(fā)射信號(hào)給myR10-1900控制器，以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

11、為指引，使得步進(jìn)電機(jī)控制三軸移 動(dòng)，并通過(guò)探頭夾持裝置帶動(dòng)探頭移動(dòng)。超聲波通過(guò)水作為耦合劑，到達(dá)圓盤進(jìn)行掃查 檢測(cè)，在計(jì)算機(jī)Labview的前面板中能夠?qū)崟r(shí)顯示出A型波形，從而實(shí)現(xiàn)圓盤的端面掃 查檢測(cè)。3.4.1 labview操作前面板Labview的控制操作主要分為三個(gè)部分：（1）探傷卡設(shè)置：用于輸入基本參數(shù)（見圖3.13）；（2）機(jī)械設(shè)置：調(diào)節(jié)三軸的移動(dòng)方向、移動(dòng)距離和移動(dòng)速率（見圖3. 14）；（3）圖像顯示：掃查結(jié)果的顯示（見圖3.15） o在本設(shè)計(jì)中，在探傷卡設(shè)置界面、機(jī)械設(shè)置界面中輸入任何參數(shù)都可觸發(fā)事件結(jié)構(gòu)內(nèi)部的程序。圖3.13探傷卡設(shè)置前面板圖3. 14機(jī)械調(diào)整前面板圖3.

12、15圖像顯示前面板具體操作步驟i步驟一：在探傷卡設(shè)置界面輸入基本參數(shù)（如波幅、增益等）。i步驟二：在機(jī)械設(shè)置界面，通過(guò)調(diào)整“三軸移動(dòng)距離”“三軸移動(dòng)速度”“三軸移動(dòng)方向”使檢測(cè)探頭檢測(cè)起始位置處于圓盤端面邊上。輸入單軸信息碼確定探頭掃 查的水平探測(cè)距離（即圓盤端面的半徑）、移動(dòng)方向等。i步驟三：待所有參數(shù)都調(diào)整好后，點(diǎn)擊“發(fā)送信息碼”按鍵開始進(jìn)行自動(dòng)掃查檢測(cè), 可通過(guò)點(diǎn)擊“停止檢測(cè)”暫停掃查過(guò)程。i步驟四：通過(guò)圖像顯示界面，采集掃查結(jié)果，可實(shí)時(shí)查看掃查出來(lái)的波形圖。當(dāng)掃 查到缺陷時(shí)，波形圖會(huì)顯示缺陷對(duì)應(yīng)的缺陷回波?？捎涗洸杉降穆暡ㄗ兓Y(jié)果， 并將掃查結(jié)果保存在計(jì)算機(jī)中，便于后續(xù)分析結(jié)果或回看

13、。程序框圖設(shè)計(jì)整個(gè)自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)的核心是程序框圖。本檢測(cè)系統(tǒng)的程序編程主要使用了平鋪 式順序結(jié)構(gòu)、Whilc循環(huán)、事件結(jié)構(gòu)。平鋪式順序結(jié)構(gòu)為程序的最外層結(jié)構(gòu)，內(nèi)包含有五幀，具體內(nèi)容見圖3.16。這種結(jié) 構(gòu)能使程序按一定的順序執(zhí)行，本程序中的五幀是從左至右的執(zhí)行相關(guān)的命令。在本程 序中，從初始化并啟動(dòng)探傷卡、初始化控制面板、While循環(huán)執(zhí)行系統(tǒng)、保存參數(shù)并停 止探傷卡到關(guān)閉探傷卡聽。事件結(jié)構(gòu)1A型脈沖顯示（初始化并啟動(dòng)探傷卡；|初始化控制備就While循環(huán)執(zhí)行系統(tǒng)I ；|保存參數(shù)并停止探傷卡 I關(guān)閉探傷卡事件分支1事件分支2迭定軸迭擇調(diào)整的軸袖方向掃查精度袖速度調(diào)節(jié)掃查速度袖移動(dòng)距離軸移動(dòng)距

14、離單軸信息碼掃查信息迭擇事件結(jié)構(gòu)2調(diào)整探傷卡設(shè)置，包括卡 號(hào)、零點(diǎn)、增益等設(shè)置。發(fā)送單軸信息碼 發(fā)送掃查信息事件分支3圖3. 16程序設(shè)計(jì)整個(gè)程序編程設(shè)計(jì)的核心部分則是While循環(huán)執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的內(nèi)容。該循環(huán)執(zhí)行系 統(tǒng)中包括了兩個(gè)事件結(jié)構(gòu)：事件結(jié)構(gòu)1、事件結(jié)構(gòu)2。兩個(gè)事件結(jié)構(gòu)跟A型脈沖顯示又 是息息相關(guān)的。（1）事件結(jié)構(gòu)1：連接著前面板中的探傷卡設(shè)置界面。在這個(gè)事件結(jié)構(gòu)中主要是針 對(duì)卡的參數(shù)設(shè)置。在這個(gè)界面中可以輸入探傷卡的通道、卡號(hào)、零點(diǎn)、范圍、增益、報(bào) 警方式等等。在事件結(jié)構(gòu)1中包含著22個(gè)事件分支，每個(gè)事件分支對(duì)應(yīng)著一個(gè)值的設(shè)置，例如事件分支1是“控制面板.卡號(hào)”：值改變，這就代表這個(gè)事

15、件分支1是表示 探傷卡的卡號(hào)，可通過(guò)前面板輸入。0超町拉副國(guó)版.卡號(hào).： ifl改支2) 控制網(wǎng)板.通道通道&:更瞄.控制面板.通酒.閘門.W： <6改變 ，5»典板.發(fā)JT電任(VT： tfl汶受 .控制畫成.;»宜方式： fiSS6 .控制面伍改變，投制面板.重復(fù)超Hz):值歡7 .笠制m氐.遍道.頓網(wǎng)e：值改竟.控制面： 1BK28 .控制面版.通道.通裁.:值改芟.技制成孜通道.虢(C).:值改受9 控制直配.通道.方吱H(n滬ffi»2.按制面板.通道薄點(diǎn)(10ns):值改變10 .&刨宜成通退.范國(guó)(10”).: ifi汶受.控制

16、IE友通道.移位(10ns).: 1H3S11 .控制面坂.通循.23烘(0.1 db).:值改變技制II夜.通道詞門啟用用(?。褐蹈氖?【18) 笠制廈嗔.通道.聞門.報(bào)警方式.：值茹19 控制面？S.通酒.闡門.rXfi(IOns):值改受,投制西S.通道.聞門.OBOOns):值改安20 .控制IB板.通道.聞門JF5(%).:值2®門： t&KSE圖3. 17事件結(jié)構(gòu)1(2) 事件結(jié)構(gòu)2：連接著前面板中的機(jī)械設(shè)置界面。在這個(gè)事件結(jié)構(gòu)中主要用于調(diào) 節(jié)探頭位置，以及設(shè)定要掃查多大的一個(gè)平面。在此事件結(jié)構(gòu)中包含著3個(gè)事件分支。 事件分支1：主要是用于設(shè)置探頭的起始位置。如探

17、頭一開始不是位于理想位置, 可將通過(guò)選定某個(gè)軸、選擇軸方向(有正向、反向兩種選擇)、調(diào)節(jié)軸移動(dòng)速度和移動(dòng) 距離調(diào)整探頭位置。若要通過(guò)三個(gè)軸調(diào)整，那么可再設(shè)置一個(gè)事件結(jié)構(gòu)，里面包含三個(gè) 事件分支(X軸、Y軸、Z軸)。單選定某軸，確定軸方向、移動(dòng)速度、移動(dòng)距離后，形 成一個(gè)由10個(gè)字符組成的單軸信息碼。第0個(gè)字符(圖3. 18第根線)一一發(fā)送單軸信息，為“9” ；第1個(gè)字符(圖3. 18第根線)一一選定需要控制的軸，X軸是1, Y軸是2, Z 軸是3；第2個(gè)字符(圖3. 18第根線)一一移動(dòng)方向，反向用0表示，正向用1表示；第345個(gè)字符(圖3. 18第根線)一一移動(dòng)距離；第678個(gè)字符(圖3.

18、18第根線)一一移動(dòng)速度；第9個(gè)字符(圖3. 18第根線)結(jié)束符，為“9”。先輸入單個(gè)字符，最后利用連接字符串連接形成一個(gè)單軸信息碼。在這以選定X軸 為例：9101235409,這就是X軸的單軸信息碼。若要調(diào)整三個(gè)軸，也可把三個(gè)軸調(diào)節(jié)好 后，選擇三維信息碼，點(diǎn)擊發(fā)送信息碼后，系統(tǒng)就執(zhí)行這個(gè)指令了。圖3. 18單軸信息碼 事件分支2：主要設(shè)定掃查面。在本設(shè)計(jì)中，檢測(cè)時(shí)是防水步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn) 動(dòng)，同時(shí)檢測(cè)探頭以一定的速度從圓盤邊往圓盤中心移動(dòng)，兩者配合完成整個(gè)圓盤端面 的掃查。根據(jù)這種情況，可以知道掃查過(guò)程中只需要移動(dòng)X軸進(jìn)行端面檢測(cè)，故而在事 件分支2中的掃查信息碼也為單軸信息碼，設(shè)定好參數(shù)后

19、就點(diǎn)擊發(fā)送信息碼。但與事件 分支1中的單軸信息碼的移動(dòng)速度、距離等參數(shù)不同。在本設(shè)計(jì)中，被檢工件圓盤的周 長(zhǎng)為471mm，根據(jù)GB/T47013標(biāo)準(zhǔn)掃查速度不得超過(guò)150nun/s,所以探頭檢測(cè)時(shí)的速度 是4s移動(dòng)7mm。而防水電機(jī)要與探頭配合工作，所以電機(jī)的轉(zhuǎn)速也是4s轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)。 事件分支3：主要是發(fā)送事件分支1的單軸信息碼和事件分支2的掃查信息碼。 當(dāng)事件分支1和事件分支2的信息碼設(shè)定好后，點(diǎn)擊發(fā)送信息碼，將會(huì)發(fā)送到myRIO-1900 控制器。也就是說(shuō)Labview發(fā)送到myRIO-1900控制器的主要有單軸信息碼和掃查信息 碼。圖3. 20事件分支3（3）While循環(huán)執(zhí)行系統(tǒng)中還包括了

20、事件結(jié)構(gòu)之外的一件事：探傷卡波形數(shù)據(jù)的采 集與顯示，使得呈現(xiàn)出A型脈沖波形°While循環(huán)中的兩個(gè)事件結(jié)構(gòu)不斷的被監(jiān)控，若 是兩個(gè)事件結(jié)構(gòu)中任何一個(gè)事件結(jié)構(gòu)被觸發(fā)，都會(huì)改變波形數(shù)據(jù)的采集與顯示。Labview 與控制器通訊后，以驅(qū)動(dòng)器作為指引，探傷卡對(duì)超聲回波數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，采集的超 聲回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰浖羞M(jìn)行處理并顯示波形。（下圖3.21為隨機(jī)數(shù)形成的波形，并 非是檢測(cè)結(jié)果的波形）波形圖表澳|波形圖表澳|圖3. 21隨機(jī)數(shù)組形成的波形3.5圖像顯示的結(jié)果分析掃查出來(lái)的結(jié)果通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件Labview前面板，結(jié)合超聲發(fā)射接收卡將A型波形 圖反饋顯示出來(lái).為了對(duì)圓盤的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確

21、性和穩(wěn)定性的評(píng)估，我們通過(guò)人工手 動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)來(lái)驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的成功性。首先確保能明顯看出圖像上缺陷的存在，操作重復(fù)性較高。以圖像分析前面板顯示 的結(jié)果，確定缺陷數(shù)量與圓盤的缺陷是否一致。再使用CTS-9006或CTS-1002探傷儀進(jìn) 行反復(fù)檢測(cè)圓盤，對(duì)檢測(cè)到的缺陷進(jìn)行定性定量的分析。實(shí)際檢測(cè)的結(jié)果和自動(dòng)檢測(cè)的 結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，若與使用自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)果類似，自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果得以驗(yàn)證。若本設(shè)計(jì)不僅能對(duì)此圓盤進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)，對(duì)其他的圓盤工件也可以進(jìn)行精確穩(wěn)定誠(chéng)信承諾書本人鄭重承諾：本人承諾呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)圓盤水浸超聲自動(dòng) 檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立開展研究取 得的成果，文中引用他人的觀點(diǎn)

22、和材料，均在文后按順序列出其參 考文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)使用的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。本人簽名：王粵桐日期：2020年5月13日的檢測(cè)，那么可得本設(shè)計(jì)是成功的。4總結(jié)4.1結(jié)論通過(guò)對(duì)超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)一系列的學(xué)習(xí)和研究，設(shè)計(jì)了一套圓盤水浸超聲自動(dòng)檢測(cè) 系統(tǒng)。此檢測(cè)系統(tǒng)可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢測(cè)，避免了很多不確定因素，提高了檢測(cè)質(zhì)量和 檢測(cè)效果。但是，本設(shè)計(jì)還存在著不足的地方，對(duì)于探頭起始位置的設(shè)置，并不能完全 做到自動(dòng)化定位，這步需要人工設(shè)定，這就帶來(lái)相應(yīng)的誤差。其次本設(shè)計(jì)中只涉及到一 維方向的掃查，如果進(jìn)行三軸掃查，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)圓盤的平面掃查了。針對(duì)本設(shè)計(jì)，己經(jīng) 完成了對(duì)圓盤的水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的基木功能，達(dá)到

23、了本設(shè)計(jì)的目的了。4.2展望針對(duì)以上存在的不足，希望能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行以下升級(jí)改造：（1）實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化檢測(cè)，減少人工誤差。（2）能對(duì)掃查檢測(cè)得到的結(jié)果進(jìn)行更深一步的分析，如能直觀缺陷的相對(duì)位置， 自動(dòng)對(duì)缺陷結(jié)果進(jìn)行分析。（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型圓盤的檢測(cè)。謝辭通過(guò)對(duì)圓盤水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多有關(guān)于水浸檢測(cè)以及自動(dòng)檢測(cè) 的一些知識(shí)，并且對(duì)Labview有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。在此十分感謝學(xué)校以及給予我在這次 的畢業(yè)設(shè)計(jì)上幫助與付出的老師和同學(xué)，如果沒有老師和同學(xué)給予理論和技術(shù)上的幫 助，估計(jì)很難完成本次設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)的完結(jié)也意味著我在北京理工大學(xué)珠海學(xué)院的四年大學(xué)生涯即將進(jìn)入尾聲， 十分的感謝本校

24、四年來(lái)的栽培與照顧。我將會(huì)為步入社會(huì)做好準(zhǔn)備，在未來(lái)的道路上做 好自己！圓盤水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)摘要五大常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中的超聲波檢測(cè)在各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，圓盤是一種 應(yīng)用范圍非常廣泛的零件。本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)研發(fā)的現(xiàn)狀及圓 盤檢測(cè)的現(xiàn)狀，結(jié)合超聲檢測(cè)原理，設(shè)計(jì)了一套圓盤水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)，選擇了適用于本系統(tǒng)的探頭、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、探傷卡和 myRI0-1900控制器等硬件，并結(jié)合圖形化編程軟件Labvicw編寫系統(tǒng)控制程序。設(shè)計(jì)出 來(lái)的檢測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)三軸掃查裝置的靈活控制、超聲回波信號(hào)的采集和波形的形成。 關(guān)鍵詞：水浸超聲檢測(cè)；L

25、abview；自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)；圓盤Design and implementation of automatic ultrasonic testing system for disc water immersionAbstractFive kinds of conventional ultrasonic nondestructive testing techniques have been widely used in various fields, and disk testing is one of the most widely used parts.In this paper, accor

26、ding to the research and development of automatic plate immersion ultrasonic testing system at home and abroad, the current situation of ultrasonic testing plate immersion liquid, combined with the principle of ultrasonic testing, a group of automatic plate immersion ultrasonic testing system design

27、.According to the designed detection system, the hardware suitable for the system, such as probe, stepping motor, driver, flaw detection card and myrio-1900 controller, is selected, and the system control program is compiled by combining with the graphical programming software LabVIEW. The detection

28、 system designed can realize the flexible control of the three-axis scanning device, the acquisition of ultrasonic echo signal and the formation of waveform.Key words: Key words: water immersion ultrasonic testing; LabVIEW; automatic testing system; disk目錄1前言11.1課題背景及研究意義11.2研究現(xiàn)狀1水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外進(jìn)展1圓盤

29、檢測(cè)的研究進(jìn)展21.3研究目標(biāo)及主要解決問(wèn)題21.4本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)及特色22相關(guān)理論32.1檢測(cè)原理3超聲波檢測(cè)的工作原理3水浸超聲波無(wú)損檢測(cè)原理32.2Labview 的簡(jiǎn)介323研究設(shè)計(jì)的方法、系統(tǒng)的檢測(cè)方法43系統(tǒng)的設(shè)計(jì)43.1材料的定制5水箱5被檢工件（圓盤）6轉(zhuǎn)動(dòng)裝置63.2重要零部件的選用7探頭7步進(jìn)電機(jī)7驅(qū)動(dòng)器8控制器8發(fā)射接收卡93.3掃查裝置93.4控制系統(tǒng)10labview操作前面板10具體操作步驟10程序框圖設(shè)計(jì)113.5圖像顯示的結(jié)果分析144總結(jié)154.1結(jié)論154.2展望15參考文獻(xiàn)16謝辭171前言1.1課題背景及研究意義五大常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中的超聲波檢測(cè)在各個(gè)領(lǐng)域

30、都有著廣泛的應(yīng)用。超聲檢測(cè)具 有操作方便等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是檢測(cè)時(shí)有一定的近場(chǎng)長(zhǎng)度。隨著對(duì)超聲檢測(cè)的要求不斷提高，原有的手工檢測(cè)方式不再能滿足當(dāng)今時(shí)代的檢測(cè) 需求，逐漸的從人工檢測(cè)向自動(dòng)檢測(cè)發(fā)展。水浸超聲檢測(cè)與接觸法超聲檢測(cè)相比，更易 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)探傷，同時(shí)還減少了近場(chǎng)區(qū)的影響。圓盤是一種應(yīng)用范圍非常廣泛的零件，如法蘭盤、軸承蓋等。如果對(duì)圓盤零件的檢 測(cè)進(jìn)行得不徹底、不準(zhǔn)確，將這個(gè)檢測(cè)不徹底又有質(zhì)量問(wèn)題的圓盤零件運(yùn)用到生活或生 產(chǎn)當(dāng)中去，會(huì)導(dǎo)致重大的不良后果。因此，為確保檢測(cè)的質(zhì)量，需要從源頭上解決探傷 不徹底的問(wèn)題，從而提高檢測(cè)質(zhì)量。1.2研究現(xiàn)狀水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外進(jìn)展(1) 國(guó)外：在20世

31、紀(jì)，超聲檢測(cè)儀已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起使用，形成的超聲檢 測(cè)儀器可以自動(dòng)識(shí)別、報(bào)警等功能。隨著科技的發(fā)展以及檢測(cè)技術(shù)的不斷提升，人們開 始朝著水浸超聲檢測(cè)的方向進(jìn)行研究。美國(guó)物理聲學(xué)公司(PAC)和英國(guó)超聲波科學(xué)公司(USL)研制了可以對(duì)表面復(fù)雜的 工件進(jìn)行A掃和A、B、C掃描的水浸超聲檢測(cè)系統(tǒng)。(2) 國(guó)內(nèi)：不僅國(guó)外能成功研制出水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)的各個(gè)研究所也對(duì)水浸超聲自 動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)作了大量的研究。哈爾濱焊接研充所成功開發(fā)了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)狀焊縫高精度 檢測(cè)的超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所研制了成像效果良好的水 浸超聲檢測(cè)成像系統(tǒng)。圓盤檢測(cè)的研究進(jìn)展目前，國(guó)內(nèi)的

32、檢測(cè)圓盤類零件主要是靠手工接觸式的方法進(jìn)行超聲波的掃查檢測(cè)。 然而人工檢測(cè)的方式效率低下，同時(shí)要檢測(cè)人員有一定檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)和有著較高的檢測(cè)技術(shù) 要求。由于手工掃查不均勻，不可避免地存在漏檢現(xiàn)象，檢測(cè)質(zhì)量不穩(wěn)定，且容易出安 全事故。1.3研究目標(biāo)及主要解決問(wèn)題本課題研究的目標(biāo)主要是根據(jù)水浸超聲波無(wú)損檢測(cè)原理，利用以Labvicw為控制核 心的工控機(jī)，設(shè)計(jì)一套可控檢測(cè)圓盤的水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。i主要解決的問(wèn)題有：（1）設(shè)計(jì)一套圓盤水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的裝置，包括水缸的購(gòu)買、如何使得圓 盤被檢工件轉(zhuǎn)動(dòng)、各個(gè)零件如何連接起來(lái)。（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室已有的圓柱水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)裝置，選擇合適的探頭，并實(shí)現(xiàn)探 頭的

33、運(yùn)行。根據(jù)圓盤工件的尺寸，設(shè)計(jì)好探頭與工件間的距離，水層厚度為多少。（3）能夠控制三軸步進(jìn)電機(jī)和防水步進(jìn)電機(jī)，選擇合適的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制器。（4）研究如何通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡控制四臺(tái)電機(jī)。（5）掌握軟件Labview,并會(huì)操作控制整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，設(shè)置好參數(shù)（包括步進(jìn)參數(shù)、 圓盤轉(zhuǎn)速等），使電機(jī)帶動(dòng)探頭實(shí)現(xiàn)對(duì)圓盤端面的自動(dòng)掃查。（6）研究測(cè)控界面如何對(duì)接收的缺陷信號(hào)進(jìn)行采集、處理和實(shí)時(shí)成像。1.4本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)及特色超聲波檢測(cè)可以分為接觸式和非接觸式，水浸法是非接觸法的一種。由于接觸法對(duì) 被檢工件表面的光潔度要求高，容易造成耦合不良的現(xiàn)象等缺點(diǎn)，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)， 檢測(cè)工件數(shù)量較多，若采用人工接觸法檢測(cè)，會(huì)

34、導(dǎo)致成本高、檢測(cè)效率低等，因此采用 非接觸檢測(cè)較好。水浸超聲檢測(cè)法，對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，是將探頭和被檢工件（圓盤）全部沒入水中， 用水做耦合劑，這樣的耦合方式穩(wěn)定。探頭和被檢工件（圓盤）沒有直接接觸，探頭發(fā) 射的信號(hào)通過(guò)水層傳播到達(dá)被檢工件。水浸超聲檢測(cè)因?yàn)樘筋^并非直接接觸被檢工件，這種檢測(cè)方式能夠很好的克服被檢 工件由于表面光潔度不夠而造成耦合不良和聲能損失等不利于檢測(cè)的因素。并且將探頭 壓電效應(yīng)所造成的盲區(qū)淹沒在液體中，相當(dāng)于無(wú)盲區(qū)檢測(cè)，提高了探傷靈敏度氣表1.1人工接觸法和水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)的不同人工接觸法水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)（非接觸式）耦合劑機(jī)油（耦合層難均勻）水（耦合層均勻）速度難控制、效率低易控制、效率同被檢工件的表面要求較光滑要求相對(duì)較低檢測(cè)結(jié)果不直觀、精確度較低直觀、精確度較高2相關(guān)理論2.1檢測(cè)原理超聲波檢測(cè)的工作原理聲源產(chǎn)生超聲波，超聲波以一定的方式進(jìn)入被檢工件。探傷儀根據(jù)接收反射回來(lái)的 超聲波及傳播過(guò)程中的衰減程度，對(duì)其進(jìn)行處理和分析。評(píng)估被檢工件